ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК
ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Аннотация
Эффективные излучатели одиночных фотонов (ИОФ) являются ключевым элементом в реализации систем квантовой криптографии и квантовых вычислений. Одним из перспективных вариантов создания излучателей одиночных фотонов является использование одиночных полупроводниковых квантовых точек, интегрированных в светодиод с микрорезонатором. Такой излучатель представляет собой надежный и миниатюрный твердотельный прибор, который не нуждается в использовании лазерной накачки. В последние годы усилия в этой области сконцентрированы на разработке оптимальной конструкции ИОФ, которая обеспечивает наибольшую внешнюю квантовую эффективность и низкую расходимость выходного излучения. В данной работе предложена и реализована конструкция полупроводникового брэгговского микрорезонатора для излучателей одиночных фотонов на основе InAs квантовых точек. Резонатор состоит из двух полупроводниковых брэгговских зеркал р- и n-типа легирования, AlGaAs апертурного кольца и слоя InAs квантовых точек, расположенного между брэгговскими зеркалами. В сравнении с предыдущими конструкциями микрорезонаторов, содержащих AlO-апертуры, данный тип микрорезонатора состоит только из согласованных по параметрам решетки полупроводниковых материалов, что обеспечивает надежную работу при криогенных температурах и устойчивость к термоциклированию. В работе показано, что AlGaAs кольцо одновременно выполняет функции эффективной оптической и токовой апертуры. Кроме того, это кольцо обеспечивает эффективное селективное позиционирование InAs квантовых точек в пределах своего внутреннего диаметра, размеры которого составляют единицы микрон. В работе также показано, что внешняя квантовая эффективность в микрорезонаторах данного типа может достигать уровня 80 %, в то время как расходимость выходного излучения не превышает числовой апертуры 0,2, что обеспечивает высокую эффективность ввода излучения в стандартное оптическое волокно. Низкотемпературные спектры электролюминесценции изготовленных диодов содержат узкие пики, отвечающие излучению одиночной InAs квантовой точки, что является экспериментальным подтверждением возможности создания эффективных излучателей одиночных фотонов на основе предложенной конструкции микрорезонатора.

Список литературы

1. Quantum information with continuous variables of atoms and light / ed. by N. Cerf, G. Leuchs, E. Polzik. – London: Imperial College Press, 2007. – 604 p.
2. Linear optical quantum computing with photonic qubits / P. Kok, W.J. Munro, K. Nemoto, T.C. Ralph, J.P. Dowling, G.J. Milburn // Review of Modern Physics. – 2007. – Vol. 79, iss. 1. – P. 135–174. – doi: 10.1103/RevModPhys.79.135.
3. Quantum state reconstruction of the single-photon Fock state / A.I. Lvovsky, H. Hansen, T. Aichele, O. Benson, J. Mlynek, S. Schiller // Physical Review Letters. – 2001. – Vol. 87, iss. 5. – Art. 050402. – doi: 10.1103/PhysRevLett.87.050402.
4. Zavatta A., Viciani S., Bellini M. Tomographic reconstruction of the single-photon Fock state by high-frequency homodyne detection // Physical Review A. – 2001. – Vol. 70, iss. 5. – Art. 053821. – doi: 10.1103/Phys RevA.70.053821.
5. Single quantum dots, fundamentals, applications and new concepts / ed. by P. Michler. – Berlin: Springer-Verlag, 2003. – 348 p.
6. Single semiconductor quantum dots / ed. by P. Michler. – Berlin: Springer-Verlag, 2009. – 389 p.
7. Electrically driven single quantum dot polarised single photon emitter / A. Lochmann, E. Stock, O. Schulz, F. Hopfer, D. Bimberg, V.A. Haisler, A.I. Toropov, A.K. Bakarov, A.K. Kalagin // Electronics Letters. – 2006. – Vol. 42, iss. 13. – P. 774–775. – doi: 10.1049/el:20061076.
8. Electrically pumped, micro-cavity based single photon source driven at 1 GHz / A. Lochmann, E. Stock, J.A. Toefflinger, W. Unrau, A. Toropov, A. Bakarov, V. Haisler, D. Bimberg // Electronics Letters. – 2009. – Vol. 45, iss. 11. – P. 566–567. – doi: 10.1049/el:2009.1056.
9. Modeling highly efficient RCLED-type quantum-dot-based single photon emitters / M.C. Münnix, A. Lochmann, D. Bimberg, V.A. Haisler // IEEE Journal of Quantum Electronics. – 2009. – Vol. 45, iss. 9. – P. 1084–1088. – doi: 10.1109/JQE:2009.2020995.
10. Lateral positioning of InGaAs quantum dots using a buried stressor / A. Strittmatter, A. Schliwa, J.-H. Schulze, T.D. Germann, A. Dreismann, O. Hitzemann, E. Stock, I.A. Ostapenko, S. Rodt, W. Unrau, U.W. Pohl, A. Hoffmann, D. Bimberg, V. Haisler // Applied Physics Letters. – 2012. – Vol. 100, iss. 9. – P. 093111–1–093111–3. – doi: 10.1063/1.3691251.
11. Bimberg D., Grundmann M., Ledentsov N. Quantum dot heterostructures. – Chichester: John Wiley & Sons, 1999. – 328 p.
12. Semiconductor nanostructures / ed. by D. Bimberg. – Berlin; Heidelberg: Springer-Verlag, 2008. – 357 p.
13. Self-assembled quantum dots / ed. by Z.W. Wang. – New York: Springer Science+Business Media, 2008. – 463 p.
14. Yeh P. Optical waves in layered media. – Singapore: John Wiley & Sons, 1991. – 406 p.
15. Comparison of optical VCSEL models on the simulation of oxide-confined devices / P. Bienstman, R. Baets, J. Vukusic, A. Larsson, M.J. Noble, M. Brunner, K. Gulden, P. Debernardi, L. Fratta, G.P. Bava, H. Wenzel, B. Klein, O. Conradi, R. Pregla, S.A. Riyopoulos, J.-F.P. Seurin, S.L. Chuang // IEEE Journal of Quantum Electronics. – 2001. – Vol. 37, iss. 12. – P. 1618–1631. – doi: 10.1109/3.970909.
16. Mitschke F. Fiber optics: physics and technology. – Berlin: Springer-Verlag, 2009, 290 p.
17. Fine structure of the exciton states in InAs quantum dots / A.V. Gaisler, A.S. Yaroshevich, I.A. Derebezov, A.K. Kalagin, A.K. Bakarov, A.I. Toropov, D.V. Shcheglov, V.A. Gaisler, A.V. Latyshev, A.L. Aseev // JETP Letters. – 2013. – Vol. 97, iss. 5. – P. 274–278. – doi: 10.1134/S0021364013050056.