[發明專利]空穴型半導體電控量子點器件，其制備及使用方法

有效

• 申請號: 201710498737.4
• 申請日: 2017-06-26
• 公開（公告）號: CN107170813B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 李海歐;袁龍;王柯;張鑫;郭光燦;郭國平
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H01L29/66
• 分類號: H01L29/66;H01L21/18;B82Y10/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 程紓孟

本發明公開了空穴型半導體電控量子點器件、其制備和使用方法。其包含非摻雜GaAs襯底(101)、非摻雜AlGaAs層(102)和表面非摻雜GaAs蓋帽層(103)；歐姆接觸源極(201)和漏極(204)，依次穿過表面非摻雜GaAs蓋帽層(103)和非摻雜AlGaAs層(102)，進入非摻雜GaAs襯底(101)至少5nm；至少兩個量子點小電極(402)，位于歐姆接觸源極(201)和漏極(204)之間，處于表面非摻雜GaAs蓋帽層上(103)；絕緣層(500)，覆蓋表面非摻雜GaAs蓋帽層(103)、量子點小電極(402)、以及歐姆接觸源極(201)和漏極(204)的至少一部分；和柵極納米條帶(602)，設置在絕緣層(500)上，并且水平投影與歐姆接觸源極(201)、漏極(204)以及量子點小電極(402)均有交疊。還公開了一種量子點裝置。

技術領域

本發明涉及量子器件領域，具體地涉及一種空穴型半導體電控量子點器件，其制備及使用方法。

背景技術

科學家們發現，基于量子力學基本原理的量子算法在某些特定問題的處理上比傳統的算法能夠更快地解決實際問題，因此科學家努力在自然界尋找可以實現量子算法的體系(即量子計算機)。隨著摩爾定律的發展，單個處理器件單元尺度呈指數式的減小，納米級的半導體工藝逐漸進入人們的視野，同時應用也非常廣泛，其中之一就是量子計算。半導體電控量子點器件和傳統的硅基材料器件有很多的相似性，適合于半導體量子芯片的制作和大規模的量子電路集成，被認為是最有可能實現量子計算機的材料體系之一。

基于GaAs/AlGaAs，Si/SiO₂，Si/SiGe和石墨烯等幾種材料體系上加工形成的量子點器件以其較為穩定和受外界干擾較小等優勢而被大量研究。在實際研究中發現，空穴載流子的波函數是p軌道，電子載流子是s軌道，因此空穴相比于電子受到原子核的超精細相互作用要小很多。另外空穴相比于電子，有更強的自旋軌道耦合相互作用，使得空穴自旋量子比特有更快的比特翻轉速度(比特從0變化到1或者從1變化到0)，有利于獲得全電控的長相干快操控的高保真度的空穴自旋量子比特體系。

同經典計算機一樣，量子計算機也是由類比于經典比特的量子比特為基本單元，構建優秀性能的量子比特是量子計算研究的重要內容。目前的量子比特編碼主要基于電子載流子體系。空穴載流子半導體電控量子點的設計和制備，對豐富半導體量子比特編碼和操控研究至關重要。

發明內容

為了得到利用空穴載流子的量子點電學器件，本發明的提供了以下技術方案。

[1]一種空穴型半導體電控量子點器件，所述空穴型半導體電控量子點器件包含：

非摻雜GaAs/AlGaAs異質結基片，所述異質結基片由下到上依次包括非摻雜GaAs襯底(101)、非摻雜AlGaAs層(102)和表面非摻雜GaAs蓋帽層(103)；

歐姆接觸源極(201)，所述歐姆接觸源極(201)依次穿過表面非摻雜GaAs蓋帽層(103)和非摻雜AlGaAs層(102)，進入非摻雜GaAs襯底(101)至少5nm；

歐姆接觸漏極(204)，所述歐姆接觸漏極(204)依次穿過表面非摻雜GaAs蓋帽層(103)和非摻雜AlGaAs層(102)，進入非摻雜GaAs襯底(101)至少5nm；

至少兩個量子點小電極(402)，所述量子點小電極(402)位于所述歐姆接觸源極(201)和歐姆接觸漏極(204)之間，處于所述表面非摻雜GaAs蓋帽層(103)上；

絕緣層(500)，所述絕緣層(500)覆蓋所述表面非摻雜GaAs蓋帽層(103)、所述量子點小電極(402)、以及所述歐姆接觸源極(201)和歐姆接觸漏極(204)的至少一部分；和

柵極納米條帶(602)，所述柵極納米條帶(602)設置在所述絕緣層(500)上，并且其水平投影與所述歐姆接觸源極(201)、歐姆接觸漏極(204)以及量子點小電極(402)均有交疊。