【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体材料的制备领域，具体涉及一种横模可控的光发射器的制备方法。
技术介绍
1、直接带隙的单层过渡金属硫族化合物作为iii-v和ii-vi半导体后出现的典型半导体材料，表现出强烈的激子发射和吸收特征，为研究光与物质相互作用的基本物理特性和开发激子与光子耦合的器件提供了一个二维(2d)半导体平台。到目前为止，许多工作都致力于通过将这些2d半导体与不同的光子结构集成来研究有趣的激子-光子相互作用。特别是，在将tmds单层嵌入平面微腔中后，在弱耦合和强耦合区域中观察到了珀塞尔效应和强耦合激子极化激元的形成，其中腔光子和激子的耦合强度可以参考量子阱微腔的标准来估计。
2、通常，平面微腔(即一维光子晶体)中的光学约束是沿纵向形成的，但横向电磁场的约束很弱，这导致自发发射耦合因子β是有限的；例如在gaas量子阱微腔中小于0.1。为了增强β并开发单模发射源，在平面微腔中对横模的控制提出了很高的要求。微腔中的横模可能呈现复杂的场模式，并涉及多个因素，如横向尺寸、形状和边界条件等。例如，在基于传统iii-v半导体的垂直腔表面发射激光器的光致发光(pl)映射中，观察到了由波混沌引起的各种发射模式。然而，新兴的2d半导体嵌入平面微腔中横模的基本特征在很大程度上仍未被探索，这不仅从根本上是有趣的，而且对设计模式可控的器件也很重要。
3、从技术上讲，谐振腔中的横模可以通过引入不同的光学限制方法来管理，例如引入波导效应、修改局部结构以及与光子晶体结构结合。通过将tmds转移到2d光子晶体和1d纳米束腔上或将其插入微盘中
4、传统的横模控制方法需要对光发射器进行刻蚀或光刻等操作，对加工技术和分辨率要求很高，很难实现横模数量及发光波长的有效调控。因此，一种简单高效的横模控制途径对光发射器件是十分重要的。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种横模可控的光发射器的制备方法。鉴于上述提出的模式可控光发射器的重要性。在本专利技术中，采用化学气相沉积法和高真空电子束蒸镀法分别制备正三角形的1l-tmds和平面微腔，利用湿法转移将ws2嵌入到微腔中，空间分辨荧光成像表征证明了在嵌入平面微腔的单层tmds三角形中创建了横向离散的发射模式。当增益介质的横向尺寸降至微米级时，弱耦合激子发射表现出尺寸依赖性特征，其中三角波导谐振起着关键作用。这些发现揭示了横向光学约束对于控制2d半导体微腔中的横模的重要性。本专利技术中仅将化学气相沉积法生长的不同尺寸正三角形单层二硫化钨嵌入到微腔中，利用在单层半导体及其周围腔材料之间的一维闭合边界处存在由全内反射引起的平面内三角形波导共振实现了横向模式的局域化，并通过改变三角形边长实现了横模数量和发光波长的有效调控。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案的具体步骤如下：
3、步骤1：制备法布里-帕罗平板微腔；
4、采用高真空电子束蒸镀法，将不同折射率的介质膜材料交替堆叠，将介质膜材料交错堆叠2n+1层形成高反射率的底部分布式布拉格反射镜(distributed braggreflector，dbr)，其中低折射率的介质膜材料为n+1层，高折射率的介质膜材料为n层，整个底部dbr两个外表面为低折射率的介质膜材料；
5、(2)制备增益介质；
6、采用化学气相沉积法(cvd法)，得到增益介质，利用湿法转移将增益介质嵌入至法布里-帕罗平板微腔中；
7、(3)表征光发射器性能；
8、在底部dbr上蒸镀腔长材料并将增益介质嵌入中心处后，再用电子束蒸镀法蒸镀顶部dbr，得到增益介质嵌入式全腔结构的光发射器；
9、采用激光光子能量大于带隙能量的连续波激光器作为激发光源，采用532nm的连续波激光器，对法布里-帕罗平板微腔内增益介质进行空间分辨荧光成像表征，确认该光发射器的横模分布情况。
10、所述增益介质采用单层二硫化钨(monolayer tungsten disulfide,1l-ws2)，且增益介质为不同边长的正三角形的1l-ws2。
11、所述增益介质的三角形的边长与横模数量有关系，边长小于等于1μm，只有一个横模，边长大于1μm，出现第二个横模。
12、所述增益介质的能带结构确定中心波长λ，有效腔长材料及各层介质膜的厚度分别为dc＝λ/2nc和di＝λ/4ni，其中dc、di、nc、ni分别为腔长材料厚度、介质膜厚度、腔长材料折射率和介质膜材料的折射率。
13、优选地，所述布里-帕罗平板微腔的具体制备步骤为：
14、(a)将sio2包覆的si衬底作为基板，将sio2和tio2颗粒置于坩埚中后关闭腔室，打开分子泵，使腔室气压到达高真空；
15、(b)设计微腔参数使得腔光子小于a激子能量25mev，由于中心波长λ＝1239.84/(ea-0.025)，其中ea为a激子能量，设置蒸镀参数并开始真空电子束蒸镀，保证介质膜以的速度进行蒸镀，在基板上依次蒸镀光学厚度为λ/4的sio2和tio2，使两种折射率的介质膜实现周期性排布，最终得到禁带范围反射率超过90％的底部dbr；
16、(c)在得到底部dbr后，继续蒸镀λ/4的sio2作为一半的有效腔长，将表面蒸镀完成一半sio2腔长的底部dbr取出后，转移增益介质至腔长材料表面，再将带样品的衬底作为基板固定，重复步骤(a)-步骤(b)过程l次，完成蒸镀过程；
17、(d)最终得到ws2嵌入式的全腔器件，得到光发射器。
18、所述l次为9次。
19、优选地，步骤2中制备增益介质采用cvd法，具体步骤为：
20、(a)将sio2包覆的si衬底分别在丙酮、去离子水和异丙醇溶液中超声清洗10分钟，并用氮气枪吹干衬底表面溶液；
21、(b)用电子天平分别称量60mg三氧化钨和350mg硫粉作为前驱体，并将硫粉和三氧化钨粉末分别置于两个石英舟中，其中硫粉堆放，以保证硫粉的加热温区集中，而三氧化钨平铺于石英舟中，使钨源均匀地蒸发至衬底表面；
22、(c)将清洁完成的衬底倒置于三氧化钨所在的石英舟顶部，并将衬底置于管式炉加热的中心位置，将硫粉所在的石英舟置于进气口一侧受热温度为180℃的位置；在开始升温前先通入氩气约10min，保证管式炉中气体均为高纯氩气；
23、(d)设置生长参数：升温速率10℃/min，保温温度950℃，保温时间30min，载气及流量为100sccm的氩气；
24、(e)开始升温，等到设定温度曲线结束后，关闭载气，打开管式炉取出衬底；
25、(f)利用光学显微镜观察衬底，并将单层的1l-ws2三角形密集且边长变化范围为1μm到10μm的区本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种横模可控的光发射器的制备方法，其特征在于包括下述步骤：
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【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：尚景智，张学文，张欣雨，胡韩伟，肖卫东，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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