Efficient Single Photon Emission From III-Nitride Quantum Dots

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K15039
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Holmes Mark 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (90760570)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 量子ドット / 半導体

Outline of Final Research Achievements

Photonic bullseye structures were designed and fabricated in GaN quantum dot samples. Analysis of the fabricated samples reveal that the single photon extraction efficiency was successfully increased by the bullseye structures. The highest extraction efficiency realized during in this study was measured to be >5% (for a lens with numerical aperture equal to 0.4, corresponding to a collection rate of 4.36MHz), which is much greater than the theoretical limit for an unprocessed GaN quantum dot emitting at the same wavelength.

Free Research Field

quantum materials　量子マテリアル

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

量子ドット単一光子源は、量子コンピューターや量子鍵配送、真乱数生成という技術の基本素子として有望であるが、発光の取り出し効率は低いという問題がある。本研究では、Photonic Bullseye構造を作成することによって、窒化ガリウム半導体でできた量子ドットからの光子取り出し効率を上昇させることに成功した。窒化ガリウム量子ドットは、高温動作も可能・幅広い波長帯で発光が可能であるため、将来の量子技術の発展には注目されている。将来のデバイスを実現するため、取り出し効率の高いものが必要となる。