單光子光源元件及其制造方法
【專利摘要】一種單光子光源元件制造方法，包括以下步驟：提供一前驅體，該前驅體包含一基板及在該基板上依次生長的一未摻雜的低溫GaN層、一未摻雜的高溫GaN層、一N型GaN層、一量子阱層和一結構層；蝕刻所述前驅體的結構層、量子阱層和N型GaN層并形成楔形結構的陣列和一平面區；蝕刻楔形結構為柱狀結構；在NH3氣氛中熱處理，使量子阱層轉變為量子點層；在柱狀結構側面及柱狀結構之間的N型GaN層的上表面生長一高介電層；在柱狀結構的頂面所在平面之上依次生長一P型GaN層和一ITO層；在ITO層上和平面區上分別設置電極。
【專利說明】單光子光源元件及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種單光子光源元件的制造方法，尤其涉及一種包含尺寸均一、位置 固定的量子點的單光子光源元件的制造方法，以及采用此方法制造的單光子光源元件。
【背景技術】
[0002] 單光子光源是執行量子資訊(尤其是量子密碼及量子電腦）最重要的元件，而單顆 半導體量子點是制作固態單光子光源最適合的材料。通常采用自上而下或自下而上的方法 制造量子點結構，但此兩種方法制造的量子點結構的位置是隨機的，而且量子點的尺寸大 小不一致，從而導致難以制造尺寸一致的單光子光源元件。
【發明內容】
[0003] 有鑒于此，有必要提供一種制造尺寸一致的量子點的單光子光源元件的方法以及 相應的單光子光源元件。
[0004] 一種單光子光源元件制造方法，包括以下步驟： 提供一前驅體，該前驅體包含一基板及在該基板上依次生長的一未摻雜的低溫GaN層、一未摻雜的高溫GaN層、一N型GaN層、一量子講層和一結構層，所述量子講層的材料為 InxGai_xN，其中，0 <X彡1，所述結構層的材料為AlyGa1J,其中0彡y彡1; 蝕刻所述前驅體的結構層、量子阱層和N型GaN層并形成楔形結構的陣列和一平面區， 其中N型GaN層未被完全蝕刻； 蝕刻楔形結構為柱狀結構； 在NH3氣氛中熱處理，使量子阱層轉變為量子點層，所述量子點層為包含量子點的InzGahN層，其中，0 <z彡1 ; 在柱狀結構側面及柱狀結構之間的N型GaN層的上表面生長一高介電層； 在柱狀結構的頂面所在平面之上依次生長一P型GaN層和一ITO層； 在ITO層上和平面區上分別設置電極。
[0005]一種單光子光源元件，包括： 一基板以及在該基板上依次生長的一未摻雜的低溫GaN層、一未摻雜的高溫GaN層、一N型GaN層，所述N型GaN層表面包含一平面區，該平面區旁的N型GaN層表面上設置有柱 狀結構的陣列，所述柱狀結構為多層結構，底層為N型GaN層，中層為量子點層，頂層為結構 層，所述N型GaN層與所述N型GaN層為一體結構； 一高介電層，生長于柱狀結構側面及柱狀結構之間的N型GaN層的上表面； 一P型GaN層和一ITO層，依次生長于柱狀結構的頂面所在平面之上；以及 電極，分別設置于ITO層上和平面區上。
[0006] 在本發明所提供的單光子光源元件及其制造方法中，通過蝕刻的方式設置待形成 量子點的陣列，因此形成量子點的位置的固定的，且待形成量子點的陣列的單元面積一致， 因此形成的量子點的尺寸均一性高，從而使得采用本發明所提供的單光子光源元件的量子 點的位置和尺寸都具有均一性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007] 圖1是本發明所提供的單光子光源元件的制造方法的第一個步驟。
[0008] 圖2是本發明所提供的單光子光源元件的制造方法的第二個步驟。
[0009] 圖3是圖2步驟中得到的楔形結構的SEM圖。
[0010] 圖4是本發明所提供的單光子光源元件的制造方法的第三個步驟。
[0011] 圖5是圖4步驟中得到的柱狀結構的側視SEM圖。
[0012] 圖6是圖4步驟中得到的柱狀結構的俯視SEM圖。
[0013] 圖7為圖4步驟中得到的柱狀結構陣列的第一種排布方式圖。
[0014] 圖8為圖4步驟中得到的柱狀結構陣列的第二種排布方式圖。
[0015] 圖9是本發明所提供的單光子光源元件的制造方法的第四個步驟。
[0016] 圖10是本發明所提供的單光子光源元件的制造方法的第五個步驟。
[0017] 圖11是本發明所提供的單光子光源元件的制造方法的第六個步驟。
[0018] 圖12是本發明所提供的單光子光源元件的制造方法的第七個步驟。
[0019] 主要元件符號說明
【權利要求】
1. 一種單光子光源元件制造方法，包括以下步驟： 提供一前驅體，該前驅體包含一基板及在該基板上依次生長的一未摻雜的低溫GaN 層、一未摻雜的高溫GaN層、一 N型GaN層、一量子講層和一結構層，所述量子講層的材料為 InxGai_xN，其中，0 < x彡1，所述結構層的材料為AlyGai_yN，其中0彡y彡1 ; 蝕刻所述前驅體的結構層、量子阱層和N型GaN層并形成楔形結構的陣列和一平面區， 其中N型GaN層未被完全蝕刻； 蝕刻楔形結構為柱狀結構； 在NH3氣氛中熱處理，使量子阱層轉變為量子點層，所述量子點層為包含量子點的 InzGai_zN 層，其中，0 < z 彡 1 ; 在柱狀結構側面及柱狀結構之間的N型GaN層的上表面生長一高介電層； 在柱狀結構的頂面所在平面之上依次生長一 P型GaN層和一 ITO層； 在ITO層上和平面區上分別設置電極。
2. 如權利要求1所述的單光子光源元件制造方法，其特征在于：所述量子阱層厚度為 0?lOOnm。
3. 如權利要求1所述的單光子光源元件制造方法，其特征在于：所述楔形結構和柱狀 結構的高度為〇.
4. 如權利要求1所述的單光子光源元件制造方法，其特征在于：所述柱狀結構的寬度 為 0?100nm。
5. 如權利要求1所述的單光子光源元件制造方法，其特征在于：相鄰的柱狀結構之間 的距離為50?500nm。
6. 如權利要求1所述的單光子光源元件制造方法，其特征在于：所述熱處理溫度為 700?90(rc，時間為1?5min，壓力為50?760torr。
7. 如權利要求1所述的單光子光源元件制造方法，其特征在于：高介電層為一氧化層。
8. 如權利要求1所述的單光子光源元件制造方法，其特征在于：相鄰的柱狀結構的高 介電層之間形成空隙區域。
9. 如權利要求8所述的單光子光源元件制造方法，其特征在于：所述高介電層厚度為 10_30nm〇
10. -種單光子光源元件，包括： 一基板以及在該基板上依次生長的一未摻雜的低溫GaN層、一未摻雜的高溫GaN層、一 N型GaN層，所述N型GaN層表面包含一平面區，該平面區旁的N型GaN層表面上設置有柱 狀結構的陣列，所述柱狀結構為多層結構，底層為N型GaN層，中層為量子點層，頂層為結構 層，所述N型GaN層與所述N型GaN層為一體結構； 一高介電層，生長于柱狀結構側面及柱狀結構之間的N型GaN層的上表面； 一 P型GaN層和一 IT0層，依次生長于柱狀結構的頂面所在平面之上；以及 電極，分別設置于IT0層上和平面區上。
11. 如權利要求10所述的單光子光源元件，其特征在于：所述柱狀結構的高度為 0? 2?1 u m。
12. 如權利要求10所述的單光子光源元件，其特征在于：所述柱狀結構的寬度為 0?100nm。
13. 如權利要求10所述的單光子光源元件，其特征在于：所述相鄰的柱狀結構的之間 的距離為50?500nm。
14. 如權利要求10所述的單光子光源元件，其特征在于：相鄰的柱狀結構的高介電層 之間形成有空隙區域。
15. 如權利要求14所述的單光子光源元件，其特征在于：所述高介電層厚度為 10?30nm。
【文檔編號】H01L33/04GK104425659SQ201310410729
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年9月11日 優先權日:2013年9月11日
【發明者】邱鏡學, 林雅雯, 凃博閔, 黃世晟 申請人:展晶科技(深圳)有限公司, 榮創能源科技股份有限公司