量子点单光子源微柱腔的制备方法及单光子源样片技术

本申请公开了一种量子点单光子源微柱腔的制备方法及单光子源样品。其中，该方法包括：在待刻蚀的样片的外延层上生成第一掩膜层，在所述第一掩膜层上生成倒台型的第二掩膜层；以所述第二掩膜层作为掩膜对所述第一掩膜层进行刻蚀，使得所述第一掩膜层形成为圆柱结构；以圆柱结构的所述第一掩膜层作为掩膜，对所述样片的外延层进行刻蚀，以形成微柱，其中，在刻蚀所述外延层时，针对所述外延层的不同深度，采用不同的刻蚀参数进行刻蚀。本申请解决了难以制备出垂直性较好的微柱腔的技术问题。以制备出垂直性较好的微柱腔的技术问题。以制备出垂直性较好的微柱腔的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
量子点单光子源微柱腔的制备方法及单光子源样片


[0001]本申请涉及半导体领域，具体而言，涉及一种量子点单光子源微柱腔的制备方法及单光子源样片。

技术介绍

[0002]量子通信与量子计算是量子信息技术的两个重要方向。量子保密通信采用量子密钥传输或者量子隐态传输，量子计算利用量子态的纠缠与相干特性来处理信息，均需依赖高品质的单光子或纠缠光子源核心量子器件。在实现量子光源的材料体系和量子结构的诸多方案中，半导体自组织量子点是典型的
″
类原子
″
结构，其激发光子特性具有窄线宽、相干时间长和全同性优良、易于集成等综合优点，是目前国际上高品质量单光子发光器件研究方向的前沿热点。
[0003]微腔中实现量子点高品质高亮度的单光子源，常见的有三种途径，分别为平面腔、微柱腔、靶眼腔，其中微柱腔最为广泛研究。一般来说，单光子源量子点微柱腔的制备方法，是通过曝光和刻蚀等步骤制备好掩膜后直接通过干法刻蚀刻出微柱，但由于微柱的垂直性以及微柱侧壁的光滑程度严重影响微柱腔的品质因子。因此获得垂直性较好且微柱侧壁较为光滑的In(Ga)As微柱显得尤为重要。另外干法刻蚀出微柱后，硬掩膜层和副产物的去除也是工艺难点。
[0004]针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

[0005]本申请实施例提供了一种量子点单光子源微柱腔的制备方法及单光子源样片，以至少解决难以制备出垂直性较好的微柱腔的技术问题。
[0006]根据本申请实施例的一个方面，提供了一种量子点单光子源微柱腔的制备方法，包括：在待刻蚀的样片的外延层上生成第一掩膜层，在所述第一掩膜层上生成倒台型的第二掩膜层；以所述第二掩膜层作为掩膜对所述第一掩膜层进行刻蚀，使得所述第一掩膜层形成为圆柱结构；以圆柱结构的所述第一掩膜层作为掩膜，对所述样片的外延层进行刻蚀，以形成微柱，其中，在刻蚀所述外延层时，针对所述外延层的不同深度，采用不同的刻蚀参数进行刻蚀。
[0007]根据本申请实施例的另一方面，还提供了一种微柱增强型量子点单光子源的制备方法，包括利用上述方法来制备所述单光子源的微柱腔。
[0008]根据本申请实施例的又一方面，还提供了一种依靠光泵浦的量子点单光子源样片，包括多个利用上述方法制备的微柱腔，其中，所述微柱腔呈周期性排列。
[0009]在本申请实施例中，在刻蚀外延层时，针对所述外延层的不同深度，采用不同的刻蚀参数进行刻蚀，解决了难以制备出垂直性较好的微柱腔的技术问题。
附图说明
[0010]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0011]图1是根据本申请实施例的一种量子点单光子源的制备方法的流程图；
[0012]图2是根据本申请实施例的另一种量子点单光子源微柱腔的制备方法的流程图；
[0013]图3是根据本申请实施例的样片的生长结构的示意图；
[0014]图4是根据本申请实施例的曝光后的负胶形貌成
″
倒台型
″
的柱子；
[0015]图5是根据本申请实施例的倒台侧壁与水平面夹角的示意图；
[0016]图6是根据本申请实施例的刻蚀出的第一掩膜层的形貌的示意图；
[0017]图7是根据本申请实施例的对外延层进行刻蚀形成垂直性较好的圆柱阵列结构的示意图；
[0018]图8是根据本申请实施例的采用聚酰亚胺高温胶带覆盖样片以外的单晶硅区域的示意图；
[0019]图9是根据本申请实施例的去除残留的第一掩膜层的结构示意图；
[0020]图10是根据本申请实施例的一种In(Ga)As量子点单光子源微柱腔的制备方法的流程图；
[0021]图11是根据本申请实施例的加工工艺制备出来的几乎垂直的微柱腔的结构图。
具体实施方式
[0022]为了使本
的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
[0023]需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语
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第一
″
、
″
第二
″
等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语
″
包括
″
和
″
具有
″
以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0024]实施例1
[0025]根据本申请实施例，提供了一种量子点单光子源的制备方法，如图1所示，该方法包括：
[0026]步骤S102，在待刻蚀的样片的外延层上生成第一掩膜层，在第一掩膜层上生成倒台型的第二掩膜层。
[0027]例如，在第一掩膜层的表面上旋涂能够被曝光和显影的负胶；对负胶进行激光直写曝光、显影和定影，使得曝光后的负胶形貌成倒台型的圆柱，以构成倒台型的第二掩膜层；其中，倒台型为圆锥截取锥顶后余下的锥台的形状，并且锥台远离第一掩膜层的顶面的
表面积大于靠近第一掩膜层的底面的表面积。其中，锥台的侧壁与第一掩膜层所在的平面之间的夹角约为80
°
至85
°
。
[0028]步骤S104，以第二掩膜层作为掩膜对第一掩膜层进行刻蚀，使得第一掩膜层形成为圆柱结构。
[0029]例如，先设置以下掩膜刻蚀参数：样片台温度设定为0～10℃之间，样片背面氦气吹扫的压力设置为5至15托之间，刻蚀气体设置为氩气和三氟甲烷，且氩气和三氟甲烷流量比设定在1∶5至1∶1之间，工艺压强设定在5至10毫托之间，上电极功率设定为800至1000瓦之间，下电极功率设定在30至50瓦之间；之后，基于所设置的掩膜刻蚀参数，来以第二掩膜层作为掩膜对第一掩膜层进行刻蚀，使得第一掩膜层形成为接近圆柱结构，需要留意的是，这里的圆柱结构是类似圆柱的结构，例如，可以是柱体上端的截面面积略小于柱体下端的截面面积的上细下粗的柱状结构。
[0030]在对样片的第一掩膜层进行刻蚀之后，将残留的第二掩膜层去除干净。
[0031]步骤S106，以圆柱结构的第一掩膜层作为掩膜，对样片的外延层进行刻蚀，以形成微柱，其中，在刻蚀外延层时，针对外延层的不同深度，采用不同的刻蚀参数进行刻蚀。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种量子点单光子源微柱腔的制备方法，其特征在于，包括：在待刻蚀的样片的外延层上生成第一掩膜层，在所述第一掩膜层上生成倒台型的第二掩膜层；以所述第二掩膜层作为掩膜对所述第一掩膜层进行刻蚀，使得所述第一掩膜层形成为圆柱结构；以圆柱结构的所述第一掩膜层作为掩膜，对所述样片的外延层进行刻蚀，以形成微柱，其中，在刻蚀所述外延层时，针对所述外延层的不同深度，采用不同的刻蚀参数进行刻蚀。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述样片的外延层进行刻蚀，包括：在第一阶段，以预设流量的氯气、三氯化硼、氩气，来刻蚀所述外延层的圆柱顶部，其中，所述氯气的流量小于所述三氯化硼的流量；在第二阶段，增加所述氯气的流量或者降低所述三氯化硼的流量，以改变流量比后的所述氯气、三氯化硼、氩气来刻蚀所述外延层的圆柱中部；在第三阶段，将所述氯气的流量恢复到所述第一阶段时所述氯气的流量，改变所述三氯化硼的流量使得其低于所述第一阶段时所述三氯化硼的流量、并且高于所述第二阶段时所述三氯化硼的流量，并以改变流量比后的所述氯气、所述三氯化硼、氩气来刻蚀所述外延层的圆柱底部。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在第一阶段，以预设的6至8sccm的氯气、10至12sccm的三氯化硼、6至15sccm的氩气，来刻蚀所述外延层的圆柱顶部1至2分钟，其中，所述氯气的流量小于所述三氯化硼的流量；在第二阶段，增加所述氯气的流量至所述第一阶段的所述氯气的流量的1.5至2倍，或者降低所述三氯化硼的流量至所述第一阶段时所述三氯化硼流量的1/3至1/2倍，并以改变流量比后的所述氯气、三氯化硼、氩气来刻蚀所述外延层的圆柱中部3至5分钟；在第三阶段，将所述氯气的流量恢复到所述第一阶段时所述氯气的流量，且降低所述三氯化硼的流量至所述第一阶段时所述三氯化硼流量的5/6至1倍，并以改变流量比后的所述氯气、三氯化硼、氩气来刻蚀所述外延层的圆柱底部2至3分钟。4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在对所述样片的外延层进行刻蚀之前，所述方法还包括设置所述刻蚀参数，其中，设置所述刻蚀参数包括：将样片台温度设定为20至40℃之间，将所述样片的背面氦气吹扫的压力设定为5至15托之间，将刻蚀气体设定为所述氯气、所述三氯化硼和所述氩气，将工艺压强设定为1至5毫托之间，将上电极功率设定为300至500瓦之间，将下电极功率设定为30至60瓦之间。5.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在对所述样片的外延层进行刻蚀之前，所述方法还包括：将所述样片使用导热材料粘附在单晶硅晶圆上，并利用覆盖物覆盖所述单晶硅晶圆上除所述样片以外的单晶硅区域。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一掩膜层上生成倒台型的第二掩膜层，包括：在所述第一掩膜层的表面上旋涂能够被曝光和显影的负胶；对所述负胶进行激光直写曝光、显影和定影，使得曝光后的所述负胶形貌成倒台型的圆柱，以构成倒台型...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文彦，刘丽，
申请(专利权)人：北京量子信息科学研究院，
类型：发明
国别省市：