85 °C error-free operation at 38 Gb/s of oxide-confined 980-nm vertical-cavity surface-emitting lasers

This article may be downloaded for personal use only. Any other use requires prior permission of the author and AIP Publishing. This article appeared in Appl. Phys. Lett. 100, 081103 (2012) and may be found at https://doi.org/10.1063/1.3688040.DFG, 43659573, SFB 787: Halbleiter - Nanophotonik: Materialien, Modelle, BauelementeEC/FP7/224211/EU/VISIT - Vertically Integrated Systems for Information Transfer/VISI

Electrically driven single photon source based on a site-controlled quantum dot with self-aligned current injection

This article may be downloaded for personal use only. Any other use requires prior permission of the author and AIP Publishing. This article appeared in Appl. Phys. Lett. 101, 211119 (2012) and may be found at https://doi.org/10.1063/1.4767525.Electrical operation of single photon emitting devices employing site-controlled quantum dot (QD) growth is demonstrated. An oxide aperture acting as a buried stressor structure is forcing site-controlled QD growth, leading to both QD self-alignment with respect to the current path in vertical injection pin-diodes and narrow, jitter-free emission lines. Emissions from a neutral exciton, a neutral bi-exciton, and a charged exciton are unambiguously identified. Polarization-dependent measurements yield an exciton fine-structure splitting of (84 ± 2) μeV at photon energies of 1.28–1.29 eV. Single-photon emission is proven by Hanbury Brown and Twiss experiments yielding an anti-bunching value of g(2)(0) = 0.05 under direct current injection.DFG, 43659573, SFB 787: Halbleiter - Nanophotonik: Materialien, Modelle, Bauelement

Lateral positioning of InGaAs quantum dots using a buried stressor

This article may be downloaded for personal use only. Any other use requires prior permission of the author and AIP Publishing. This article appeared in Appl. Phys. Lett. 100, 093111 (2012) and may be found at https://doi.org/10.1063/1.3691251.We present a “bottom-up” approach for the lateral alignment of semiconductor quantum dots (QDs) based on strain-driven self-organization. A buried stressor formed by partial oxidation of (Al,Ga)As layers is employed in order to create a locally varying strain field at a GaAs(001) growth surface. During subsequent strained layer growth, local self-organization of (In,Ga)As QDs is controlled by the contour shape of the stressor. Large vertical separation of the QD growth plane from the buried stressor interface of 150 nm is achieved enabling high optical quality of QDs. Optical characterization confirms narrow QD emission lines without spectral diffusion.DFG, 43659573, SFB 787: Halbleiter - Nanophotonik: Materialien, Modelle, Bauelement

Realization of an electrically driven single photon source based on strain-induced site-controlled quantum dots

Die Zielsetzung der vorliegende 3D Beckenmodellierungsstudie ist ein besseres Verständnis der Kohlenwasserstoffsysteme der Südwestlichen Barentssee. Dies beinhaltet eine Beschreibung der generierten Mengen an Kohlenwasserstoffen, deren Migration und Akkumulation sowie die Abschätzung des Verlusts aus potentiellen Reservoiren im Verlauf der Evolution des Sedimentbeckens. Hierzu wurde zunächst ein Modell für das Gebiet des Hammerfest Sedimentbeckens erstellt, welches drei Muttergesteine beinhaltet: die Oberjurassische Hekkingen Formation, sowie die Triassische Snadd und Kobbe Formation. Die höchste Reife dieser Muttergesteine wurde für den westlichen und nordwestlichen Beckenrand vorhergesagt. Das Modell ist somit in der Lage die Kohlenwasserstoffe und deren Verteilung für schon bekannte Felder und Ressourcen zufriedenstellend zu reproduzieren. Basierend auf diesem Model konnte gezeigt werden, dass in dem Untersuchungsgebiet im Wesentlichen zwei Phasen der Re-migration die rezente Verteilung zur Folge hatten; die Umverteilung des Öls während des Oligozäns-Miozäns und ein Verlust der Gasphase während des Pliozäns-Pleistozäns in Zusammenhang mit den glazial-interglazialen Zyklen. Hierbei gelangten mindestens 0.247 Gt thermogenes Gas aus der Hauptlagerstätte an die Sedimentoberfläche. Die Quantenkommunikation ist eine zukunftsweisende Technologie des 21. Jahrhunderts. Basierend auf einem fundamentalen Prinzip, dem No-Cloning- Theorem, verspricht sie eine absolut abhörsichere Kommunikation auch innerhalb bestehender optischer Netzwerke. Immer mehr Forschungsgruppen und zunehmend auch kommerzielle Anbieter arbeiten an der Entwicklung von Einzelphotonenquellen zur Erzeugung von Qubits, der Informationseinheit in der Quantenkommunikation. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung und Charakterisierung von quantenpunktbasierten Einzelphotonenquellen im AlGaAs/GaAs- Materialsystem. Zwei Forschungsziele standen im Vordergrund: Die Steigerung der Auskoppeleffizienz und die Realisierung einer elektrisch betriebenen Einzelphotonenquelle mit einem vorpositionierten Quantenpunkt. Grundlegend hierzu war eine Weiterentwicklung der Technologiebasis, neues Layout des Bauelements und der Einsatz einer auf der Finiten-Differenzen-Methode basierten Simulationssoftware. Die Steigerung der Auskoppeleffizienz gelang durch die Einbettung des Emitters in einen Resonator. Der Einfluss wurde anhand einer systematischen Veränderung der Resonatorgüte studiert. Die Quantenemitter konnten gepulst bis zu einer Frequenz von 1GHz betrieben werden. Die durchgeführten Simulationsrechnungen zur adiabatischen Auskopplung der Emission mittels niedrigbrechender oxidierter Schichten sagen eine Steigerung der Auskoppeleffizienz und der spektralen Breite der Auskopplung gegenüber einer Resonant Cavity LED voraus. Der Einsatz von vorpositionierten Quantenpunkten auf einem invasiv nanostrukturierten Substrat in einer pin-Diodenstruktur konnte erstmalig erfolgreich umgesetzt werden. Ein weiteres, neuartiges Positionierungsverfahren wurde im Rahmen dieser Arbeit mitentwickelt und zum ersten Mal in einem elektrisch betriebenen Bauelement erfolgreich eingesetzt. Das Verfahren kommt ohne Beschädigung der Oberfläche aus und verbindet damit die Vorteile der Vorpositionierung mit den hervorragenden Eigenschaften selbstorganisiert gewachsener Quantenpunkte. Die Vermessung mittels hochauflösender μEL-Spektroskopie und HBT-Interferometrie ergaben Linienbreiten der Quantenpunktemission bis 25 μeV und ein Antibunching der Autokorrelationsfunktion 2. Ordnung von g(2)(0) = 0,05. Diese Werte sind vergleichbar mit den besten Resultaten selbstorganisiert gewachsener Quantenpunkte. Das neue Positionierungsverfahren wäre eine Möglichkeit, zukünftig kostengünstige Quantenemitter hoher Güte in der Massenproduktion herzustellen.The ultimate security of a communication channel can only be provided by using quantum cryptography and quantum information units - qubits. Qubits are quantum-mechanical two-state systems and due to a fundamental principle - the no-cloning theorem - in general cannot be copied. Single polarized photons may be used as qubits. The development of a light source with nonclassical photon statistics succeeded in 1974, 14 years after the first laser emission. The first integrated and electrically driven single photon emitter was presented in 2001. The photon source was an InAs quantum dot embedded in a GaAs-based PIN diode structure. Reliable, fast and integrated single photon emitters are only at the beginning of their development. The presented work adds a further element to the results of global research in the area of quantum dot-based single-photon emission in AlGaAs/GaAs material system. Two core objectives were aimed as the main fields of research: the enhancement of the outcoupling efficiency and the realization of an electrically driven single photon source with a site-controlled quantum dot. Vital development of the processing technology, new device layout and implementation of a finite-difference time-domain simulation software were basic prerequisites. The enhancement of outcoupling efficiency was achieved by embedding the emitter in a resonant cavity. The influence was studied by a systematic change of the resonator quality factor. The device could be driven at pumping rates up to 1 GHz. Simulations of adiabatic expansion of the light field into oxidized low refractive index layers predict an even higher extraction efficiency and enhanced spectral width of the extraction compared with RCLED design. In this work, the positioning of quantum dots on a invasive nanostructured substrate was successfully implemented in a PIN diode structure. A different, novel method for site-controlled quantum dot growth was co-developed and successfully implemented in an electrically driven device for the first time. Strain is generated by buried oxidized apertures on the growth surface, these strain anomalies serve as nucleation sites for the subsequent quantum dot growth. The process does not damage the surface and thus combines the advantages of site-control with excellent features of self-organized quantum dots. High resolution μEL spectroscopy and HBT interferometry revealed line widths of the quantum dot emission up to 25 μeV and antibunching of the second order autocorrelation function to g(2)(0) = 0.05. These results are comparable with the best values for self-organized quantum dots. In the future, the new site-control technique would allow mass production of cost efficient high quality quantum emitters