【摘 要】
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量子信息技术是21世纪人类科学研究的前沿之一,是量子密钥、量子隐形传态等量子通信领域的核心技术,在未来计算机、随机数产生、量子计算、量子存储等领域有着广阔的应用前景。目前,中国科学技术大学潘建伟院士领导的科研团队在量子密钥、量子隐形传态等方面取得了瞩目的成就。量子信息技术的应用研究离不开高质量的单光子源。本论文主要研究了具有可扩展性与高发展潜力的半导体In As量子点单光子源,其中包括采用III-
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量子信息技术是21世纪人类科学研究的前沿之一,是量子密钥、量子隐形传态等量子通信领域的核心技术,在未来计算机、随机数产生、量子计算、量子存储等领域有着广阔的应用前景。目前,中国科学技术大学潘建伟院士领导的科研团队在量子密钥、量子隐形传态等方面取得了瞩目的成就。量子信息技术的应用研究离不开高质量的单光子源。本论文主要研究了具有可扩展性与高发展潜力的半导体In As量子点单光子源,其中包括采用III-V族材料生长出高质量的900 nm波段单光子源以及单光子在光纤中有效传输的方法,具体研究工作如下:首先,分析了单光子源、普通热辐射光源和激光光源之间的区别,并对单光子源进行了分类。介绍了主要相关实验设备及其原理。提出了900 nm波段单光子源的两种生长方法:（1）直接生长法;（2）生长腐蚀层剥离法。针对这两种生长方法中所采用的Al0.9Ga0.1As、Al0.4Ga0.6As、Al As材料进行了生长条件优化,通过原子力显微镜测量不同条件下各类材料的表面粗糙度,总结了各类材料的最佳生长条件。此外,在生长过程中通过采用烧点法、梯度生长法实现了低密度单光子源,进而实现了单光子源的有效光纤耦合和传输。其次,考虑到微柱共振微腔结构对自发辐射具有Purcell效应,设计出上15对、下25对多层Al0.9Ga0.1As/Ga As结构的分布布拉格反射镜（DBR）,在此平面DBR结构上刻蚀出微柱来增强单光子强度,最终结果表明DBR微柱其对单光子强度具有显著增强作用。在此研究过程中,提出了一种基于DBR生长厚度校准的方案,用于解决分子束外延DBR生长厚度不均匀导致的反射波长偏移问题。最后,分别设计出了两种器件制备工艺方法:（1）直接刻蚀微柱法;（2）背面镀金法。利用直接刻蚀微柱法实现了单光子源的器件化,并且通过低温测试得到了品质因数Q值1800,光纤输出端光子计数率4.73 M/s的单光子器件。通过HBT（Hanbury-Brown-Twiss）实验,测得二阶自相关系数g2（0）达到0.08,验证了该单光子源具有较高的强度和单光子性。背面镀金法主要研究了如何通过背面镀金的方法替代传统生长的布拉格反射镜。
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