[發明專利]量子點單光子源、制備方法及其器件的制備方法

有效

• 申請號: 202010557214.4
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111525005B
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 何小武;牛智川;張宇;徐應強;陳昊;孫寶權;竇秀明;尚向軍;倪海橋;任正偉;劉汗青
• 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;H01L33/30;H01L33/10;H01L33/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周天宇

本發明提供了量子點單光子源、制備方法及其器件的制備方法。所述量子點單光子源包括：襯底、緩沖層、和/或DBR反射層、吸收層、有源層、蓋層、量子點陣列；所述緩沖層設置于所述襯底上；所述DBR反射層設置于所述緩沖層上；所述吸收層設置于所述DBR反射層上；所述有源層設置于所述吸收層上；所述蓋層設置于所述有源層上；所述量子點陣列通過刻蝕所述蓋層和所述有源層得到，所述量子點陣列位于所述吸收層上。提高了量子點單光子源器件的熒光發射率，提高了制作量子點單光子源器件的成品率。

技術領域

本發明涉及半導體材料及器件技術領域，特別是涉及量子點單光子源、制備方法及其器件的制備方法。

背景技術

量子點單光子源是指一種單個二能級體系在光或電泵浦等方式激勵下每隔一定時間發出單個固定頻率光子的器件。高質量的量子點單光子源在量子計算、量子通信、量子測量以及量子存儲等方面存在著廣泛的應用前景。

采用分子束外延技術制作的固體半導體量子點不僅最終實現對載流子的三維限制，導致載流子能量在三個維度上量子化而具備分立的能級，呈現出“類原子”的殼層填充特性。人們在相關實驗中觀察到光致或電致光子的反聚束效應，并據此成功地制作了光致或電致量子光源。

當前固體量子點一般通過“自下而上”與“自上而下”兩種方式來制備，其中實用型固體半導體量子點主要通過后一種方式進行制備。盡管采用Stranski-Krastanow(SK)生長模式制備的自組織量子點所發出熒光特性很好，但要實現單量子點的激發，首先就需要將量子點相互隔離。

利用SK生長模式制備的Ge、InAs或GaSb等量子點通常存在天然的高密度、隨機性、發光效率低以及提取效率低等局限性。為克服上述局限性，以InAs量子點材料為例，最初人們在InAs淀積量達到臨界厚度時采用停止淀積，再通過退火的方法來獲得小尺寸低密度InAs量子點。但該條件所制之量子點密度仍然很難滿足低密度高確定性量子點的應用要求，尺寸較小，發光波長較短，且還存在量子點外延片利用率低、成品率低以及產量低等問題，同時也難以滿足大規模1.31μm或1.55μm波長的光纖通信所需通訊窗口的要求。

人們嘗試不同方法來限制被激發量子點的數目或過濾掉其它量子點的發射，例如結合法布里-珀羅(FP)、光子晶體、回音壁或表面等離子激元微腔等結構來限制被激發量子點的數目或過濾掉其它量子點的發射。比如在量子點上方放置帶亞微米孔金屬接觸來選擇下方部分量子點的發射。但該法不光需要高精度光刻，存在由金屬孔處引起的衍射原因，而且在與單模光纖耦合時還存在提取效率受限的問題，此外，還存在由于缺少對載流子的空間限制而使得外部量子效率很低。且在實現低成本批量化制備上也存在重大困難。因此，目前市場上還沒有成熟的高品質量子點單光子光源。

綜上所述，在量子點單光子源的制備過程中，不僅存在操作難度大的問題，而且較難滿足與光纖匹配實用性方面的要求，還存在成本高居不下及較難批量化制備的問題。制備得到的量子點也存在外量子效率偏低的問題。

發明內容

(一)要解決的技術問題

在量子點單光子源的制備過程中，不僅存在操作難度大的問題，而且較難滿足與光纖匹配實用性方面的要求，還存在成本高居不下及較難批量化制備的問題。制備得到的量子點也存在外量子效率偏低的問題。

(二)技術方案

第一方面，本發明提供了一種量子點單光子源，包括：襯底、緩沖層、和/或DBR反射層、吸收層、有源層、蓋層、量子點陣列；所述緩沖層設置于所述襯底上；所述DBR反射層設置于所述緩沖層上；所述吸收層設置于所述DBR反射層上；所述有源層設置于所述吸收層上；所述蓋層設置于所述有源層上；所述量子點陣列通過刻蝕所述蓋層和所述有源層得到，所述量子點陣列位于所述吸收層上。