[发明专利]一种基于金反射层结合微透镜的确定性量子光源器件及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种基于金反射层结合微透镜的确定性量子光源器件，其特征在于，由下至上依次为反射层金、SiO₂层和包含有一个量子点的微透镜阵列；其中量子点在微透镜中；

所述反射层金的厚度为50nm～200nm；所述SiO₂层的厚度为10～30nm；所述微透镜底端圆截面直径为200nm～4μm；

所述量子点为InAs/GaAs量子点或GaAs/AlGaAs量子点；所述微透镜的材料为AlxGa1-xAs，0≤x≤0.4；

所述微透镜阵列中的每一个微透镜中仅含有一个量子点，量子点位于微透镜的正中间。

2.权利要求1所述基于金反射层结合微透镜的确定性量子光源器件的制备方法，其特征在于，包括如下过程：

S1.利用分子束外延技术在GaAs衬底上由下至上依次生长Al 0.95Ga 0.05As牺牲层、Al_x Ga _1-x As层，其中量子点在生长时被嵌入到Al _x Ga _1-x As层中；然后再利用PECVD法在Al _x Ga _1-x As层上生长SiO 2层，最后蒸镀金反射层；其中0≤x≤0.4；

S2.利用衬底转移技术，将步骤S1制备的样品转移至玻璃衬底上，再将GaAs衬底和Al_0.95Ga _0.05As牺牲层去除；

S3.利用电子束曝光及lift-off工艺在转移后的样品上制作金标记，然后通过对量子点和金标记进行荧光成像来确定量子点相对金标记的精确位置；

S4.在做好金标记的样品上旋涂电子胶层，再通过电子束曝光与显影在量子点上方套刻圆柱掩膜；

S5.利用加热电子胶产生热回流的方法，使圆柱掩膜变成半球形掩膜；

S6.利用等离子体刻蚀将电子胶掩膜的轮廓传递至Al _x Ga _1-x As层，即得到所述基于金反射层结合微透镜的确定性量子光源器件。

3.根据权利要求2所述基于金反射层结合微透镜的确定性量子光源器件的制备方法，其特征在于，步骤S1中，Al _0.95Ga _0.05As牺牲层的厚度为300nm～1000nm；Al _x Ga _1-x As层的厚度为300nm～2000nm；SiO₂层的厚度为10nm～30nm；金反射层的厚度为50～200nm。

4.根据权利要求2所述基于金反射层结合微透镜的确定性量子光源器件的制备方法，其特征在于，步骤S2中，去除GaAs衬底和Al _0.95Ga _0.05As牺牲层的过程为：先用化学机械研磨将GaAs衬底减薄到50μm，然后再用柠檬酸与双氧水混合液湿法腐蚀去除；最后将样品置于质量分数为10％的HF溶液中腐蚀，即可去除Al _0.95Ga _0.05As牺牲层。

5.根据权利要求2所述基于金反射层结合微透镜的确定性量子光源器件的制备方法，其特征在于，步骤S1中，量子点为InAs或GaAs；步骤S4中，所述电子胶为可热回流的电子胶；步骤S5中，所述电子胶加热过程中，加热温度为140℃～170℃，加热时间为2min～10min。

6.根据权利要求5所述基于金反射层结合微透镜的确定性量子光源器件的制备方法，其特征在于，步骤S4中所述电子胶为Ma-N2400。

7.根据权利要求2所述基于金反射层结合微透镜的确定性量子光源器件的制备方法，其特征在于，在步骤S4～S6中，掩膜套刻过程中，电子束曝光套刻精度高于20nm。