[发明专利]一种原位生长钙钛矿单晶薄膜制备垂直腔面发射激光器的方法和一种垂直腔面发射激光器

说明书

本发明涉及激光器技术领域，提供了一种原位生长钙钛矿单晶薄膜制备垂直腔面发射激光器的方法和一种垂直腔面发射激光器。本发明提供的方法使钙钛矿溶液中的溶剂在两片DBR片之间缓慢挥发，从而形成钙钛矿单晶，并且在两片DBR片的限制下，钙钛矿单晶在一个维度上生长，最终形成钙钛矿单晶薄膜。本发明提供的方法可以得到大面积高质量的钙钛矿单晶薄膜，与多晶薄膜相比，具有更好的发光性能和稳定性，并且原位生长出来的钙钛矿单晶薄膜与上下DBR片紧密接触，无残留气体层，所得垂直腔面发射激光器发光性能和稳定性好，波长和模式可调；本发明提供的制备方法步骤简单、成本低。

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，特别涉及一种原位生长钙钛矿单晶薄膜制备垂直腔面发射激光器的方法和一种垂直腔面发射激光器。

背景技术

激光科学和技术是现代社会的重要基础，发展波长可调的激光材料及低成本的激光器一直是当前的研究目标。钙钛矿材料的光学性能优良，除了具有在可见光范围内的波长全覆盖的特点，还具有作为发光材料应有的高荧光量子产率、低缺陷态密度和高的增益系数等特点。同时钙钛矿材料价格低廉，制备工艺简单。这些独特的性质展现了其在激光领域的应用潜力，吸引着越来越多的研究人员的兴趣。

目前制备钙钛矿基激光器的方法主要有2种：

第一：化学气相沉积(CVD)方法制备钙钛矿微纳单晶，然后转移至所需衬底(硅、石英等)上，得到钙钛矿微纳单晶的回音壁模式激光器。这种方法制备出的钙钛矿单晶面积一般是几个微米，厚度在10nm～1μm，大面积的制备及转移钙钛矿微纳单晶都比较困难。

第二：溶液法制备钙钛矿薄膜作为增益介质，利用2片分布布拉格反射镜(DBR)组成谐振腔，制备垂直腔面发射激光器。目前这种方法是先将钙钛矿溶液旋涂在DBR底片上，旋涂过程中溶剂挥发，钙钛矿迅速发生结晶，形成钙钛矿薄膜，然后再在上方覆盖DBR顶片。这种溶液法具有工艺简单，成本低的优点，可制备出几十纳米到百纳米左右厚度的钙钛矿多晶薄膜，但多晶薄膜性能不如单晶薄膜好，激光器的相对阈值会更高。并且这种直接在钙钛矿薄膜上覆盖DBR顶片的方法，不可避免的在钙钛矿薄膜和上层DBR 顶片之间残留有气体层，影响激光器的性能。

发明内容

本发明目的在于提供一种原位生长钙钛矿单晶薄膜制备垂直腔面发射激光器的方法和一种垂直腔面发射激光器，本发明提供的方法在两片分布布拉格反射镜片之间原位生长钙钛矿单晶薄膜，原位生长的钙钛矿单晶薄膜与上下2层分布布拉格反射镜片紧密接触，无残留气体层，可大幅提升激光器的性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种原位生长钙钛矿单晶薄膜制备垂直腔面发射激光器的方法，包括以下步骤：

在一片分布布拉格反射镜片表面滴加钙钛矿溶液，然后将另一片分布布拉格反射镜片覆盖在钙钛矿溶液上，形成夹心结构；

对所述夹心结构加压，在保护气氛条件下将夹心结构中钙钛矿溶液的溶剂挥发完全，所述溶剂挥发过程中在两片分布布拉格反射镜片的接触面原位生长钙钛矿单晶薄膜，得到垂直腔面发射激光器。

优选的，所述分布布拉格反射镜片在使用前依次进行清洗和氧等离子体处理。

优选的，所述清洗为依次使用丙酮、乙醇和去离子水进行超声清洗；所述氧等离子体处理的时间为5～15min，功率为6～10W。

优选的，所述钙钛矿溶液的溶剂包括无水N,N-二甲基甲酰胺和/或无水二甲基亚砜；所述钙钛矿溶液的溶质为钙钛矿材料，所述钙钛矿材料由 CH₃NH₃X和PbY₂形成，其中X和Y根据所需波长由独立的或任意比例的 I、Br、Cl组成，所述CH₃NH₃X和PbY₂的摩尔比为1:1。