[發明專利]通過量子阱和量子點共振能量轉移制備單光子源的方法

在審

• 申請號: 201611241395.X
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106653967A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 許興勝;黎星云;秦璐
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06;H01L33/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司11021
• 代理人: 任巖

1.一種通過量子阱和量子點共振能量轉移制備單光子源的方法，其特征在于，該方法包括：

步驟1：準備一Ⅲ-Ⅴ族化合物量子阱外延片；

步驟2：在Ⅲ-Ⅴ族化合物量子阱外延片上生長金屬層；

步驟3：在金屬層淀積一層SiO₂，利用光刻刻蝕去除部分SiO₂，刻蝕暴露部分至Ⅲ-Ⅴ族化合物量子阱外延片的N型接觸層，在外延片的一側形成臺面；

步驟4：在SiO₂層上光刻制作光子晶體結構；

步驟5：用SiO₂層作為掩膜層刻蝕小孔部分直至量子阱有源層，用腐蝕液去除SiO₂層；

步驟6：在金屬層選擇沒有光子晶體圖形部分制作P電極；

步驟7：在步驟3中刻蝕出的Ⅲ-Ⅴ族化合物量子阱外延片的臺面N型接觸層上制作N電極；

步驟8：在步驟5制出的外延片光子晶體表面引入一層低濃度量子點，完成器件的制作。

2.根據權利要求1所述的通過量子阱和量子點共振能量轉移制備單光子源的方法，其特征在于，所述量子阱為各個波長量子阱，包括GaN基、GaAs基或GaInP基量子阱。

3.根據權利要求1所述的通過量子阱和量子點共振能量轉移制備單光子源的方法，其特征在于，所述量子點包括可見光波段的CdSe膠體量子點和近紅外波段的PbSe，PbS膠體量子點。

4.根據權利要求1所述的通過量子阱和量子點共振能量轉移制備單光子源的方法，其特征在于，所述在Ⅲ-Ⅴ族化合物量子阱外延片上生長金屬層，金屬層采用的不透明金屬材料，包括Al-Ni合金、金或銀。

5.根據權利要求1所述的通過量子阱和量子點共振能量轉移制備單光子源的方法，其特征在于，所述Ⅲ-Ⅴ族化合物量子阱外延片包括Ⅲ-Ⅴ族化合物發光二極管外延片和Ⅲ-Ⅴ族化合物激光器外延片，其：

所述Ⅲ-Ⅴ族化合物發光二極管外延片從下至上依次包括襯底基片、GaN緩沖層、N型GaN接觸層、GaN量子阱有源層和P型GaN接觸層；

所述Ⅲ-Ⅴ族化合物激光器外延片從下至上依次包括襯底基片、GaAs緩沖層、N型GaAs接觸層、AlGaAs/GaAs量子阱有源層和P型GaAs接觸層。

6.根據權利要求1所述的通過量子阱和量子點共振能量轉移制備單光子源的方法，其特征在于，所述接觸層類型包括上面N形，下面P形以及上面P形，下面N形。

7.根據權利要求1所述的通過量子阱和量子點共振能量轉移制備單光子源的方法，其特征在于，所述在SiO₂層上光刻制作的光子晶體結構，其中光子晶體的晶格常數為0.2-20微米，光子晶體空氣孔的半徑大小為<0.5倍的晶格常數。

8.根據權利要求7所述的通過量子阱和量子點共振能量轉移制備單光子源的方法，其特征在于，所述在SiO₂層上光刻制作的光子晶體結構，光子晶體結構的光刻制備方法包括電子束曝光、掩膜版紫外光刻或激光直寫無掩膜光刻；光子晶體的刻蝕方法包括干法刻蝕和濕法刻蝕；光子晶體小孔深度直至量子阱有源層。

9.根據權利要求1所述的通過量子阱和量子點共振能量轉移制備單光子源的方法，其特征在于，所述在外延片光子晶體表面引入一層低濃度量子點，量子點引入方法包括旋涂法、拖拉法或點滴法。

10.根據權利要求1所述的通過量子阱和量子點共振能量轉移制備單光子源的方法，其特征在于，該單光子源工作方式是通過P、N電極注入電流激發Ⅲ-Ⅴ族量子阱能量轉移泵浦單個量子點發光，采用Hanbury-Brown-Twiss(HBT)光路驗證單光子性；當量子點和量子阱接觸時，實現共振能量轉移的單光子源，從而實現電注入的量子點單光子源。