隆德大学研究人员使用金刚石有效散热的钙钛矿激光器

　　在从飞秒脉冲激发激光发展连续波激发激光的过程中，钙钛矿激光器朝着电激发激光迈出了关键一步。在环境温度下连续波激光之后，建立电驱动激光是下一个目标。

　　传统的外延生产的单晶半导体具有很大的热导率κ和高电荷载流子迁移率m通常在市售的电注入激光器中的大电流下显示出较小的电阻加热。钙钛矿具有小的κ值，同时具有大量且平衡的载流子迁移率。

　　与热导率为 50 W m –1 K –1的 GaAs 相比，MAPbI 3的热导率仅为 1–3 W m –1 K –1。因此，由于非辐射途径的能量损失而产生的热量无法适当分散。

　　由于任何特定转变的粒子数反转被稀释以及其他问题，如退化和热引起的缺陷，这种失败将提高激光阈值，因为载流子在更高的温度下占据更宽的能量范围。分布式反馈 (DFB) 钙钛矿激光器的最低电激发阈值可达到 24 mA cm –2。

　　由于用于激光系统的传统钙钛矿发光二极管设计中的焦耳热，在高电流注入设置下，外部量子效率也会受到严重限制。因此，热控制是电动钙钛矿激光器发展的障碍。

　　在此背景下，由隆德大学郑凯波教授和太原理工大学李国辉教授领导的研究团队在金刚石基板上展示了一种钙钛矿纳米片激光器，可以有效地散发光泵浦过程中产生的热量。显示的激光具有约 1961 的 Q 因子和 52.19 μJ cm –2的激光阈值。

　　在纳米片和金刚石基板之间添加薄的 SiO 2间隙层也会导致紧密的光学限制。结构内部的电场分布表明，厚度为 200 nm 的宽 SiO 2间隙明显导致金刚石基板中的漏场降低，同时还表明 MAPbI 3纳米片内的模式限制得到改善。

　　光泵浦环境下的温度变化用于测量金刚石基板上钙钛矿纳米片激光器的热耗散。

　　由于包含金刚石基底，激光器具有较低的泵浦密度依赖温度灵敏度（~0.56 ± 0.01 K cm –2 μJ -1）。灵敏度比先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。

　　由于金刚石基板的高导热性，纳米片激光器可以在高泵浦密度下运行。该研究可以为创建电动钙钛矿激光器提供灵感。SCIENCE CHINA Materials发表了这项工作。