中國粉體網2月21日訊  半導體自組織量子點、量子環具有“類原子”特性，是目前量子信息與科技前沿領域固態量子物理和信息器件十分重要的量子結構，也是實現高品質單光子源、糾纏光子對、A-B(Aharonov-Bohm)效應、量子態操縱及量子計算器件的理想體系，還在太陽能電池、微腔激光器、傳感器等新型微納光電器件中具有重要應用前景。目前，上述量子結構的可控制備依然面臨挑戰。

　　中國科學院半導體研究所超晶格國家重點實驗室研究員牛智川課題組近年來深入系統地研究了In(Ga)As量子點、量子環、納米線中量子點、納米線中量子環的自組織外延生長、液滴外延生長方法。采用Ga、In液滴法外延技術實現了多種量子環結構的形貌、密度可控生長(Appl. Phys. Lett. 89, 031921(2006))。2008年研制成功DBR諧振腔與單量子點耦合的電驅動單光子發射器件，在此基礎上，為進一步提高單光子源的品質，開展了納米線中量子點結構的生長，以提高單光子的可定向發射效率。先后實現了Ga液滴自催化GaAs納米線、GaAs/AlGaAs核殼結構、納米線中嵌入InAs量子點結構的可控生長。首次采用Ga液滴自催化GaAs納米線中應力誘導成核方式生長了分叉納米線(Appl. Phys. Lett. 102, 163115(2013))，并成功地將GaAs分叉納米線與InAs量子點耦合，觀測到液氦(4K)溫度下的高品質單光子發射(Nano Letters,13,1399(2013))。

　　最近，課題組查國偉、喻穎等在研究中發現：通過優化GaAs納米線側壁淀積Ga液滴成核溫度與晶化條件等參數，可以生長出密度與形貌可控量子點、量子環等新奇量子結構，首次發現單根納米線側壁形成單個“方形”量子環且具有高品質發光特性。(Nanoscale,10.1039(2013))。

　　他們進一步生長了GaAs/AlGaAs納米線中的GaAs量子點，以及置于AlGaAs 量子環中心并覆蓋AlGaAs勢壘的GaAs量子點，通過陰極熒光譜與掃描電子顯微鏡結合，首次在液氮溫度下(77K)清晰地觀察到納米線腔模增強的單量子點激子發光，單光子發射速率達到8MHz，二階關聯強度小于0.15。這為實現液氮溫度下高發射速率的單光子源等量子光學器件提供了新的材料結構。(Advanced Materials, Article first published online: 14 FEB 2014 | DOI: 10.1002/adma.201304501)

　　本項研究工作得到國家重大科學研究計劃、國家自然科學基金、中科院先導專項(B)、中國科技大學“量子信息與量子科技前沿協同創新中心”的支持。