量子点进入三维光子晶体

研究人员首次将InAsSb量子点嵌入一个GaAs的三维光子晶体当中。

    一个由日本科学家组成的科研小组克服现有的制造问题，制备出首个内含量子阱的三维光子晶体，在关键的通信级波长1.5µm处发射。光子晶体可以同时控制电子和光子，有益于量子通信应用（Nature Photonics）。来自东京大学的研究人员Kanna Aoki表示，通过结合三维光子晶体点缺陷微腔及其电子配对——量子点，他们可以同时控制电子和光子。这套系统具有很好的限制光束流动，这对现今几乎所与的光学器件都有利，同时还是朝向触发式单光子源和其他量子密码设备迈进了一步。

一个完整的有源三维光子晶体的扫描电子显微镜图片。

    到现在为止，三维光子晶体的制备包括重复采用晶体生长、干法刻蚀和热处理工艺，这些技术会对光子晶体的结构造成严重的破坏，既而改变它的光学特征。这个东京研究小组一改往常做法，使用一种独特的半导体生产工艺（无需热处理），使得组件的装配保持高精度，将上述破坏减至最小。

    Aoki解释说，苛刻的工艺条件可以完全改变一个微腔和有源区的光学参数，原因是一个点缺陷密度微腔的共振波宽和量子点的发射波长很窄，很难配合这两个波长范围。

    依照Aoki的方法，最终的三维结构分类成简单的基础部分。与以往连续使用传统的半导体工艺不同，该小组使用的是一种显微操作技术，可将GaAs光子晶体层集成到一个17层woodpile结构（三维光子晶体典型结构之一）之中。此处含InAsSb量子点的点缺陷被引进GaAs有源层的中间处，量子点密度是9×109cm–1。在这个系统中，通过控制电子的激发态，以及将生成光子的偏振方向归类为某一选择性偏振的微腔，光子转换就有可能实现。Aoki解释说，量子点的发光将会增强，其波长与微腔的共振模所对应的匹配，而波长与共振模不相匹配的发光则被晶体吸收。

;    这项工作仅仅是研究光学三维光子晶体的第一步，要扩展到商业化的应用还需付出很多努力。Aoki总结到，“实现高质量因子空腔共振对未来三维光子晶体器件的发展是有必要的”。