本發(fā)明涉及一種半導體泵浦的量子點綠光激光器及其制作方法，屬于激光器。

背景技術：

1、可見光波段的半導體激光器因效率高，體積小，可靠性高，已經在建筑、激光顯示、工業(yè)領域和醫(yī)療設備等領域被廣泛應用，其中用于指示的綠光波段半導體激光器憑借其出色的光電轉換率和人眼敏感性，被廣泛用于戶外激光指示、測距標記、激光傳感裝置和醫(yī)療器械中。但目前綠光波段的半導體激光器材料主要是gan/ingan化合物材料，其材料帶隙較高，最低可調諧帶隙依舊高于正綠光532nm波段的2.33ev，造成此類半導體激光器輸出波長均偏離532nm，主要集中在510nm-520nm之間，顏色偏離嚴重，造成應用嚴重受限。此外，目前還有通過半導體激光器泵浦晶體材料產生1064nm激光，進而通過非線性晶體進行倍頻，產生532nm激光的技術方案及系統，但該系統包含半導體激光器、晶體，光路復雜，成本較高，體積較大，無法滿足產業(yè)大規(guī)模生產的需求，嚴重影響了綠色半激光器得生產和使用，造成設備成本高昂。

2、針對以上問題，現有主要有以下幾種解決方式：一是通過化合物半導體材料的摻雜和結構研發(fā)，盡可能降低gan、ingan化合物材料的帶隙，通過材料摻雜和激光器的結構設計實現波長盡可能靠近532nm，但目前面臨的是其物理機制已經逼進材料理論極限，實現難度較大；通過摻雜的形式則會大幅度降低材料生長質量，缺陷引入造成芯片輸出功率和效率大幅度下降，喪失了應用價值。第二種方案是盡可能實現半導體泵浦、晶體、非線性晶體等光學組件的集成化，降低綠光激光器的體積，但此方案仍屬于光系統組裝技術，無法實現芯片級別的量產和大規(guī)模生產，帶來的成本控制程度有限。

技術實現思路

1、本發(fā)明提供一種半導體泵浦的量子點綠光激光器及其制作方法，通過在常規(guī)藍光半導體激光器的基礎上，通過將綠色量子點材料均勻混合進有機液態(tài)材料，并通過光刻的形式覆蓋在藍光半導體激光器表面。藍光激光器表面通過設置表面光柵，將激光沿著激光器面發(fā)射，進入表面的聚合物波導層，激發(fā)波導層中混雜的綠光量子點。并將聚合物波導層兩端進行光學鍍膜，將其設置為諧振腔，最終實現綠光輸出。

2、本發(fā)明的技術方案如下：

3、一種半導體泵浦的量子點綠光激光器，自下到上依次包括襯底、n限制層、n波導層、量子阱有源層、p波導層和p限制層；

4、所述p限制層通過刻蝕技術去除部分區(qū)域形成肩部，兩肩部之間形成脊波導，脊波導上方覆蓋有歐姆接觸層，肩部上方及側面覆蓋有絕緣層，絕緣層在脊波導處設有開口，開口邊緣距離脊波導邊緣一定距離；在脊波導上方的絕緣層開口處，p面金屬層和歐姆接觸層接觸，實現電流僅在脊波導上方的歐姆接觸層注入；

5、所述脊波導上方設置光柵，光柵長度與脊波導長度一致；所述絕緣層、p限制層和歐姆接觸層上方覆蓋有p面金屬層，所述p面金屬層在脊波導伸長方向存在空缺區(qū)域，空缺區(qū)域長度小于脊波導長度，空缺區(qū)域寬度小于脊波導寬度，在光柵上方設置有量子點發(fā)光層，量子點發(fā)光層與脊波導寬度一致；

6、所述襯底底部減薄后設置有n面金屬層。

7、優(yōu)選的，所述開口邊緣距離脊波導邊緣的距離小于5μm。

8、優(yōu)選的，所述脊波導寬度為2μm-200μm，芯片厚度為50μm-200μm，優(yōu)選的脊波導寬度值20μm，芯片厚度為120μm。

9、優(yōu)選的，脊波導上部刻蝕形成等間距的凹凸周期結構形成光柵，凹進去部分通過刻蝕脊波導上部的歐姆接觸層和部分p限制層得到的，刻蝕深度為10nm-1000nm；光柵周期內凹凸結構占比均為50％，即凹凸結構長度相同。

10、光柵結構滿足光柵衍射公式：

11、m×λc＝nneff×λ

12、其中m為正整數，λc為反射中心波長，在本發(fā)明中，λc為300-500nm；nneff為光柵材料的有效折射率，根據深度不同，其值一般為1.4-3.4；λ為光柵凹凸結構的周期，本發(fā)明中，周期m為偶數時，根據中心波長計算光柵周期。根據本發(fā)明所優(yōu)選的，λ為120-300nm。

13、光柵的主要功能是將脊波導內的激光耦合輸出至垂直于脊波導所在平面上，進入上方的量子點發(fā)光層。

14、優(yōu)選的，所述量子點發(fā)光層由量子點和液態(tài)聚合物制備得到，量子點與液態(tài)聚合物的質量占比0.1％-5％；量子點的選擇主要是根據其熒光發(fā)射譜的峰值所在位置進行選擇，量子點的發(fā)射峰值在520nm-540nm，液態(tài)聚合物的粘度值為10cp-100cp。

15、優(yōu)選的，量子點與液態(tài)聚合物的質量占比1％。

16、優(yōu)選的，量子點的直徑尺寸為2nm-20nm，包括但不限于：iii-v族材料系中的inas、insb、inp、gaas，ii-vi族材料系中的cds、cdse、znsete、znses、zns、hgte，iv-vi族材料系中的snte、pbs、pbse；

17、液態(tài)聚合物為保證必須在所需要的激光波長范圍具備光的傳輸能力，液態(tài)聚合物包括但不限于pmma(聚甲基丙烯酸甲酯)、psu(聚砜)、pet(聚對苯二甲酸乙二醇酯)、coc(環(huán)烯烴共聚物)、tpx(聚4-甲基戊烯-1單體)、ps(磷脂酰絲氨酸)、nas(n-丙烯酰氧基琥珀酰亞胺)、adc(烯丙基二甘醇碳酸脂)。

18、一種上述的半導體泵浦的量子點綠光激光器的制作方法，包括如下步驟：

19、(1)采用mocvd法在襯底上依次生長n限制層、n波導層、量子阱有源層、p波導層和p限制層；

20、(2)光刻顯影后，在特定位置利用刻蝕技術制備脊波導和肩部，在脊波導上方制備歐姆接觸層；

21、(3)利用pecvd技術生長二氧化硅，形成絕緣層，并采用光刻、腐蝕或者剝離的方式去掉脊波導上方及一側的絕緣層，絕緣層邊緣與脊波導邊緣距離小于5μm；

22、(4)采用光刻、腐蝕的方式在脊波導上部制備光柵，光柵周期內凹凸結構占比均為50％；

23、(5)采用蒸鍍方式制備p面金屬層，p面金屬層在脊波導伸長方向的中間區(qū)域存在空缺區(qū)域，空缺區(qū)域的長度小于脊波導長度，寬度小于脊波導寬度，空缺區(qū)域寬度與長度分別占脊波導寬度與長度的50％；

24、(6)制備量子點發(fā)光層：將量子點與液態(tài)聚合物混合均勻，攪拌并超聲處理，形成液態(tài)混合液，液態(tài)混合液旋涂至整個p面金屬層上；

25、(7)經過光刻，只保留脊波導上方的量子點發(fā)光層形成聚合物波導，聚合物波導的寬度與脊波導寬度一致；

26、(8)襯底減薄，然后通過蒸鍍方式制備n面金屬層；經過合金處理，激光器腔面解理，最后在激光器腔面鍍高反射膜形成半導體激光器；在聚合物波導兩端分別鍍綠光高反膜和部分反射膜，最終制備成半導體泵浦的量子點綠光激光器，其中高反膜是指反射率高于95％的膜，部分反射膜指反射率低于95％的膜。

27、優(yōu)選的，步驟(6)中量子點發(fā)光層的制備過程如下：

28、將量子點放入液態(tài)聚合物中，攪拌的同時進行超聲處理，使量子點均勻分散形成穩(wěn)定的聚合物懸濁液；激光器腔面垂直于脊波導所在平面，將混合有量子點的液態(tài)聚合物進行點膠和旋涂，使液態(tài)聚合物在激光器脊波導上方形成厚度均勻的聚合物液態(tài)薄膜，厚度為0.5-10μm，然后對聚合物液態(tài)薄膜進行固化操作。

29、優(yōu)選的，選用發(fā)射300nm-450nm紫外或藍光波長范圍的射燈進行光固化，或采用溫度范圍達到100℃-450℃的熱烘箱進行熱固化。

30、上述技術方案中未做詳細說明和限定的，均參照現有技術進行。

31、本發(fā)明的有益效果為：

32、本發(fā)明通過在常規(guī)邊發(fā)射藍光半導體激光器的基礎上，通過光柵結構將藍光耦合至波導表面進行輸出，藍光照射進入含有綠色量子點材料的聚合物波導中，并通過光刻的形式形成聚合物波導諧振腔，最終于聚合物波導兩端進行鍍膜形成綠光激光器并輸出綠色激光。該發(fā)明有效彌補了現有gan材料波長不足的缺陷，能夠通過量子點直徑和材料的選擇，實現波長520-540nm的激光輸出。而且，該技術依賴于常規(guī)半導體激光器工藝制程，僅在金屬上增加了聚合物的旋涂和光刻步驟，能夠實現大批量生產且同時能有效降低激光器成本，免去后續(xù)光學晶體和倍頻晶體組成的固體激光器系統，有效降低了激光器的整體成本。