一种提高InAs单量子点荧光提取效率的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高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。

A method to improve the fluorescence extraction efficiency of InAs single quantum dots

The invention discloses a method for improving the fluorescence extraction efficiency of InAs single quantum dots, and belongs to the field of InAs single quantum dot luminescence extraction technology. The GaAs buffer layer was grown on gallium arsenide substrate by molecular beam epitaxy, and then the aluminum arsenide layer, GaAs layer, indium arsenide quantum dot and GaAs covering layer were grown in turn. The Black wax like substance Apiezon W is applied to the upper surface of the above sample as protection and then placed in the hydrofluoric acid solution, and the metal titanium is placed in the solution to accelerate the chemical reaction between the hydrofluoric acid and the AlAs sacrificial layer. After the AlAs sacrificial layer is corroded, it will include the InAs GaAs InAs quantum dot GaAs sandwich structure thin layer through the fan. The role of Derwal J Ley is adsorbed on gold nanoparticles, forming a quantum dot sample attached to gold film of gold nanoparticles.

【技术实现步骤摘要】
一种提高InAs单量子点荧光提取效率的方法
本专利技术涉及InAs单量子点发光的提取
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
因此，针对现有技术的上述问题，本专利技术提供了一种高效、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ApiezonW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。进一步的，所述的步骤C中，氢氟酸的浓度应小于10%。进一步的，所述的步骤C中，为加快腐蚀速度，可在溶液中放置适量的金属钛。进一步的，所述的步骤D中，生长获得的金膜厚度应大于100nm。进一步的，所述的步骤D中，氢氟酸的浓度应小于10%。进一步的，所述的步骤D中，金膜的腐蚀时间需根据所使用的氢氟酸的浓度和金膜的具体厚度而定。进一步的，所述的步骤E中，在将GaAs-InAs量子点-GaAs三明治结构薄层与金纳米颗粒薄膜相结合时，应将GaAs-InAs量子点-GaAs三明治结构薄层上没有涂抹ApiezonW保护层的一侧与金纳米颗粒薄膜的表面贴合到一起。进一步的，所述的步骤E中，GaAs-InAs量子点-GaAs三明治结构薄层与金纳米颗粒薄膜相结合具体通过界面间的范德瓦耳斯力实现的。进一步的，所述步骤E之后还包括：步骤F，利用四氯化碳、丙酮都溶剂将GaAs-InAs量子点-GaAs三明治结构薄层上ApiezonW保护层清洗掉。进一步的，所述InAs/GaAs单量子点荧光增强的方法同样适用于InAs/InP类型的半导体单量子点。本专利技术的技术效果为，本专利技术提高InAs单量子点荧光提取效率方法可以将InAs单量子点的荧光提取效率增加近一个数量级；且具有简单、快速、高效、经济的优点，能够为相应的InAs单量子点的研究和应用提供重要保证和可靠依据。附图说明：图1为本专利技术实施例提高InAs单量子点荧光提取效率的方法的流程图。图2为图1所示步骤A中生长获得的InAs/GaAs量子点层状结构的横截面示意图。图3为利用图1所示方法制备形成的GaAs-InAs量子点-GaAs三明治结构薄层附着在金属纳米颗粒薄膜上后的横截面示意图。图4为GaAs-InAs量子点-GaAs三明治结构薄层未与GaAs衬底分离时三个不同的InAs单量子点的荧光对比图。图5为GaAs-InAs量子点-GaAs三明治结构薄层与金属纳米颗粒薄膜结合后三个不同的InAs单量子点的荧光对比图。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行说明：本专利技术一种提高InAs单量子点荧光提取效率的方法中，通过化学腐蚀的方法将GaAs-InAs量子点-GaAs的三明治结构薄层从GaAs衬底上剥离，然后与通过化学腐蚀获得的金纳米颗粒薄膜以范德瓦耳斯力的方式贴合到一起，从而利用金纳米颗粒的散射效应实现对InAs单量子点荧光收集的极大增强。在本专利技术的一个示例性实施例中，提供了一种用于提高InAs单量子点荧光提取效率的方法。如图1所示，该方法包括：步骤A，制备具有特殊结构的InAs/GaAs量子点样品。这一具有特殊结构的量子点样品的是通过分子束外延的方法在GaAs衬底上依次生长GaAs缓冲层、厚度为100nm的AlAs牺牲层、厚度为30nm的GaAs层、InAs量子点层和厚度为100nm的GaAs盖层。样品的具体结构可参见图2，图2中从上至下依次为100nmGaAs盖层、InAs量子点、GaAs30nm、AlAs牺牲层100nm、GaAs缓冲层、GaAs衬底。然后通过光刻、电子束蒸发等工艺在量子点样品表面制作50µm×50µm金属钛（宽度-2µm）网格，用来定位单量子点位置。步骤B，在上述已经完成单InAs量子点定位的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ApiezonW保护层的InAs/GaAs量子点样品放在浓度为7.5%的氢氟酸溶液中进行腐蚀，同时在溶液中加入适量的金属钛，从而加速InAs/GaAs量子点样品结构中的AlAs牺牲层与氢氟酸的反应。从而使厚度为-100nm的GaAs-InA量子点-GaAs的三明治结构薄层同GaAs衬底分离开。步骤D，在硅衬底上生长厚度为200nm的金膜，然后在浓度为7.5%的氢氟酸溶液中放置90s，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-InA量子点-GaAs三明治结构薄层没有涂ApiezonW保护层的一侧通过范德瓦耳斯力的作用吸附在步骤D中获得的金纳米颗粒薄膜上，再通过四本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高InAs单量子点荧光提取效率的方法，其特征在于，所述方法具体包括：步骤A 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，获得InAs/GaAs量子点样品；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Apiezon W；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，获得的GaAs‑InAs量子点‑GaAs三明治结构薄层；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，形成附着在金纳米颗粒薄膜上的InAs/GaAs量子点样品。

【技术特征摘要】
1.一种提高InAs单量子点荧光提取效率的方法，其特征在于，所述方法具体包括：步骤A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，获得InAs/GaAs量子点样品；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；步骤C将涂有ApiezonW保护层的InAs/GaAs量子点样品放在氢氟酸溶液中，获得的GaAs-InAs量子点-GaAs三明治结构薄层；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，形成附着在金纳米颗粒薄膜上的InAs/GaAs量子点样品。2.如权利要求1所述的提高InAs单量子点荧光提取效率的方法，其特征在于，所述方法步骤A中，InAs/GaAs量子点样品中的AlAs牺牲层厚度控制在-100nm量级。3.如权利要求1所述的提高InAs单量子点荧光提取效率的方法，其特征在于，所述方法步骤A中，InAs/GaAs量子点样品中，介于AlAs牺牲层和...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁志辉，孙宝权，张志伟，王伟华，
申请(专利权)人：内蒙古民族大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15