优化 GaAs/AlGaAs 生长于 GaAs (111)B 面向量子光学超表面提高非线性效率

本研究对 GaAs 和 Al$_{0.55}$Ga$_{0.45}$As 在 GaAs (111)B 衬底上（表面错位为 2{\deg} 相对于 [$\bar{2}$11]）的生长进行优化，以提升表面形貌。对于量子光学超表面 (QOM)，将 (001) 生长改为 (111) 生长可提高自发参量下转换 (SPDC) 的非线性过程效率。本工作识别影响表面粗糙度的关键因素，包括传统热氧化物脱除对获得光滑表面的不利影响。开发了一种新型的 Ga 辅助氧化物脱除方法，通过 Ga 流量"脉冲"成功去除氧化物，同时保持表面质量。采用无场射高能电子衍射 (RHEED) 和一种新技术称为漫射激光散射 (DLS) 的原位表征技术，用于监控和控制氧化物去除过程。使用带有石英衬底的四分之一晶片作为光学扩散器，可消除温度梯度，提高表面均匀性。通过一种自家开发的称为黑盒散射 (BBS) 成像的技术清晰地描绘了生长的均匀性。测试铟 (In) 作为表面活性剂以促进 GaAs 的层流生长，结果表明实现原子尺度的平整度，根均方 (RMS) 粗糙度最低可达 0.256 nm。结合更高的生长温度，Al$_{0.55}$Ga$_{0.45}$As 层的 RMS 粗糙度降低至 0.302 nm。优化后的生长方法实现了QOM制造所需的可接受粗糙度水平，正在将这些技术应用于various 基于 GaAs/AlGaAs 异质结构的 (111) 取向器件。