阅读说明：本技术 基于二维钙钛矿单晶的垂直腔面发射激光器及其制备方法 (Vertical-cavity surface-emitting laser based on two-dimensional perovskite single crystal and preparation method thereof ) 是由 蒋小强 何云 许剑 刘桂芝 于 2020-04-28 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种基于二维钙钛矿单晶的垂直腔面发射激光器及其制备方法,利用二维钙钛矿单晶作为垂直腔面发射激光器的光增益材料,二维钙钛矿单晶包括N层二维钙钛矿单层,N≥2；二维钙钛矿单层包括n层共角卤化铅八面体、n-1层有机配体A及2层有机配体B,n≥1,且二维钙钛矿单层均具有相同的n值,有机配体A嵌入共角卤化铅八面体空隙,有机配体B分别位于共角卤化铅八面体的相对两侧,二维钙钛矿单层的化学式为B<Sub>2</Sub>A<Sub>n-1</Sub>Pb<Sub>n</Sub>X<Sub>3n+1</Sub>,X为卤族元素,且有机配体B的碳原子数大于有机配体A；本发明基于二维钙钛矿单晶的垂直腔面发射激光器具有环境稳定性高、发射波长随n值可调、激光阈值低和品质因子高的优点。(The invention provides a vertical-cavity surface-emitting laser based on two-dimensional perovskite single crystal and a preparation method thereof, wherein the two-dimensional perovskite single crystal is used as an optical gain material of the vertical-cavity surface-emitting laser, the two-dimensional perovskite single crystal comprises N layers of two-dimensional perovskite single layers, and N is more than or equal to 2; the two-dimensional perovskite single layer comprises n layers of common-angle lead halide octahedrons, n-1 layers of organic ligands A and 2 layers of organic ligands B, wherein n is more than or equal to 1, the two-dimensional perovskite single layers have the same n value, the organic ligands A are embedded into the gaps of the common-angle lead halide octahedrons, the organic ligands B are respectively positioned at two opposite sides of the common-angle lead halide octahedrons, and the chemical formula of the two-dimensional perovskite single layer is B 2 A n‑1 Pb n X 3n+1 X is a halogen element, and the carbon atom number of the organic ligand B is greater than that of the organic ligand A; the vertical-cavity surface-emitting laser based on the two-dimensional perovskite single crystal has the advantages of high environmental stability, adjustable emission wavelength along with n value, low laser threshold and qualityThe factor is high.)

基于二维钙钛矿单晶的垂直腔面发射激光器及其制备方法

技术领域

本发明属于半导体光电子器件领域，涉及一种基于二维钙钛矿单晶的垂直腔面发射激光器及其制备方法。

背景技术

垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)有别于发光二极管(LED)和激光二极管(LD)，具有体积小、阈值低、价格低廉、易集成为大面积阵列等优点，被广泛应用于光通信、光互连、光存储等领域。

得益于高的荧光量子产率和电子迁移率，三维钙钛矿可广泛应用于LED和太阳能电池等光电子器件，其稳定性也受到了越来越多的关注。二维钙钛矿具有比三维钙钛矿更好的耐潮湿特性，使得二维钙钛矿的环境稳定性远高于三维钙钛矿，且二维钙钛矿具有量子阱的特性。

目前，基于复合二维钙钛矿的LED和太阳能电池已成功研制，但是基于旋涂法制备的复合二维钙钛矿薄膜在应用在垂直腔面发射激光器时，存在发射波长不单一，且存在大量的界面缺陷，限制了其作为激光材料的应用。

因此，提供一种基于二维钙钛矿单晶的垂直腔面发射激光器及其制备方法，实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于二维钙钛矿单晶的垂直腔面发射激光器及其制备方法，用于解决钙钛矿垂直腔面发射激光器所面临的环境稳定性低、发射波长不单一及存在界面缺陷的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于二维钙钛矿单晶的垂直腔面发射激光器，所述垂直腔面发射激光器包括基板、第一反射镜、二维钙钛矿单晶及第二反射镜；其中，所述二维钙钛矿单晶包括N层二维钙钛矿单层，N≥2；所述二维钙钛矿单层包括n层共角卤化铅八面体、n-1层有机配体A及2层有机配体B，n≥1，且所述二维钙钛矿单层均具有相同的n值，所述有机配体A嵌入所述共角卤化铅八面体空隙，所述有机配体B分别位于所述共角卤化铅八面体的相对两侧，所述二维钙钛矿单层的化学式为B₂A_n-1Pb_nX_3n+1，X为卤族元素，且所述有机配体B的碳原子数大于所述有机配体A。

可选地，所述垂直腔面发射激光器还包括位于所述第一反射镜与所述二维钙钛矿单晶之间的第一调节层及位于所述二维钙钛矿单晶与所述第二反射镜之间的第二调节层，且所述第一调节层及第二调节层的光学厚度相等。

可选地，所述二维钙钛矿单晶的光学厚度为激光器谐振波长的1/6，所述第一调节层、二维钙钛矿单晶及第二调节层的总光学厚度为激光器谐振波长的1/2；所述第一调节层包括二氧化硅层，所述第二调节层包括二氧化硅层。

可选地，所述有机配体A包括CH₃NH₃ ⁺；所述有机配体B包括C₄H₉NH₃ ⁺或C₈H₉NH₃ ⁺；所述X包括I元素、Cl元素及Br元素中的一种。

可选地，N的取值范围包括N≥10；n的取值范围包括1≤n≤5。

可选地，所述二维钙钛矿单晶具有远离所述基板表面的水平面。

可选地，所述第一反射镜的反射率大于99.5％，所述第二反射镜的反射率小于99％。

可选地，所述第一反射镜为分布式布拉格反射镜，包括依次叠置的二氧化钛层及二氧化硅层，且所述二氧化钛层及二氧化硅层的光学厚度分别为激光器谐振波长的1/4；所述第二反射镜为分布式布拉格反射镜，包括依次叠置的硫化锌层及氟化镁层，且所述硫化锌层及氟化镁层的光学厚度分别为激光器谐振波长的1/4。

本发明还提供一种基于二维钙钛矿单晶的垂直腔面发射激光器的制备方法，包括以下步骤：

提供基板；

于所述基板上形成第一反射镜；

于所述第一反射镜上形成二维钙钛矿单晶，所述二维钙钛矿单晶包括N层二维钙钛矿单层，N≥2；所述二维钙钛矿单层包括n层共角卤化铅八面体、n-1层有机配体A及2层有机配体B，n≥1，且所述二维钙钛矿单层均具有相同的n值，所述有机配体A嵌入所述共角卤化铅八面体空隙，所述有机配体B分别位于所述共角卤化铅八面体的相对两侧，所述二维钙钛矿单层的化学式为B₂A_n-1Pb_nX_3n+1，X为卤族元素，且所述有机配体B的碳原子数大于所述有机配体A；

于所述二维钙钛矿单晶上形成第二反射镜。

可选地，还包括采用电子束热蒸发法在所述第一反射镜与所述二维钙钛矿单晶之间形成第一调节层的步骤及采用电子束热蒸发法在所述二维钙钛矿单晶与所述第二反射镜之间形成第二调节层的步骤，且形成的所述第一调节层及第二调节层的光学厚度相等。

可选地，所述二维钙钛矿单晶的光学厚度为激光器谐振波长的1/6，所述第一调节层、二维钙钛矿单晶及第二调节层的总光学厚度为激光器谐振波长的1/2；所述第一调节层包括二氧化硅层，所述第二调节层包括二氧化硅层。

可选地，所述有机配体A包括CH₃NH₃ ⁺；所述有机配体B包括C₄H₉NH₃ ⁺或C₈H₉NH₃ ⁺；所述X包括I元素、Cl元素及Br元素中的一种。

可选地，于所述第一反射镜上形成所述二维钙钛矿单晶的步骤包括：

采用前驱体溶液自组装结晶法，形成块状二维钙钛矿单晶；

采用机械剥离法，从所述块状二维钙钛矿单晶上剥离获得层状的所述二维钙钛矿单晶；

采用干法转移，将层状的所述二维钙钛矿单晶转移至所述第一反射镜上。

可选地，采用原子力显微镜获得N≥10的所述二维钙钛矿单晶；n的取值范围包括1≤n≤5；形成的所述二维钙钛矿单晶具有远离所述基板表面的水平面。

可选地，形成所述第一反射镜及第二反射镜的方法包括电子束热蒸发法；所述第一反射镜的反射率大于99.5％，所述第二反射镜的反射率小于99％。

可选地，形成的所述第一反射镜为分布式布拉格反射镜，包括依次叠置的二氧化钛层及二氧化硅层，且所述二氧化钛层及二氧化硅层的光学厚度分别为激光器谐振波长的1/4；形成的所述第二反射镜为分布式布拉格反射镜，包括依次叠置的硫化锌层及氟化镁层，且所述硫化锌层及氟化镁层的光学厚度分别为激光器谐振波长的1/4。

如上所述，本发明的基于二维钙钛矿单晶的垂直腔面发射激光器及其制备方法，利用二维钙钛矿单晶作为垂直腔面发射激光器的光增益材料，其中，二维钙钛矿单晶包括N层二维钙钛矿单层，N≥2；二维钙钛矿单层包括n层共角卤化铅八面体、n-1层有机配体A及2层有机配体B，n≥1，且二维钙钛矿单层均具有相同的n值，有机配体A嵌入共角卤化铅八面体空隙，有机配体B分别位于共角卤化铅八面体的相对两侧，二维钙钛矿单层的化学式为B₂A_n-1Pb_nX_3n+1，X为卤族元素，且有机配体B的碳原子数大于有机配体A。二维钙钛矿单晶中的大体积有机配体B可以有效地隔绝水分子，从而提高垂直腔面发射激光器的环境稳定性；二维钙钛矿单晶中的每个二维钙钛矿单层均具有相同的n值，即具有相同的卤化铅单层数，使得二维钙钛矿单晶的发射波长唯一，且发射波长可随二维钙钛矿单层中的n值的变化进行调节，降低激光器阈值；二维钙钛矿单晶的界面缺陷少，荧光量子产率高；二维钙钛矿单晶表面平整，有利于在二维钙钛矿单晶上生长高质量反射镜，以获得高品质因子的激光器；从而本发明基于二维钙钛矿单晶的垂直腔面发射激光器具有环境稳定性高、发射波长随n值可调、激光阈值低和品质因子高的优点。

附图说明

图1显示为三维钙钛矿的二维结构示意图。

图2a～图2c显示为本发明中的N值为2，n值分别为1、2、3的二维钙钛矿单层的二维结构示意图。

图3显示为本发明中的基于二维钙钛矿单晶的垂直腔面发射激光器的制备工艺流程示意图。

图4显示为本发明中的基于二维钙钛矿单晶的垂直腔面发射激光器的结构示意图。

元件标号说明

1 基板

2 第一反射镜

201 二氧化钛层

202 二氧化硅层

3 二氧化硅层

4 二维钙钛矿单晶

410、420、430 二维钙钛矿单层

5 二氧化硅层

6 第二反射镜

601 硫化锌层

602 氟化镁层

具体实施方式

参阅图1，三维钙钛矿由共角卤化铅八面体，如PbI₆ ^4-、PbBr₆ ^4-和PbCl₆ ^4-，以及嵌入共角卤化铅八面体空隙的小体积有机配体构成，如CH₃NH³⁺。若利用无法嵌入共角八面体空隙的大体积有机配体，如C₄H₉NH³⁺和C₈H₉NH³⁺，替代部分小体积有机配体，则可将三维钙钛矿分隔成二维钙钛矿，参阅图2a～图2c。由于大体积有机配体可以有效地隔绝水分子，因此二维钙钛矿的环境稳定性远高于三维钙钛矿，且由于大体积配体的禁带宽度远大于钙钛矿层，因此二维钙钛矿具有量子阱的特性，但基于旋涂法制备的复合二维钙钛矿薄膜，由于大体积有机配体在整个薄膜内的分布不均，使得二维钙钛矿单晶中的二维钙钛矿单层是由多种卤化铅单层数不同的小片钙钛矿层构成，因此，复合钙钛矿薄膜的发射波长不单一，且存在大量的界面缺陷，不适合作为激光材料。

本发明提供采用前驱体溶液自组装结晶法制备二维钙钛矿单晶，该二维钙钛矿单晶可以利用机械剥离及干法转移，且二维钙钛矿单晶中的每个二维钙钛矿单层均具有相同的n值，即相同的卤化铅单层数，使得二维钙钛矿单晶的发射波长唯一，且发射波长可随二维钙钛矿单层中的n值的变化可调，降低激光器阈值；二维钙钛矿单晶的界面缺陷少，荧光量子产率高；二维钙钛矿单晶表面平整，有利于在二维钙钛矿单晶上生长高质量反射镜，以获得高品质因子的激光器；从而本发明基于二维钙钛矿单晶的垂直腔面发射激光器具有环境稳定性高、发射波长随n值可调、激光阈值低和品质因子高的优点。

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图2～图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

参阅图4，本实施例提供一种基于二维钙钛矿单晶的垂直腔面发射激光器，所述垂直腔面发射激光器包括基板1、第一反射镜2、二维钙钛矿单晶4及第二反射镜6；其中，所述二维钙钛矿单晶4包括N层二维钙钛矿单层，N≥2；所述二维钙钛矿单层包括n层共角卤化铅八面体、n-1层有机配体A及2层有机配体B，n≥1，且所述二维钙钛矿单层均具有相同的n值，所述有机配体A嵌入所述共角卤化铅八面体空隙，所述有机配体B分别位于所述共角卤化铅八面体的相对两侧，所述二维钙钛矿单层的化学式为B₂A_n-1Pb_nX_3n+1，X为卤族元素，且所述有机配体B的碳原子数大于所述有机配体A。

本实施例的所述二维钙钛矿单晶4具有大体积的所述有机配体B，从而可有效地隔绝水分子，以提高所述垂直腔面发射激光器的环境稳定性；由于大体积的所述有机配体B的禁带宽度远大于钙钛矿层，因此可使得所述二维钙钛矿单晶4具有量子阱的特性，且荧光量子产率高；所述二维钙钛矿单晶4由n值相同的所述二维钙钛矿单层组成，使得所述二维钙钛矿单晶4的发射波长唯一，且发射波长可随所述二维钙钛矿单层中的n值的变化进行调节，降低激光器阈值；所述二维钙钛矿单晶4界面缺陷少，适合作为光增益材料。

作为示例，所述垂直腔面发射激光器还包括位于所述第一反射镜2与所述二维钙钛矿单晶4之间的第一调节层及位于所述二维钙钛矿单晶4与所述第二反射镜6之间的第二调节层，且形成的所述第一调节层及第二调节层的光学厚度相等。

具体的，通过所述第一调节层与所述第二调节层，可对所述二维钙钛矿单晶4的厚度进行调整，以满足激光器的谐振条件，且所述第一调节层与所述第二调节层还可作为保护层使用，以通过所述第一调节层对所述第一反射镜2进行保护，降低工艺中对所述第一反射镜2所造成损伤，同理，所述第二调节层也可作为所述二维钙钛矿单晶4的保护层，降低工艺中对所述二维钙钛矿单晶4所造成损伤；其中优选所述第一调节层及第二调节层具有相同的光学厚度及采用相同材质，即形成两个对称的调节层，使得激光器的驻波场分布于所述第一反射镜2及第二反射镜6之间，且正中间最强，以使所述二维钙钛矿单晶4位于驻波场最强处，以有利于降低激光器的阈值。如图4，本实施例中，所述垂直腔面发射激光器包括所述第一调节层二氧化硅层3及第二调节层二氧化硅层5，其中，所述二维钙钛矿单晶4的光学厚度约为激光器谐振波长的1/6，通过所述二氧化硅层3及二氧化硅层5的厚度调节，可使所述二氧化硅层3、二维钙钛矿单晶4及二氧化硅层5的总光学厚度为激光器谐振波长的1/2，有关所述第一调节层及第二调节层的材质的选择此处不作过分限制。

作为示例，所述有机配体A包括CH₃NH₃ ⁺；所述有机配体B包括C₄H₉NH₃ ⁺或C₈H₉NH₃ ⁺；所述X包括I元素、Cl元素及Br元素中的一种。

具体的，所述二维钙钛矿单层中的n值的大小是由大体积的所述有机配体B和小体积的所述有机配体A的比例决定的，根据需要，可进行选择。由于所述有机配体B，可有效地隔绝水分子，从而可提高所述垂直腔面发射激光器的环境稳定性。本实施例中，所述有机配体A采用CH₃NH₃ ⁺，所述有机配体B采用C₄H₉NH₃ ⁺，所述X采用I元素，但并非局限于此，所述有机配体B还可采用C₈H₉NH₃ ⁺，所述X采用还可采用Cl元素或Br元素，此处不作过分限制。

作为示例，N的取值范围包括N≥10；n的取值范围包括1≤n≤5。

具体的，N的取值范围包括N≥10，如15、20等；n的取值范围包括1≤n≤5，如1、2、3、4、5中的任一值；从而提供具有一定厚度的所述二维钙钛矿单晶4。其中，所述二维钙钛矿单层中的n值的大小是由大体积的所述有机配体B和小体积的所述有机配体A的比例决定。参阅图2a～图2c，分别显示为N＝2，n＝1的二维钙钛矿单层410、n＝2的二维钙钛矿单层420及n＝3的二维钙钛矿单层430的二维结构示意图。所述二维钙钛矿单晶4可由任一具有相同的n值的数十层所述二维钙钛矿单层构成，以使得所述二维钙钛矿单晶4的发射波长唯一，且通过调节所述二维钙钛矿单层中的n值，还可调节所述二维钙钛矿单晶4的发射波长，降低激光器阈值。

作为示例，所述二维钙钛矿单晶4具有远离所述基板1表面的水平面。

具体的，所述基板1包括石英基板，但并非局限于此，当所述二维钙钛矿单晶4具有远离所述基板1表面的水平面时，所述二维钙钛矿单晶4表面平整，从而有利于在所述二维钙钛矿单晶4上制备高质量的所述第二反射镜6，以获得高品质因子的激光器。

作为示例，所述第一反射镜2的反射率大于99.5％，所述第二反射镜6的反射率小于99％。

具体的，本实施例中，所述垂直腔面发射激光器采用顶发光的结构，因此所述第一反射镜2的反射率优选大于99.5％，以为谐振腔提供尽量高的反射，而所述第二反射镜6的反射率小于99％，以为谐振腔提供部分反射，而另一部分光则垂直所述第二反射镜6出射，但所述垂直腔面发射激光器的结构并非局限于此，也可为底发光结构，此处不作过分限制。

作为示例，所述第一反射镜2为分布式布拉格反射镜，包括依次叠置的二氧化钛层201及二氧化硅层202，且所述二氧化钛层201及二氧化硅层202的光学厚度分别为激光器谐振波长的1/4；所述第二反射镜6为分布式布拉格反射镜，包括依次叠置的硫化锌层601及氟化镁层602，且所述硫化锌层601及氟化镁层602的光学厚度分别为激光器谐振波长的1/4。

具体的，本实施例中，所述第一反射镜2由7个所述二氧化钛层201和6个所述二氧化硅层202交替叠置构成，所述二氧化钛层201和所述二氧化硅层202的光学厚度分别为激光器谐振波长的1/4，以使激光器谐振波长位于所述第一反射镜2的反射带的中心，所述第一反射镜2的反射率大于99.5％，以为谐振腔提供尽量高的反射。所述第二反射镜6由6个所述硫化锌层601和5个所述氟化镁层602交替叠置构成，所述硫化锌层601和氟化镁层602的光学厚度分别为激光器谐振波长的1/4，以使激光器谐振波长位于所述第二反射镜6的反射带的中心，所述第二反射镜6的反射率小于99％，以为谐振腔提供部分反射，而另一部分光则垂直所述第二反射镜6出射。其中，所述第一反射镜2及第二反射镜6的结构、材质的选择并非局限于此，可根据所述垂直腔面发射激光器的具体结构及需求进行适应性的选择。

参阅图3及图4，本实施例还提供一种基于二维钙钛矿单晶的垂直腔面发射激光器的制备方法，具体包括以下步骤：

提供基板1；

于所述基板1上形成第一反射镜2；

于所述第一反射镜2上形成二维钙钛矿单晶4，所述二维钙钛矿单晶4包括N层二维钙钛矿单层，N≥2；所述二维钙钛矿单层包括n层共角卤化铅八面体、n-1层有机配体A及2层有机配体B，n≥1，且所述二维钙钛矿单层均具有相同的n值，所述有机配体A嵌入所述共角卤化铅八面体空隙，所述有机配体B分别位于所述共角卤化铅八面体的相对两侧，所述二维钙钛矿单层的化学式为B₂A_n-1Pb_nX_3n+1，X为卤族元素，且所述有机配体B的碳原子数大于所述有机配体A；

于所述二维钙钛矿单晶4上形成第二反射镜6。

作为示例，还包括采用电子束热蒸发法在所述第一反射镜2与所述二维钙钛矿单晶4之间形成第一调节层的步骤及采用电子束热蒸发法在所述二维钙钛矿单晶4与所述第二反射镜6之间形成第二调节层的步骤，且优选形成的所述第一调节层及第二调节层的光学厚度相等。

具体的，通过所述第一调节层与所述第二调节层，可对所述二维钙钛矿单晶4的厚度进行调整，以满足激光器的谐振条件，且所述第一调节层与所述第二调节层还可作为保护层使用，以通过所述第一调节层对所述第一反射镜2进行保护，降低工艺中对所述第一反射镜2所造成损伤，同理，所述第二调节层也可作为所述二维钙钛矿单晶4的保护层，降低工艺中对所述二维钙钛矿单晶4所造成损伤，且为进一步的降低损伤，优选低温的所述电子束热蒸发法制备所述第一调节层与所述第二调节层，温度包括60℃，但并非局限于此。其中优选所述第一调节层及第二调节层具有相同的光学厚度及采用相同材质，即形成两个对称的调节层，使得激光器的驻波场分布于所述第一反射镜2及第二反射镜6之间，且正中间最强，以使所述二维钙钛矿单晶4位于驻波场最强处，以有利于降低激光器的阈值。

作为示例，所述二维钙钛矿单晶4的光学厚度约为激光器谐振波长的1/6，通过所述第一调节层及第二调节层的厚度调节，可使所述第一调节层、二维钙钛矿单晶4及第二调节层的总光学厚度为激光器谐振波长的1/2；所述第一调节层包括二氧化硅层3，所述第二调节层包括二氧化硅层5。

作为示例，所述有机配体A包括CH₃NH₃ ⁺；所述有机配体B包括C₄H₉NH₃ ⁺或C₈H₉NH₃ ⁺；所述X包括I元素、Cl元素及Br元素中的一种。

作为示例，于所述第一反射镜2上形成所述二维钙钛矿单晶4的步骤包括：

采用前驱体溶液自组装结晶法，形成块状二维钙钛矿单晶；

采用机械剥离法，从所述块状二维钙钛矿单晶上剥离获得层状的所述二维钙钛矿单晶4；

采用干法转移，将层状的所述二维钙钛矿单晶4转移至所述第一反射镜2上。

作为示例，采用原子力显微镜获得N≥10的所述二维钙钛矿单晶4；n的取值范围包括1≤n≤5；形成的所述二维钙钛矿单晶4具有远离所述基板1表面的水平面。

作为示例，形成所述第一反射镜2及第二反射镜6的方法包括电子束热蒸发法；所述第一反射镜2的反射率大于99.5％，所述第二反射镜6的反射率小于99％。

作为示例，形成的所述第一反射镜2为分布式布拉格反射镜，包括依次叠置的二氧化钛层201及二氧化硅层202，且所述二氧化钛层201及二氧化硅层202的光学厚度分别为激光器谐振波长的1/4；形成的所述第二反射镜6为分布式布拉格反射镜，包括依次叠置的硫化锌层601及氟化镁层602，且所述硫化锌层601及氟化镁层602的光学厚度分别为激光器谐振波长的1/4。

有关所述垂直腔面发射激光器的结构、材质可参阅上述有关所述垂直腔面发射激光器的介绍，此处不作赘述。以下通过具体的实施例，介绍有关所述垂直腔面发射激光器的制备，但并非局限于此，可根据具体需要进行选择，可包括以下步骤：

以碘化铅(PbI₂)、甲胺氢碘酸盐(CH₃NH₂·HI)、丁胺氢碘酸盐(C₄H₉NH₂·HI)为前驱体，利用前驱体溶液自组装结晶法，制备块状二维钙钛矿单晶，其中，后续形成的二维钙钛矿单层中的碘化铅单层数n的取值，通过甲胺氢碘酸盐和丁胺氢碘酸盐的比例控制；

利用机械剥离法，用胶带从上述得到的块状二维钙钛矿单晶上剥离下由数十层二维钙钛矿单层组成的层状的所述二维钙钛矿单晶4，利用原子力显微镜确定剥离下来的所述二维钙钛矿单晶4的厚度；

利用电子束热蒸发法，在石英基板上依次交替沉积7个所述二氧化钛层201和6个所述二氧化硅层202，以获得所述第一反射镜2；

利用电子束热蒸发法，在所述第一反射镜2上沉积所述二氧化硅层3，以获得所述第一调节层；

通过干法转移，将剥离下来的所述二维钙钛矿单晶4转移到所述二氧化硅层3上；

利用电子束热蒸发法在60℃下，在所述二维钙钛矿单晶4上沉积所述二氧化硅层5，以获得所述第二调节层；

利用电子束热蒸发法在60℃下，在所述二氧化硅层5上交替沉积6个所述硫化锌层601和5个所述氟化镁层602，以获得所述第二反射镜6。

综上所述，本发明的基于二维钙钛矿单晶的垂直腔面发射激光器及其制备方法，利用二维钙钛矿单晶作为垂直腔面发射激光器的光增益材料，其中，二维钙钛矿单晶包括N层二维钙钛矿单层，N≥2；二维钙钛矿单层包括n层共角卤化铅八面体、n-1层有机配体A及2层有机配体B，n≥1，且二维钙钛矿单层均具有相同的n值，有机配体A嵌入共角卤化铅八面体空隙，有机配体B分别位于共角卤化铅八面体的相对两侧，二维钙钛矿单层的化学式为B₂A_n-1Pb_nX_3n+1，X为卤族元素，且有机配体B的碳原子数大于有机配体A。二维钙钛矿单晶中的大体积有机配体B可以有效地隔绝水分子，从而提高垂直腔面发射激光器的环境稳定性；二维钙钛矿单晶中的每个二维钙钛矿单层均具有相同的n值，即具有相同的卤化铅单层数，使得二维钙钛矿单晶的发射波长唯一，且发射波长可随二维钙钛矿单层中的n值的变化进行调节，降低激光器阈值；二维钙钛矿单晶的界面缺陷少，荧光量子产率高；二维钙钛矿单晶表面平整，有利于在二维钙钛矿单晶上生长高质量反射镜，以获得高品质因子的激光器；从而本发明基于二维钙钛矿单晶的垂直腔面发射激光器具有环境稳定性高、发射波长随n值可调、激光阈值低和品质因子高的优点。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。