[发明专利]量子点单光子源、制备方法及其器件的制备方法

说明书

本发明提供了量子点单光子源、制备方法及其器件的制备方法。所述量子点单光子源包括：衬底、缓冲层、和/或DBR反射层、吸收层、有源层、盖层、量子点阵列；所述缓冲层设置于所述衬底上；所述DBR反射层设置于所述缓冲层上；所述吸收层设置于所述DBR反射层上；所述有源层设置于所述吸收层上；所述盖层设置于所述有源层上；所述量子点阵列通过刻蚀所述盖层和所述有源层得到，所述量子点阵列位于所述吸收层上。提高了量子点单光子源器件的荧光发射率，提高了制作量子点单光子源器件的成品率。

技术领域

本发明涉及半导体材料及器件技术领域，特别是涉及量子点单光子源、制备方法及其器件的制备方法。

背景技术

量子点单光子源是指一种单个二能级体系在光或电泵浦等方式激励下每隔一定时间发出单个固定频率光子的器件。高质量的量子点单光子源在量子计算、量子通信、量子测量以及量子存储等方面存在着广泛的应用前景。

采用分子束外延技术制作的固体半导体量子点不仅最终实现对载流子的三维限制，导致载流子能量在三个维度上量子化而具备分立的能级，呈现出“类原子”的壳层填充特性。人们在相关实验中观察到光致或电致光子的反聚束效应，并据此成功地制作了光致或电致量子光源。

当前固体量子点一般通过“自下而上”与“自上而下”两种方式来制备，其中实用型固体半导体量子点主要通过后一种方式进行制备。尽管采用Stranski-Krastanow(SK)生长模式制备的自组织量子点所发出荧光特性很好，但要实现单量子点的激发，首先就需要将量子点相互隔离。

利用SK生长模式制备的Ge、InAs或GaSb等量子点通常存在天然的高密度、随机性、发光效率低以及提取效率低等局限性。为克服上述局限性，以InAs量子点材料为例，最初人们在InAs淀积量达到临界厚度时采用停止淀积，再通过退火的方法来获得小尺寸低密度InAs量子点。但该条件所制之量子点密度仍然很难满足低密度高确定性量子点的应用要求，尺寸较小，发光波长较短，且还存在量子点外延片利用率低、成品率低以及产量低等问题，同时也难以满足大规模1.31μm或1.55μm波长的光纤通信所需通讯窗口的要求。

人们尝试不同方法来限制被激发量子点的数目或过滤掉其它量子点的发射，例如结合法布里-珀罗(FP)、光子晶体、回音壁或表面等离子激元微腔等结构来限制被激发量子点的数目或过滤掉其它量子点的发射。比如在量子点上方放置带亚微米孔金属接触来选择下方部分量子点的发射。但该法不光需要高精度光刻，存在由金属孔处引起的衍射原因，而且在与单模光纤耦合时还存在提取效率受限的问题，此外，还存在由于缺少对载流子的空间限制而使得外部量子效率很低。且在实现低成本批量化制备上也存在重大困难。因此，目前市场上还没有成熟的高品质量子点单光子光源。

综上所述，在量子点单光子源的制备过程中，不仅存在操作难度大的问题，而且较难满足与光纤匹配实用性方面的要求，还存在成本高居不下及较难批量化制备的问题。制备得到的量子点也存在外量子效率偏低的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

在量子点单光子源的制备过程中，不仅存在操作难度大的问题，而且较难满足与光纤匹配实用性方面的要求，还存在成本高居不下及较难批量化制备的问题。制备得到的量子点也存在外量子效率偏低的问题。

(二)技术方案

第一方面，本发明提供了一种量子点单光子源，包括：衬底、缓冲层、和/或DBR反射层、吸收层、有源层、盖层、量子点阵列；所述缓冲层设置于所述衬底上；所述DBR反射层设置于所述缓冲层上；所述吸收层设置于所述DBR反射层上；所述有源层设置于所述吸收层上；所述盖层设置于所述有源层上；所述量子点阵列通过刻蚀所述盖层和所述有源层得到，所述量子点阵列位于所述吸收层上。