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Efficient Single Photon Emission From III-Nitride Quantum Dots

研究課題

研究課題/領域番号 19K15039
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
研究機関東京大学

研究代表者

Holmes Mark  東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (90760570)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2020年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2019年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
キーワード量子ドット / 半導体 / Single Photon Emission / III-Nitrides / Quantum Dots / Nanophotonics / III-nitride / quantum dot / single photon emitters / semiconductors
研究開始時の研究の概要

This research project involves an investigation into a method to enhance the photon extraction rate from single quantum dots made from III-nitride semiconductors. These single photon emitters may be used in future quantum information processing applications, and hence are of great importance. Enhancement of the photon emission rate will be achieved by fabricating a structure to help direct photons into a selected region of space.

研究成果の概要

短波長(300nm付近)で発光する窒化ガリウム量子ドットに適用するphotonic Bullseye構造のデザイン、作成、及び光学評価を行なった。実際に作成したbullseye構造を用いて、窒化ガリウム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するができた。ベストデータでは、実験的に5%以上の取り出し効率(レート=4.36MHz)を実現することができた(対物レンズの開口数=0.4の場合)。無加工量子ドット(同じ波長で発光するもの)の理論的な最大光子取り出し効率値と比較すると、四倍程度の取り出し効率を実現することができたこと言える。

研究成果の学術的意義や社会的意義

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。

報告書

(3件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Enhanced Single-Photon Emission from GaN Quantum Dots in Bullseye Structures2021

    • 著者名/発表者名
      Xia Sijia、Aoki Tomoyuki、Gao Kang、Arita Munetaka、Arakawa Yasuhiko、Holmes Mark J.
    • 雑誌名

      ACS Photonics

      巻: 000 号: 6 ページ: 000-000

    • DOI

      10.1021/acsphotonics.1c00032

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Single-photon emission from isolated monolayer islands of InGaN2020

    • 著者名/発表者名
      Sun Xiaoxiao、Wang Ping、Wang Tao、Chen Ling、Chen Zhaoying、Gao Kang、Aoki Tomoyuki、Li Mo、Zhang Jian、Schulz Tobias、Albrecht Martin、Ge Weikun、Arakawa Yasuhiko、Shen Bo、Holmes Mark、Wang Xinqiang
    • 雑誌名

      Light: Science & Applications

      巻: 9 号: 1 ページ: 1-7

    • DOI

      10.1038/s41377-020-00393-6

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Improving the single photon emission properties of III-nitride quantum dots2021

    • 著者名/発表者名
      Mark. J. Holmes, Sijia Xia, Tomoyuki Aoki, Kang Gao, Munetaka Arita, Yasuhiko Arakawa
    • 学会等名
      Internation Conference on Nano-photonics and Nano-optoelectronics 2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] GaN/AlN 量子ドット・ブルズアイ紫外単一光子源の光学特性2021

    • 著者名/発表者名
      S-J. Xia, T. Aoki, K. Gao, M. Arita, Y. Arakawa, and M. J. Holmes
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] GaN 量子ドット・ブルズアイ構造における単一光子放出の増強効果2020

    • 著者名/発表者名
      S-J. Xia, T. Aoki, K. Gao, M. Arita, Y. Arakawa, and M. Holmes
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] トップダウン法で作製された位置制御 GaN 量子ディスクの光学特性2020

    • 著者名/発表者名
      S-J. Xia, M. Arita, Y. Arakawa
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] GaN 量子ドット Bullseye 構造の光子高取り出し効率化の検討2020

    • 著者名/発表者名
      青木伴晋, 高亢, 有田宗貴, 荒川泰彦, ホームズマーク
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 窒化ガリウム量子ドットからの光子の高取り出し効率構造の作製2019

    • 著者名/発表者名
      青木伴晋, 高亢, 有田宗貴, 荒川泰彦, ホームズマーク
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Realizing High Quality Single Photon Emission from III-Nitride Quantum Dots2019

    • 著者名/発表者名
      M. Holmes , K. Gao , M. Arita , and Y. Arakawa
    • 学会等名
      7th International Workshop on Epitaxial Growth and Fundamental Properties of Semiconductor Nanostructures
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2022-01-27  

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