[实用新型]一种半导体量子器件

说明书

技术领域

本实用新型属于半导体技术领域，尤其涉及一种半导体量子器件。

背景技术

半导体行业的发展离不开各种基片及其相关工艺的研究和发展。随着科技的进步，按照摩尔定律的发展，单个处理器件单元尺度呈指数式的减小，纳米级的半导体工艺逐渐进入人们的视野，同时应用也相对广泛，其中之一就是量子计算。科学家们经过多年的研究发现半导体电控量子器件和传统的硅基材料有很多的相似性，适合于半导体量子芯片的制作和大规模的量子电路集成，被认为是最有可能实现量子计算机的材料体系之一。

近年来，为了实现用于量子计算的量子比特制备，固态半导体量子点以其独特的性质吸引了科学家的广泛关注。硅/锗硅系统(Si/SiGe)、砷化镓/ 砷化镓铝系统(GaAs/AlGaAs)都显示出了较好的载流子密度和迁移率，利于量子点与金属门电极之间、量子点相互之间的耦合。国际上多个实验室开始制备各种纳米器件，也在这些纳米器件上完成了关于电荷和自旋量子比特的一系列开创性实验研究。然而，在各种材料体系上制备的纳米器件都存在一个共同的问题就是拥有较高低频电荷(1/f)噪声(其功率谱密度与频率近似成反比关系)，研究表明低频电荷噪声是造成量子比特退相干的重要因素，直接制约了基于半导体量子点量子比特的量子计算研究。

为了寻找减小低频电荷噪声的方法，科学家们在不同系统上做了一系列关于测量电荷涨落的实验，普遍随机电荷涨落是低频电荷噪声的主要来源，因此减小低频电荷噪声被认为是提高量子点器件性能的一个非常有效的方法。在掺杂砷化镓的器件上，包括场效应管(Field-effect Transistor)和量子点(Quantum dot)，由于肖特基电极电压的涨落，电子从肖特基门电极到二维电子气的漏电流将会是量子器件噪声的一个主要来源。一个减小电荷噪声的有效方法：对整个器件增加一个顶部整体电极，加以额外电压，可以减小肖特基电极到二维电子气之间的电势场，可以有效减小漏电流、提高器件稳定性。目前，人们一方面利用双层门电极结构在非掺杂砷化镓异质结上制备量子点来寻求更好性能的量子点器件；另一方面也在掺杂砷化镓异质结上寻找开发新的工艺减小电荷噪声。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种低频电荷噪声较小的半导体量子器件。

本实用新型提供了一种半导体量子器件，包括：

GaAs衬底；

所述GaAs衬底表面设置有二维电子气导通平台；所述二维电子气导通平台包括由下到上依次设置的AlGaAs缓冲层、AlGaAs掺杂层、AlGaAs隔离层与GaAs盖帽层；

所述二维电子气导通平台中设置有二维电子气窄带平台；所述二维电子气窄带平台包括第一浅蚀刻区、第二浅蚀刻区、第三浅蚀刻区、第一浅蚀刻区与第二浅蚀刻区之间的第一纳米窄带、第二浅蚀刻区与第三浅蚀刻区之间的第二纳米窄带；且所述第一纳米窄带与第二纳米窄带不连通，所述二维电子气导通平台在第一纳米窄带与第二纳米窄带宽度的方向不连通；

所述第一纳米窄带与第二纳米窄带宽度方向的两侧设置有量子点小电极，且所述量子点小电极的一端延伸至第一纳米窄带内或第二纳米窄带内；

所述二维电子气导通平台远离二维电子气窄带平台的端部沉积有欧姆接触电极；

所述GaAs衬底的表面在二维电子气导通平台的外围设置有金属栅极；所述金属栅极与所述量子点小电极不延伸至第一纳米窄带内或第二纳米窄带内的一端相接触。

优选的，所述第一纳米窄带与第二纳米窄带的宽度各自独立地为300～500 nm；长度各自独立地为1500～3000nm。

优选的，所述第一纳米窄带与第二纳米窄带之间的间距为80～200nm。

优选的，所述第一纳米窄带与第二纳米窄带的厚度各自独立地为40～100 nm。

优选的，所述第一浅蚀刻区、第二浅蚀刻区与第三浅蚀刻区的下表面为 AlGaAs掺杂层。

优选的，所述二维电子气导通平台的高度为200～300nm。

优选的，所述二维电子气导通平台以第一纳米窄带与第二纳米窄带的中心呈对称设置，且在其远离第一纳米窄带或第二纳米窄带的方向具有2～6个端部。

优选的，所述GaAs衬底的厚度为300～800nm；所述AlGaAs缓冲层的厚度为5～25nm；所述AlGaAs掺杂层的厚度为15～25nm；所述AlGaAs隔离层的厚度为30～80nm；所述GaAs盖帽层的厚度为3～15nm。