[发明专利]一种电泵浦钙钛矿激光器

说明书

本发明公开了一种电泵浦钙钛矿激光器，由底部至顶部的结构依次为基板、P电极、部分反射镜层、空穴传输层、钙钛矿有源发光区、电子传输层、全反射镜层和N电极，所述P电极制备在基板上，所述N电极制备在全反射镜层上，多个N电极之间留有空气通道；所述P电极和N电极分别外接电源的正极和负极，本发明所公开的电泵浦钙钛矿激光器提高了以钙钛矿为有源区的芯片内部的载流子迁移率，提高了器件性能；谐振腔采用FP腔镜模式，实现了反射镜层与传输层的大面积接触，可以充分利用工作物质，使光束在整个工作物质内振荡；采用旋涂法和热蒸发方法即可制备，制作工艺简单。

技术领域

本发明涉及一种激光器，特别涉及一种电泵浦钙钛矿激光器。

背景技术

钙钛矿材料有相同的化学结构式：ABX₃。其中A为一价阳离子，B为二价金属阳离子，X为卤族元素或者卤族元素的混合。钙钛矿材料是一种直接带隙半导体材料,具有带隙可调、吸收系数大、光学增益高、量子产率高以及缺陷态密度低等优点，使其在激光器领域取得了突飞猛进的发展。

近年来，利用溶液法制备的半导体材料取得了长足的发展，已经在溶液法制备的钙钛矿中实现了连续光泵浦的激光，然而由电泵浦的钙钛矿激光器还没有实现，暂无相关实验数据报道。中国专利CN109687290A提供了一种电泵浦钙钛矿复合腔激光器，属于量子点激光器领域。此发明提供的电泵浦钙钛矿复合腔激光器包括：发光单元，从上至下依次包括N型电极、电子传输层、钙钛矿量子点层、空穴传输层以及P型电极；绝缘微盘，包括圆盘和侧向光栅；所述绝缘微盘嵌于所述发光单元之间，绝缘微盘的等效折射率与所述发光单元的等效折射率不同。此发明通过增加带侧向光栅的绝缘微盘，使发光单元与绝缘微盘形成回音壁模式共振，提高了钙钛矿激光的外量子效率，但此设计精度要求高，需要亚微米级的精确定位，才能实现有效的耦合，且不能充分利用工作物质。

中国专利CN109193327A涉及一种钙钛矿微型激光器的制备方法，该方法利用具有载流子迁移速率高、扩散长度长、吸收系数大、量子产率高这些优点的棒状或片状的钙钛矿材料作为激光器的增益介质，用半导体激光器阵列作为激励光源对钙钛矿材料进行泵浦，激励光源使钙钛矿材料产生稳定的自发辐射放大(ASE)，最后实现目标波长的激光输出。本发明提出的这种方法利用钙钛矿材料可将70％的吸收光转化为发射光的优点，实现了低阈值、高转化效率、工作波长调谐范围可覆盖近红外到可见光的激光器器件。但此发明需要采用半导体激光器阵列作为激励源，是光泵浦的钙钛矿激光器，结构复杂且激励源利用率低。

中国专利CN108063365A提供了一种电泵浦钙钛矿量子点激光器的制备方法，包括如下步骤：步骤1：在衬底刻蚀第一光子晶体结构为激光器提供谐振腔和面发射机制；步骤2：在负电极上依次制备电子传输层、钙钛矿量子点层、空穴传输层和正电极，形成第一基片；步骤3：将刻蚀有第一光子晶体结构的衬底与第一基片键合，完成制备。此发明能得到结构简单的电泵钙钛矿量子点激光器结构，其能有效地提高钙钛矿量子点在电泵下的外量子效率。但此发明中所设计的以光子晶体结构作为激光器谐振腔和面发射机制的结构会造成较高的薄膜散射和空腔的不完全对准，从而造成较高的光损耗，激励阈值较高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电泵浦钙钛矿激光器，目的在于提高以钙钛矿为有源区的芯片内部的载流子迁移率，提高器件性能；谐振腔采用FP腔镜模式，实现了反射镜层与传输层的大面积接触，可以充分利用工作物质，使光束在整个工作物质内振荡；采用旋涂法和热蒸发方法即可制备，制作工艺简单。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种电泵浦钙钛矿激光器，由底部至顶部的结构依次为基板、P电极、部分反射镜层、空穴传输层、钙钛矿有源发光区、电子传输层、全反射镜层和N电极，所述P电极制备在基板上，所述N电极制备在全反射镜层上，多个N电极之间留有空气通道；所述P电极和N电极分别外接电源的正极和负极。

上述方案中，所述基板为玻璃，厚度为0.1-1mm。