[實用新型]日盲紫外單光子源

有效

• 申請號: 201721793763.1
• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN207691196U
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 陳飛良;李沫;李倩;張暉;黃鋒;李舒嘯;張健
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院電子工程研究所
• 主分類號: H01S5/32
• 分類號: H01S5/32
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 蔣斯琪

本實用新型公開了一種日盲紫外單光子源，包括由寬禁帶半導體p型層、i型本征層、單量子點和n型層構成的量子點嵌埋pin納米線或量子點嵌埋pin薄膜，pin結構的禁帶寬度大于4.43 eV，且pin結構采用禁帶寬度大于量子點的半導體材料，從而形成類量子阱結構以增強對單量子點的量子限制；本實用新型對于光泵浦和電泵浦兩種激發方式均適用，既可垂直于襯底發射，也可平行于襯底發射，因此既可用于自由空間單光子源也可用于片上集成單光子源；其發射波長在小于280 nm的日盲波段，且寬禁帶量子點適于室溫乃至高溫單光子發射，可廣泛應用于量子信息、量子計算、量子成像、量子認證、近距離保密通信、量子精密測量相關領域。

技術領域

本發明涉及單光子源、量子保密通信、量子信息領域，具體是指一種日盲紫外單光子源。

背景技術

單光子源是一種能產生量子態光子的光源，是實現量子通信、量子模型、量子計算、量子存儲等量子信息技術的重要手段。目前這些量子信息領域通常采用可見和近紅外波段的單光子源。由于自然光和人造光源一般都在可見波段，熱輻射則是在紅外波段，使得當前領域的單光子源在應用中受到的背景干擾很大。

日盲紫外波段是波長小于280 nm的波段。在這個波段，太陽光在穿越地球大氣層的過程中受到臭氧層的強烈吸收，基本上無法到達地面。因此除了閃電、爆炸等極端情況外在地球表面附近通常完全沒有日盲紫外波段的光信號，工作在該波段的單光子源的相當于工作在天然的暗室之中，背景光干擾影響非常小，這對量子信息系統特別是量子信息微系統非常有利。由于受大氣衰減的影響，日盲紫外光特別適合1公里范圍內的短距離高安全性保密通信，超過這個范圍后紫外光子則基本被大氣全部吸收，在遠方也無法對本地施行紫外干擾，因此對它進行遠程干擾和偵聽的可能性幾乎為零。紫外光還可以通過彌漫在大氣層中的微小顆粒進行散射傳輸，從而繞過一些障礙物，實現非視線通信。因此，日盲紫外光通信具有非常好的非視距傳輸和保密性能，非常適用于近距離抗干擾和有遮擋的通信環境。介于以上所述的諸多優點，日盲紫外單光子源在將來的片上集成量子芯片、短距離量子保密通信等領域都有望發揮重要作用。然而，當前單光子源的技術方案主要集中在近紅外通信波段以及可見波段。對于小于280nm的日盲紫外波段單光子源尚無成熟方案。

發明內容

本發明的目的在于提供一種日盲紫外單光子源，該方案能在小于280nm的日盲紫外波段實現單光子源。

為實現上述目的，本發明采用技術方案如下：

日盲紫外單光子源，其結構設計為：在襯底上設置有由寬禁帶半導體p型層、i型本征層、單量子點和n型層構成的量子點嵌埋pin納米線或量子點嵌埋pin薄膜，在量子點嵌埋pin納米線的兩端或量子點嵌埋pin薄膜上下層分別是p型電極和n型電極。

所述的襯底的材質包括但不限于絕緣體、半導體、金屬。對于從襯底正面向上出光的單光子源，為了適于量子點和納米線的外延生長可以采用與納米線同種類的半導體材料，為了提高正面出光效率可采用對發射光高反射率的金屬材質或在襯底上鍍高反射膜；對于穿過襯底向下出光的單光子源，采用對發射光透明的絕緣材質，并在襯底背面鍍減反膜以提高出光效率。

所述的寬禁帶半導體p型層、i型本征層、單量子點和n型層均采用寬帶大于4.43eV的半導體材料，對應的發射波長小于280 nm，采用的半導體材料類型包括但不限于AlGaN、InAlN、InAlGaN、AlN、BN、Ga₂O₃、ZnMgO、MgO、ZnBeO、MgS、BeS、金剛石。這些寬禁帶半導體量子點的激子束縛能通常較大，適用于室溫乃至高溫單光子發射。

所述的寬禁帶半導體p型層、i型本征層和n型層均采用禁帶寬度大于單量子點的半導體材料，以形成類量子阱結構以增強對單量子點的量子限制。所述的單量子點的尺寸不大于構成單量子點的半導體材料中的激子波爾半徑，以產生量子限制效應，形成分立能級。