[实用新型]日盲紫外单光子源

说明书

本实用新型公开了一种日盲紫外单光子源，包括由宽禁带半导体p型层、i型本征层、单量子点和n型层构成的量子点嵌埋pin纳米线或量子点嵌埋pin薄膜，pin结构的禁带宽度大于4.43 eV，且pin结构采用禁带宽度大于量子点的半导体材料，从而形成类量子阱结构以增强对单量子点的量子限制；本实用新型对于光泵浦和电泵浦两种激发方式均适用，既可垂直于衬底发射，也可平行于衬底发射，因此既可用于自由空间单光子源也可用于片上集成单光子源；其发射波长在小于280 nm的日盲波段，且宽禁带量子点适于室温乃至高温单光子发射，可广泛应用于量子信息、量子计算、量子成像、量子认证、近距离保密通信、量子精密测量相关领域。

技术领域

本发明涉及单光子源、量子保密通信、量子信息领域，具体是指一种日盲紫外单光子源。

背景技术

单光子源是一种能产生量子态光子的光源，是实现量子通信、量子模型、量子计算、量子存储等量子信息技术的重要手段。目前这些量子信息领域通常采用可见和近红外波段的单光子源。由于自然光和人造光源一般都在可见波段，热辐射则是在红外波段，使得当前领域的单光子源在应用中受到的背景干扰很大。

日盲紫外波段是波长小于280 nm的波段。在这个波段，太阳光在穿越地球大气层的过程中受到臭氧层的强烈吸收，基本上无法到达地面。因此除了闪电、爆炸等极端情况外在地球表面附近通常完全没有日盲紫外波段的光信号，工作在该波段的单光子源的相当于工作在天然的暗室之中，背景光干扰影响非常小，这对量子信息系统特别是量子信息微系统非常有利。由于受大气衰减的影响，日盲紫外光特别适合1公里范围内的短距离高安全性保密通信，超过这个范围后紫外光子则基本被大气全部吸收，在远方也无法对本地施行紫外干扰，因此对它进行远程干扰和侦听的可能性几乎为零。紫外光还可以通过弥漫在大气层中的微小颗粒进行散射传输，从而绕过一些障碍物，实现非视线通信。因此，日盲紫外光通信具有非常好的非视距传输和保密性能，非常适用于近距离抗干扰和有遮挡的通信环境。介于以上所述的诸多优点，日盲紫外单光子源在将来的片上集成量子芯片、短距离量子保密通信等领域都有望发挥重要作用。然而，当前单光子源的技术方案主要集中在近红外通信波段以及可见波段。对于小于280nm的日盲紫外波段单光子源尚无成熟方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种日盲紫外单光子源，该方案能在小于280nm的日盲紫外波段实现单光子源。

为实现上述目的，本发明采用技术方案如下：

日盲紫外单光子源，其结构设计为：在衬底上设置有由宽禁带半导体p型层、i型本征层、单量子点和n型层构成的量子点嵌埋pin纳米线或量子点嵌埋pin薄膜，在量子点嵌埋pin纳米线的两端或量子点嵌埋pin薄膜上下层分别是p型电极和n型电极。

所述的衬底的材质包括但不限于绝缘体、半导体、金属。对于从衬底正面向上出光的单光子源，为了适于量子点和纳米线的外延生长可以采用与纳米线同种类的半导体材料，为了提高正面出光效率可采用对发射光高反射率的金属材质或在衬底上镀高反射膜；对于穿过衬底向下出光的单光子源，采用对发射光透明的绝缘材质，并在衬底背面镀减反膜以提高出光效率。

所述的宽禁带半导体p型层、i型本征层、单量子点和n型层均采用宽带大于4.43eV的半导体材料，对应的发射波长小于280 nm，采用的半导体材料类型包括但不限于AlGaN、InAlN、InAlGaN、AlN、BN、Ga₂O₃、ZnMgO、MgO、ZnBeO、MgS、BeS、金刚石。这些宽禁带半导体量子点的激子束缚能通常较大，适用于室温乃至高温单光子发射。

所述的宽禁带半导体p型层、i型本征层和n型层均采用禁带宽度大于单量子点的半导体材料，以形成类量子阱结构以增强对单量子点的量子限制。所述的单量子点的尺寸不大于构成单量子点的半导体材料中的激子波尔半径，以产生量子限制效应，形成分立能级。