[发明专利]一种混合集成光量子芯片的制备方法及其结构

说明书

本申请实施例所公开的一种混合集成光量子芯片的制备方法及其结构，其中制备方法包括获取待刻蚀结构和待转移结构，待刻蚀结构包括量子点层，待转移结构包括待转移区域，进而对待刻蚀结构进行刻蚀处理，使得在量子点层形成波导结构，之后利用聚合物拾取波导结构，并转移至待转移结构的待转移区域上，得到光量子芯片。基于本申请实施例利用聚合物拾取波导结构，并转移至待转移结构的待转移区域上，得到光量子芯片，可以提高耦合效率，减小芯片的体积。

技术领域

本发明涉及量子应用技术领域，尤其涉及一种混合集成光量子芯片的制备方法及其结构。

背景技术

碳化硅SiC是一种成熟的半导体材料，具有宽禁带、高折射率和宽透明窗口等优点。例如4H型SiC的禁带宽度为3.26eV，对于波长为890nm的光SiC对应的折射率为2.64，SiC透明窗口的宽度在0.37-5.6μm内，可以避免多光子吸收。同时，SiC是一种与互补金属氧化物半导体(CMOS,Complementary Metal Oxide Semiconductor)兼容的半导体材料，有望通过低成本的CMOS光子学技术，实现电子器件的单片集成，具有比铌酸锂光子学更强的竞争力。与氮化硅不同的是，SiC能够表现出较高的高阶非线性效应，因此SiC可以用于低损耗、超快和宽带宽的数据传输。

量子点(Quantum Dots,QDs)通常是指半径小于或接近激子波尔半径的半导体纳米晶粒，具有独特的荧光纳米效应。该量子点的激发谱宽且连续分布，发射谱狭窄且对称，并且，可以通过改变粒径和组成调控发光波长，荧光强度强、漂白速率慢、灵敏度高，在发光材料、光催化、光敏传感器、荧光探针标记等方面具有广阔的应用前景。其中，Ⅲ-Ⅴ族的量子点具有优秀的近红外光谱区荧光发射性质以及高发光亮度性质，在单光子、纠缠光子对的固态发射器件研究中具有重要价值。

在光量子芯片的制备过程中，关键在于将无源的碳化硅芯片和有源的量子点光子发射器单片耦合，目前主要的耦合方式是自由空间耦合，然而这一方法无法满足芯片小型化安装以及最大化耦合效率的要求。

发明内容

本申请实施例提供了一种混合集成光量子芯片的制备方法及其结构，可以提高耦合效率，减小芯片的体积。

本申请实施例提供了一种混合集成光量子芯片的制备方法，包括：

获取待刻蚀结构和待转移结构；待刻蚀结构包括量子点层；待转移结构包括待转移区域；

对待刻蚀结构进行刻蚀处理，使得在量子点层形成波导结构；

利用聚合物拾取波导结构，并转移至待转移结构的待转移区域上，得到光量子芯片。

进一步地，待转移区域包括碳化硅光子回路。

进一步地，利用聚合物拾取波导结构，并转移至待转移结构的待转移区域上，得到光量子芯片，包括：

利用聚二甲基硅氧烷或聚乙烯醇拾取波导结构，在显微镜下将波导结构与待转移结构的待转移区域对齐，并基于范德华力使得波导结构与待转移区域键合，得到光量子芯片。

进一步地，量子点层包括第一砷化镓层、设置在第一砷化镓层上的铟镓砷层以及设置在铟镓砷层上的第二砷化镓层；或者；

量子点层包括第一磷化铟层、设置在第一磷化铟层上的砷化铟层以及设置在砷化铟层上的第二磷化铟层；或者；

量子点层包括第一铝镓砷层、设置在第一铝镓砷层上的砷化镓层以及设置在砷化镓层上的第二铝镓砷层。

进一步地，待转移结构包括：

衬底，衬底的材料为硅。

进一步地，待转移结构包括：

下包层，下包层设置在衬底上，待转移区域设置在下包层上；

下包层的材料为氧化硅。