We demonstrate cryogenic, electrically injected, waveguide-coupled Si light-emitting diodes (LEDs) operating at 1.22 μm. The active region of the LED consists of W centers implanted in the intrinsic region of a p-i-n diode. The LEDs are integrated on waveguides with superconducting nanowire single-photon detectors (SNSPDs). We demonstrate the scalability of this platform with an LED coupled to eleven SNSPDs in a single integrated photonic device.

1.
Z.
Zhou
,
B.
Yin
, and
J.
Michel
,
Light: Sci. Appl.
4
,
e358
(
2015
).
2.
D.
Liang
and
J. E.
Bowers
,
Nat. Photonics
4
,
511
(
2010
).
3.
M. A.
Manheimer
,
IEEE Trans. Appl. Supercond.
25
,
1
(
2015
).
4.
J. M.
Shainline
,
S. M.
Buckley
,
R. P.
Mirin
, and
S. W.
Nam
,
Phys. Rev. Appl.
7
,
034013
(
2017
).
5.
G.
Davies
,
Phys. Rep.
176
,
83
(
1989
).
6.
J.
Shainline
and
J.
Xu
,
Laser Photonics Rev.
1
,
334
(
2007
).
7.
P. L.
Bradfield
,
T. G.
Brown
, and
D. G.
Hall
,
Appl. Phys. Lett.
55
,
100
(
1989
).
8.
S.
Libertino
,
S.
Coffa
, and
M.
Saggio
,
Mater. Sci. Semicond. Process.
3
,
375
(
2000
).
9.
E.
Rotem
,
J. M.
Shainline
, and
J. M.
Xu
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
051127
(
2007
).
10.
J.
Bao
,
M.
Tabbal
,
T.
Kim
,
S.
Charnvanichborikarn
,
J. S.
Williams
,
M. J.
Aziz
, and
F.
Capasso
,
Opt. Express
15
,
6727
(
2007
).
11.
M. A.
Lourenço
and
K. P.
Homewood
,
Semicond. Sci. Technol.
23
,
064005
(
2008
).
12.
R.
Lo Savio
,
S. L.
Portalupi
,
D.
Gerace
,
A.
Shakoor
,
T. F.
Krauss
,
L.
O'Faolain
,
L. C.
Andreani
, and
M.
Galli
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
201106
(
2011
).
13.
H.
Sumikura
,
E.
Kuramochi
,
H.
Taniyama
, and
M.
Notomi
,
Sci. Rep.
4
,
5040
(
2014
).
14.
Y.
Yang
,
J.
Bao
,
C.
Wang
, and
M. J.
Aziz
,
J. Appl. Phys.
107
,
123109
(
2010
).
15.
H. T.
Nguyen
,
F. E.
Rougieux
,
B.
Mitchell
, and
D.
Macdonald
,
J. Appl. Phys.
115
,
043710
(
2014
).
16.
A.
Carvalho
,
R.
Jones
,
J.
Coutinho
, and
P. R.
Briddon
,
Phys. Rev. B
72
,
155208
(
2005
).
17.
I.
Santos
,
M.
Aboy
,
P.
López
,
L. A.
Marqués
, and
L.
Pelaz
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
49
,
075109
(
2016
).
18.
G.
Davies
,
E. C.
Lightowlers
, and
Z. E.
Ciechanowska
,
J. Phys. C: Solid State Phys.
20
,
191
(
1987
).
19.
F.
Marsili
,
V. B.
Verma
,
J. A.
Stern
,
S.
Harrington
,
A. E.
Lita
,
T.
Gerrits
,
I.
Vayshenker
,
B.
Baek
,
M. D.
Shaw
,
R. P.
Mirin
, and
S. W.
Nam
,
Nat. Photonics
7
,
210
(
2013
).
20.
J. M.
Shainline
,
S. M.
Buckley
,
N.
Nader
,
C. M.
Gentry
,
K. C.
Cossel
,
J. W.
Cleary
,
M.
Popović
,
N. R.
Newbury
,
S. W.
Nam
, and
R. P.
Mirin
,
Opt. Express
25
,
10322
(
2017
).
21.
B.
Baek
,
A. E.
Lita
,
V.
Verma
, and
S. W.
Nam
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
251105
(
2011
).
22.
S.
Pathak
,
P.
Dumon
,
D.
Van Thourhout
, and
W.
Bogaerts
,
IEEE Photonics J.
6
,
1
(
2014
).
23.
C.
Schuck
,
X.
Guo
,
L.
Fan
,
X.
Ma
,
M.
Poot
, and
H. X.
Tang
,
Nature Commun.
7
,
10352
(
2016
).
24.
T.
Lund-Hansen
,
S.
Stobbe
,
B.
Julsgaard
,
H.
Thyrrestrup
,
T.
Sünner
,
M.
Kamp
,
A.
Forchel
, and
P.
Lodahl
,
Phys. Rev. Lett.
101
,
113903
(
2008
).
25.
L.
Chen
,
D.
Schwarzer
,
V. B.
Verma
,
M. J.
Stevens
,
F.
Marsili
,
R. P.
Mirin
,
S. W.
Nam
, and
A. M.
Wodtke
,
Acc. Chem. Res.
50
(
6
),
1400
(
2017
).
26.
K. J.
Morse
,
R. J. S.
Abraham
,
H.
Riemann
,
N. V.
Abrosimov
,
P.
Becker
,
H.-J.
Pohl
,
M. L. W.
Thewalt
, and
S.
Simmons
,
Science Advances
3
(
7
),
e1700930
(
2017
).
27.
S.
Khasminskaya
,
F.
Pyatkov
,
K.
Słowik
,
S.
Ferrari
,
O.
Kahl
,
V.
Kovalyuk
,
P.
Rath
,
A.
Vetter
,
F.
Hennrich
,
M. M.
Kappes
,
G.
Gol'tsman
,
A.
Korneev
,
C.
Rockstuhl
,
R.
Krupke
, and
W. H. P.
Pernice
,
Nat. Photonics
10
,
727
(
2016
).
28.
C. M.
Gentry
,
J. M.
Shainline
,
M. T.
Wade
,
M. J.
Stevens
,
S. D.
Dyer
,
X.
Zeng
,
F.
Pavanello
,
T.
Gerrits
,
S. W.
Nam
,
R. P.
Mirin
, and
M. A.
Popović
,
Optica
2
,
1065
(
2015
).
29.
S. G.
Cloutier
,
P. A.
Kossyrev
, and
J.
Xu
,
Nat. Mater.
4
,
887
(
2005
).
30.
P.
Dong
,
W.
Qian
,
S.
Liao
,
H.
Liang
,
C.-C.
Kung
,
N.-N.
Feng
,
R.
Shafiiha
,
J.
Fong
,
D.
Feng
,
A. V.
Krishnamoorthy
, and
M.
Asghari
,
Opt. Express
18
,
14474
(
2010
).
31.
R. E.
Harding
,
G.
Davies
,
S.
Hayama
,
P. G.
Coleman
,
C. P.
Burrows
, and
J.
Wong-Leung
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
181917
(
2006
).
32.
M. A.
Green
,
J.
Zhao
,
A.
Wang
,
P. J.
Reece
, and
M.
Gal
,
Nature
412
,
805
(
2001
).
33.
S.
Charnvanichborikarn
,
B. J.
Villis
,
B. C.
Johnson
,
J.
Wong-Leung
,
J. C.
McCallum
,
J. S.
Williams
, and
C.
Jagadish
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
051906
(
2010
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.