Dissertation
InP - based quantum dots for telecom wavelengths ranges
Abstract
Long-distance quantum communication applications require sources of single photons, emitting at telecom wavelengths (around 1550 nm) with minimum attenu-ation losses of silica fiber.
Semiconductor self-assembled InAs/InP-based quantum dots (QDs) are possible candidates to
reach this spectral region. One of the challenges on the way is a QD asymmetry, which limits the fidelity of entangled photons. Therefore, morphological and optical properties of QDs should be improved in order to achieve the necessary quality and intensity level of emitted photons.
In this dissertation QDs are grown in the ultra-high vacuum by using the solid-source molecular beam epitaxy. QDs are systematically characterized with low-temperature microphotoluminescence and other techniques. Different growth parameters and sample structures are optimized in order to achieve high-quality and low QDs density combined with the emission at telecom wavelength. Distributed Bragg reflectors and photonic crystal micro-cavities
are also grown and fabricated in order to enhance QD emission. All necessary technical details
and fundamental growth processes are included and discussed. Achieved state of the art
results are a promising indication of InAs/InP QDs being used as an on-demand source of
polarization-entangled photons.
This PhD thesis is organized as follows: Chapter 1 contains brief introduction and motivation
of the current work. Chapter 2 provides the necessary theoretical background. Chapter 3
is a description of experimental methods. In Chapter 4 experimental approach and results of
the epitaxial growth process are described. Chapter 5 contains results of QDs integration with
a distributed Bragg reflector, including statistical micro-photoluminescence measurements of
self-assembled QDs. Growth, fabrication and characterization of photonic crystal microcavity
structures with embedded single QDs are presented in Chapter 6. Finally, Chapter 7 summarizes
the work.
Semiconductor self-assembled InAs/InP-based quantum dots (QDs) are possible candidates to
reach this spectral region. One of the challenges on the way is a QD asymmetry, which limits the fidelity of entangled photons. Therefore, morphological and optical properties of QDs should be improved in order to achieve the necessary quality and intensity level of emitted photons.
In this dissertation QDs are grown in the ultra-high vacuum by using the solid-source molecular beam epitaxy. QDs are systematically characterized with low-temperature microphotoluminescence and other techniques. Different growth parameters and sample structures are optimized in order to achieve high-quality and low QDs density combined with the emission at telecom wavelength. Distributed Bragg reflectors and photonic crystal micro-cavities
are also grown and fabricated in order to enhance QD emission. All necessary technical details
and fundamental growth processes are included and discussed. Achieved state of the art
results are a promising indication of InAs/InP QDs being used as an on-demand source of
polarization-entangled photons.
This PhD thesis is organized as follows: Chapter 1 contains brief introduction and motivation
of the current work. Chapter 2 provides the necessary theoretical background. Chapter 3
is a description of experimental methods. In Chapter 4 experimental approach and results of
the epitaxial growth process are described. Chapter 5 contains results of QDs integration with
a distributed Bragg reflector, including statistical micro-photoluminescence measurements of
self-assembled QDs. Growth, fabrication and characterization of photonic crystal microcavity
structures with embedded single QDs are presented in Chapter 6. Finally, Chapter 7 summarizes
the work.
Langstrecken Quantenkommunikationsanwendungen erfordern Einzelphotonen-Quellen, die
bei Telekom-Wellenlängen (1550 nm) mit minimaler Dämpfung von Glasfasern emittiert werden.
Selbstorganisierte Halbleiter-InAs/InP-basierte Quantenpunkten (QP) sind mögliche Kandidaten,
um diesen spektralen Bereich zu erreichen. Eine der Herausforderungen auf dem Weg
ist eine QP-Asymmetrie, die die Messgenauigkeit von verstrickten Photonen begrenzt. Daher
sollten die morphologischen und optischen Eigenschaften von QP verbessert werden, um die
erforderliche Qualität und Intensität der emittierten Photonen zu erreichen.
In dieser Dissertation werden QP unter Ultrahochvakuum mithilfe von Molekularstrahlepitaxie
angewachsen. QP werden systematisch mit Niedertemperatur-Mikro- Photolumineszenz
und anderen Techniken charakterisiert. Verschiedene Wachstumsparameter und Probenstrukturen
werden optimiert, um eine hohe Qualität und niedrige QP-Dichte in Kombination mit
der Emission bei Telecom-Wellenlänge zu erreichen. Verteilte Bragg-Reflektoren und photonische
Kristall-Mikrokavitäten werden ebenfalls angewachsen und hergestellt, um die QPEmission
zu erhöhen. Alle notwendigen technischen Details und grundlegenden Wachstumsprozesse
werden einbezogen und diskutiert. Die aktuellen Forschungsergebnisse geben den
vielversprechenden Hinweis, dass InAs/InP QP als on-demand-Quelle für polarisationsverstrickte
Photonen dienen können.
Diese Doktorarbeit ist wie folgt aufgebaut: Kapitel 1 enthält eine kurze Einführung und
Motivation der aktuellen Arbeit. Kapitel 2 liefert den notwendigen theoretischen Hintergrund.
Kapitel 3 ist eine Beschreibung experimenteller Methoden. In Kapitel 4 werden experimentelle
Ansätze und Ergebnisse des Epitaxien-Wachstumsprozesses beschrieben. Kapitel 5
enthält Ergebnisse der QP-Integration mit verteilten Bragg-Reflektoren, einschließlich statistischer
Mikrophotolumineszenzmessungen selbstorganisierender QP. Wachstum, Herstellung
und Charakterisierung photonischer Mikrokavitäts-Strukturen mit eingebetteten Einzel-QP
sind in Kapitel 6 dargestellt. Schließlich fasst Kapitel 7 die Arbeit zusammen.
bei Telekom-Wellenlängen (1550 nm) mit minimaler Dämpfung von Glasfasern emittiert werden.
Selbstorganisierte Halbleiter-InAs/InP-basierte Quantenpunkten (QP) sind mögliche Kandidaten,
um diesen spektralen Bereich zu erreichen. Eine der Herausforderungen auf dem Weg
ist eine QP-Asymmetrie, die die Messgenauigkeit von verstrickten Photonen begrenzt. Daher
sollten die morphologischen und optischen Eigenschaften von QP verbessert werden, um die
erforderliche Qualität und Intensität der emittierten Photonen zu erreichen.
In dieser Dissertation werden QP unter Ultrahochvakuum mithilfe von Molekularstrahlepitaxie
angewachsen. QP werden systematisch mit Niedertemperatur-Mikro- Photolumineszenz
und anderen Techniken charakterisiert. Verschiedene Wachstumsparameter und Probenstrukturen
werden optimiert, um eine hohe Qualität und niedrige QP-Dichte in Kombination mit
der Emission bei Telecom-Wellenlänge zu erreichen. Verteilte Bragg-Reflektoren und photonische
Kristall-Mikrokavitäten werden ebenfalls angewachsen und hergestellt, um die QPEmission
zu erhöhen. Alle notwendigen technischen Details und grundlegenden Wachstumsprozesse
werden einbezogen und diskutiert. Die aktuellen Forschungsergebnisse geben den
vielversprechenden Hinweis, dass InAs/InP QP als on-demand-Quelle für polarisationsverstrickte
Photonen dienen können.
Diese Doktorarbeit ist wie folgt aufgebaut: Kapitel 1 enthält eine kurze Einführung und
Motivation der aktuellen Arbeit. Kapitel 2 liefert den notwendigen theoretischen Hintergrund.
Kapitel 3 ist eine Beschreibung experimenteller Methoden. In Kapitel 4 werden experimentelle
Ansätze und Ergebnisse des Epitaxien-Wachstumsprozesses beschrieben. Kapitel 5
enthält Ergebnisse der QP-Integration mit verteilten Bragg-Reflektoren, einschließlich statistischer
Mikrophotolumineszenzmessungen selbstorganisierender QP. Wachstum, Herstellung
und Charakterisierung photonischer Mikrokavitäts-Strukturen mit eingebetteten Einzel-QP
sind in Kapitel 6 dargestellt. Schließlich fasst Kapitel 7 die Arbeit zusammen.
Sponsorship
BMBF Project "Quantum Repeater Platform on Semiconductor Basis“ (Q.com-H)Citation
@phdthesis{doi:10.17170/kobra-202009071744,
author={Kors, Andrei},
title={InP - based quantum dots for telecom wavelengths ranges},
school={Kassel, Universität Kassel, Fachbereich Mathematik und Naturwissenschaften, Institut für Physik},
month={12},
year={2019}
}
0500 Oax
0501 Text $btxt$2rdacontent
0502 Computermedien $bc$2rdacarrier
1100 2019$n2019
1500 1/eng
2050 ##0##http://hdl.handle.net/123456789/11787
3000 Kors, Andrei
4000 InP - based quantum dots for telecom wavelengths ranges / Kors, Andrei
4030
4060 Online-Ressource
4085 ##0##=u http://nbn-resolving.de/http://hdl.handle.net/123456789/11787=x R
4204 \$dDissertation
4170
5550 {{Epitaxie}}
5550 {{Quantenpunkt}}
5550 {{Einzelphotonenemission}}
5550 {{Wellenlänge}}
5550 {{Telekommunikation}}
7136 ##0##http://hdl.handle.net/123456789/11787
<resource xsi:schemaLocation="http://datacite.org/schema/kernel-2.2 http://schema.datacite.org/meta/kernel-2.2/metadata.xsd"> 2020-09-08T10:33:50Z 2020-09-08T10:33:50Z 2019-12 doi:10.17170/kobra-202009071744 http://hdl.handle.net/123456789/11787 BMBF Project "Quantum Repeater Platform on Semiconductor Basis“ (Q.com-H) eng Urheberrechtlich geschützt https://rightsstatements.org/page/InC/1.0/ Epitaxy Quantum Dots 500 530 InP - based quantum dots for telecom wavelengths ranges Dissertation Long-distance quantum communication applications require sources of single photons, emitting at telecom wavelengths (around 1550 nm) with minimum attenu-ation losses of silica fiber. Semiconductor self-assembled InAs/InP-based quantum dots (QDs) are possible candidates to reach this spectral region. One of the challenges on the way is a QD asymmetry, which limits the fidelity of entangled photons. Therefore, morphological and optical properties of QDs should be improved in order to achieve the necessary quality and intensity level of emitted photons. In this dissertation QDs are grown in the ultra-high vacuum by using the solid-source molecular beam epitaxy. QDs are systematically characterized with low-temperature microphotoluminescence and other techniques. Different growth parameters and sample structures are optimized in order to achieve high-quality and low QDs density combined with the emission at telecom wavelength. Distributed Bragg reflectors and photonic crystal micro-cavities are also grown and fabricated in order to enhance QD emission. All necessary technical details and fundamental growth processes are included and discussed. Achieved state of the art results are a promising indication of InAs/InP QDs being used as an on-demand source of polarization-entangled photons. This PhD thesis is organized as follows: Chapter 1 contains brief introduction and motivation of the current work. Chapter 2 provides the necessary theoretical background. Chapter 3 is a description of experimental methods. In Chapter 4 experimental approach and results of the epitaxial growth process are described. Chapter 5 contains results of QDs integration with a distributed Bragg reflector, including statistical micro-photoluminescence measurements of self-assembled QDs. Growth, fabrication and characterization of photonic crystal microcavity structures with embedded single QDs are presented in Chapter 6. Finally, Chapter 7 summarizes the work. Langstrecken Quantenkommunikationsanwendungen erfordern Einzelphotonen-Quellen, die bei Telekom-Wellenlängen (1550 nm) mit minimaler Dämpfung von Glasfasern emittiert werden. Selbstorganisierte Halbleiter-InAs/InP-basierte Quantenpunkten (QP) sind mögliche Kandidaten, um diesen spektralen Bereich zu erreichen. Eine der Herausforderungen auf dem Weg ist eine QP-Asymmetrie, die die Messgenauigkeit von verstrickten Photonen begrenzt. Daher sollten die morphologischen und optischen Eigenschaften von QP verbessert werden, um die erforderliche Qualität und Intensität der emittierten Photonen zu erreichen. In dieser Dissertation werden QP unter Ultrahochvakuum mithilfe von Molekularstrahlepitaxie angewachsen. QP werden systematisch mit Niedertemperatur-Mikro- Photolumineszenz und anderen Techniken charakterisiert. Verschiedene Wachstumsparameter und Probenstrukturen werden optimiert, um eine hohe Qualität und niedrige QP-Dichte in Kombination mit der Emission bei Telecom-Wellenlänge zu erreichen. Verteilte Bragg-Reflektoren und photonische Kristall-Mikrokavitäten werden ebenfalls angewachsen und hergestellt, um die QPEmission zu erhöhen. Alle notwendigen technischen Details und grundlegenden Wachstumsprozesse werden einbezogen und diskutiert. Die aktuellen Forschungsergebnisse geben den vielversprechenden Hinweis, dass InAs/InP QP als on-demand-Quelle für polarisationsverstrickte Photonen dienen können. Diese Doktorarbeit ist wie folgt aufgebaut: Kapitel 1 enthält eine kurze Einführung und Motivation der aktuellen Arbeit. Kapitel 2 liefert den notwendigen theoretischen Hintergrund. Kapitel 3 ist eine Beschreibung experimenteller Methoden. In Kapitel 4 werden experimentelle Ansätze und Ergebnisse des Epitaxien-Wachstumsprozesses beschrieben. Kapitel 5 enthält Ergebnisse der QP-Integration mit verteilten Bragg-Reflektoren, einschließlich statistischer Mikrophotolumineszenzmessungen selbstorganisierender QP. Wachstum, Herstellung und Charakterisierung photonischer Mikrokavitäts-Strukturen mit eingebetteten Einzel-QP sind in Kapitel 6 dargestellt. Schließlich fasst Kapitel 7 die Arbeit zusammen. open access Kors, Andrei 2020-06-04 Kassel, Universität Kassel, Fachbereich Mathematik und Naturwissenschaften, Institut für Physik Benyoucef, Mohamed (Dr.) Singer, Kilian Talo Theodor (Prof. Dr.) Epitaxie Quantenpunkt Einzelphotonenemission Wellenlänge Telekommunikation publishedVersion false </resource>
The following license files are associated with this item:
:Urheberrechtlich geschützt