量子點嵌埋集成微腔單色光源陣列的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種發(fā)光光源，具體涉及一種量子點嵌埋集成微腔單色光源陣列。
【背景技術】
[0002]常用單色光源一般是由鹵素燈、白光LED等白光光源經單色儀分光后形成的，單色儀通常體積龐大，大大限制了光源的尺寸，因此無法滿足如微型光譜儀、微型投影儀等對微型單色光源的需求。
[0003]若單色光源呈高度亞泊松分布狀，且在一個時間間隔里發(fā)射只包含一個光子，則稱為單光子源。單光子源是實現單光子量子比特、光量子密鑰傳輸、光量子計算和量子網絡的關鍵元器件，高性能的單光子源有助于實現單光量子態(tài)的操縱，構建量子保密通訊網和量子計算機，將會給人類對信息的傳輸和處理帶來全新的變革?，F在研宄中所使用的單光子光源是將相干光脈沖衰減到平均每個脈沖只有0.1,0.2個光子，但這只是一種近似的單光子源，其效率低，而且這種光源有可能在一個脈沖中同時出現兩個光子，因此不但影響量子密鑰的傳輸距離，而且影響其安全性及可靠性。因此研制真實的單光子源成為量子密碼研宄的另一個關鍵性問題。
[0004]光學微腔是一種能夠把光場限制在微納量級區(qū)域中的光學諧振腔。它利用在介電常數不連續(xù)的材料界面的反射、散射或衍射，將光能量限制在很小的區(qū)域內來回振蕩，從而增加光子壽命，減少光場模式數目。量子點是把導帶電子、價帶空穴及激子在三個空間方向上束縛住的半導體納米結構，具有寬的激發(fā)譜和窄的發(fā)射譜，且其發(fā)射光譜可以通過改變量子點的尺寸大小來控制。當把具有一定尺寸分布的量子點置于微腔中，量子點的激子發(fā)光受到光學微腔的調制，因此產生低閾值的激光，形成單色光源。當采用極窄帶寬的微腔時，就可能由于模式匹配與選頻作用獲得具有較高的振子強度和較窄的譜線寬度的單光子源。雖然此類結構已有相關報導，但將一系列不同波長單色光單片集成起來的單色光源陣列結構尚無報導。
【發(fā)明內容】
[0005]本發(fā)明的目的在于提出一種量子點嵌埋集成微腔單色光源陣列，滿足一些特殊結構、特殊場合在集成單色光源，甚至集成單光子源方面的應用需求，解決單色光源(甚至單光子源)無法集成的難題。
[0006]本發(fā)明所述的量子點嵌埋集成微腔單色光源陣列，在襯底I正面由下到上依次為與襯底牢固結合的高品質因子光學微腔陣列2，嵌埋在光學微腔陣列諧振腔層中間的量子點3，量子點激發(fā)光源4，在襯底背面為與襯底牢固結合的長波通或帶通濾光片5。
[0007]所說的高品質因子光學微腔陣列2是由依次排列的下層膜系201、諧振腔陣列202和上層膜系203組成，陣列=pXq，其中P為陣列橫向微腔數目，q為陣列縱向微腔數目。所述的高品質因子光學微腔陣列2的膜系為(LH)mXL(HL)m。其中，(LH)m為下層膜系，xL為諧振腔層膜系，(HL)m為上層膜系，H為光學厚度(nd)為λ 0/4的高折射率膜層，L為為光學厚度(nd)為AciA的低折射率膜層，X為低折射率膜層的層數，m為高折射率膜層與低折射率膜層的交替疊層次數。高、低折射率膜層材料是真空鍍膜或磁控濺射鍍膜工藝生長的半導體或者介質材料；
[0008]所說的量子點3是石墨稀量子點、]\1032量子點、CdSe量子點、CdS量子點或ZnO量子點。
[0009]所說的激發(fā)光源4是激光二極管或發(fā)光二極管，其發(fā)射波長為所采用的量子點的激發(fā)波長。
[0010]所說的長波通或帶通濾光片5的膜系表達式為(0.5HL0.5H)k或LHLHHLHL，其中H為光學厚度(nd)為λ^/4的高折射率膜層，L為光學厚度(nd)為λ/4的低折射率膜層，k為高折射率膜層與低折射率膜層交替疊層的次數，λ ^為設計初始長波通或帶通濾光片膜系的中心波長。
[0011]本發(fā)明所述的量子點嵌埋集成微腔單色光源陣列的工作原理是:激發(fā)光源4從量子點嵌埋微腔一端入射，由于量子點3具有一定的尺寸分布，在激發(fā)光源4的激發(fā)下可以發(fā)出寬度為幾十個納米某個波段的光，而光學微腔陣列2可以對量子點發(fā)光進行調制，不同諧振腔長微腔發(fā)射出的單色光波長也不同，形成陣列，就可以把這個波段內的光在空間上分成若干束不同波長的單色光。光學微腔的帶通越窄，所分出光的單色性就越高。當光學微腔的帶通窄到一定程度時，就可能由于微腔的模式匹配與選頻作用獲得具有較高的振子強度和較窄的譜線寬度的單光子發(fā)光。再經過襯底背面長波通或帶通濾光片5，濾去單色光范圍以外的激發(fā)光和其他雜散光，消除激發(fā)光源和其他雜散光的干擾，就可以在另一端獲得單色性很好的單色光源(甚至單光子源)陣列。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點是:
[0013]1、通過集成微腔嵌埋量子點實現不同波長單色光源陣列的單片集成，器件體積小、集成度高、單色性好，制備工藝與半導體工藝兼容，可與探測器陣列匹配或集成形成微型光譜儀。
[0014]2、采用介質來構造光學微腔，微腔的制作工藝與量子點的制作工藝分離，可單獨優(yōu)化，獲得更高品質因子的光學微腔；
[0015]3、本發(fā)明將量子點生長與微腔制備工藝分開，采用旋涂方法將量子點嵌埋在微腔中，不像半導體微腔那樣受到晶體襯底的限制，可以嵌埋各種類型量子點；
[0016]4、單色光源單元及陣列的大小與形狀可以根據要求任意設計。
【附圖說明】
[0017]圖1為量子點嵌埋集成微腔光源陣列結構的截面示意圖。
[0018]圖2為嵌埋有量子點的集成微腔陣列截面放大圖。
[0019]圖3為量子點嵌埋集成微腔光源陣列的制備工藝流程圖。
[0020]圖4為實施例1中所制備石墨烯量子點的發(fā)光光譜圖，插圖為量子點尺寸分布圖。
[0021]圖5為實施例1中經8X4高品質因子光學微腔陣列濾波后的各微腔單元的透射譜(實線)及石墨烯量子點的發(fā)光光譜圖(虛線)。
[0022]圖6為實施例1所制備的高品質因子微腔單元的透射譜。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作詳細說明:
[0024]如圖1所示，本發(fā)明所述的量子點嵌埋集成微腔單色光源陣列，在襯底I正面由下到上依次為與襯底牢固結合的高品質因子光學微腔陣列2，嵌埋在光學微腔陣列諧振腔層中間的量子點3，量子點激發(fā)光源4，在襯底背面為與襯底牢固結合的長波通或帶通濾光片5。
[0025]本發(fā)明所述的量子點嵌埋集成微腔單色光源陣列的具體制備步驟如下:
[0026]首先，根據擬嵌埋