中国科学院半导体研究所机构知识库

量子点是一种三维尺度都与载流子de Broglie波长相比拟的半导体纳米材料. 由于所谓的量子尺寸效应, 量子点具有类似原子一样的分立的能态结构, 因此可作为性质优良的单光子源. 半导体量子点以其独特的物理性质和在量子信息科技领域的良好应用前景, 成为近二十年来国际上的科研热点之一. 本文结合金刚石对顶砧压力装置, 研究了近红外波段半导体量子点的单光子探测、压力光谱以及其荧光的精细调节等问题, 主要的研究内容和结果如下:

(1) 发展了一种新方法, 用来测试半导体量子点在光通讯波段的单光子发射. 金刚石对顶砧压力装置被用于将InAs/GaAs量子点低温下的1.3 μm的荧光蓝移至0.9 μm, 以使其能直接被Si-SPAD探测到, 从而可摆脱对性能低下的InGaAs-SPAD的依赖. 在6.58 GPa下所测得的几个单量子点荧光的二阶关联函数的时间零延迟位置的值g⁽²⁾(0)都很小 (< 0.3); 通过与传统表征方法对比, 表明该方法对于表征半导体材料的 >1 μm荧光的单光子特性具有较为突出的优势.

(2) 研究了低温下InAs/InGaAsP/InP自组织系综量子点 (常压下的荧光峰的中心位于1.55 μm) 0至9.5 GPa的光谱变化情况. 通过拟合实验数据得出InGaAsP和InAs量子点的荧光压力系数分别为92和76 meV/GPa. 研究发现, 当压强大于8.5 GPa后, InGaAsP导带的Γ-X交叉会使得样品的荧光强度迅速减小. 同时观察发现, 量子点的激子寿命由常压时的~1.15 ns减小至7.41 GPa下的~1.05 GPa. 量子点的荧光波长在8 GPa的外压强作用下由1.55 μm蓝移至0.9 μm, 表明可在高压下使用Si-SPAD直接表征InAs/InGaAsP/InP量子点的单光子特性, 从而可间接评估其常压下的1.55 μm荧光的单光子特性.

(3) 提出了一种依靠静水压来调谐半导体单量子点荧光, 实现其与光学平面微腔耦合的新方法; 该法不会引起被测试样品温度的变化. 利用这种方法研究了微腔腔模对单个InAs/GaAs量子点的单光子特性的影响. 测试结果显示, 当量子点的荧光线同腔模共振时, 它的单光子特性一般会变差. 经分析得出, 平面腔带来的这一负面影响主要源自腔模对样品本底光的加强作用.