使用高导热金刚石基板的高效散热钙钛矿激光器

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该图显示了所提出的光泵浦 MAPbI3 回音壁模式 (WGM) 激光器的示意图，该激光器包括三角形 MAPbI3 纳米片、SiO2 间隙层和金刚石基板。图片来源©科学中国出版社

该图显示了所提出的光泵浦 MAPbI3 回音壁模式 (WGM) 激光器的示意图，该激光器由三角形 MAPbI3 纳米片、SiO2 间隙层和金刚石基板组成。信用
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摘要：
钙钛矿激光器在从飞秒脉冲激发激光发展连续波激发激光方面迅速取得了进展，这被认为是迈向电激发激光的关键一步。在室温下连续波激光发射之后，下一个目标是实现电驱动激光发射。在商用电注入激光器中，传统的外延生长单晶半导体具有大热导率κ和高载流子迁移率m，通常在大电流下表现出较小的电阻加热。虽然钙钛矿具有大且平衡的载流子迁移率，但它们的 κ 值较小。 MAPbI3的热导率为1-3 W m−1 K−1，低于GaAs (50 W m−1 K−1)。因此，通过非辐射途径从能量损失转化而来的热量无法有效消散。这种失败将增加激光阈值，因为载流子在更高的温度下占据更广泛的能量范围，从而稀释任何给定转变的粒子数反转以及其他问题，例如退化和热引起的缺陷。分布式反馈 (DFB) 钙钛矿激光器的最低电激发阈值将高达 24 mA cm−2。此外，由于用于激光器件的传统钙钛矿发光二极管结构中的高电流注入，由于焦耳热，外部量子效率在高电流注入条件下将受到显着限制。因此，热管理是开发基于钙钛矿的电驱动激光器的瓶颈。

使用高导热金刚石衬底的高效散热钙钛矿激光器

中国北京 | 发表于 14 年 2023 月 XNUMX 日

有鉴于此，太原理工大学李国辉教授、于胜旺教授、崔艳霞教授和隆德大学郑凯波教授等研究人员展示了在金刚石基底上的钙钛矿纳米片激光器，该激光器可以有效散发光泵浦过程中产生的热量。所演示的激光器的 Q 因子约为 1962，激光阈值为 52.19 μJ cm−2。通过在纳米片和金刚石基底之间引入薄的 SiO2 间隙层也可以实现严格的光学限制。结构内部的电场分布表明，厚度为 2 nm 的宽 SiO200 间隙在金刚石基底中产生明显较小的泄漏场，同时提出了 MAPbI3 纳米片内更好的模式限制。他们通过光泵浦条件下的温度变化评估了金刚石基底上的钙钛矿纳米片激光器的散热情况。通过结合金刚石基板，该激光器具有低泵浦密度依赖性温度灵敏度（~0.56 ± 0.01 K cm2 μJ−1）。其灵敏度比之前报道的玻璃基板上的钙钛矿纳米线激光器的值低一到两个数量级。高导热性金刚石基底使纳米片激光器能够在高泵浦密度下运行。这项研究可以激发电驱动钙钛矿激光器的发展。该工作发表在《中国科学材料》（https://doi.org/10.1007/s40843-022-2355-6)

该工作得到了国家自然科学基金（U21A20496、61922060、61775156、61805172,12104334、62174117、61905173、202102150101007）、山西省重点研发计划（2022）、山西浙大新材料研究院的资助和化学工程项目（020SX-TD20210302123154），山西省自然科学基金项目（20210302123169和2021），山西省留学基金委科研项目（033-2021），山西浙大新材料研究院科研项目化学工程（008SX-FR2020206）、吕梁市人才引进专项（Rc2020207、Rc202006935009）。李国辉还感谢国家留学基金委的支持（XNUMX）。

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