在金背反射镜上使用单片微透镜的明亮量子点光源

我们展示了通过将 $GaAs$ 量子点（QD）非确定性嵌入到镀金基底上的宽带单片 $Al_{0.15}Ga_{0.85}As$ 微透镜阵列中，来制备明亮 $GaAs$ 量子点光子源的工艺。直径从 $2$ $\mu m$ 到 $5$ $\mu m$ 的圆柱形光刻胶模板阵列经过热回流，随后通过优化的各向异性且三维保形的反应离子刻蚀工艺，转移到嵌有量子点的 $Al_{0.15}Ga_{0.85}As$ 薄膜半导体异质结构中。该方法促进了大规模（$2$ $mm$ $\times$ $4$ $mm$）且密集排列的均匀形状微透镜阵列（$\sim$ $40 \times 10^3$ $mm^{-1}$）的制备，其中嵌入在微透镜中的 QD 发射最亮，其横向直径和高度分别为 $2.7$ $\mu m$ 和 $1.35$ $\mu m$。对理想化和实际制备的透镜形状进行的时域有限差分模拟，对器件性能和优化潜力（如抗反射涂层）提供了全面的三维分析。研究发现，在镀金基底上的半球形 QD-微透镜可实现高达 $62$ $\%$（$37$ $\%$）的自由空间提取（光纤耦合）效率。我们开发了 QD-微透镜制备产率的统计模型，并通过所制备微透镜阵列的光致发光光谱进行了实验验证。该分析表明，在大约 $1$ / $200$ 个微透镜中，自由空间强度增强了高达 $\times 200$ 倍，与理论预期吻合良好。这种可扩展的制备策略突显了这些紧凑、高效光源的潜力，为这些器件在未来大规模量子网络中的应用提供了新前景。