基于掺锰量子点的电泵浦激光器及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于掺锰量子点的电泵浦激光器及其制备方法，电泵浦激光器包括透光基板、分布反馈光栅层、第一导电注入层、CdS:Mn/ZnS核壳量子点层、第二导电注入层及反射电极层；其中，CdS:Mn/ZnS核壳量子点层作为光增益介质，因Mn

【技术实现步骤摘要】
基于掺锰量子点的电泵浦激光器及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体光电子器件领域，涉及一种基于掺锰量子点的电泵浦激光器及其制备方法。

技术介绍

[0002]受益于量子限域效应，半导体量子点作为光增益材料展现出了多种优越的性能。然而由于基态吸收的存在，量子点的带边态要实现光增益，其所含激子数必须大于参与发射的最低量子态的简并度(能容纳的电子数)的一半，例如最低量子态二重简并的CdSe量子点，其光增益主要为双激子增益，由于双激子俄歇复合的速率远大于单激子弛豫速率，这不仅限制了量子点的光增益阈值，还严重限制了光增益寿命，使其难以实现连续光泵浦或电泵浦的激发发射，只能制备脉冲激光泵浦，其中，若要实现电泵浦的激光发射，则要求光增益材料具有极低的增益阈值和较长的增益寿命，即泵浦速率必须大于增益弛豫速率。
[0003]因此，提供一种基于掺锰量子点的电泵浦激光器及其制备方法，实属必要。

技术实现思路

[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于掺锰量子点的电泵浦激光器及其制备方法，用于解决现有技术中难以制备高性能的电泵浦激光器的问题。
[0005]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于掺锰量子点的电泵浦激光器，所述电泵浦激光器包括自下而上叠置的透光基板、分布反馈光栅层、第一导电注入层、CdS:Mn/ZnS核壳量子点层、第二导电注入层及反射电极层；其中，CdS:Mn/ZnS核壳量子点包括表面吸附了Mn
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离子的CdS核及包覆Mn/>2+
离子及CdS核的ZnS壳。
[0006]可选地，所述CdS:Mn/ZnS核壳量子点层由所述CdS:Mn/ZnS核壳量子点密堆构成，且所述CdS:Mn/ZnS核壳量子点的堆积密度为0.5～0.7。
[0007]可选地，所述分布反馈光栅层的谐振波长与所述CdS:Mn/ZnS核壳量子点的发射峰波长相同；所述分布反馈光栅层包括FTO分布反馈光栅层、ITO分布反馈光栅层、AZO分布反馈光栅层、ICO分布反馈光栅层及IWO分布反馈光栅层中的一种或组合。
[0008]可选地，所述反射电极层包括金层、铝层、铜层、钼层、钛层、银层、钽层、钨层、铬层及铂层中的一种或组合。
[0009]可选地，所述第一导电注入层包括电子注入层，所述第二导电注入层包括空穴注入层；或所述第一导电传输层包括空穴注入层，所述第二导电传输层包括电子注入层；其中，所述空穴注入层包括TCTA层、PEDT：PSS层、PEODT：PSS层、Spiro
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OMeTAD层、PTAA层、NiO层、CuSCN层及P3HT层中的一种或组合；所述电子注入层包括ZnO层、PC
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BM层、SnO2层及TiO2层中的一种或组合。
[0010]本专利技术还提供一种基于掺锰量子点的电泵浦激光器的制备方法，包括以下步骤：
[0011]提供透光基板；
[0012]于所述透光基板上形成分布反馈光栅层；
[0013]于所述分布反馈光栅层上形成第一导电注入层；
[0014]于所述第一导电注入层上形成CdS:Mn/ZnS核壳量子点层，其中，CdS:Mn/ZnS核壳量子点包括表面吸附了Mn
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离子的CdS核及包覆Mn
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离子及CdS核的ZnS壳；
[0015]于所述CdS:Mn/ZnS核壳量子点层上形成第二导电注入层；
[0016]于所述第二导电注入层上形成反射电极层。
[0017]可选地，于所述第一导电注入层上形成所述CdS:Mn/ZnS核壳量子点层的步骤包括：
[0018]采用金属有机法制备CdS核，将CdS核分散在十八烯中；
[0019]加入硬脂酸锰，进行Mn
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离子的吸附；
[0020]利用连续离子层吸附反应法，在表面吸附了Mn
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离子的CdS核表面包覆ZnS壳，并分散在甲苯中形成分散液；
[0021]将分散液涂覆到所述第一导电注入层上；
[0022]进行退火，获得所述CdS:Mn/ZnS核壳量子点层。
[0023]可选地，退火步骤包括在无氧环境下、60℃、退火0.5h，形成由所述CdS:Mn/ZnS核壳量子点密堆构成的所述CdS:Mn/ZnS核壳量子点层，且所述CdS:Mn/ZnS核壳量子点的堆积密度为0.5～0.7。
[0024]可选地，形成所述分布反馈光栅层的步骤包括采用磁控溅射法沉积以及采用反应离子刻蚀法刻蚀的步骤；形成的所述分布反馈光栅层的谐振波长与所述CdS:Mn/ZnS核壳量子点的发射峰波长相同；所述分布反馈光栅层包括FTO分布反馈光栅层、ITO分布反馈光栅层、AZO分布反馈光栅层、ICO分布反馈光栅层及IWO分布反馈光栅层中的一种或组合。
[0025]可选地，形成所述反射电极层的方法包括热蒸发法；形成的所述反射电极层包括金层、铝层、铜层、钼层、钛层、银层、钽层、钨层、铬层及铂层中的一种或组合。
[0026]如上所述，本专利技术的基于掺锰量子点的电泵浦激光器及其制备方法，所述电泵浦激光器包括透光基板、分布反馈光栅层、第一导电注入层、CdS:Mn/ZnS核壳量子点层、第二导电注入层及反射电极层，其中，CdS:Mn/ZnS核壳量子点包括表面吸附了Mn
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离子的CdS核及包覆Mn
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离子及CdS核的ZnS壳，其中，ZnS壳可以钝化CdS核的表面，减少CdS核的表面缺陷，抑制能量从CdS核的带边态转移到非辐射缺陷态，提高能量从CdS核的带边态到Mn
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离子能级的转移效率，增加发射强度；经所述第一导电注入层及所述第二导电注入层注入到所述CdS:Mn/ZnS核壳量子点的电子和空穴会快速的从CdS核的带边态转移到Mn
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离子的4T1态和6A1态，当该量子点呈现Mn
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离子的4T1态到6A1态的发射跃迁时，由于Mn
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离子的6A1态到4T1态没有吸收跃迁，因此该量子点在Mn
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离子的发射波长只有发射没有吸收，发射的能量来源于CdS核带边态的转移，所述CdS:Mn/ZnS核壳量子点群体在未激发状态下对与Mn
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离子的发射波长相同的光透明，既无吸收也无发射，只要所述CdS:Mn/ZnS核壳量子点层中有一个量子点被激发(含有一个激子)，就会在Mn
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离子的发射波长形成光增益，因此，利用所述CdS:Mn/ZnS核壳量子点可实现零阈值的光增益。
[0027]由于所述CdS:Mn/ZnS核壳量子点的光增益为单激子光增益，其光增益寿命不受快速多激子俄歇复合的限制，而由所述CdS:Mn/ZnS核壳量子点的单激子寿命决定，且所述CdS:Mn/ZnS核壳量子点的单激子寿命为毫秒量级，增益弛豫远慢于电泵浦速率和激光建立时间，从而配以合适的腔结构后可实现电泵浦的零阈值激光发射。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于掺锰量子点的电泵浦激光器，其特征在于：所述电泵浦激光器包括自下而上叠置的透光基板、分布反馈光栅层、第一导电注入层、CdS:Mn/ZnS核壳量子点层、第二导电注入层及反射电极层；其中，CdS:Mn/ZnS核壳量子点包括表面吸附了Mn
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离子的CdS核及包覆Mn
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离子及CdS核的ZnS壳。2.根据权利要求1所述的电泵浦激光器，其特征在于：所述CdS:Mn/ZnS核壳量子点层由所述CdS:Mn/ZnS核壳量子点密堆构成，且所述CdS:Mn/ZnS核壳量子点的堆积密度为0.5～0.7。3.根据权利要求1所述的电泵浦激光器，其特征在于：所述分布反馈光栅层的谐振波长与所述CdS:Mn/ZnS核壳量子点的发射峰波长相同；所述分布反馈光栅层包括FTO分布反馈光栅层、ITO分布反馈光栅层、AZO分布反馈光栅层、ICO分布反馈光栅层及IWO分布反馈光栅层中的一种或组合。4.根据权利要求1所述的电泵浦激光器，其特征在于：所述反射电极层包括金层、铝层、铜层、钼层、钛层、银层、钽层、钨层、铬层及铂层中的一种或组合。5.根据权利要求1所述的电泵浦激光器，其特征在于：所述第一导电注入层包括电子注入层，所述第二导电注入层包括空穴注入层；或所述第一导电传输层包括空穴注入层，所述第二导电传输层包括电子注入层；其中，所述空穴注入层包括TCTA层、PEDT：PSS层、PEODT：PSS层、Spiro
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OMeTAD层、PTAA层、NiO层、CuSCN层及P3HT层中的一种或组合；所述电子注入层包括ZnO层、PC
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BM层、SnO2层及TiO2层中的一种或组合。6.一种基于掺锰量子点的电泵浦激光器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供透光基板；于所述透光基板上形成分布反馈光栅层；于所述分布反馈光栅层上形成第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘桂芝，马丙乾，霍晓强，何云，
申请(专利权)人：无锡麟聚半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：