[发明专利]采用光子晶体微腔和晶片键合技术实现电注入的单光子源

说明书

技术领域

本发明涉及半导体光电子器件技术领域，尤其涉及一种采用光子晶体微腔和晶片键合技术实现电注入的单光子源。

背景技术

单光子源作为一种新型的光源，是量子信息技术中的关键部分，特别是效率高、多光子产生几率低和量子不可区分性好的单光子源，在量子密匙分配、量子计算和量子通信等量子信息技术领域具有举足轻重的作用，近年来已成为量子信息技术领域中研究的焦点。

量子信息技术领域要求光源的光子数可控，希望单光子源每个脉冲只产生一个光子。而一般激光器的脉冲即使很微弱，由于强度关联因子为1，不可能产生单光子。目前报道产生单光子的方法很多，最常用的一种是采用单个半导体量子点的脉冲激发产生单光子。如文献1：“Matthew Pelton，Charles Santori，Yoshihisa Yamamoto，et al，Phys.Revi.Lett.，2002(89)：233602”、文献2：“Charles Santori，David Fattal，Yoshihisa Yamamoto，et al，Nature，2002(49)：594”、文献3：“Jelenakovic′，David Fattal，Yoshihisa Yamamoto，et al，Appl.Phys.Lett.，2003(26)：3596”所述，在GaAs材料spacer层中采用MBE技术自组装生长InAs量子点，然后嵌在上下DBR中间，利用化学助离子束刻蚀(CAIBE)技术刻成微柱状，每个微柱状单光子发射源只有一个量子点，再采用激光脉冲泵浦产生单光子。这种结构在纵向上采用DBR形成微腔结构限制光子，在横向上利用全反射限制光子，达到了比较高的Q值(约1400)，提高了单光子源的效率(约2％)。

目前研究的单光子源一般采用激光脉冲泵浦，但实际应用场合更希望采用电注入的单光子源。已报道的微柱状单光子源由于微柱的直径只有0.5微米，不易做上电极，很难实现电注入。文献4：“Zhiliang Yuan，Beata E.Kardynal，Michael Pepper，et al，Science，2002(295)：102”报道了采用p-i-n结结构实现电注入单光子源的方法，但由于采用了普通腔结构，其Q值低，不能高效地产生单光子源，不能满足实际应用。

光子晶体是种折射率呈周期性变化的材料，具有光子带隙。在光子晶体中引入缺陷能够形成光子晶体微腔，它能有效地增强自发辐射。通过调整缺陷周围孔的大小和位置能够调谐共振波长、模式体积和微腔的Q值。但是对于光子晶体微腔，如果水平方向上限制增强，那么纵向方向的损耗就会增加，限制了微腔Q值的提高，文献5：“TomoyukiYoshie，Axel Scherer，Dennis Deppe，et al，Appl.Phys.Lett.，2001(79)：114”中报道InAs量子点光子晶体微腔的Q值只有2000。

晶片键合技术是种在一定条件下，将两块表面平整洁净的晶片通过表面的化学键相互结合起来的技术，它不受两种晶片材料晶格、晶向的限制，被广泛用于光电子器件、微机械加工、传感器、SOI器件等领域。晶片键合技术已经成为一种制作很多重要光电子器件的技术。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种采用光子晶体微腔和晶片键合技术实现电注入的单光子源，以解决单光子源电注入的问题，同时达到高效产生单光子的目的。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种采用光子晶体微腔和晶片键合技术实现电注入的单光子源，该单光子源由下至上依次由下电极、n型衬底、下DBR、光子晶体微腔、上DBR、p型接触层和上电极构成。

优选地，所述光子晶体微腔是半导体量子点光子晶体微腔，且采用二维光子晶格空气孔型缺陷腔。

优选地，所述光子晶体微腔是在有源区的空间隔离层spacer形成的。

优选地，所述光子晶体微腔是H1腔、H2腔，或H3腔，或者是改进的光子晶体微腔。

优选地，所述光子晶体微腔中只有一个量子点。

优选地，所述光子晶体微腔具有圆形或者椭圆形空气孔缺陷腔。

优选地，所述光子晶体微腔与上DBR之间采用晶片键合技术结合在一起，且只需键合一次。

优选地，所述上电极蒸镀在上DBR上的p型接触层的上表面，所述下电极蒸镀在n型衬底的下表面。

优选地，所述上电极材料为AuGeNiAu合金，下电极材料为TiAu合金。