[发明专利]一种基于硅基氮化镓和二硫化钨单层膜的二维激子激光器及其制备方法

权利要求书

1.一种基于硅基氮化镓和二硫化钨单层膜的二维激子激光器，其特征在于：所述基于硅基氮化镓和二硫化钨单层膜的二维激子激光器以硅衬底氮化镓晶圆作为载体，包括硅衬底层（1）、设置在所述硅衬底层（1）上的缓冲层（2）、设置在所述缓冲层（2）上的n-GaN层（3）、设置在所述n-GaN层（3）上的AlGaN 包覆层（4）、设置在所述AlGaN 包覆层（4）上的InGaN波导层（5）、设置在所述InGaN波导层（5）上的InGaN多量子阱层（6）、设置在所述InGaN多量子阱层（6）上的p-GaN层（7）、设置在所述p-GaN层（7）上的AlGaN折射层（8）、设置在所述AlGaN折射层（8）上的u-GaN层（9）、设置在所述u-GaN层（9）上的使用CYTOP保护层（13）双面封装的WS₂单层膜（10），以及n型电极（11）和p型电极（12）；所述u-GaN层（9）以AlGaN折射层（8）为衬底，使用聚焦离子束刻蚀技术刻蚀u-GaN层（9）形成等间距分布的圆形空气孔洞，空气孔洞刻蚀深度等于u-GaN层（9）的厚度，获得光子晶体纳米腔。

2.根据权利要求1所述的基于硅基氮化镓和二硫化钨单层膜的二维激子激光器，其特征在于：所述硅衬底氮化镓晶圆从上至下依次包括u-GaN层（9）、AlGaN折射层（8）、p-GaN层（7）、InGaN多量子阱层（6）、InGaN波导层（5）、AlGaN 包覆层（4）、n-GaN层（3）、缓冲层（2）和硅衬底层（1），其中InGaN多量子阱层（6）电致发光光谱的中心波长为450 nm。

3.根据权利要求1所述的基于硅基氮化镓和二硫化钨单层膜的二维激子激光器，其特征在于：所述WS₂单层膜（10）通过化学气相沉积技术获得，上下表面均覆盖CYTOP保护层（13）进行双面封装。

4.根据权利要求2所述的基于硅基氮化镓和二硫化钨单层膜的二维激子激光器，其特征在于：硅衬底氮化镓晶圆上表面刻蚀有三层阶梯状台阶，所述三层阶梯状台阶包含上台面、中间台面和下台面，所述上台面为u-GaN层（9）上表面，所述中间台面为第一次刻蚀后暴露的p-GaN层（7）上表面，所述下台面为第二次刻蚀后暴露的n-GaN层（3）上表面；所述n型电极（11）设置在三层阶梯状台阶的中间台面上，所述p型电极（12）设置在三层阶梯状台阶的下台面上。

5.一种权利要求1-4任一所述基于硅基氮化镓和二硫化钨单层膜的二维激子激光器的制备方法，其特征在于步骤为：

第一步：在硅衬底氮化镓晶圆的u-GaN层（9）上表面均匀旋涂一层光刻胶，使用曝光技术在光刻胶层上定义出中间台面台阶区域；

第二步：使用电感耦合等离子体反应离子刻蚀技术刻蚀中间台面台阶区域，随后剥离残余光刻胶，获得阶梯状台阶中间台面；

第三步：在硅衬底氮化镓晶圆上表面均匀旋涂一层光刻胶，结合光刻对准及曝光技术在光刻胶层上定义出下台面台阶区域；

第四步：使用电感耦合等离子体反应离子刻蚀技术刻蚀下台面台阶区域，随后剥离残余光刻胶，获得阶梯状台阶下台面；

第五步：在硅衬底氮化镓晶圆上表面均匀旋涂一层光刻胶，结合光刻对准及曝光技术在光刻胶层上定义n型电极（11）窗口区域和p型电极（12）窗口区域；

第六步：使用磁控溅射技术蒸镀Pt/Au，剥离残余光刻胶后获得n型电极（11）与p型电极（12）；

第七步：使用聚焦离子束刻蚀技术在u-GaN层（9）上刻蚀等间距分布的圆形空气孔洞，获得高Q值光子晶体纳米腔；

第八步：在光子晶体纳米腔上表面均匀旋涂一层CYTOP保护层（13），再使用PDMS将增益介质WS₂单层膜（10）转印到CYTOP保护层（13）上表面，并在WS₂单层膜上表面再次旋涂一层CYTOP保护层（13），对WS₂单层膜进行双面封装。

6.根据权利要求5所述的基于硅基氮化镓和二硫化钨单层膜的二维激子激光器的制备方法，其特征在于：所述第二步中使用电感耦合等离子体反应离子刻蚀技术刻蚀获得的阶梯状台阶中间台面为刻蚀后暴露的p-GaN层（7）上表面。