[发明专利]双色单光子源结构的制备方法及制备的结构

说明书

本发明提供了一种双色单光子源结构的制备方法，包括有以下步骤：S1.在半导体衬底上生长并制备纳米线单量子点结构；S2.对纳米线单量子点结构进行部分平整化，露出纳米线顶端的应力小岛；S3.使用机械剥离法制作二维薄膜，并将二维薄膜转移至应力小岛上，完成制备。

技术领域

本发明涉及半导体材料与器件技术领域，更具体地，涉及一种集成纳米线量子点及二维材料薄膜的双色单光子源结构的制备方法及制备的结构。

背景技术

近年来，基于量子力学原理发展起来的量子信息技术，如量子计算机，量子密钥分配，量子隐形传态等应用逐渐展现出巨大的社会经济前景。其中，高品质的单光子源和纠缠光子源，是保证信息准确编码并高效传输与存储的前提条件，是未来光学量子计算以及量子保密通信等量子信息技术实用化的重要基础。

以Stranski- Krastanov（SK）模式生长的低密度量子点，由于其可在类二能级体系中周期性地光泵浦或电注入电子、空穴，在低温下具有类原子光谱而用以制备单光子源。它具有高的振子强度、窄的谱线宽度、波长可调谐、且容易集成等优势。将量子点与锥形纳米线结构耦合，对量子点可实现宽光谱范围的增强，通过设计锥形的顶部，使其远场光斑近似为高斯分布，通过透镜后进入光纤的效率可达99%。但目前报道的纳米线量子点量子光源中，自组织量子点与纳米线结构的确定性耦合，波长的拓展等问题还亟待解决。

基于二维材料缺陷发光或局域化激子态发光的单光子源，已被证实具有制备简易，波长可调节等优点。本发明提出将其与纳米线量子点结构集成，构筑一种自对准的、高度集成的半导体双色单光子发射源，将对后续的量子光学实验（双色单光子和频、差频、量子通讯的多维复用等）提供有利的条件，因此具有很重要的理论研究与实践应用的价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够使用纳米线顶端的应力小岛使二维薄膜产生缺陷发光或局域化的高亮度激子态，然后与自身的单量子点发射的激子态共同构筑的双色单光子源结构的制备方法。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

双色单光子源结构的制备方法，包括有以下步骤：

S1.在半导体衬底上生长并制备纳米线单量子点结构；

S2.对纳米线单量子点结构进行部分平整化，露出纳米线顶端的应力小岛；

S3.使用机械剥离法制作二维薄膜，并将二维薄膜转移至应力小岛上，完成制备。

优选地，所述半导体衬底的材料为GaAs、InP或Si。

优选地，所述纳米线单量子点结构的高度为2-3μm，量子点位于纳米线的轴向位置，所处位置的直径需满足单横模条件，纳米线顶角的形状为锥形，锥形角的角度为2^o。

优选地，所述平整化后露出纳米线顶端的应力小岛的高度范围为150-200nm。

优选地，所述步骤S1通过方式1）或2）制备纳米线单量子点结构：

1）通过液滴自催化生长纳米线单量子点结构；

2）生长自组织量子点，自组织量子点的密度小于10^-8/cm^-2，再利用量子点荧光成像方法，并利用电子束曝光结合电感耦合等离子体刻蚀技术进行制备。

优选地，所述步骤S2采用SU8系列光刻胶/苯并环丁烯及对应的曝光技术对纳米线单量子点结构进行部分平整化。

优选地，所述二维薄膜的材料为二硒化钨或六方氮化硼。

同时，本发明的另一发明目的在于提供一种应用以上制备方法制备得到的双色单光子源结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：