CN110233427B - 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 - Google Patents

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 Download PDF

Info

Publication number
CN110233427B
CN110233427B CN201910505261.1A CN201910505261A CN110233427B CN 110233427 B CN110233427 B CN 110233427B CN 201910505261 A CN201910505261 A CN 201910505261A CN 110233427 B CN110233427 B CN 110233427B
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
gallium nitride
etching
silicon
gan layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910505261.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110233427A (zh
Inventor
蔡玮
韩冰
王新迪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu Kaoyue Technology Co ltd
Original Assignee
Nanjing Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Institute of Technology filed Critical Nanjing Institute of Technology
Priority to CN201910505261.1A priority Critical patent/CN110233427B/zh
Publication of CN110233427A publication Critical patent/CN110233427A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110233427B publication Critical patent/CN110233427B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/11—Comprising a photonic bandgap structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34333—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on Ga(In)N or Ga(In)P, e.g. blue laser

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

本申请公开了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，使用电感耦合等离子体反应离子刻蚀技术在硅衬底氮化镓晶圆上表面经过两次刻蚀形成三层阶梯状台阶；使用磁控溅射技术在三层阶梯状台阶中间台面和下台面同时蒸镀形成p型电极和n型电极；使用聚焦离子束刻蚀技术刻蚀u‑GaN层获得高Q值光子晶体纳米腔；再使用PDMS将增益介质WS2单层膜转印到光子晶体纳米腔表面，WS2单层膜上下表面旋涂CYTOP进行双面封装。在电流注入下，InGaN/GaN量子阱MQWs层自发辐射发出的蓝光经光子晶体纳米腔及WS2单层膜增益后形成红色激光并沿着器件表面法线方向出射。

Description

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
技术领域
本申请涉及信息材料与器件领域，尤其涉及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。
背景技术
直接带隙半导体二维过渡金属二元化合物TMDC的发现，开启了下一代光电器件的新纪元。二维TMDC的原子在平面内紧密结合，在平面外连接较弱，这种层与层之间的弱相互作用使得提取单层膜成为可能，从而支撑了这一新兴的研究领域。在原子厚度较薄的TMDC单层膜中，非相互作用极限处的光学跃迁谱表现为一个阶跃函数。强约束增强了电子与空穴之间的相互作用，产生了较大的束缚能和尖锐的激发能级，与非相互作用极限的束缚能相比，这种束缚能够进一步增加光学增益，并使得增益谱变窄。这些特性能够提升激光器的核心性能，使得激光器具有更低的阈值、更小的能耗、更高的调制带宽和更窄的发射线宽。
内部发光量子效率是衡量激光器的关键元素之一，由发光物质发射的光子数与吸收的光子数的比值决定。较高的量子效率对于获得较大的光增益以及较低的泵浦功率至关重要。不同TMDC单层膜的量子效率也有所不同。相比WSe2和MoS2单层膜，WS2单层膜具有更高的量子效率，分别比WSe2和MoS2单层膜的量子效率高5个和2个数量级，这使得使WS2成为获得大光学增益的最佳TMDC选择。
与传统的III-V族量子阱激光器相比，二维TMDC的大折射率，在可见波长范围内为～6至7，可显著增加激光有源区的光学限制，从而有效提高光增益。二维TMDC中辐射和非辐射载流子的寿命极为短暂，有助于实现具备超高调制带宽的二维激子激光器。此外，二维TMDC作为目前体积最小的光学增益材料，对于研发下一代高性能、小尺寸的节能激光器至关重要。
硅衬底氮化镓晶圆和传统的蓝宝石衬底及碳化硅晶圆相比，也具有独特的优势。蓝宝石衬底硬度高、导电性和导热性相对较差，不利于器件的加工及后期应用。碳化硅衬底也存在硬度高及成本昂贵等问题。硅衬底价格低廉、导热性和导电性优良，且有着成熟的器件加工工艺。通过引入AlN/AlGaN等缓冲层来弥补晶格失配以及热膨胀不一致引起的残余应力，高质量的硅衬底氮化镓晶圆已经在市场上扮演越来越重要的角色。
申请内容
解决的技术问题：
本申请需要解决的技术问题是解决传统的III-V族量子阱激光器激射阈值高、能耗大等技术问题，提出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，有利于进一步缩小器件体积，提供更高的调制速率。
技术方案：
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，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、设置在所述硅衬底层上的缓冲层、设置在所述缓冲层上的n-GaN层、设置在所述n-GaN层上的AlGaN包覆层、设置在所述AlGaN包覆层上的InGaN波导层、设置在所述InGaN波导层上的InGaN多量子阱层、设置在所述InGaN多量子阱层上的p-GaN层、设置在所述p-GaN层上的AlGaN折射层、设置在所述AlGaN层上的u-GaN层、设置在所述u-GaN层上使用CYTOP双面封装的WS2单层膜、以及n型电极和p型电极。
作为本申请的一种优选技术方案：所述硅衬底氮化镓晶圆从上至下依次包括u-GaN层、AlGaN折射层、p-GaN层、InGaN多量子阱层、InGaN波导层、AlGaN包覆层、n-GaN层、缓冲层和硅衬底层。
作为本申请的一种优选技术方案：所述u-GaN层以AlGaN折射层为衬底，使用聚焦离子束刻蚀技术刻蚀u-GaN层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层的厚度，获得光子晶体纳米腔。
作为本申请的一种优选技术方案：所述WS2单层膜通过化学气相沉积技术获得，上下表面均覆盖CYTOP保护层进行双面封装。
作为本申请的一种优选技术方案：所述硅衬底氮化镓晶圆上表面刻蚀有三层阶梯状台阶，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层上表面，所述中间台面为第一次刻蚀后暴露的p-GaN层上表面，所述下台面为第二次刻蚀后暴露的n-GaN层上表面；n型电极设置在三层阶梯状台阶的中间台面上，p型电极设置在三层阶梯状台阶的下台面上。
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的制备方法为：
第一步：在硅衬底氮化镓晶圆的u-GaN层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型电极窗口区域和p型电极窗口区域；
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型电极与p型电极；
第七步：使用聚焦离子束刻蚀技术在u-GaN层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，再使用PDMS将增益介质WS2单层膜转印到CYTOP保护层上表面，并在WS2单层膜上表面再次旋涂一层CYTOP保护层，对WS2单层膜进行双面封装。
作为本申请的一种优选技术方案：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层上表面。
作为本申请的一种优选技术方案：所述第四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下台面为刻蚀后暴露的n-GaN层上表面。
作为本申请的一种优选技术方案：所述第六步中蒸镀的Pt/Au，结合磁控溅射、光刻胶剥离和温度控制在575±5℃的压缩氮气退火技术获得；Pt/Au厚度分别为30nm/120nm，所述二维激子激光器为低能耗激光器，薄电极即可满足所述激光器的电流注入要求，薄电极也有利于减小器件电阻，提升激光器的电光性能，节约制备成本。
作为本申请的一种优选技术方案：所述第七步使用聚焦离子束刻蚀技术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，空气孔洞刻蚀深度等于u-GaN层厚度，腔衬底为AlGaN折射层，光子晶体纳米腔的谐振波长匹配WS2单层膜的增益波长。
有益效果：
本申请所述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采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本发明提出的基于硅基氮化镓和二硫化钨单层膜的二维激子激光器使用WS2单层膜作为增益材料，WS2单层膜具有极高的量子效率、很大的折射率，可以显著增加激光有源区的光学限制，能够有效提高光增益。与传统的III-V族量子阱激光器相比，本发明提出的二维激子激光器阈值更低、能耗更小、量子效率更高。二维TMDC中辐射和非辐射载流子的寿命极为短暂，所以二维激子激光器具备更高的调制带宽。此外，二维TMDC作为目前体积最小的光学增益材料，有利于制备小尺寸节能激光器。
2、本发明提出的基于硅基氮化镓和二硫化钨单层膜的二维激子激光器基于硅衬底氮化镓晶圆实现，传统的蓝宝石衬底及碳化硅衬底晶圆相比，硅衬底成本优势巨大，导电性和导热性更好，加工工艺成熟，便于进行后期器件加工，有利于激光器的大规模量产。
3、和蓝宝石衬底及碳化硅衬底相比，硅衬底更易于获得大尺寸外延，有利于制备大尺寸二维激子激光器阵列。
4、硅衬底氮化镓晶圆中的AlGaN包覆层和InGaN波导层能够有效减少硅衬底对器件发光的吸收，使得更多的光子从器件上表面出射，有利于降低激光器阈值和能耗。
5、所述二维激子激光器为低能耗激光器，薄电极即可满足所述激光器的电流注入要求，薄电极也有利于减小器件电阻，提升激光器的电光性能，节约制备成本。
6、AlGaN层通过改变Al的组分获得合适的折射率差，从而制备高Q值的光子晶体纳米腔，光子晶体纳米腔的谐振波长匹配WS2单层膜的增益波长。
7、选择使用WS2单层膜，WS2单层膜具有更高的量子效率，分别比WSe2和MoS2单层膜的量子效率高5个和2个数量级，能够提供更大的光学增益。使用CYTOP对WS2单层膜进行双面封装，能够对其形成有效保护。
附图说明
图1：为本申请基于硅基氮化镓和二硫化钨单层膜的二维激子激光器的主视图。
图2：为本申请基于硅基氮化镓和二硫化钨单层膜的二维激子激光器的俯视图。
图3：为本申请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流程示意图。附图标记说明：1、硅衬底层，2、缓冲层，3、n-GaN层，4、AlGaN包覆层，5、InGaN波导层，6、InGaN多量子阱层，7、p-GaN层，8、AlGaN折射层，9、u-GaN层，10、WS2单层膜，11、n型电极，12、p型电极，13、CYTOP保护层。
具体实施方式
以下实施例进一步说明本申请的内容，但不应理解为对本申请的限制。在不背离本申请精神和实质的情况下，对本申请方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本申请的范围。
实施例:
如图1、图2和图3所示，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，以硅衬底氮化镓晶圆作为载体，所述硅衬底氮化镓晶圆包括硅衬底层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和设置在所述AlGaN折射层8上的u-GaN层9；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，还包括设置在所述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；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。
硅衬底氮化镓晶圆上表面刻蚀有三层阶梯状台阶，所述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，上台面与WS2单层膜的下保护层CYTOP层下表面连接，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；n型电极11设置在三层阶梯状台阶的中间台面上，p型电极12设置在三层阶梯状台阶的下台面上。
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采用的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450nm，AlGaN包覆层和InGaN波导层能够有效较少硅衬底对器件发光的吸收。
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中，激光器的n型电极(11)和p型电极(12)沉积使用的金属材料均为铂-金合金。
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中，使用聚焦离子束刻蚀技术在u-GaN层刻蚀等间距分布的圆形空气孔洞获得光子晶体纳米腔，空气孔洞刻蚀深度等于u-GaN层厚度，腔衬底为AlGaN层，通过改变Al的组分获得合适的折射率差，从而制备高Q值的光子晶体纳米腔，腔的谐振波长匹配WS2单层膜的增益波长。使用CYTOP对WS2单层膜进行双面封装保护。
如图3所示，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的制备方法为：
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台阶区域，随后剥离残余光刻胶，获得阶梯状台阶中间台面，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；
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台阶区域，随后剥离残余光刻胶，获得阶梯状台阶下台面，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下台面为刻蚀后暴露的n-GaN层3上表面；
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型电极窗口11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：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11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。
本发明制备方法中，所述第六步中蒸镀的Pt/Au，结合磁控溅射、光刻胶剥离和温度控制在575±5℃的压缩氮气退火技术获得；Pt/Au厚度分别为30nm/120nm，所述二维激子激光器为低能耗激光器，薄电极即可满足所述激光器的电流注入要求，薄电极也有利于减小器件电阻，提升激光器的电光性能，节约制备成本。
本发明制备方法中，所述第七步中使用聚焦离子束刻蚀技术在u-GaN层刻蚀等间距分布的圆形空气孔洞获得光子晶体纳米腔，刻蚀使用的Ga离子束流为30kV/120pA，空气孔洞刻蚀深度等于u-GaN层9厚度，光子晶体纳米腔衬底为AlGaN层，通过改变Al的组分获得合适的折射率差，从而制备高Q值的光子晶体纳米腔，腔的谐振波长匹配WS2单层膜的增益波长。
本发明制备方法中，所述第八步中的WS2单层膜10具有更高的量子效率，分别比WSe2和MoS2单层膜的量子效率高5个和2个数量级，能够提供更大的光学增益。使用CYTOP保护层13对WS2单层膜10进行双面封装，能够对其形成有效保护。

Claims (9)

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。
7.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：所述第四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下台面为刻蚀后暴露的n-GaN层（3）上表面。
8.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：所述第六步中蒸镀的Pt/Au，结合磁控溅射、光刻胶剥离和温度控制在 575
Figure 187496DEST_PATH_IMAGE002
5℃的压缩氮气退火技术获得；Pt/Au厚度分别为30nm/120nm，所述二维激子激光器为 低能耗激光器，薄电极即可满足所述激光器的电流注入要求。
9.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：所述第七步使用聚焦离子束刻蚀技术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，空气孔洞刻蚀深度等于u-GaN层（9）厚度，光子晶体纳米腔衬底为AlGaN折射层，光子晶体纳米腔的谐振波长匹配WS2单层膜（10）的增益波长，聚焦离子束刻蚀使用的Ga离子束流为30 kV/120 pA。
CN201910505261.1A 2019-06-12 2019-06-12 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 Active CN110233427B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910505261.1A CN110233427B (zh) 2019-06-12 2019-06-12 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

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910505261.1A CN110233427B (zh) 2019-06-12 2019-06-12 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

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110233427A CN110233427A (zh) 2019-09-13
CN110233427B true CN110233427B (zh) 2020-12-08

Family

ID=67859647

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910505261.1A Active CN110233427B (zh) 2019-06-12 2019-06-12 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

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110233427B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7504368B2 (ja) * 2019-12-16 2024-06-24 国立大学法人京都大学 面発光レーザ素子及び面発光レーザ素子の製造方法
CN111689518B (zh) * 2020-06-03 2021-04-23 中国科学技术大学 一种基于表面等离子体波的二维过渡金属二硫化物层数可控制备及图案化的制备方法
CN114094439B (zh) * 2021-10-22 2023-12-12 南京邮电大学 基于氮化硅光子晶体的氮化镓面发射激光器及制备方法
CN114256735B (zh) * 2021-11-16 2023-08-15 南京邮电大学 一种电泵氮化物悬空圆环光频梳激光器及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1641950A (zh) * 2004-01-16 2005-07-20 夏普株式会社 半导体激光器及其制造方法
CN103985796A (zh) * 2013-02-05 2014-08-13 国际商业机器公司 电子器件
CN107111060A (zh) * 2014-07-14 2017-08-29 拜奥德光电公司 与光耦合元件的3d光子集成
CN109682863A (zh) * 2018-12-10 2019-04-26 华中科技大学 基于TMDCs－SFOI异质结的气体传感器及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8774573B2 (en) * 2009-02-20 2014-07-08 OmniPV, Inc. Optical devices including resonant cavity structures

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1641950A (zh) * 2004-01-16 2005-07-20 夏普株式会社 半导体激光器及其制造方法
CN103985796A (zh) * 2013-02-05 2014-08-13 国际商业机器公司 电子器件
CN107111060A (zh) * 2014-07-14 2017-08-29 拜奥德光电公司 与光耦合元件的3d光子集成
CN109682863A (zh) * 2018-12-10 2019-04-26 华中科技大学 基于TMDCs－SFOI异质结的气体传感器及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110233427A (zh) 2019-09-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110233427B (zh) 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
US8735185B2 (en) Light emitting device and fabrication method thereof
US7294862B2 (en) Photonic crystal light emitting device
CN101572288B (zh) 一种GaN基多量子阱超辐射发光二极管及其制备方法
US7422915B2 (en) Light emitting diode and method for manufacturing the same
JP7228176B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子
CN102064471B (zh) 一种氮化镓基半导体激光器及其制作方法
US10263144B2 (en) System and method for light-emitting devices on lattice-matched metal substrates
KR20020012630A (ko) 질화물 반도체 계층 구조 및 그러한 구조 부분을 포함하는질화물 반도체 레이저
US8618563B2 (en) Light emitting device with vertically adjustable light emitting pattern
KR102473891B1 (ko) 일종 광 추출 효율을 제고할 수 있는 자외선 발광다이오드 칩 및 그 제조법
JPH07176826A (ja) 窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子
Wang et al. GaN-on-Si micro resonant-cavity light-emitting diodes with dielectric and metal mirrors
KR100289595B1 (ko) 3족질화물반도체발광소자
JP2011258843A (ja) 窒化物半導体発光素子及びその製造方法
US7095042B2 (en) Electrode structure, semiconductor light-emitting device having the same and method of manufacturing the same
CN111490453B (zh) 含有分步掺杂下波导层的GaN基激光器及其制备方法
WO2021085340A1 (ja) 発光素子及びその製造方法
Baik et al. Light output enhancement of GaN-based flip-chip light-emitting diodes fabricated with SiO2/TiO2 distributed Bragg reflector coated on mesa sidewall
CN113471340A (zh) 一种基于局域表面等离激元耦合增强的MIS结构的超快micro-LED及其制备方法
CN109428264A (zh) 具有低阀值电流的半导体激光二极管
CN109449262B (zh) 基于Cu掺杂石墨烯提高光效的可见光通信器件及其制备方法
JPH08264903A (ja) 半導体積層構造の製造方法および半導体発光素子の製造方法
CN115911203A (zh) 基于双层金属微纳和石墨烯复合结构的半导体外延结构及其制备方法和应用
CN116230817A (zh) 一种垂直结构深紫外led器件及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20230404

Address after: Building 8, No. 29 Hudong Road, Jiangning District, Nanjing City, Jiangsu Province, 210000 (Jiangning High tech Zone)

Patentee after: Jiangsu kaoyue Technology Co.,Ltd.

Address before: 1 No. 211167 Jiangsu city of Nanjing province Jiangning Science Park Hongjing Road

Patentee before: NANJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY