CN117134193A - 一种硅基电泵浦钙钛矿光子晶体面发射激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光技术领域，特别是涉及一种硅基电泵浦钙钛矿光子晶体面发射激光器。本发明激光器的有源区包括依次设置的n型超晶格层、二维钙钛矿发光层和p型超晶格层。该激光器的结构由下至上依次为Si基底，氧化硅层，n型电极，n型砷化镓层，n型渐变折射率层，n型砷化铝镓层，n型超晶格层，二维钙钛矿发光层，p型超晶格层，氮化硅层，p型砷化铝镓层，p型渐变折射率层，p型砷化镓层，ITO层和p型电极。本发明在硅基上直接制备了高稳定性的面发射激光器，避免了传统硅基异质集成中直接外延生长和晶片键合等复杂工艺，本发明产品可采用旋涂法和热蒸发方法制备，工艺简单，为硅基片上光互联、单片集成光电芯片等应用提供了可行性方案。
Description
技术领域
本发明涉及激光技术领域，特别是涉及一种硅基电泵浦钙钛矿光子晶体面发射激光器。
背景技术
作为通讯***的光源激光器吸引了许多的研究人员目光，发展波长可调的激光材料及低成本的激光器是激光技术领域研究人员一直的研究目标。硅基光子器件能够与互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺兼容从而实现高度集成的目的。近年来，高效可靠的片上集成光源研究主要集中在掺铒硅光源、锗硅IV族光源和硅基III-V族光源。其中前两者仍然饱受高阈值电流和较低发光效率的瓶颈，后者III-V族光源虽然满足低功耗、高性能等应用需求，但是其与硅材料较大的晶格适配导致其需要复杂的外延生长或高成本工艺。
钙钛矿材料作为新兴的光电材料具有优越的光电特性，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。同时钙钛矿材料使用溶液法制作，价格低廉，制备工艺简单。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，由电泵浦的钙钛矿激光器虽然已经实现，但是还存在结构复杂，制造工艺复杂等问题。钙钛矿材料同时还存在着俄歇复合常数较大的问题，是GaAs材料的2-3个数量级；钙钛矿材料的热导率也较差，比硅和GaAs低2-3个数量级。因此，在较高注入电流下的俄歇复合会导致严重的焦耳热，最终导致器件老化失效等尖锐问题。
中国专利CN112510162A提供了一种硅基发光二极管的制备方法，属于光电材料与器件技术领域，所述硅基发光二极管从下至上依次为氧化硅片衬底，Au薄膜阳极，PEDOT：PSS空穴传输层，PVP下界面修饰层，准二维钙钛矿BA2Csn-1PbBr3n+1发光层，PS上界面钝化层，Bphen电子传输层，半透明Ag薄膜阴极。该发明采用具有绝缘特性的超薄高分子聚合物层有效降低了准二维钙钛矿层的激子发光淬灭；利用高反射率Au底电极和半透明Ag顶电极形成微腔结构增强上表面光输出耦合，通过低成本溶液法在硅基上直接制备了高稳定性的钙钛矿发光二极管，同时也避免了传统硅基异质集成中直接外延生长和晶片键合等复杂工艺，为硅基片上光互联、单片集成光电芯片等应用提供了可行性方案。但是该发明制作过程繁琐复杂，制造周期长，将其实现市场化仍然有很长的一段路要走。
中国专利CN111162446A发明了一种电泵浦钙钛矿激光器，其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，该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。但此发明主要利用钙钛矿材料的自身优势，且基底为玻璃不适用于高集成的硅基上。
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：在一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：在一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。该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。但该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
基于上述内容，本发明提供一种硅基电泵浦钙钛矿光子晶体面发射激光器，可用于CMOS集成的、采用电泵浦的、高能效的、制备工艺简单的光子晶体面发射激光器光源，能够有效的解决材料生长条件苛刻，制造工艺复杂，成本高等问题。本发明采用的电泵浦方式较之光泵浦可以高效稳定转化电能传递能量，并且其维护简便。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明技术方案之一，一种硅基电泵浦钙钛矿光子晶体面发射激光器，有源区包括依次设置的n型超晶格层、二维钙钛矿发光层和p型超晶格层。
进一步地，所述n型超晶格层的另一侧设置n型光子晶体层，所述p型超晶格层的另一侧设置p型光子晶体层。
进一步地，所述p型光子晶体层与所述有源区通过氮化硅层相接。
进一步地，所述n型光子晶体层包括依次设置的n型砷化镓层、n型渐变折射率层和n型砷化铝镓层；所述n型光子晶体层的厚度为1120-1270nm；
所述p型光子晶体层包括依次设置的p型砷化铝镓层、p型渐变折射率层和p型砷化镓层；所述p型光子晶体层的厚度为300-400nm。
进一步地，还包括ITO层；所述ITO层与所述p型光子晶体层相接。
进一步地，由下至上，结构依次为Si基底，氧化硅层，n型电极，n型砷化镓层，n型渐变折射率层，n型砷化铝镓层，n型超晶格层，二维钙钛矿发光层，p型超晶格层，氮化硅层，p型砷化铝镓层，p型渐变折射率层，p型砷化镓层，ITO层和p型电极；其中n型砷化镓层、n型渐变折射率层和n型砷化铝镓层构成n型光子晶体层；p型砷化铝镓层、p型渐变折射率层和p型砷化镓层构成P型光子晶体层。
进一步地，所述Si基底的厚度为0.4-0.6mm；
所述氧化硅层的厚度为200-400nm；
所述n型电极的厚度为50-200nm；
所述n型砷化镓层的厚度为90-150nm；
所述n型渐变折射率层80-120nm；
所述n型砷化铝镓层的厚度为950-1000nm；
所述n型超晶格层的厚度为10-250nm；
所述二维钙钛矿发光层的厚度为500-2000nm；
所述p型超晶格层的厚度为10-250nm；
所述氮化硅层的厚度为250-350nm；
所述p型砷化铝镓层的厚度为90-150nm；
所述p型渐变折射率层的厚度为80-120nm；
所述p型砷化镓层的厚度为90-150nm；
所述ITO层的厚度为100-500nm；
所述p型电极的厚度为50-200nm。
进一步地，所述n型光子晶体层和p型光子晶体层中均设置有贯穿的空气孔洞；所述空气孔洞贯穿所述n型光子晶体层和p型光子晶体层；所述空气孔洞的直径为200～500nm，分布间距200-800nm；优选的，分布间距即晶格常数260-285nm。
进一步地，所述ITO层表面设置有凸起结构；单个凸起结构的截面长度为5-10μm，分布间距为5-10μm；所述凸起结构的厚度30-50nm。
本发明技术方案之二，上述的硅基电泵浦钙钛矿光子晶体面发射激光器在通讯领域的应用。
本发明公开了以下技术效果：
本发明有源区采用了低成本溶液法得到的二维钙钛矿发光层与两侧超晶格(SCH)层结合的结构增强了载流子的弛豫效率且简化制取流程。本发明采用钙钛矿发光材料，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，使所产生的激光质量优异、色纯度高。有源区上侧经氮化硅(SiNX)的光波导层选模和光子晶体层(p型区的光子晶体层：p型砷化铝镓层、p型渐变折射率层和p型砷化镓层)相接，可以提高能源效率并通过调节结构参数，实现波长选择的目的，减少散射损耗以及增强激光器的耐热性。p型砷化铝镓层(p-Al0.4Ga0.6As)上侧依次为控制光在垂直方向的传播的p-AlyGa1-yAs渐变折射率(p-GRIN)层，p型区半导体材料(p-GaAs)，ITO(氧化铟锡)层和p型电极。其中p型电极和ITO层的组合使得光电极的载流子透过率增强，增强电致发光效应，并达到减小散射损耗的目的。
ITO层在激光器中作为电流注入通道的一部分，在整个激光器的电流注入起着至关重要的作用，也是实现电注入的关键。其具有高透明性，光可以穿透ITO层而不受太多阻挡，这对于激光器的输出效率至关重要。透明电极意味着光可以更容易地进入激光器的有源区域，从而增加激发态的产生。而且，ITO层是一种优良的导电材料，能够提供足够的电流通过电注入区域。这对于维持激发态和激射效应非常关键。此外，ITO层也可以用作激光器的散热电极，将产生的热量传导出去，以保持激光器的稳定工作温度。稳定的工作温度有助于提高激光器的效率和可靠性。
有源区下侧直接和n型区的光子晶体层相接，同样可实现波长选择的目的，减少散射损耗以及增强激光器的耐热性。n-Al0.4Ga0.6As下侧是与p型区类似的，依次为控制光在垂直方向的传播的n-AlzGa1-zAs(0<z<0.4)渐变折射率(n-GRIN)层，n型区半导体材料(n-GaAs)，n型电极以及氧化硅层(SiO2)和硅基衬底(Si)。其中，n-GRIN与p-GRIN的组分并不相同，可以通过组分差异在较小范围内选择和控制所出光束。
本发明在硅基上直接制备了高稳定性的面发射激光器，同时也避免了传统硅基异质集成中直接外延生长和晶片键合等复杂工艺，本发明产品可采用旋涂法和热蒸发方法制备，工艺简单，为硅基片上光互联、单片集成光电芯片等应用提供了可行性方案。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明硅基电泵浦钙钛矿光子晶体面发射激光器的结构示意图；其中，1——Si基底；2——SiO2氧化硅层；3——n型电极；4——n-GaAs n型砷化镓层；5——n-GRIN n-AlzGa1-zAs渐变折射率层；6——n-Al0.4Ga0.6As n型砷化铝镓层；7——n-SCH n-InGaAs超晶格层；8——二维钙钛矿发光层；9——p-SCH p-InGaAs超晶格层；10——SiNX氮化硅层；11——p-Al0.4Ga0.6As p型砷化铝镓层；12——p-GRIN p-AlyGa1-yAs渐变折射率层；13——p-GaAs p型砷化镓层；14——ITO层；15——p型电极。
图2为本发明ITO层的侧视图。
图3为本发明光子晶体层俯视图，包括砷化镓层、渐变折射率层、砷化铝镓层(即图1中16、17)，其中的圆孔18为空气孔洞贯通砷化镓层、渐变折射率层和砷化铝镓层三层。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值，以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
本发明提供一种硅基上的电泵浦光子晶体面发射激光器，由下至上，结构依次为Si基底(Si)，氧化硅层(SiO2)，n型电极，n型砷化镓层(n-GaAs)，n-AlzGa1-zAs(z＝0-0.4)渐变折射率层(n-GRIN)，n型砷化铝镓层(n-Al0.4Ga0.6As)，n-InGaAs超晶格层(nSCH)，二维钙钛矿发光层，p-InGaAs超晶格层(p-SCH)，氮化硅层(SiNX)，p型砷化铝镓层(p-Al0.4Ga0.6As)，p-AlyGa1-yAs渐变折射率层(p-GRIN)，p型砷化镓层(p-GaAs)，ITO层和p型电极。
其中，Si：硅基底，提供激光器的结构支撑和热管理，厚度为0.55mm。
SiO2：氧化硅层，用作光电极的绝缘和保护层，厚度为300nm。
n型电极：用于光电极的电流引入和输出，厚度为50-200nm。
n-GaAs：n型砷化镓层，作为激光器的n型半导体材料，厚度为90-150nm。
n-GRIN：n型渐变折射率层(n-AlzGa1-zAs，0.1<z<0.4)，用于控制光在垂直方向的传播，厚度为80-120nm。
n-AlGaAs：n型砷化铝镓(Al0.4Ga0.6As)层，用于调制激光器的光场分布，厚度为950-1000nm。
n-SCH：n-InGaAs超晶格层，用于增强激光器的效率和性能，厚度为10-250nm。
二维钙钛矿发光层：二维钙钛矿材料的发光层，用于产生激光器所需的光，可由溶液法大量制备，厚度为500-2000nm。
p-SCH：p-InGaAs超晶格层，用于增强激光器的效率和性能，厚度为10-250nm。
SiNX：氮化硅(SiNX，0.8<X<1.5)层，可以调节光的折射率和传输特性，实现光的引导和限制在所需的区域内，厚度为250-350nm。
p-AlGaAs：p型砷化铝镓(Al0.4Ga0.6As)层，用于调制激光器的光场分布，厚度为90-150nm。
p-GRIN：p型渐变折射率层(p-AlyGa1-yAs,0.1<y<0.4)，用于控制光在垂直方向的传播，厚度为80-120nm。
p-GaAs：p型砷化镓层，作为激光器的p型半导体材料，厚度为90-150nm。
ITO层：氧化铟锡覆盖层，用于提高光电极的透明性和导电性，厚度为100-500nm。
p型电极：作为光电极的电流引入和输出。包覆在ITO层的外表面，厚度为50-200nm。
n型区和p型渐变折射率层的铝镓砷组分并不完全相同，其中n型区(6)为AlzGa1- zAs(0.1<z<0.4)，p型区(11)为AlyGa1-yAs(0.1<y<0.4)。通过调节y，z值，使两侧的组分存在差异进而使两侧的折射率不同，光最终从折射率大的一侧出射。
有源区(n-SCH，二维钙钛矿发光层和p-SCH)两侧各包含一个光子晶体层结构(对应图1中16、17)，光子晶体层与有源区直接相接或不直接相接，采用光子晶体来优化激光器的谐振腔(对应图1中的4-13)等结构从而达到波长控制和模式选择。此外光子晶体层含有气孔结构(对应图3中18)和适当的晶格参数，可适当调整参数来满足人们具体器件功能的需求。有源区的钙钛矿发光层和两侧相邻的超晶格层构成新的发光层，实现载流子弛豫效率的增大。
ITO层是电泵浦过程中实现电注入的一个重要的结构。ITO层在激光器中作为电流注入通道的一部分。激光器包含一个n型区域和一个p型区域，ITO层位于p型区域，用于提供电流注入。由于ITO层具有高透明性，光可以穿透ITO层而不受太多阻挡，这对于激光器的输出效率至关重要。透明电极意味着光可以更容易地进入激光器的有源区域，从而增加激发态的产生。ITO层是一种优良的导电材料，能够提供足够的电流通过电注入区域。这对于维持激发态和激射效应非常关键。此外，ITO层也可以用作激光器的散热电极，将产生的热量传导出去，以保持激光器的稳定工作温度。稳定的工作温度有助于提高激光器的效率和可靠性。通过电极和ITO层结合来实现电注入，并增加载流子通过率和减小散射损耗，并且可以通过改变ITO层的厚度来优化结构，调控电流阈值以及提高能量利用效率。
较厚的ITO层可以降低垂直光学场穿透ITO并到达表面，以减少ITO表面的散射损耗，同时避免载流子在注入区域的拐角处积累，从而导致载流子注入不均匀，阈值性能较差。因此可以通过加厚ITO层来达到降低阈值电流的目的。光子晶体层的厚度和折射率梯度决定了激光器的工作波长。通过调整光子晶体层厚度，可以实现不同波长的激光输出。增加光子晶体的厚度会导致激光器工作在较长的波长范围内，而减小厚度则会导致工作波长更短。因此，光子晶体的加厚可以改变激光器的发射波长。
本发明硅基电泵浦钙钛矿光子晶体面发射激光器的结构示意图如图1所示；其中，1——Si基底；2——SiO2氧化硅层；3——n型电极；4——n-GaAs n型砷化镓层；5——n-GRIN n型渐变折射率层；6——n-AlGaAs n型砷化铝镓层；7——n-SCH n型超晶格层；8——二维钙钛矿发光层；9——p-SCHp型超晶格层；10——SiNX氮化硅层；11——p-AlGaAs p型砷化铝镓层；12——p-GRIN p型渐变折射率层；13——p-GaAs p型砷化镓层；14——ITO层；15——p型电极。
图1中的16为光子晶体层(n-GaAs，n-GRIN和n-AlGaAs)：一种具有周期性的折射率或折射率变化的光学材料，用于控制和引导光的结构，晶格参数为260-285nm，厚度为1120-1270nm。
图1中的17为光子晶体层(p-AlGaAs，p-GRIN和p-GaAs)：一种具有周期性的折射率或折射率变化的光学材料，用于控制和引导光的结构，晶格参数为260-285nm，厚度为300-400nm。
图1中16、17所示的光子晶体层中分布有贯穿光子晶体层的空气孔洞，其并未在图1中示出。
本发明ITO层的侧视图如图2所示。
ITO层可通过沉积刻蚀形成；ITO层为一个整体，其凸字形结构为周期性结构，含有多个凸起用以增加导电性，增加表面硬度以及耐久性。单个凸起结构的截面长度为5-10μm，凸起结构的分布间距为5-10μm；所述凸起结构的厚度30-50nm，优选的为40nm。
本发明光子晶体层俯视图如图3所示，包括砷化镓层、渐变折射率层、砷化铝镓层(即图1中16、17)，其中的孔洞18为空气孔洞贯通砷化镓层、渐变折射率层和砷化铝镓层三层。
图3中的18为空气孔洞，用于控制和调控光的传播，对特定波长的光波进行引导和传输，将光限制或集中在空气孔附近，以用于增强光与物质相互作用的强度，相邻孔洞中心间距即晶格参数。
图3中的空气孔洞为示意图，空气孔洞的形状不限于圆形，还可以为矩形、三角形、圆环型中的任意一种，空气孔洞的尺寸会影响激光器的阈值功率，较小的孔洞会导致较低的阈值功率，因为它们可以增加光与激发介质之间的相互作用，提高能量转换效率。孔洞间距即晶格常数，较大的孔洞间距通常会导致光子带隙在较长波长处，而较小的孔洞间距则会导致在较短波长处。因此，通过调整孔洞尺寸，可以选择性地放大特定波长的光。另外，孔洞的尺寸和排列方式会影响激光的传播模式。较大的孔洞间距可能会支持不同的模式，而较小的孔洞间距则可能限制激光模式的选择。这可以用来调整激光输出的模式和方向性。
本发明实施例中硅基电泵浦钙钛矿光子晶体面发射激光器的ITO层通过沉积刻蚀形成。ITO层为一整体，其凸字形结构为周期性结构，所述的单个凸起结构的截面长度为6μm、分布间距为8.65μm；所述凸起结构的厚度40nm，凸字形结构会引起光的频率偏移。这是因为凸起部分在光经过时会引起相位变化，导致光频率的变化。凸起结构也可以用于调制光的强度。当光波被凸起部分散射或吸收时，光的强度会随着结构的周期变化而发生变化，从而实现强度调制；其余结构层的制备方法采用本领域常用的旋涂法和热蒸发方法，沉积刻蚀以及旋涂法和热蒸发方法均为本领域常规技术手段，不作为本发明专利保护的重点，此处不再赘述。
实施例1
一种硅基电泵浦钙钛矿光子晶体面发射激光器，由下至上的结构依次为：Si基底、SiO2、n型电极、n-GaAs、n-GRIN(n-AlzGa1-zAs，0<z<0.4)、n-Al0.4Ga0.6As、n-SCH、二维钙钛矿发光层、p-SCH、SiNX、p-Al0.4Ga0.6As、p-GRIN(p-AlyGa1-yAs，0<y<0.4)、p-GaAs、ITO层和p型电极；
其中Si基底的厚度为0.55mm，SiO2层的厚度为300nm，n型电极的厚度为100nm，n-GaAs层的厚度为100nm，n-GRIN层的厚度为100nm，n-Al0.4Ga0.6As层的厚度为960nm，n-SCH层的厚度为120nm，二维钙钛矿发光层的厚度为562nm，p-SCH层的厚度为120nm，SiNX层的厚度为300nm，p-Al0.4Ga0.6As层的厚度为100nm，p-GRIN层的厚度为100nm，p-GaAs层的厚度为100nm，ITO层的厚度为200nm，p型电极的厚度为100nm。
本实施例中光子晶体层(对应图1中16、17)的晶格参数为260nm，厚度分别为1160nm、300nm。
本实施例中光子晶体层上的空气孔洞(对应图3中18)的形状为圆形，其直径为300nm，相邻空气孔洞的中心间距即光子晶体层的晶格参数。
实施例2
一种硅基电泵浦钙钛矿光子晶体面发射激光器，由下至上的结构依次为：Si基底、SiO2、n型电极、n-GaAs、n-GRIN、n-AlGaAs、n-SCH、二维钙钛矿发光层、p-SCH、SiNX、p-AlGaAs、p-GRIN、p-GaAs、ITO层和p型电极；
其中Si基底的厚度为0.55mm，SiO2层的厚度为300nm，n型电极的厚度为150nm，n-GaAs层的厚度为120nm，n-GRIN层的厚度为100nm，n-Al0.4Ga0.6As层的厚度为980nm，n-SCH层的厚度为180nm，二维钙钛矿发光层的厚度为1210nm，p-SCH层的厚度为180nm，SiNX层的厚度为300nm，p-Al0.4Ga0.6As层的厚度为120nm，p-GRIN层的厚度为80nm，p-GaAs层的厚度为100nm，ITO层的厚度为200nm，p型电极的厚度为100nm。
本实施例中光子晶体层(对应图1中16、17)的晶格参数为260nm，厚度分别为1200nm、300nm。
本实施例中光子晶体层上的空气孔洞(对应图3中18)的形状为边长400-500nm的三角，相邻空气孔洞的中心间距即为光子晶体层的晶格参数。
实施例3
一种硅基电泵浦钙钛矿光子晶体面发射激光器，由下至上的结构依次为：Si基底、SiO2、n型电极、n-GaAs、n-GRIN、n-AlGaAs、n-SCH、二维钙钛矿发光层、p-SCH、SiNX、p-AlGaAs、p-GRIN、p-GaAs、ITO层和p型电极；
其中Si基底的厚度为0.55mm，SiO2层的厚度为300nm，n型电极的厚度为100nm，n-GaAs层的厚度为100nm，n-GRIN层的厚度为100nm，n-Al0.4Ga0.6As层的厚度为960nm，n-SCH层的厚度为120nm，二维钙钛矿发光层的厚度为562nm，p-SCH层的厚度为120nm，SiNX层的厚度为300nm，p-Al0.4Ga0.6As层的厚度为100nm，p-GRIN层的厚度为100nm，p-GaAs层的厚度为100nm，ITO层的厚度为400nm，p型电极的厚度为100nm。
本实施例中光子晶体层(对应图1中16、17)的晶格参数为285nm，厚度分别为1160nm、300nm。
本实施例中光子晶体层上的空气孔洞(对应图3中18)的形状为圆形，其直径为300nm，相邻空气孔洞的中心间距即为光子晶体层的晶格参数。
实施例4
一种硅基电泵浦钙钛矿光子晶体面发射激光器，由下至上的结构依次为：Si基底、SiO2、n型电极、n-GaAs、n-GRIN(n-AlzGa1-zAs，0<z<0.4)、n-Al0.4Ga0.6As、n-SCH、二维钙钛矿发光层、p-SCH、SiNX、p-Al0.4Ga0.6As、p-GRIN(p-AlyGa1-yAs，0<y<0.4)、p-GaAs、ITO层和p型电极；
其中Si基底的厚度为0.55mm，SiO2层的厚度为300nm，n型电极的厚度为150nm，n-GaAs层的厚度为150nm，n-GRIN层的厚度为120nm，n-Al0.4Ga0.6As层的厚度为980nm，n-SCH层的厚度为200nm，二维钙钛矿发光层的厚度为1210nm，p-SCH层的厚度为200nm，SiNX层的厚度为350nm，p-Al0.4Ga0.6As层的厚度为120nm，p-GRIN层的厚度为120nm，p-GaAs层的厚度为150nm，ITO层的厚度为300nm，p型电极的厚度为150nm。
本实施例中光子晶体层(对应图1中16、17)的晶格参数为260nm，厚度分别为1250nm、390nm。
本实施例中光子晶体层上的空气孔洞(对应图3中18)的形状为圆形，其直径为300nm，相邻空气孔洞的中心间距即光子晶体层的晶格参数。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种硅基电泵浦钙钛矿光子晶体面发射激光器，其特征在于，有源区包括依次设置的n型超晶格层、二维钙钛矿发光层和p型超晶格层。
2.根据权利要求1所述的硅基电泵浦钙钛矿光子晶体面发射激光器，其特征在于，所述n型超晶格层的另一侧设置n型光子晶体层，所述p型超晶格层的另一侧设置p型光子晶体层。
3.根据权利要求2所述的硅基电泵浦钙钛矿光子晶体面发射激光器，其特征在于，所述p型光子晶体层与所述p型超晶格层通过氮化硅层相接。
4.根据权利要求2所述的硅基电泵浦钙钛矿光子晶体面发射激光器，其特征在于，所述n型光子晶体层包括依次设置的n型砷化镓层、n型渐变折射率层和n型砷化铝镓层；所述n型光子晶体层的厚度为1120～1270nm；
所述p型光子晶体层包括依次设置的p型砷化铝镓层、p型渐变折射率层和p型砷化镓层；所述p型光子晶体层的厚度为300～400nm。
5.根据权利要求2所述的硅基电泵浦钙钛矿光子晶体面发射激光器，其特征在于，还包括ITO层；所述ITO层与所述p型光子晶体层相接。
6.根据权利要求1所述的硅基电泵浦钙钛矿光子晶体面发射激光器，其特征在于，由下至上，结构依次为Si基底，氧化硅层，n型电极，n型砷化镓层，n型渐变折射率层，n型砷化铝镓层，n型超晶格层，二维钙钛矿发光层，p型超晶格层，氮化硅层，p型砷化铝镓层，p型渐变折射率层，p型砷化镓层，ITO层和p型电极；其中n型砷化镓层、n型渐变折射率层和n型砷化铝镓层构成n型光子晶体层；p型砷化铝镓层、p型渐变折射率层和p型砷化镓层构成P型光子晶体层。
7.根据权利要求6所述的硅基电泵浦钙钛矿光子晶体面发射激光器，其特征在于，所述Si基底的厚度为0.4～0.6mm；
所述氧化硅层的厚度为200～400nm；
所述n型电极的厚度为50-200nm；
所述n型砷化镓层的厚度为90-150nm；
所述n型渐变折射率层80-120nm；
所述n型砷化铝镓层的厚度为950-1000nm；
所述n型超晶格层的厚度为10-250nm；
所述二维钙钛矿发光层的厚度为500-2000nm；
所述p型超晶格层的厚度为10-250nm；
所述氮化硅层的厚度为250-350nm；
所述p型砷化铝镓层的厚度为90-150nm；
所述p型渐变折射率层的厚度为80-120nm；
所述p型砷化镓层的厚度为90-150nm；
所述ITO层的厚度为100-500nm；
所述p型电极的厚度为50-200nm。
8.根据权利要求2所述的硅基电泵浦钙钛矿光子晶体面发射激光器，其特征在于，所述n型光子晶体层和p型光子晶体层中均设置有贯穿的空气孔洞；所述空气孔洞的直径为200～500nm，分布间距为200-800nm。
9.根据权利要求5所述的硅基电泵浦钙钛矿光子晶体面发射激光器，其特征在于，所述ITO层表面设置有凸起结构；所述凸起结构的截面长度为5～10μm、分布间距为5～10μm；所述凸起结构的厚度为30～50nm。
10.如权利要求1-9任一项所述的硅基电泵浦钙钛矿光子晶体面发射激光器在通讯领域的应用。
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