[发明专利]基于在石墨烯型基底上生长的纳米线的激光器或LED有效

专利信息
申请号: 201880010184.6 申请日: 2018-02-05
公开(公告)号: CN110249491B 公开(公告)日: 2023-08-08
发明(设计)人: B·O·M·菲姆兰;H·韦曼;D·任 申请(专利权)人: 挪威科技大学
主分类号: H01S5/02 分类号: H01S5/02;H01S5/34;H01S5/343;H01S5/183;H01S5/42;H01S5/04;H01S5/042;H01S5/20;H01S5/40
代理公司: 北京信诺创成知识产权代理有限公司 11728 代理人: 刘金峰
地址: 挪威特*** 国省代码: 暂无信息
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摘要:
搜索关键词: 基于 石墨 基底 生长 纳米 激光器 led
【说明书】:

一种装置,比如发光装置,例如激光装置,该装置包括:多个III‑V族半导体NW,多个III‑V族半导体NW生长在石墨基底的一侧上,优选地穿过所述石墨基底上的可选的孔图案掩模的孔;第一分布式布拉格反射器或金属镜,第一分布式布拉格反射器或金属镜大致平行于所述石墨基底定位,并且定位在所述石墨基底关于所述NW的相对侧;可选地,第二分布式布拉格反射器或金属镜与所述NW的至少一部分的顶部相接触;以及其中所述NW包括n型掺杂区域和p型掺杂区域以及可选地位于n型掺杂区域与p型掺杂区域之间的本征区域。

技术领域

发明涉及薄石墨层作为透明基底用于纳米线(NW)生长的用途,所述纳米线可以形成为诸如竖向腔表面发射激光器(VCSEL)或谐振腔发光二极管(RCLED)之类的装置。

特别地,本发明涉及III-V族半导体NW在包括合适掺杂的石墨基底上的用途,并且本发明可以包括量子异质结构如量子阱、量子点或超晶格,这些量子异质结构定位在两个分布式布拉格反射器或金属镜之间以允许形成VCSEL或RCLED。

背景技术

近年来,随着纳米技术成为重要的工程学科,对半导体纳米晶体(比如NW)的兴趣不断增强。也称为纳米晶须、纳米棒、纳米支柱、纳米柱等的NW已经被一些创造者发现在各种电气装置中有重要应用,所述电气装置比如为传感器、太阳能电池和发光二极管(LED)。

本发明涉及基于在石墨基底上生长的NW的VCSEL或者涉及基于相同技术但在激光阈值以下操作的RCLED。

激光器是一种通过基于受激发射的电磁辐射的光学放大过程而发光的装置。术语“激光器”起源于“通过辐射的受激发射进行光扩大”的首字母缩写。激光器与其他光源的不同之处在于激光器可以相干地发光。空间相干性允许激光聚焦到紧密点,从而实现诸如激光切割和光刻之类的应用。空间相干性还允许激光束在很远的距离内保持狭窄(准直),从而实现比如激光指示器之类的应用。激光器还可以具有高时间相干性,这允许激光器发出具有非常窄光谱的光,即,激光器可以发出单色光。

在其许多应用中,激光器用于光盘驱动器、激光打印机和条形码扫描仪;DNA测序仪器、光纤和自由空间光学通信;激光手术和皮肤治疗;切割和焊接材料;用于标记目标和测量范围和速度的军事和执法装置;以及娱乐中的激光照明显示。

本发明尤其涉及纳米激光器和纳米LED。纳米激光器和纳米LED将促进新科学和技术的发展,比如局部激光冷却、显示器、节能固态照明、可穿戴光电子学、医疗装置和激光打印机。然而,纳米激光器结合到其他先进的光电平台中缺乏灵活性阻碍了基于纳米激光的研究和应用(比如纳米光子学/光电子学、凝聚态物理学和其他应用学科)的进一步发展。

通常,NW具有数百纳米或更小(例如500nm-50nm)量级的宽度,并且纵横比(长宽比)为10或更大。给定这些典型尺寸,NW通常被认为具有一维(ID)各向异性几何结构。

由于纳米线直径是对称的,因此NW的尺寸还可以将光限制在NW内的两个横向尺寸。由于NW的宽度以及NW与周围材料(例如空气或填料)之间的折射率对比,因此发生光学限制。光学限制使得光能够沿着NW的长度被引导。

本发明人意识到,利用其一维(ID)各向异性几何结构,NW结构本身可以用作(i)法布里-珀罗光学腔(例如,其中激光/RCLED光可以循环),以及(ii)适用于放大激光/RCLED光并且具有很强的载流子和光学限制以及态的增强的电子密度的增益介质。利用这些性质,发明人已经意识到可以用NW结构来形成纳米激光器和纳米LED。基于NW结构的这种纳米激光器和纳米LED可以分别广泛地称为NW激光器和NW LED。预计与其他激光源相比其性能更高、尺寸更小。通过对NW内的材料结构和/或组分以及NW的长度和宽度(例如直径)进行调制,可以灵活地调整在NW腔内支撑的光学模式。

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