[发明专利]单光子光源元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种单光子光源元件的制造方法，尤其涉及一种包含尺寸均一、位置固定的量子点的单光子光源元件的制造方法，以及采用此方法制造的单光子光源元件。

背景技术

单光子光源是执行量子资讯（尤其是量子密码及量子电脑）最重要的元件，而单颗半导体量子点是制作固态单光子光源最适合的材料。通常采用自上而下或自下而上的方法制造量子点结构，但此两种方法制造的量子点结构的位置是随机的，而且量子点的尺寸大小不一致，从而导致难以制造尺寸一致的单光子光源元件。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种制造尺寸一致的量子点的单光子光源元件的方法以及相应的单光子光源元件。

一种单光子光源元件制造方法，包括以下步骤：

提供一前驱体，该前驱体包含一基板及在该基板上依次生长的一未掺杂的低温GaN层、一未掺杂的高温GaN层、一N型GaN层、一量子阱层和一结构层，所述量子阱层的材料为In_xGa_1-xN，其中，0＜x≤1，所述结构层的材料为Al_yGa_1-yN，其中0≤y≤1；

蚀刻所述前驱体的结构层、量子阱层和N型GaN层并形成楔形结构的阵列和一平面区，其中N型GaN层未被完全蚀刻；

蚀刻楔形结构为柱状结构；

在NH₃气氛中热处理，使量子阱层转变为量子点层，所述量子点层为包含量子点的In_zGa_1-zN层，其中，0＜z≤1；

在柱状结构侧面及柱状结构之间的N型GaN层的上表面生长一高介电层；

在柱状结构的顶面所在平面之上依次生长一P型GaN层和一ITO层；

在ITO层上和平面区上分别设置电极。

一种单光子光源元件，包括：

一基板以及在该基板上依次生长的一未掺杂的低温GaN层、一未掺杂的高温GaN层、一N型GaN层，所述N型GaN层表面包含一平面区，该平面区旁的N型GaN层表面上设置有柱状结构的阵列，所述柱状结构为多层结构，底层为N型GaN层，中层为量子点层，顶层为结构层，所述N型GaN层与所述N型GaN层为一体结构；

一高介电层，生长于柱状结构侧面及柱状结构之间的N型GaN层的上表面；

一P型GaN层和一ITO层，依次生长于柱状结构的顶面所在平面之上；以及

电极，分别设置于ITO层上和平面区上。

在本发明所提供的单光子光源元件及其制造方法中，通过蚀刻的方式设置待形成量子点的阵列，因此形成量子点的位置的固定的，且待形成量子点的阵列的单元面积一致，因此形成的量子点的尺寸均一性高，从而使得采用本发明所提供的单光子光源元件的量子点的位置和尺寸都具有均一性。

附图说明

图1是本发明所提供的单光子光源元件的制造方法的第一个步骤。

图2是本发明所提供的单光子光源元件的制造方法的第二个步骤。

图3是图2步骤中得到的楔形结构的SEM图。

图4是本发明所提供的单光子光源元件的制造方法的第三个步骤。

图5是图4步骤中得到的柱状结构的侧视SEM图。

图6是图4步骤中得到的柱状结构的俯视SEM图。

图7为图4步骤中得到的柱状结构阵列的第一种排布方式图。

图8为图4步骤中得到的柱状结构阵列的第二种排布方式图。

图9是本发明所提供的单光子光源元件的制造方法的第四个步骤。

图10是本发明所提供的单光子光源元件的制造方法的第五个步骤。

图11是本发明所提供的单光子光源元件的制造方法的第六个步骤。

图12是本发明所提供的单光子光源元件的制造方法的第七个步骤。

主要元件符号说明