CN111200043B - 电泵浦量子点单光子源及其制备方法 - Google Patents

电泵浦量子点单光子源及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电泵浦量子点单光子源及其制备方法，方法包括：步骤S101：准备III‑V族化合物量子阱发光芯片；步骤S102：在III‑V族化合物量子阱发光芯片上制作金属孔；步骤S103：在步骤S102制出的芯片表面引入量子点，完成器件的制作，本发明电泵浦量子点单光子源及其制备方法缓解了现有技术中存在的光泵浦量子点单光子源的实用性和便携性较差，及量子点单光子源的发光效率低的技术问题，达到了提高单光子源的实用性和便携性，及提高量子点单光子源的发光效率的技术效果。

Description

电泵浦量子点单光子源及其制备方法
技术领域
本发明涉及单光子源技术领域，尤其是涉及一种电泵浦量子点单光子源及其制备方法。
背景技术
近年来单光子源(SPS)技术在量子信息领域取得了突破性进展，其在量子通信、量子计算、量子光刻和量子密码学等方面都有活跃的表现。尤其是在量子密码学中，现在，不仅在理论上证明了量子密钥分配(QKD)的可能，而且自从1984年提出最初提案以及1992年的第一次试验以来，QKD已经在许多方面得到了证实。由于量子通信的保密性强、安全性好及在量子计算机中运行速度快等优点引起了人们的广泛关注。为了保证在通信中量子信息不被泄密，量子通信理想单光子源需保证每个脉冲中有且仅有一个光子，实现理想单光子源是研究量子通信中的一个非常重要的课题。
一个理想的量子光源在每个激发脉冲中应只产生单个光子，这可以通过使用单一的量子系统来实现，如单个量子点。量子点(QDs)的概念最早由Arakawa和Sakaki在1982年提出，量子点具有独特的电子结构和量子限制效应，单个量子点在被光脉冲或电脉冲激发时即可产生单光子。其特有的性质现已被应用于许多光子器件，量子点在纳米结构的合成和应用方面都取得了令人瞩目的研究成果。量子点作为非传统光源在单光子量子通信中也有极大的应用前景，使用量子点作为稳定的单光子源将是我们将来研究的重点。
在实际应用中，需要使用激光器准确泵浦量子点得到单光子源，激光器泵浦量子点的过程需要在光学平台上实现，所以，难以在可移动的芯片上实现单光子源，导致光泵浦量子点单光子源的实用性和便携性较差。而且，由于单量子点本身发光强度较低，所以会导致量子点单光子源的发光效率低的问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于上述技术问题，本发明的目的在于提供一种电泵浦量子点单光子源及其制备方法，以缓解现有技术中存在的光泵浦量子点单光子源的实用性和便携性较差，及量子点单光子源的发光效率低的技术问题。
(二)技术方案
第一方面，本发明实施例提供了一种电泵浦量子点单光子源的制备方法，方法包括：步骤S101：准备III-V族化合物量子阱发光芯片；步骤S102：在所述III-V族化合物量子阱发光芯片上制作金属孔；步骤S103：在步骤S102制出的芯片表面引入量子点，完成器件的制作。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述准备III-V族化合物量子阱发光芯片，包括：
准备III-V族化合物量子阱外延片，所述III-V族化合物量子阱外延片沿远离衬底7表面方向上依次设置有缓冲层6、N型接触层5、量子阱有源层4和P型接触层3；
刻蚀部分所述III-V族化合物量子阱外延片至所述N型接触层5，在所述III-V族化合物量子阱外延片的一侧形成台面；
在P型接触层3上制作P型电极1，在所述台面上制作N型电极2。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述在所述III-V族化合物量子阱发光芯片上制作金属孔，包括：
在所述III-V族化合物量子阱发光芯片上旋涂光刻胶；
在所述P型接触层3上利用光刻曝光制作M个光刻胶微柱9，及利用光刻胶在所述台面上形成隔离所述N型电极2的光刻胶掩膜8，其中，M为正整数；
在所述P型接触层3上生长金属层10；
去除光刻胶，得到M个所述金属孔，其中，所述金属孔的高度等于所述金属层10的厚度。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述在所述III-V族化合物量子阱发光芯片上制作金属孔，包括：
在所述III-V族化合物量子阱发光芯片上旋涂光刻胶；
利用光刻曝光在所述台面上形成隔离所述N型电极2的光刻胶掩膜8；
在所述P型接触层3上生长金属层10；
利用聚焦离子束刻蚀所述金属层10，得到所述金属孔，去除所述光刻胶掩膜8，其中，所述金属孔的高度等于所述金属层10的厚度。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，方法还包括：
在所述金属层10表面引入量子点后，利用AFM原子力显微镜的纳米操纵功能将所述金属孔附近的单量子点推入所述金属孔的预设位置范围。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述金属层10为不透明且导电的金属材料，所述金属层10和所述P型电极1接触。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，利用激光直写曝光法、电子束曝光法或者普通光刻法制作所述光刻胶微柱9。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，利用拖拉法、旋涂法或者点滴法在所述金属层10表面引入一层量子点。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述金属孔的直径范围为50nm～5μm。
第二方面，本发明实施例还提供了一种采用第一方面的方法制备的电泵浦量子点单光子源，包括：III-V族化合物量子阱发光芯片、金属孔和量子点，其中，所述金属孔设置在所述III-V族化合物量子阱发光芯片的上方，在所述金属孔内设置有所述量子点。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明提供的电泵浦量子点单光子源及其制备方法具有以下有益效果：
(1)本发明提供的电泵浦量子点单光子源的制备方法制作的电泵浦量子点单光子源，包括III-V族化合物量子阱发光芯片、设置在III-V族化合物量子阱发光芯片上的金属孔及位于金属孔内的量子点，电注入激发III-V族化合物量子阱发光芯片发光，发出的光通过金属孔泵浦小孔中的量子点发光，进而实现电泵浦的量子点单光子源，电泵浦量子点单光子源的实现不需要使用激光器，也不需要在光学平台上进行，所以，可以避免由于难以在可移动的芯片上实现单光子源而导致的光泵浦量子点单光子源的实用性和便携性较差的问题，缓解了现有技术中存在的光泵浦量子点单光子源的实用性和便携性较差的技术问题，达到了提高单光子源的实用性和便携性的技术效果；
(2)本发明提供的电泵浦量子点单光子源的制备方法制作的电泵浦量子点单光子源上具有金属孔，一方面可以对位于金属孔内的量子点起到金属表面等离子体增强作用，进而增强量子点发光，增强单光子强度；另一方面，金属孔形成微腔结构，由于微腔结构能够使量子点增强发光，所以，金属孔可以增强量子点发光，进而增强单光子强度，因此，缓解了单量子点本身发光强度较低的问题，通过制作半导体微纳结构调制单量子点发光，达到了提高单光子源的发光效率的技术效果；
(3)本发明中的金属层为不透明的金属材料，一方面可以对金属孔以外的发光和杂散光起到金属罩作用，将单量子点发光以外的背景荧光和杂散光屏蔽，优化单光子收集环境，更有利于单光子的收集；另一方面，使得III-V族量子阱发出的光只能从金属孔中通过，更集中地泵浦金属孔中的量子点，提高泵浦量子点的效率；
(4)本发明中的金属层为导电的金属材料，且P型电极和金属层接触，所以，在泵浦量子点的过程中，不用特意将电加在P型电极上，可以将电加在P型电极和金属层上的任意位置，节省了寻找P型电极的时间，提高了泵浦量子点过程的效率；
(5)在本发明中，可以利用激光直写曝光法或者电子束曝光法制作光刻胶微柱9，这样可以精确定位金属孔的位置，同时，利用AFM原子力显微镜的纳米操纵功能将金属孔附近的单量子点推入金属孔的预设位置范围，所以，既避免了由于未使用AFM原子力显微镜寻找单量子点而导致的耗费时间的问题，又避免了由于不能精确定位金属孔的位置而导致的耗费时间的问题，因此，大大节省了试验时间，提高试验效率；
(6)本发明提供了一种电泵浦量子点实现单光子源的方法，在III-V族化合物量子阱发光芯片的P型电极1和N型电极2注入电流，激发III-V族量子阱发光，III-V族量子阱发出的光通过金属孔泵浦小孔中的量子点发光，进而实现电泵浦的量子点单光子源。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的电泵浦量子点单光子源的制备方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的III-V族化合物量子阱发光芯片的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的电泵浦量子点单光子源的制备方法的第一种工艺示意图；
图4为本发明实施例提供的电泵浦量子点单光子源的制备方法的第二种工艺示意图；
图5为本发明实施例提供的电泵浦量子点单光子源的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现阶段使用的量子点主要由两种方法制备，一种是通过物理方法生长的外延量子点，一种是通过湿化学方法合成的胶体量子点。通过Stranski-Krastanov自组织生长模式获得的外延量子点现已作为光源应用在光通信的超快半导体激光器和光放大器(SOA)等器件设备中，外延量子点已显示出了例如高增益和高效率、超低阈值电流密度和温度不敏感性等诸多优点；量子点制备的另一种方法是基于湿法合成胶体量子点，主要是向具有高沸点的有机相溶剂中先后加入不同的反应物前驱体来制备核-壳结构的量子点，现应用最广泛的是连续离子层吸附反应法合成核-壳结构胶体量子点，它主要是通过向含有核量子点的溶液中交替滴加阳离子前驱体和阴离子前驱体的方法来实现，每个循环滴加过程都能生成一层单层壳，这就使得量子点的尺寸，形状和组成都可以被控制，并且可以很好地实现从可见光到红外的发射波长可调性。湿化学方法合成的半导体胶体量子点作为单光子源已经在过去几年得到了广泛的研究，其具有制备成本低，室温下量子效率高，化学合成通用性高以及发射波长可调谐范围广等特点，目前这些纳米晶体在健康，能源，环境和航空航天等不同领域都有很好的应用。
外延法和湿法合成法都是制造单个量子点单光子源的有效方法。然而，外延量子点仅在低温下才能发射单光子，而基于II-VI族化合物的核壳结构胶体量子点由于其独特的电子特性，可以在室温及以上发射单光子，表现出光子反聚束效应。基于胶体量子点的室温可操作性等其他诸多优点，在今后的工作中，我们将采用胶体量子点作为单光子发射源。
但是，在实际应用中，需要使用激光器准确泵浦量子点得到光泵浦量子点单光子源，激光器泵浦量子点的过程需要在光学平台上实现，所以，难以在可移动的芯片上实现单光子源，导致光泵浦量子点单光子源的实用性和便携性较差，基于此，本发明实施例提供的一种电泵浦量子点单光子源及其制备方法，可以缓解现有技术中存在的光泵浦量子点单光子源的实用性和便携性较差，及量子点单光子源的发光效率低的技术问题，达到了提高单光子源的实用性和便携性，及提高量子点单光子源的发光效率的技术效果。
为便于对本发明实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种电泵浦量子点单光子源的制备方法进行详细介绍，如图1所示，电泵浦量子点单光子源的制备方法可以包括以下步骤。
步骤S101：准备III-V族化合物量子阱发光芯片。
其中，步骤S101可以包括以下步骤：
(1)准备III-V族化合物量子阱外延片，所述III-V族化合物量子阱外延片沿远离衬底7表面方向上依次设置有缓冲层6、N型接触层5、量子阱有源层4和P型接触层3。
(2)刻蚀部分所述III-V族化合物量子阱外延片至所述N型接触层5，在所述III-V族化合物量子阱外延片的一侧形成台面；
(3)在P型接触层3上制作P型电极1，在所述台面上制作N型电极2。
如图2所示，所述III-V族化合物量子阱发光芯片可以包括III-V族化合物量子阱外延片、P型电极1和N型电极2，所述III-V族化合物量子阱外延片自下而上依次包括衬底7、缓冲层6、N型接触层5、量子阱有源层4和P型接触层3，所述N型接触层5的远离所述量子阱有源层4的一侧为台面，所述P型电极1设置在所述P型接触层3上，所述N型电极2设置在所述台面上。如图2所示的III-V族化合物量子阱发光芯片为P、N同面电极的III-V族化合物量子阱发光芯片。优选的，III-V族量子阱的发光波长范围可以为350nm～1300nm。示例性的，III-V族量子阱可以包括GaAs基量子阱、GaN基量子阱和GaInP基量子阱等。其中，可以根据需要泵浦的胶体量子点的特性(例如：发射波长)来选择具有合适波长的量子阱材料。
示例性的，III-V族化合物量子阱发光芯片可以为III-V族化合物发光二极管芯片，或者为III-V族化合物激光器芯片。其中，III-V族化合物发光二极管芯片可以包括：III-V族化合物量子阱外延片、P型电极和N型电极，III-V族化合物量子阱外延片自下而上依次包括：衬底基片、缓冲层、N型接触层、量子阱有源层和P型接触层，N型接触层的远离量子阱有源层的一侧为台面，P型电极设置在P型接触层上，N型电极设置在台面上。III-V族化合物激光器芯片可以包括：III-V族化合物量子阱外延片、P型电极和N型电极，III-V族化合物量子阱外延片自下而上依次包括：衬底基片、缓冲层、N型接触层、量子阱有源层和P型接触层，N型接触层的远离量子阱有源层的一侧为台面，P型电极设置在P型接触层上，N型电极设置在台面上。可以采用光刻和刻蚀等半导体工艺方法制作P、N同面电极的III-V族化合物量子阱发光芯片。
步骤S102：在所述III-V族化合物量子阱发光芯片上制作金属孔。
其中，在所述III-V族化合物量子阱发光芯片上制作金属孔的这一过程可以通过两种方式实现。第一种方式可以为：
(1)在所述III-V族化合物量子阱发光芯片上旋涂光刻胶。
其中，可以通过调整旋涂转速，进而调整光刻胶的厚度。
(2)在所述P型接触层3上利用光刻曝光制作M个光刻胶微柱9，及利用光刻胶在所述台面上形成隔离所述N型电极2的光刻胶掩膜8，其中，M为正整数。
其中，如图3所示，光刻胶掩膜8对N型电极2进行了隔离保护。示例性的，可以利用激光直写曝光法、电子束曝光法或者普通光刻法制作所述光刻胶微柱9。示例性的，光刻胶微柱9的直径范围可以为50nm～5μm。
(3)在所述P型接触层3上生长金属层10。
优选的，所述金属层10可以为不透明且导电的金属材料。示例性的，金属层10可以为铝镍合金、钛金合金、金或者银等贵金属。金属层10的厚度范围可以为50nm-1μm。
需要说明的是，金属层10和P型电极1接触。
如图4所示，M个垂直于P型接触层3的光刻胶微柱9被包围在金属层10中。其中，M可以等于1。
(4)去除光刻胶，得到M个所述金属孔，其中，所述金属孔的高度等于所述金属层10的厚度。
所述金属孔的直径范围可以为50nm～5μm。
示例性的，可以利用带胶剥离方法去除光刻胶。去除光刻胶后，就意味着光刻胶掩膜8和M个光刻胶微柱9均被去除了。去除光刻胶后，如图5所示，就会在金属层10的M个光刻胶微柱9所在的位置得到M个金属孔。其中，在所述P型接触层3上生长金属层10后，可以将如图4所示的芯片结构浸泡在丙酮中，超声10分钟后，再继续浸泡1～2小时，最后可以利用带胶剥离方法去除光刻胶。
在所述III-V族化合物量子阱发光芯片上制作金属孔的第二种方式可以为：
(1)在所述III-V族化合物量子阱发光芯片上旋涂光刻胶。
其中，可以通过调整旋涂转速，进而调整光刻胶的厚度。
(2)利用光刻曝光在所述台面上形成隔离所述N型电极2的光刻胶掩膜8。
其中，在所述P型接触层3上利用光刻曝光去除了光刻胶。
(3)在所述P型接触层3上生长金属层10。
优选的，所述金属层10可以为不透明且导电的金属材料。示例性的，金属层10可以为铝镍合金、钛金合金、金或者银等贵金属。金属层10的厚度范围可以为50nm-1μm。
需要说明的是，金属层10和P型电极1接触。
(4)利用聚焦离子束刻蚀所述金属层10，得到所述金属孔，去除所述光刻胶掩膜8，其中，所述金属孔的高度等于所述金属层10的厚度。
其中，金属孔的数量可以在刻蚀金属层10的过程中进行设置。
步骤S103：在步骤S102制出的芯片表面引入量子点，完成器件的制作。
示例性的，可以利用拖拉法、旋涂法或者点滴法在所述金属层10表面引入一层量子点，使量子点中的单量子点进入金属孔中或者金属孔边缘。优选的，在所述金属层10表面引入的量子点可以为低浓度量子点。量子点的直径范围可以为3nm～10nm。量子点的发光波长范围可以为400nm～1600nm。所述量子点可以包括：可见光波段的CdSe/ZnS胶体量子点、可见光波段的InP/ZnS胶体量子点、近红外波段的PbS、PbSe、Ag2S和Ag2Se等胶体量子点。
本发明实施例中，电泵浦量子点单光子源的制备方法还可以包括：在所述金属层10表面引入一层量子点后，利用AFM原子力显微镜的纳米操纵功能将所述金属孔附近的单量子点推入所述金属孔的预设位置范围。示例性的，预设位置范围可以为内部，或者为边缘。
本发明实施例中的电泵浦量子点单光子源的工作原理如下，在III-V族化合物量子阱发光芯片的P型电极1和N型电极2注入电流，激发III-V族量子阱发光，III-V族量子阱发出的光通过金属孔泵浦小孔中的量子点发光，进而实现电泵浦的量子点单光子源。
在本发明的又一实施例中，对本发明实施例所公开的一种采用上述实施例制备的电泵浦量子点单光子源进行详细介绍，包括：III-V族化合物量子阱发光芯片、金属孔和量子点，其中，所述金属孔设置在所述III-V族化合物量子阱发光芯片的上方，在所述金属孔内设置有所述量子点。
示例性的，所述III-V族化合物量子阱发光芯片可以包括III-V族化合物量子阱外延片、P型电极1和N型电极2，所述III-V族化合物量子阱外延片自下而上依次包括衬底7、缓冲层6、N型接触层5、量子阱有源层4和P型接触层3，所述N型接触层5的远离所述量子阱有源层4的一侧为台面，所述P型电极1设置在所述P型接触层3上，所述N型电极2设置在所述台面上。其中，所述金属孔可以设置在P型接触层3的上方。所述金属孔的直径范围可以为50nm～5μm。量子点的直径范围可以为3nm～10nm。量子点的发光波长范围可以为400nm～1600nm。
从上述技术方案可以看出，本发明提供的电泵浦量子点单光子源及其制备方法具有以下有益效果：
(1)本发明提供的电泵浦量子点单光子源的制备方法制作的电泵浦量子点单光子源，包括III-V族化合物量子阱发光芯片、设置在III-V族化合物量子阱发光芯片上的金属孔及位于金属孔内的量子点，电注入激发III-V族化合物量子阱发光芯片发光，发出的光通过金属孔泵浦小孔中的量子点发光，进而实现电泵浦的量子点单光子源，电泵浦量子点单光子源的实现不需要使用激光器，也不需要在光学平台上进行，所以，可以避免由于难以在可移动的芯片上实现单光子源而导致的光泵浦量子点单光子源的实用性和便携性较差的问题，缓解了现有技术中存在的光泵浦量子点单光子源的实用性和便携性较差的技术问题，达到了提高单光子源的实用性和便携性的技术效果；
(2)本发明提供的电泵浦量子点单光子源的制备方法制作的电泵浦量子点单光子源上具有金属孔，一方面可以对位于金属孔内的量子点起到金属表面等离子体增强作用，进而增强量子点发光，增强单光子强度；另一方面，金属孔形成微腔结构，由于微腔结构能够使量子点增强发光，所以，金属孔可以增强量子点发光，进而增强单光子强度，因此，缓解了单量子点本身发光强度较低的问题，通过制作半导体微纳结构调制单量子点发光，达到了提高单光子源的发光效率的技术效果；
(3)本发明中的金属层为不透明的金属材料，一方面可以对金属孔以外的发光和杂散光起到金属罩作用，将单量子点发光以外的背景荧光和杂散光屏蔽，优化单光子收集环境，更有利于单光子的收集；另一方面，使得III-V族量子阱发出的光只能从金属孔中通过，更集中地泵浦金属孔中的量子点，提高泵浦量子点的效率；
(4)本发明中的金属层为导电的金属材料，且P型电极和金属层接触，所以，在泵浦量子点的过程中，不用特意将电加在P型电极上，可以将电加在P型电极和金属层上的任意位置，节省了寻找P型电极的时间，提高了泵浦量子点过程的效率；
(5)在本发明中，可以利用激光直写曝光法或者电子束曝光法制作光刻胶微柱9，这样可以精确定位金属孔的位置，同时，利用AFM原子力显微镜的纳米操纵功能将金属孔附近的单量子点推入金属孔的预设位置范围，所以，既避免了由于未使用AFM原子力显微镜寻找单量子点而导致的耗费时间的问题，又避免了由于不能精确定位金属孔的位置而导致的耗费时间的问题，因此，大大节省了试验时间，提高试验效率；
(6)本发明提供了一种电泵浦量子点实现单光子源的方法，在III-V族化合物量子阱发光芯片的P型电极1和N型电极2注入电流，激发III-V族量子阱发光，III-V族量子阱发出的光通过金属孔泵浦小孔中的量子点发光，进而实现电泵浦的量子点单光子源。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电泵浦量子点单光子源的制备方法，其特征在于，方法包括：
步骤S101：准备III-V族化合物量子阱发光芯片；
步骤S102：在所述III-V族化合物量子阱发光芯片上制作金属孔；
步骤S103：在步骤S102制出的芯片表面引入量子点，完成器件的制作；其中，
所述准备III-V族化合物量子阱发光芯片，包括：
准备III-V族化合物量子阱外延片，所述III-V族化合物量子阱外延片沿远离衬底(7)表面方向上依次设置有缓冲层(6)、N型接触层(5)、量子阱有源层(4)和P型接触层(3)；
刻蚀部分所述III-V族化合物量子阱外延片至所述N型接触层(5)，在所述III-V族化合物量子阱外延片的一侧形成台面；
在P型接触层(3)上制作P型电极(1)，在所述台面上制作N型电极(2)；
所述在所述III-V族化合物量子阱发光芯片上制作金属孔，包括：
在所述III-V族化合物量子阱发光芯片上旋涂光刻胶；
在所述P型接触层(3)上利用光刻曝光制作M个光刻胶微柱(9)，及利用光刻胶在所述台面上形成隔离所述N型电极(2)的光刻胶掩膜(8)，其中，M为正整数；
在所述P型接触层(3)上生长金属层(10)；
去除光刻胶，得到M个所述金属孔，其中，所述金属孔的高度等于所述金属层(10)的厚度。
2.根据权利要求1所述的电泵浦量子点单光子源的制备方法，其特征在于，还包括：
在所述金属层(10)表面引入量子点后，利用AFM原子力显微镜的纳米操纵功能将所述金属孔附近的单量子点推入所述金属孔的预设位置范围。
3.根据权利要求2所述的电泵浦量子点单光子源的制备方法，其特征在于，所述金属层(10)为不透明且导电的金属材料，所述金属层(10)和所述P型电极(1)接触。
4.根据权利要求1所述的电泵浦量子点单光子源的制备方法，其特征在于，利用激光直写曝光法、电子束曝光法或者普通光刻法制作所述光刻胶微柱(9)。
5.根据权利要求2所述的电泵浦量子点单光子源的制备方法，其特征在于，利用拖拉法、旋涂法或者点滴法在所述金属层(10)表面引入一层量子点。
6.根据权利要求2所述的电泵浦量子点单光子源的制备方法，其特征在于，所述金属孔的直径范围为50nm～5μm。
7.一种采用权利要求1中的方法制备的电泵浦量子点单光子源，其特征在于，包括：III-V族化合物量子阱发光芯片、金属孔和量子点，其中，所述金属孔设置在所述III-V族化合物量子阱发光芯片的上方，在所述金属孔内设置有所述量子点。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111900619B (zh) * 2020-07-21 2022-03-18 中国科学院半导体研究所 基于SiN微盘夹心层结构的单光子源的制备方法及器件
CN112038454B (zh) * 2020-09-09 2021-11-05 东莞市中麒光电技术有限公司 一种Micro LED模块及其制备方法
CN115236866B (zh) * 2022-09-22 2022-12-06 上海南麟电子股份有限公司 基于电子掺杂量子点的单光子源及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120083829A (ko) * 2011-01-18 2012-07-26 한국과학기술연구원 식각형 공명에너지전달 발광다이오드
CN103443942A (zh) * 2011-03-31 2013-12-11 松下电器产业株式会社 半导体发光元件以及发光装置
CN104868023A (zh) * 2015-05-11 2015-08-26 南京大学 Iii族氮化物半导体/量子点混合白光led器件及其制备方法
CN105977350A (zh) * 2016-05-23 2016-09-28 吉林大学 基于能量转移机制的量子点发光二极管的制备方法
CN106653967A (zh) * 2016-12-29 2017-05-10 中国科学院半导体研究所 通过量子阱和量子点共振能量转移制备单光子源的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120083829A (ko) * 2011-01-18 2012-07-26 한국과학기술연구원 식각형 공명에너지전달 발광다이오드
CN103443942A (zh) * 2011-03-31 2013-12-11 松下电器产业株式会社 半导体发光元件以及发光装置
CN104868023A (zh) * 2015-05-11 2015-08-26 南京大学 Iii族氮化物半导体/量子点混合白光led器件及其制备方法
CN105977350A (zh) * 2016-05-23 2016-09-28 吉林大学 基于能量转移机制的量子点发光二极管的制备方法
CN106653967A (zh) * 2016-12-29 2017-05-10 中国科学院半导体研究所 通过量子阱和量子点共振能量转移制备单光子源的方法

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