[发明专利]基于SiN微盘夹心层结构的单光子源的制备方法及器件

说明书

本发明涉及一种基于SiN微盘夹心层结构的单光子源的制备方法及器件，包括在硅基衬底上沉积SiN薄膜，在SiN芯片上制备SiN波导层，得到SiN波导阵列结构，在SiN波导层上沉积二氧化硅找平层，在二氧化硅找平层上沉积并制备SiN微盘夹心层结构；SiN微盘夹心层结构的有源层是量子点薄层。本发明可以采用垂直激光的泵浦，使得量子点受激发光。通过设计合理尺寸的微盘结构，使得微盘边缘处的量子点受激发光产生的光子与微盘发生谐振作用。最后谐振光耦合进SiN波导中，实现光在波导中传输，在波导的输出端口采用光纤收集测试光子数。

技术领域

本发明属于单光子源技术领域，具体涉及一种基于SiN微盘夹心层结构的单光子源的制备方法及器件。

背景技术

单光子源(SPS)技术在量子通信和量子计算机领域取得了优秀的研究成果。由于量子通信对于信息保密性强、安全性好以及量子计算机的运行速度快等优点得到了人们的关注和重视，因此量子通信是现在通信领域的专家们的一个研究热点。理想的单光子源是量子通信的重要核心技术之一。由于理想的单光子源具有每个脉冲中有且仅有一个光子的特性，使得量子信息的泄密几率接近为零。因此研究出理想的单光子源具有非常重要的意义！

单光子源的种类比较多，有量子点单光子源、原子单光子源、分子单光子源以及缺陷单光子源等，其中量子点单光子源被人们认为最有可能成为量子光源，并且对它的研究时间和研究成果也是最多的一种单光子源。目前使用的量子点的制备方法有两种：一种是通过物理方法生长的外延量子点，一种是通过湿化学方法合成的胶体量子点。其中，外延量子点拥有高增益和高效率、超低阈值电流密度和温度不敏感性等优点；但是外延量子点发射单个光子有一个限制条件，那就是仅在低温下才能发射单光子，而另一种基于湿法合成胶体量子点的制备方法，胶体量子点的特点是量子点的尺寸较小，一般是小于5nm，并且无需像外延生长的量子点，必须在相应的衬底上存在，它可以脱离衬底以一种溶液的形式存在，因此在制备内嵌量子点结构时比较简便，可以以一种匀胶的方式旋涂在结构上面。另外，胶体量子点还有一个优点就是通过这种溶液中化学合成方法制备的胶体量子点相比于外延生产方法，胶体量子点的生产周期短且产量高，因此，其制备成本随之降低。同时基于II-VI族化合物的核壳结构胶体量子点具有在室温及以上发射单光子，表现出光子反聚束效应。目前这些晶体在医疗、能源、环境和航空航天等不同领域都有广泛的应用。

相关技术中，在SiN夹心层内嵌量子点的激光器件的研究已经被报道，但是SiN微盘夹心层内嵌量子点单光子源的研究暂时还是处于空白阶段，而相关技术中的单光子源发光效率低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于SiN微盘夹心层结构的单光子源的制备方法及器件，以解决现有技术中单光子源的发光效率低的问题。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：一种基于SiN微盘夹心层结构的单光子源的制备方法，包括：

在硅基衬底上沉积SiN薄膜，得到SiN芯片；

在所述SiN芯片上制备SiN波导层，得到SiN波导阵列结构；

在所述SiN波导层上沉积二氧化硅找平层；

在所述二氧化硅找平层上沉积并制备SiN微盘夹心层结构；所述SiN微盘夹心层结构的有源层为量子点薄层。

进一步的，所述硅基衬底包括：硅衬底和二氧化硅层，所述二氧化硅层的厚度为5um；所述在硅基衬底上沉积SiN薄膜，包括：

采用低温PECVD方法在所述二氧化硅层上沉积SiN薄膜；其中，所述SiN薄膜的厚度为200nm。

进一步的，所述在所述SiN芯片上制备SiN波导层，得到SiN波导阵列结构；包括：

在所述SiN薄膜上旋涂光刻胶；

采用光刻的方法制备M个SiN波导阵列结构；其中M为整数。