砷化镓基砷化铟单量子点外延片
半导体单量子点（Quantum Dot, QD）是一种准零维结构，其尺寸处于纳米尺度，表现出类似“人造原子”的特性。由于量子点的尺寸接近电子波函数的波长，电子和空穴被限制在三维空间中，从而使能级离散化。这种独特的性质使得半导体单量子点在量子信息、光子学和纳米技术中成为研究的焦点。此外，单量子点的精准控制可以实现单光子发射，其潜力在量子密钥分发（QKD）、量子通信以及片上光子计算等领域具有重要意义。目前，可供砷化铟（InAs）单量子点外延片用作单光子源，具体参数如下：
1. InAs单量子点外延片参数
| 产品 | InAs/GaAs单量子点外延片 |
| 尺寸 | 1~3英寸 |
| 量子点密度 | 1×106cm2~10×106cm2 |
| 表面平整度 | 0.3~1nm |
| 外延厚度 | 200~500nm |
2. 半导体量子点材料体系比较
不同的半导体量子点材料体系因其结构和带隙特性，适用于不同的波长范围和工作环境。以下是几种常见材料体系的性能对比。其中，InAs/GaAs量子点材料体系在850nm-1000nm范围内发射，由于载流子限制较浅，需要低温才能运行。
| 材料体系 | 波长（nm） | 量子点寿命（ns） | 单光子发射的最高温度(K) | 备注 |
| InAs/GaAs | 850~1000 | ~1 | 50 | |
| InGaAs/InAs/GaAs | ~1300 | 1.1~8.6 | 90 | 双指数衰变 |
| InP/InGaP | 650~750 | ~1 | 50 | |
| InP/AlGaInP | 650~750 | 0.5~1 | 80 | |
| InAs/InP | 1550 | 1~2 | 50~70 | |
| GaN/AlN | 250~500 | 0.1~1000 | 200 | 寿命随着波长的增加而增加 |
| InGaN/GaN | 430 | 8~60 | 150 | |
| CdTe/ZnTe | 500~550 | 0.2 | 50 |
3. InAs/GaAs量子点材料体系
3.1 制备与特性
InAs量子点通常通过分子束外延（MBE）或金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术制备，主要依赖Stranski-Krastanow（S-K）生长模式。这种方法能够在GaAs衬底上生成高质量的InAs量子点。液滴外延技术也是一种选择，但S-K模式生长的量子点因其无缺陷特性和较高的发光效率，更适合用作单光子源。
InAs/GaAs量子点体系支持多种关键量子光学实验，例如单光子发射、量子密钥分发以及光子阻断等。这些实验成果奠定了量子信息处理和量子光学器件的基础。
3.2 发射波长扩展
通过InGaAs封盖技术，可将InAs/GaAs量子点的发射波长扩展至约1300 nm的O波段电信波长。这些扩展波长的量子点已成功用于长达35公里的光纤量子密钥分发，为量子通信技术的实际应用提供了可能性。
3.3 衬底取向对性能的影响
GaAs衬底晶体取向对其光学性能具有显著影响。大多数InAs量子点生长在GaAs（100）表面，但在GaAs（111）表面生长的量子点具有更高的对称性，可大幅降低精细结构分裂（FSS）。这一特性使其非常适用于基于双激子-激子级联辐射的纠缠光子源。对称性更好的量子点能够减少“哪条路径”信息的干扰，从而提高纠缠光子的质量。
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