[发明专利]一种提高InAs单量子点荧光提取效率的方法

说明书

本发明公开了一种提高InAs单量子点荧光提取效率的方法，属于InAs单量子点发光的提取技术领域。通过分子束外延的方法在砷化镓衬底上生长GaAs缓冲层，再依次生长100nm的砷化铝层、GaAs层、砷化铟量子点及GaAs覆盖层。将黑色蜡状物质Apiezon W涂在上述样品的上表面作为保护，然后放在氢氟酸溶液中，并在溶液中放置金属钛加速氢氟酸酸与AlAs牺牲层的化学反应，在AlAs牺牲层被腐蚀后，将包含有InAs的GaAs‑InAs量子点‑GaAs三明治结构薄层通过范德瓦尔斯力的作用吸附在金纳米颗粒的金膜上，形成附着在金纳米颗粒的金膜上的量子点样品。

技术领域

本发明涉及InAs单量子点发光的提取技术领域，具体是一种利用金纳米颗粒薄膜对InAs单量子点荧光的散射效应，加强金纳米颗粒薄膜上的InAs单量子点荧光收集的方法。

背景技术

半导体量子点由于三维量子受限而表现出独特的光学性质，在量子信息、太阳能电池、发光器件等领域具有很好的应用前景。半导体单量子点被认为是最有希望的固态单光子源，在量子信息领域具有潜在的应用前景。半导体量子点的本征发光寿命在-1ns量级，预期单量子点的发光速率可达1GHz。然而，目前报道观测的单量子点最大单光子发射速率仅为~MHz量级，远低于期望。单量子点较低光子收集效率主要是因为，其所处材料环境具有较大的折射率，使得量子点发射出的光子中的大部分由于材料的全反射而被限制在材料内部，以GaAs（折射率为3.5）中的荧光波长为900纳米的InAs量子点为例，估算其最大的收集效率仅为-2%。

就量子点的应用而言，如何便捷、有效地加强量子点发光的提取效率是一个亟待解决的问题。目前，在实验上，一般通过制作光学微腔、微柱及金属纳米天线等方法来提高单量子点荧光的收集效率。虽然，这些方法都在不同程度上实现了对半导体量子点荧光的增强，但是它们所涉及的半导体工艺技术都较为复杂，不宜实现，可重复性较差，且制作成本较高。相比之下，通过将在太阳能电池、荧光增强和表面Raman散射增强等领域有着广泛应用的金属纳米颗粒膜来增强单个半导体量子点的荧光收集是一种非常新颖和高效的方法。该方法通过利用金纳米颗粒膜对单量子点的荧光散射效应来增强单量子点荧光的提取效率；该方法具有工艺难度较低、可重复性较强、制作成本较低等优势。

发明内容

因此，针对现有技术的上述问题，本发明提供了一种高效、经济和便捷的加强InAs单量子点发光的提取效率的方法。

具体的，所述方法具体包括：

步骤A，制备具有特殊结构的InAs/GaAs量子点样品。如图1所示，这一具有特殊结构的量子点样品的是通过在GaAs衬底上依次生长GaAs缓冲层、AlAs牺牲层、GaAs层、InAs单量量子层点和GaAs盖层。

步骤B，在制备获得的InAs/GaAs量子点样品的表面上覆盖黑色蜡状物质ApiezonW作为保护。

步骤C，将涂有Apiezon W保护层的InAs/GaAs量子点样品放在氢氟酸溶液中，从而将InAs/GaAs量子点样品结构中的AlAs牺牲层腐蚀掉，从而使具有三明治结构的GaAs-InAs量子点-GaAs的薄层同GaAs衬底相分离。

步骤D，在一定的衬底上生长金膜，然后放置在氢氟酸溶液中腐蚀，形成表面粗糙度为-10nm量级的金纳米颗粒薄膜。

步骤E，将步骤C中获得的GaAs-InAs量子点-GaAs三明治结构薄层吸附在步骤D中获得的金纳米颗粒薄膜上，从而形成了附着在金纳米颗粒薄膜上荧光收集效率得到显著增强的InAs/GaAs量子点样品。

进一步的，所述的步骤A中，InAs/GaAs量子点样品中的AlAs牺牲层厚度应控制在-100nm量级。

进一步的，所述的步骤A中，InAs/GaAs量子点样品中，介于AlAs牺牲层和InAs量子点层之间的GaAs层的厚度应控制在-10nm量级。