[发明专利]微透镜阵列耦合反射层结构制备方法

说明书

本发明提供了一种微透镜阵列耦合反射层结构的制备方法，其特征在于，包括：在衬底上制备微透镜阵列，其中，所述微透镜阵列包括量子点及包覆所述量子点的上盖层，所述上盖层表面为周期阵列排布的凸起结构；将所述微透镜阵列从所述衬底上剥离后转移至广谱反射层上，以形成所述微透镜阵列耦合反射层结构。本发明结合剥离工艺将微透镜阵列与反射层结构耦合，可以实现提取效率达到60％。并且该种剥离转移工艺不需要生长较多对数的DBR结构，且相对于下DBR结构可实现更高的提取效率，在后续压电调谐等方面有很大的优势，在量子光源、发光二极管、光电探测器等领域均有很大的实际应用价值和广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及半导体材料与器件技术领域，尤其涉及一种基于湿法腐蚀的微透镜阵列制备方法。

背景技术

量子光源是量子计算、量子通信、量子传感等应用的关键器件。由S-K(Stranski-Krastanov)生长模式外延生长的半导体量子点由于三维受限具备类原子的分立能级，其中，分立二能级跃迁可制备一次只发射一个光子的量子光源；而且，上述半导体量子点二能级跃迁发射的单光子具有优异的发光强度、极窄的谱线宽度、易于多物理场调节的特性，并且易于光集成，在固态量子物理和量子信息器件领域有巨大的应用前景。量子点发光辐射由于在全空间都有分布，并且GaAs体材料表面的全反射(GaAs折射率为3.5而空气仅为1.0，因而全反射角度极小)导致量子点发光大部分被全反射而在体内耗散，光子提取效率很低(低于2％)，输出计数率远低于本征计数率。如何提高半导体量子点的提取效率是实现量子点单光子源的实际应用过程中亟待克服的一个技术难题。近年来主要发展出三种形式微纳光学结构来提升光子提取效率：法布里-珀罗微柱腔、牛眼环结构、微透镜。其中，微透镜由于不局限于特定的空间模式或者光谱模式，通过将发散光几何汇聚为平行光从而提高光子提取效率，适于片上高密度批量制备，并且由于其宽谱的增强特性在量子纠缠领域有广泛的应用价值。

目前制备微透镜的常用方法是利用原位的电子束曝光和等离子体刻蚀(ICP)形成微透镜形貌。但是这种干法制备方式制备出的微透镜表面粗糙、整个制备工艺的定位精度要求高(50nm以下)、工艺较复杂、无法一次性大量制备微透镜阵列。且DBR反射结构对于微透镜阵列来说，其提取效率较低，DBR反射结构制备也更加复杂，需要生长较多对数的多层结构，实用性较低。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于湿法腐蚀的微透镜阵列耦合反射层结构的制备方法，以期实现片上微透镜阵列的一次性批量制备，并将微透镜阵列耦合广谱反射层，大幅提高光子提取效率，为半导体量子点单光子源实用化提供技术基础。

(二)技术方案

本发明提供一种微透镜阵列耦合反射层结构的制备方法，包括：在衬底上制备微透镜阵列，其中，所述微透镜阵列包括量子点及包覆所述量子点的上盖层，所述上盖层表面为周期阵列排布的凸起结构；将所述微透镜阵列从所述衬底上剥离后转移至广谱反射层上，以形成所述微透镜阵列耦合反射层结构。

可选地，所述在衬底上制备微透镜阵列包括：在衬底上依次形成缓冲层、牺牲层、量子点及上盖层；对所述上盖层表面进行加工形成圆形周期阵列的掩膜层；对所述掩膜层及所述上盖层进行腐蚀形成微透镜阵列。

可选地，所述将所述微透镜阵列从所述衬底上剥离后转移至广谱反射层上包括：解离所述衬底形成小尺寸的基片；在基片的微透镜阵列表面涂覆黑蜡保护层；采用HF腐蚀所述牺牲层以使衬底及缓冲层被剥离；将所述微透镜阵列转移至广谱反射层上并除去所述黑蜡保护层。

可选地，所述广谱反射层包括Au或Ag。

可选地，所述对所述上盖层表面进行加工形成圆形周期阵列的掩膜层包括：所述上盖层表面上旋涂负性光刻胶；对所述负性光刻胶进行光学曝光、显影、定影，形成圆形周期阵列孔洞；沉积介电层；剥离去除所述负性光刻胶及圆形周期阵列孔洞之外的所述介电层，形成所述掩膜层。