[发明专利]光子对源及其制造方法

说明书

本发明涉及具有根据权利要求1前序部分的特征的方法。

国际专利申请WO 2007/062625 A2公开了一种这个类型的方法。在该已知的方法中，通过把一个或多个量子点(Quantenpunkt)沉淀(abscheiden)在基底上，制造出生成纠缠光子对的光子对源。为了使光子对源能够生成纠缠光子对，要把一个或多个量子点的激子能级的精细结构劈裂(Feinstrukturaufspaltung)设定得尽可能小。上述出版物还介绍了，为精细结构劈裂设置-100μeV和+100μeV之间的范围，以便使纠缠光子对的生成成为可能。把每个量子点的原子数设定在800和5000之间，就能够实现根据该出版物理论的精细结构劈裂。

本发明的基本任务在于给出生成纠缠光子对的光子对源的制造方法，该方法比现有方法实施更简单，重现性更好。

根据本发明，可以通过具有根据专利权利要求1特点的方法来完成这个任务。根据本发明的方法的有利设计方案将在从属权利要求中给出。

随后，根据本发明设计通过把量子点沉淀在半导体基底的{111}晶面上，来实现量子点的激子能级的精细结构劈裂的设定。基底的(111)取向晶面以及所有其他的与(111)取向晶面等效的晶面被理解为{111}晶面。

根据本发明的方法，其基本优点在于，在该方法中的精细结构劈裂始终是零，至少始终近似是零。发明方通过理论研究确定了这一实际情况，即在研究中，借助所谓的组态相互作用方法(以下简称CI方法)计算出量子点的激子状态。其中，以单粒子波函数(斯莱特行列式)的反对称乘积为基础发展出了多粒子汉米尔顿算子。借助所谓的8带kp理论，考虑实际的三维几何情况、由Stranski-Krastanow生长方法造成的晶格畸变和这里决定性的压电效应，可以计算出单粒子状态。从量子化学推导出的CI方法非常精确，并且不仅考虑到了直接的库仑效应和相关效应，还考虑到了这里出现的交换的项。发明方借助本方法，用放置在(111)基底上的量子点来对精细结构劈裂建模(modellieren)，其中，量子点自身被假定为是旋转对称的。垂直高宽比(高与宽的比例)、量子点的尺寸和平均In含量都有所改变。从关于对称性的设想出发能够推导出，对于具有垂直于(111)平面的至少三重的对称轴的(111)基底上面的每个量子点，精细结构劈裂必须消失。这也与发明方所做的数字化模拟相符。此外，发明方还确定了，由于晶格对称性，{111}晶体表面上不存在关于各向异性(Ad)原子的活动性的、彼此正交的各向异性，该Ad原子的活动性会导致在侧向上伸长的量子点的成长。对于“完美”的{111}表面，始终有量子点的C3v对称，即生成的量子点据有三重对称轴，并因此省去了精细结构劈裂的计算。其偏差仅仅是统计学上(偶然)的性质，并且在技术上可忽略。

根据本发明的方法的另一个重要优点在于，由量子点张紧(Verspannung)产生的压电场不会对量子点产生对称性削减作用，并因此C3v对称和精细结构劈裂在张紧情况下和有压电场出现时都会得以保持。

根据本发明的方法的第三个重要优点依据的是，具有量子点C3v对称性的半导体基底的基础(unterliegend)晶格的对称是协调的，并且相应地不能够出现对称性减弱作用。由于{111}基底面的应用，量子力学的禁闭势能(confinement potential)同样至少包括C3v对称性，以致于精细结构劈裂必须消失，并因此产生纠缠光子对。

根据本发明的方法的另一个重要优点在于，用这种方法能够很简单地产生用于数据加密的光子对源，上述数据加密是基于量子力学原理的。在纠缠光子对中，即便两个光子相距很远，对一个光子的测量将直接影响到关于各个光子对中的另一个光子的测量结果。为了获取信息，潜在的“窃听者”必需在传输线中设置特殊的测量器具，并且因此通过其测量将不可避免地消除光子对的纠缠度，同样也改变光子传输。而另一方面，这能够在接收端的极化测量中引起注意，从而能够发现线路窃听行为。

根据本方法的优选设计方案，可将量子点的垂直高宽比设计成介于0.05和0.7之间，特别是介于0.15和0.5之间。例如在半导体基底的支承面上，设定量子点的高与量子点的直径的比值介于0.05和0.7之间。

至少一个量子点和/或半导体基底最好由混合晶体组成，其包括有：

-In(Ga)As材料，其被嵌入Ga(In，Al)As晶体之中，

-In(Ga)P材料，其被嵌入Ga(In，Al)P晶体之中，

-In(Ga)As材料，其被嵌入In(Ga，Al)P晶体之中，和/或