We demonstrate the emission and routing of single photons along a semiconductor chip originating from carrier recombination in an actively positioned InAs quantum dot. Device–scale arrays of quantum dots are formed by a two–step regrowth process. We precisely locate the propagating region of a unidirectional photonic crystal waveguide with respect to the quantum dot nucleation site. Under pulsed optical excitation, the multiphoton emission probability from the waveguide's exit is 12% ± 5% before any background correction. Our results are a major step towards the deterministic integration of a quantum emitter with the waveguiding components of photonic quantum circuits.

1.
E.
Knill
,
R.
Laflamme
, and
G. J.
Milburn
,
Nature
409
,
46
52
(
2001
).
2.
J. L.
O'Brien
,
G. J.
Pryde
,
A. G.
White
,
T. C.
Ralph
, and
D.
Branning
,
Nature
426
,
264
267
(
2003
).
3.
W.-B.
Gao
,
A. M.
Goebel
,
C.-Y.
Lu
,
H.-N.
Dai
,
C.
Wagenknecht
,
Q.
Zhang
,
B.
Zhao
,
C.-Z.
Peng
,
Z.-B.
Chen
,
Y.-A.
Chen
, and
J.-W.
Pan
.
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
107
,
20869
20874
(
2010
).
4.
A.
Politi
,
M. J.
Cryan
,
J. G.
Rarity
,
S.
Yu
, and
J. L.
O'Brien
,
Science
320
,
646
649
(
2008
).
5.
M. A.
Pooley
,
D. J. P.
Ellis
,
R. B.
Patel
,
A. J.
Bennett
,
K. H. A.
Chan
,
I.
Farrer
,
D. A.
Ritchie
, and
A. J.
Shields
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
211103
(
2012
).
6.
A. J.
Shields
,
Nat. Photonics
1
,
215
223
(
2007
).
7.
P.
Michler
,
A.
Kiraz
,
C.
Becher
,
W. V.
Schoenfeld
,
P. M.
Petroff
,
L.
Zhang
,
E.
Hu
, and
A.
Imamoglu
,
Science
290
,
2282
2285
(
2000
).
8.
S.
Strauf
,
N. G.
Stoltz
,
M. T.
Rakher
,
L. A.
Coldren
,
P. M.
Petroff
, and
D.
Bouwmeester
,
Nat. Photonics
1
,
704
708
(
2007
).
9.
M.
Pelton
,
C.
Santori
,
J.
Vučković
,
B.
Zhang
,
G. S.
Solomon
,
J.
Plant
, and
Y.
Yamamoto
,
Phys. Rev. Lett.
89
,
233602
(
2002
).
10.
Z.
Yuan
,
B. E.
Kardynal
,
R. M.
Stevenson
,
A. J.
Shields
,
C. J.
Lobo
,
K.
Cooper
,
N. S.
Beattie
,
D. A.
Ritchie
, and
M.
Pepper
,
Science
295
,
102
105
(
2002
).
11.
W.-H.
Chang
,
W.-Y.
Chen
,
H.-S.
Chang
,
T.-P.
Hsieh
,
J.-L.
Chyi
, and
T.-M.
Hsu
,
Phys. Rev. Lett.
96
,
117401
(
2006
).
12.
D.
Englund
,
D.
Fattal
,
E.
Waks
,
G. S.
Solomon
,
B.
Zhang
,
T.
Nakaoka
,
Y.
Arakawa
,
Y.
Yamamoto
, and
J.
Vuč;ković
,
Phys. Rev. Lett.
95
,
013904
(
2005
).
13.
A.
Badolato
,
K.
Hennessy
,
M.
Atatüre
,
J.
Dreiser
,
E. L.
Hu
,
P. M.
Petroff
, and
A.
Imamoğlu
,
Science
308
,
1158
1161
(
2005
).
14.
L. O.
Mereni
,
V.
Dimastrodonato
,
R. J.
Young
, and
E.
Pelucchi
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
223121
(
2009
).
15.
D.
Dalacu
,
K.
Mnaymneh
,
V.
Sazonova
,
P. J.
Poole
,
G. C.
Aers
,
J.
Lapointe
,
R.
Cheriton
,
A. J.
SpringThorpe
, and
R.
Williams
,
Phys. Rev. B
82
,
033301
(
2010
).
16.
P.
Atkinson
,
M. B.
Ward
,
S. P.
Bremner
,
D.
Anderson
,
T.
Farrow
,
G. A. C.
Jones
,
A. J.
Shields
, and
D. A.
Ritchie
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part I
45
,
2519
2521
(
2006
).
17.
T. J.
Pfau
,
A.
Gushterov
,
J. P.
Reithmaier
,
I.
Cestier
,
G.
Eisenstein
,
E.
Linder
, and
D.
Gershoni
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
243106
(
2009
).
18.
K. D.
Jöns
,
P.
Atkinson
,
M.
Müller
,
M.
Heldmaier
,
S. M.
Ulrich
,
O. G.
Schmidt
, and
P.
Michler
,
Nano Lett.
13
,
126
130
(
2013
).
19.
J.
Skiba-Szymanska
,
A.
Jamil
,
I.
Farrer
,
M. B.
Ward
,
C. A.
Nicoll
,
D. J. P.
Ellis
,
J. P.
Griffiths
,
D.
Anderson
,
G. A. C.
Jones
,
D. A.
Ritchie
, and
A. J.
Shields
,
Nanotechnology
22
,
065302
(
2011
).
20.
V. B.
Verma
,
M. J.
Stevens
,
K. L.
Silverman
,
N. L.
Dias
,
A.
Garg
,
J. J.
Coleman
, and
R. P.
Mirin
,
Opt. Express
19
,
4182
4187
(
2011
).
21.
S.
Kalliakos
,
C. P.
García
,
V.
Pellegrini
,
M.
Zamfirescu
,
L.
Cavigli
,
M.
Gurioli
,
A.
Vinattieri
,
A.
Pinczuk
,
B. S.
Dennis
,
L. N.
Pfeiffer
, and
K. W.
West
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
181902
(
2007
).
22.
S.
Kiravittaya
,
M.
Benyoucef
,
R.
Zapf-Gottwick
,
A.
Rastelli
, and
O. G.
Schmidt
,
App. Phys. Lett.
89
,
233102
(
2006
).
23.
W.
Unrau
,
D.
Quandt
,
J.-H.
Schulze
,
T.
Heindel
,
T. D.
Germann
,
O.
Hitzemann
,
A.
Strittmatter
,
S.
Reitzenstein
,
U. W.
Pohl
, and
D.
Bimberg
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
211119
(
2012
).
24.
C.
Schneider
,
T.
Heindel
,
A.
Huggenberger
,
T. A.
Niederstrasser
,
S.
Reitzenstein
,
A.
Forchel
,
S.
Höfling
, and
M.
Kamp
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
091108
(
2012
).
25.
V. S. C.
Manga Rao
and
S.
Hughes
,
Phys. Rev. Lett.
99
,
193901
(
2007
).
26.
A.
Schwagmann
,
S.
Kalliakos
,
I.
Farrer
,
J. P.
Griffiths
,
G. A. C.
Jones
,
D. A.
Ritchie
, and
A. J.
Shields
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
261108
(
2011
).
27.
T.
Lund-Hansen
,
S.
Stobbe
,
B.
Julsgaard
,
H.
Thyrrestrup
,
T.
Sünner
,
M.
Kamp
,
A.
Forchel
, and
P.
Lodahl
,
Phys. Rev. Lett.
101
,
113903
(
2008
).
28.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4868428 for the estimation of alignment accuracy and a schematic illustration of the experimental setup.
29.
A.
Schwagmann
,
S.
Kalliakos
,
D. J. P.
Ellis
,
I.
Farrer
,
J. P.
Griffiths
,
G. A. C.
Jones
,
D. A.
Ritchie
, and
A. J.
Shields
,
Opt. Express
20
,
28614
28624
(
2012
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.