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.
REFERENCES
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
).© 2014 AIP Publishing LLC.
2014
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.