[发明专利]一种电流泵浦产生表面等离激元激光的方法

说明书

技术领域

本发明涉及表面等离激元光子学与纳电子学的交叉应用领域，更具体地说，本发明涉及一种半导体双量子点电流泵浦产生表面等离激元激光的方法。

背景技术

表面等离激元是导体表面源于自由电子集体振荡的电荷密度波与其电磁模联合形成的一种传播激发子。

近十年来的研究表明，利用金属纳米结构中表面等离激元所具有的独特光学特性能够提高近场显微镜的分辨率，提升发光二极管的效率，以及在纳米尺度实现电磁场的调控、实现隐身等；并在包括数据存储、非线性光学、亚波长结构波导、太阳能电池等应用研究领域提供了新的机遇。

同时，表面等离激元为发展新型光子器件、宽带通讯系统、尺度极小的微小光子回路、新型光学传感器和测量技术提供了可能。

为了能够将等离激元的基础研究成果运用到实现中，人们需要研制出传播损耗可以与传统的波导相比拟的亚波长尺寸的金属线回路；研发基于表面等离激元的电光、全光和压电调制器；研发深亚波长的纳米光刻蚀术等。

纳米尺度的表面等离激元激光器可以获得远远小于衍射极限的光学模式。通过改变金属表面结构，改变面等离激元的性质，特别是与光的相互作用机制也将随之变化。这种表面等离激元激光器为探索光与物质极限相互作用提供了可能，也为表面等离激元众多应用提供了高性能的相干光源。因此，高效表面等离激元光源开发是表面等离激元光子学众多应用的基础。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用流过半导体双量子点的电流来泵浦产生表面等离激元激光的方法，并且该方法使人们能通过电流谱来探测表面等离激元激发态。

为了实现上述技术目的，根据本发明的第一方面，提供了一种电流泵浦产生表面等离激元激光的方法，包括：

第一步骤，用于制备半导体异质结，并且在离该半导体异质结表面约1-100nm处形成二维电子气；

第二步骤，用于在半导体异质结表面制作纳米金属波导，所述纳米金属波导将作为泵浦产生表面等离激元光子的光学微腔；

第三步骤，用于在离表面等离激元波导平面距离1-100nm处制作半导体双量子点结构。

优选地，在第三步骤中，在离表面等离激元波导平面距离1-100nm处制作控制量子点形状和内部能级间隔大小的金属电极，并且对金属电极通电后从而在半导体二维电子气中形成了双量子点结构。

优选地，所述电流泵浦产生表面等离激元激光的方法还包括：第四步骤，用于使形成半导体双量子点结构的金属电极连接外部电路。

优选地，半导体异质结为以GaAs/AlGaA异质结。

优选地，二维电子气的电子迁移率为5×10⁵cm²V^-1s^-1，电子密度为1×10¹¹cm^-2。

优选地，在第二步骤中利用平板工艺技术制作纳米金属波导。

优选地，第二步骤中表面等离激元光学微腔为金、银、铜或铝材质的金属纳米波导。

优选地，表面等离激元波导与半导体之间设置了1-100nm厚的介质层。

本发明制作隧穿耦合双量子点和由金属制成的表面等离激元波导光学微腔，实现了半导体双量子点电流泵浦产生表面等离激元激光。基于本发明的表面等离激元激光产生办法能通过电流探测表面等离激元激光态，具有探测方便、器件形貌简单、结构紧凑、易与外部电路集成等特点。

附图说明

结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：

图1示意性地示出了根据本发明实施例的电流泵浦产生表面等离激元激光的方法的流程图。

图2示意性地示出了根据本发明实施例的电流泵浦产生表面等离激元激光的方法的示意图。

需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。

具体实施方式

为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。

本发明利用表面等离激元的亚波长局域特性实现表面等离激元波导微腔与半导体双量子点耦合，通过调整半导体双量子点内部结构，从而使得流过半导体双量子点的电流能在波导微腔中泵浦产生表面等离激元光子。

具体地说，图1示意性地示出了根据本发明实施例的电流泵浦产生表面等离激元激光的方法的流程图。