[发明专利]一种单光子源集成器件加工方法

说明书

本申请涉及一种单光子源集成器件加工方法，包括：通过分子束外延(MBE)工艺，在生长衬底上依次生长牺牲层和自组装量子点层；通过外延层剥离(ELO)工艺，将自组装量子点层转移到器件衬底上。通过本申请，量子点薄膜层可以转移到任意半导体衬底或金属材料衬底等器件衬底上，易于实现集成。

技术领域

本申请涉及集成量子光子技术领域，尤其涉及一种单光子源集成器件加工方法。

背景技术

高品质片上单光子源是实现集成量子光子回路的关键器件，集成量子芯片技术要求通过低损耗波导将单光子源与纳米光子元件以及光子检测器件进行耦合实现片上处理系统。单光子源的品质，波导耦合效率，与量子光子回路集成的兼容性，加工制备难度，调谐技术都是研究片上单光子源需要解决的问题。

自组装量子点是一种非常优秀的单光子源，具有发射线宽窄、单光子纯度高、提取效率高、稳定性好等优点。然而相关技术中，自组装量子点与量子电子回路的集成涉及特殊的微处理方法或纳米操控技术，实现起来并不容易。此外，目前采用提高外部源耦合效率的方法来优化光子通量并不适用于复杂的集成系统，解决方法就是采用直接集成到无源波导网络中的片上单光子源。

因此，如何得到易于实现和集成的单光子源目前尚无有效的解决方案。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种单光子源集成器件加工方法。

本申请提供一种单光子源集成器件加工方法，包括：通过分子束外延(Molecularbeam epitaxy，简称为MBE)工艺，在生长衬底上依次生长牺牲层和自组装量子点层；通过外延层剥离(Epitaxial lift-off，简称为ELO)工艺，将自组装量子点层转移到器件衬底上。

在某些实施例中，将自组装量子点层转移到器件衬底上之后，还包括：在自组装量子点层上制备纳米光学元件；和/或，在器件衬底上制备量子光子回路。

在某些实施例中，在生长衬底上依次生长牺牲层和自组装量子点层，包括：在生长衬底上生长牺牲层；在牺牲层上生长底部势垒层，在底部势垒层上制备纳米孔，使用量子点材料填充制备的纳米孔，填充纳米孔后生长顶部阻挡层，从而形成自组装量子点层。

在某些实施例中，在牺牲层上生长底部势垒层之前，包括：在牺牲层上生长缓冲层。

在某些实施例中，上述单光子源集成器件加工方法，还包括：在顶部阻挡层上形成平滑表面层和钝化层。

在某些实施例中，通过外延层剥离工艺，将自组装量子点层转移到器件衬底上，包括：使用缓冲氧化物刻蚀液(Buffered Oxide Etch，简称为BOE)蚀刻牺牲层，以将自组装量子点层与生长衬底分离；将分离出的自组装量子点层置于疏水性溶液，以通过溶液的表面张力使自组装量子点层漂浮于疏水性溶液表面；使用器件衬底从疏水性溶液拾取自组装量子点层，从而将自组装量子点层转移到器件衬底上。

在某些实施例中，使用缓冲氧化物刻蚀液蚀刻牺牲层之前，还包括：使用抗腐蚀剂在自组装量子点层上形成抗腐蚀层；使用器件衬底从上述疏水性溶液拾取自组装量子点层之后，还包括：溶解抗腐蚀层。

在某些实施例中，使用缓冲氧化物刻蚀液蚀刻牺牲层之前，还包括：将通过分子束外延工艺得到的量子点晶片切割成预定大小的晶片。

在某些实施例中，自组装量子点层为III-V族化合物自组装量子点层。

在某些实施例中，生成衬底为GaAs，器件衬底为Si、SiO₂、镀金属膜或有机膜衬底。

在某些实施例中，自组装量子点层的量子点为GaAs。