一种多重耦合的单光子发光体及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体光电器件领域，特别是一种多重耦合的单光子发光体及其制作方法。
【背景技术】
[0002]现今，单光子发光体和激光具有良好的单色性能，可用于发光器件、光纤通信、激光打印、激光刻录等应用领域。但由于目前的单光子发光体仍面临很多困难和挑战，如发光效率低、发光强度低、单色性能差等问题，尚不能获得广泛地应用。为了推动单光子发光体的广泛应用，大幅提升发光效率和发光强度是迫在眉睫的工作。虽然目前很多机构已经尝试了各种途径来提高其性能，但是要实现该目标还有很长的路。
[0003]鉴于现有技术中存在单光子发光体的单色性能差、发光效率和发光强度低等问题。因此有必要提出一种多重耦合的单光子发光体及其制作方法。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于:提供一种多重耦合的单光子发光体及其制作方法，通过分别在金字塔锥状氮化镓的顶部和背面制作多层的InGaN量子点和Ag纳米颗粒，利用量子结构的量子尺寸效应，实现InGaN量子点出射的单光子与Ag纳米颗粒的表面等离激元进行多重量子親合，形成单光子激射，从而实现高效率和高强度的单光子发光。
[0005]根据本发明的第一个方面，一种多重耦合的单光子发光体，包括:衬底，N型氮化镓层，具有纳米孔洞的掩膜版，第一 InGaN量子点，金字塔锥状氮化镓，第二 InGaN量子点，第一 Ag纳米颗粒，第二 Ag纳米颗粒以及反射镜，所述N型氮化镓层正面具有掩膜版的纳米孔洞，位于纳米孔洞中的第一 InGaN量子点和位于N型氮化镓层背面的第一 Ag纳米颗粒形成第一重单光子和等离激光耦合的单光子发光体，位于金字塔锥状氮化镓顶部的第二InGaN量子点和位于金字塔锥状氮化镓尖端的第二 Ag纳米颗粒形成第二重单光子和等离激光耦合的单光子发光体，通过多重耦合，形成高效率和高亮度的单光子发光器件。
[0006]进一步地，在所述衬底上还形成缓冲层。
[0007]进一步地，所述掩膜版为SiNxS S1 2或其组合。
[0008]进一步地，所述第一 InGaN量子点或第二 InGaN量子点的直径为l~900nm，优选10nm0
[0009]进一步地，所述第一 Ag纳米颗粒或第二 Ag纳米颗粒的直径为I?900nm，优选10nm0
[0010]根据本发明的第二个方面，一种多重耦合的单光子发光体的制作方法，包括以下工艺步骤:
(1)在衬底上外延生长氮化镓缓冲层和N型氮化镓层；
(2)在N型氮化镓层上沉积掩膜版，通过蚀刻方法制作具有纳米孔洞的掩膜版；
(3)在掩膜版的纳米孔洞沉积第一InGaN量子点； (4)采用外延技术生长金字塔锥状氮化镓；
(5)在金字塔锥状氮化镓的顶部沉积第二InGaN量子点；
(6)在金字塔锥状氮化镓的尖端沉积第二Ag纳米颗粒；
(7)采用光刻技术，在衬底背面制作纳米孔洞；
(8)在衬底背面的纳米孔洞里沉积第一Ag纳米颗粒；
(9 )将衬底减薄抛光后，镀上反射镜。
[0011]进一步地，所述衬底为蓝宝石、碳化硅、硅、氮化镓、氮化铝、ZnO等适合外延生长的衬底。
[0012]进一步地，所述步骤(I)在衬底上外延生长氮化镓缓冲层和N型氮化镓层采用金属有机化学气相沉积MOCVD或分子束外延MBE等外延生长方法，优选金属有机化学气相沉积法。
[0013]进一步地，所述步骤(2)在N型氮化镓层上沉积掩膜版，通过蚀刻方法制作具有纳米孔洞的掩膜版，纳米孔洞的尺寸为10~900nm，优选150nm，间距为10~900nm，优选200nmo
[0014]进一步地，所述在纳米孔洞沉积第一 InGaN量子点或第二 InGaN量子点的生长方法为金属有机化学气机沉积、分子束外延、磁控派射等量子点的生长方法。
[0015]进一步地，所述步骤(4)采用外延技术生长金字塔锥状氮化镓，利用低温高压的三维生长方法，纵向生长速率高于横向生长速率，生长温度为800~1200度，优选1050度，压强为200~600Torr，优选500Torr，金字塔锥状氮化镓的高度为0.1-10 μ m，优选0.5 μ m。
[0016]进一步地，所述第一 Ag纳米颗粒或第二 Ag纳米颗粒的沉积方法为磁控派射、电子束蒸发、化学反应等各种气相或液相生长方法。
[0017]进一步地，所述步骤(9)衬底减薄抛光后镀的反射镜材料为Al、Ag、DBR等各种具有反射功能的材料和结构，优选Al反射镜。
【附图说明】
[0018]图1为实施例1制作多重耦合的单光子发光体的步骤(1)~ (2)示意图。
[0019]图2为实施例1制作多重耦合的单光子发光体的步骤(3) ~ (4)示意图。
[0020]图3为实施例1制作多重耦合的单光子发光体的步骤(5)示意图。
[0021]图4为实施例1制作多重耦合的单光子发光体的步骤(6)示意图。
[0022]图5为实施例1制作多重耦合的单光子发光体的步骤(7) ~ (9)示意图。
[0023]图不说明:100:监宝石衬底；101:氣化嫁缓冲层；102:N型氣化嫁层；103:具有纳米孔洞的掩膜版；104:第一 InGaN量子点；105:金字塔锥状氮化镓；106:第二 InGaN量子点；107:第二 Ag纳米颗粒;108:第一 Ag纳米颗粒;109:反射镜；110:第一 InGaN量子点和第一 Ag纳米颗粒形成的第一重单光子和等离激元親合；111:第二 InGaN量子点和第二 Ag纳米颗粒形成的第二重单光子和等离激元耦合。
【具体实施方式】
[0024]下面结合示意图对本发明进行详细的描述，在进一步介绍本发明之前，应当理解，由于可以对特定的实施例进行改造，因此，本发明并不限于下述的特定实施例。还应当理解，由于本发明的范围只由所附权利要求限定，因此所采用的实施例只是介绍性的，而不是限制性的。除非另有说明，否则这里所用的所有技术和科学用语与本领域的普通技术人员所普遍理解的意义相同。
[0025]实施例1
本实施例提供的多重耦合的单光子发光体的制作方法，包括以下工艺步骤:
如图1所示，包含步骤(1)~(2)，采用金属有机化学气相沉积法，在蓝宝石衬底100上，外延生长氮化镓缓冲层101和N型氮化镓层102 ;