[发明专利]单光子源和铌酸锂电光调制器异质集成器件及其制造方法

权利要求书

1.一种单光子源和铌酸锂电光调制器异质集成器件，其特征在于，包括有设置在基底上的铌酸锂波导、电极结构、光栅耦合器和带有量子点的纳米梁：其中所述铌酸锂波导包括有第一波导、第一波导分束器、第二波导、第三波导、第二波导分束器和第四波导；所述电极结构包括有信号电极和接地电极；所述纳米梁设置在第一波导上，第一波导通过第一波导分束器分别与第二波导和第三波导连接，第二波导和第三波导均与第二波导分束器连接并连接至所述第四波导，所述第二波导和第三波导相互平行，所述光栅耦合器设置在第四波导上；其中第二波导和第三波导围成的空间中设置有信号电极，在第二波导的外侧和第三波导的外侧均设置有接地电极。

2.根据权利要求1所述的一种单光子源和铌酸锂电光调制器异质集成器件，其特征在于，所述基底由硅层、氧化硅层和铌酸锂层由下至上依次叠加组成，所述铌酸锂波导和电极结构设置在铌酸锂层的表面，所述铌酸锂层的厚度t2＝100nm。

3.根据权利要求1所述的一种单光子源和铌酸锂电光调制器异质集成器件，其特征在于，所述铌酸锂波导为脊形波导，其中铌酸锂波导的宽度w2＝600nm，厚度t1＝300nm。

4.根据权利要求1所述的一种单光子源和铌酸锂电光调制器异质集成器件，其特征在于，所述纳米梁的厚度为t＝130nm，宽度w1＝370nm，长度l1＝6um，圆孔半径r＝59.8nm，圆孔周期p＝230nm，在所述纳米梁的中央部位设置有单个量子点。

5.根据权利要求4所述的一种单光子源和铌酸锂电光调制器异质集成器件，其特征在于，所述量子点为砷化铟量子点，所述砷化铟量子点的发光波长范围为900nm-960nm。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种单光子源和铌酸锂电光调制器异质集成器件，其特征在于，量子点发射出单光子信号，通过纳米梁的微腔增强后耦入铌酸锂波导，经过第一波导分束器实现单光子信号分束，对电极结构施加电压完成单光子信号的相位调控，分束后的单光子信号经第二波导分束器耦合后，通过光栅耦合器耦出。

7.一种单光子源和铌酸锂电光调制器异质集成器件的制作方法，该方法用于制造权利要求1-6任一项所述的一种单光子源和铌酸锂电光调制器异质集成器件，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过分子束外延生长技术在晶圆片上得到发光波长范围在900nm-960nm的量子点，使用量子点定位技术确定量子点的相对位置；

S2、针对量子点的发光波段范围，确定纳米梁的器件参数，采用电子束曝光技术、电感耦合等离子体刻蚀系统和湿法腐蚀制备纳米梁，并使纳米梁与量子点确定性耦合；

S3、制备铌酸锂电光调制器：在基底上制备铌酸锂波导和电极结构，所述铌酸锂波导包括有第一波导、第一波导分束器、第二波导、第三波导、第二波导分束器和第四波导；在第四波导上设置光栅耦合器；

S4、使用转移技术将步骤S2得到的耦合了量子点的纳米梁微腔器件转移至第一波导上。

8.根据权利要求7所述的一种单光子源和铌酸锂电光调制器异质集成器件的制作方法，其特征在于，所述晶圆片的结构为自上而下的砷化镓层、铝镓砷层和砷化镓衬底。

9.根据权利要求8所述的一种单光子源和铌酸锂电光调制器异质集成器件的制作方法，其特征在于，制备纳米梁微腔器件的过程具体为：在原始样品表面旋涂一层光刻胶，通过电子束曝光技术将纳米梁的结构曝光于光刻胶上，然后通过电感耦合等离子体刻蚀系统和湿法腐蚀铝镓砷层，得到耦合有量子点的纳米梁微腔器件。

10.根据权利要求7所述的一种单光子源和铌酸锂电光调制器异质集成器件的制作方法，其特征在于，所述转移技术具体为：在高倍显微镜的监测下，使用聚二甲基硅氧烷薄膜材料将纳米梁微腔器件从砷化镓基片上粘贴带走，然后通过电动位移台将纳米梁微腔器件确定性转移到铌酸锂波导，转移完成后剥离聚二甲基硅氧烷薄膜材料，使纳米梁微腔器件保留在铌酸锂波导上。