Self-organized Quantum Dots for Single Photon Sources

Die effiziente Erzeugung von einzelnen Photonen oder verschränkten Photonenpaaren ist der Schlüssel für neuartige Quantenkryptografie und Quantencomputer. Einzelne Halbleiter Quantenpunkte (QPe) mit ihren einzigartigen elektronischen Eigenschaften, haben bereits bewiesen, dass sie solche Photonen durch elektrische Pulse erzeugen können. In der vorliegenden Arbeit werden selbstorganisierte InGaAs/GaAs Quantenpunkte sowohl auf der fundamentalen Ebene als auch in fertigen Bauelementen auf ihre Eignung als Einzelphotonenquelle untersucht. Für diese Charakterisierung wird ein Mikro-Photolumineszenz und -Elektrolumineszenz Aufbau benutzt, der die notwendige Orts- und Spektralauflösung besitzt. Drei verschiedene Bauelemente werden untersucht, wobei jedes einen bedeutenden Schritt in der Entwicklung zu einer hocheffizienten und sehr schnellen Einzelphotonenquelle darstellt. Im ersten Bauteil, das nur aus einer pin-Struktur besteht, kann ein einzelner QP elektrisch gepumpt werden, indem eine Spannung deutlich unterhalb der Flachband-Spannung angelegt wird. Gleichzeitiges resonantes Tunneln von Elektronen und Löcher in den QP kann mit optischen Methoden nachgewiesen werden. Um die maximale Pumprate zu erhöhen, wird im zweiten Bauelement der Strompfad durch eine AlOx Apertur auf einen einzelnen QP eingeschränkt. Dieses Bauelement repräsentiert den absoluten Grenzfall einer Leuchtdiode und zeigt ein extrem reines Spektrum mit eindeutiger Einzelphotonencharakteristik. Durch die Realisierung einer resonanten Kavitäts Leuchtdiode kann die Auskoppeleffizienz und die maximale Wiederholungsrate verbessert werden. Dieses Bauelement zeigt perfekte Einzelphotonenemission bei einer Rekord-Wiederholungsrate von bis zu 1GHz sowie einer um den Faktor 20 verbesserten Auskoppeleffizienz. Die optische Reaktion dieses Bauteils ist zu schnell für herkömmliche Lawinenfotodioden und es werden daher neuentwickelte supraleitende Detektoren verwendet. Die Elektron-Phonon Wechselwirkung beeinflusst sowohl die spektrale Linienform, die Dephasierung als auch die Kohärenzlänge des emittierten Photons und damit die entscheidendsten Parameter einer nichtklassischen Lichtquelle. In dieser Arbeit wird um ersten Mal die Wechselwirkung von Exzitonen mit akustischen und optischen Phononen in einem einzelnen In- GaAs QP im Detail analysiert. Durch Vergleich mit theoretischen Modellen wird ein Verständnis für die Linienform und die entscheidenden Phononenmoden erzielt. Die Feinstrukturauspaltung (FSA) ist bedeutend für die Erzeugung von verschränkten Photonenpaaren. Ein neuer Ansatz die FSA zu reduzieren wird untersucht. Die ersten spektroskopischen Untersuchungen an einzelnen QP gewachsen auf (111) GaAs werden gezeigt und eine deutliche Verringerung der FSA präsentiert.

Author dc:creator

• Stock, Erik

Advisor dc:contributor.advisor

• Bimberg, Dieter

Licence dc:rights.uri

• http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/

Language dc:language.iso

en, English

Identifier URI

urn:nbn:de:kobv:83-opus-29457
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2721

OAI identifier oai:identifier

oai:depositonce.tu-berlin.de:11303/3018