We report the realization of single photon emission from an InGaN quantum dot in a GaN inverted truncated-pyramid structure: a single photon horn. The structural parameters of the quantum dots, especially the quantum confinement in the (0001) direction, are well controlled by optimizing the planar single InGaN quantum well to be of ∼2 monolayers. Based on conventional nanoimprint pillars combining with a simple regrowth process, the single photon horn structure is realized with an efficient photon emission of 8 × 105 photons/s while still maintaining a g(2)(0) < 0.5 even at an extremely low excitation power of 35 nW (4.5 W cm−2).
References
1.
I.
Aharonovich
, D.
Englund
, and M.
Toth
, Nat. Photonics
10
, 631
(2016
).2.
E.
Knill
, R.
La
, and G. J.
Milburn
, Nature
409
, 46
(2001
).3.
Y.-J.
Lu
, J.
Kim
, H.-Y.
Chen
, C.
Wu
, N.
Dabidian
, C. E.
Sanders
, C.-Y.
Wang
, M.-Y.
Lu
, B.-H.
Li
, X.
Qiu
, W.-H.
Chang
, L.-J.
Chen
, G.
Shvets
, C.-K.
Shih
, and S.
Gwo
, Science
337
, 450
(2012
).4.
J. Y.
Hu
, B.
Yu
, M. Y.
Jing
, L. T.
Xiao
, S. T.
Jia
, G. Q.
Qin
, and G. L.
Long
, Light: Sci. Appl.
5
, e16144
(2016
).5.
M. J.
Holmes
, M.
Arita
, and Y.
Arakawa
, Semicond. Sci. Technol.
34
, 033001
(2019
).6.
G.
Schmidt
, C.
Berger
, P.
Veit
, S.
Metzner
, F.
Bertram
, J.
Bläsing
, A.
Dadgar
, A.
Strittmatter
, J.
Christen
, G.
Callsen
, S.
Kalinowski
, and A.
Hoffmann
, Appl. Phys. Lett.
106
, 252101
(2015
).7.
S.
Kako
, C.
Santori
, K.
Hoshino
, S.
Götzinger
, Y.
Yamamoto
, and Y.
Arakawa
, Nat. Mater.
5
, 887
(2006
).8.
Y.
Zhou
, Z.
Wang
, A.
Rasmita
, S.
Kim
, A.
Berhane
, Z.
Bodrog
, G.
Adamo
, A.
Gali
, I.
Aharonovich
, and W.-B.
Gao
, Sci. Adv.
4
, eaar3580
(2018
).9.
A. M.
Berhane
, K.-Y.
Jeong
, Z.
Bodrog
, S.
Fiedler
, T.
Schröder
, N. V.
Triviño
, T.
Palacios
, A.
Gali
, M.
Toth
, D.
Englund
, and I.
Aharonovich
, Adv. Mater.
29
, 1605092
(2017
).10.
M.
Arita
, F.
Le Roux
, M. J.
Holmes
, S.
Kako
, and Y.
Arakawa
, Nano Lett.
17
, 2902
(2017
).11.
M. J.
Holmes
, S.
Kako
, K.
Choi
, M.
Arita
, and Y.
Arakawa
, ACS Photonics
3
, 543
(2016
).12.
J.
Zhang
, Y.
Huo
, A.
Rastelli
, M.
Zopf
, B.
Hofer
, Y.
Chen
, F.
Ding
, and O. G.
Schmidt
, Nano Lett.
15
, 422
(2015
).13.
J.
Zhang
, E.
Zallo
, B.
Höfer
, Y.
Chen
, R.
Keil
, M.
Zopf
, S.
Böttner
, F.
Ding
, and O. G.
Schmidt
, Nano Lett.
17
, 501
(2017
).14.
J.
Hours
, S.
Varoutsis
, M.
Gallart
, J.
Bloch
, I.
Robert-Philip
, A.
Cavanna
, I.
Abram
, F.
Laruelle
, and J. M.
Gérard
, Appl. Phys. Lett.
82
, 2206
(2003
).15.
O.
Moriwaki
, T.
Someya
, K.
Tachibana
, S.
Ishida
, and Y.
Arakawa
, Appl. Phys. Lett.
76
, 2361
(2000
).16.
C.
Bayram
and M.
Razeghi
, Appl. Phys. A
96
, 403
(2009
).17.
S. C.
Davies
, D. J.
Mowbray
, F.
Ranalli
, P. J.
Parbrook
, Q.
Wang
, T.
Wang
, B. S.
Yea
, B. J.
Sherliker
, M. P.
Halsall
, R. J.
Kashtiban
, and U.
Bangert
, Appl. Phys. Lett.
95
, 101909
(2009
).18.
L.
Zhang
, C. H.
Teng
, T.
Hill
, B.
Demory
, H.
Deng
, and P. C.
Ku
, Appl. Phys. Lett.
103
, 192114
(2013
).19.
S.
Deshpande
, J.
Heo
, A.
Das
, and P.
Bhattacharya
, Nat. Commun.
4
, 1675
(2013
).20.
C. H.
Teng
, L.
Zhang
, T. A.
Hill
, B.
Demory
, H.
Deng
, and P. C.
Ku
, Appl. Phys. Lett.
107
, 191105
(2015
).21.
H. P.
Springbett
, K.
Gao
, J.
Jarman
, T.
Zhu
, M.
Holmes
, Y.
Arakawa
, and R. A.
Oliver
, Appl. Phys. Lett.
113
, 101107
(2018
).22.
J. H.
Cho
, Y. M.
Kim
, S. H.
Lim
, H. S.
Yeo
, S.
Kim
, S. H.
Gong
, and Y. H.
Cho
, ACS Photonics
5
, 439
(2018
).23.
S.-H.
Gong
, J.-H.
Kim
, Y.-H.
Ko
, C.
Rodriguez
, J.
Shin
, Y.-H.
Lee
, L. S.
Dang
, X.
Zhang
, and Y.-H.
Cho
, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
112
, 5280
(2015
).24.
K.
Takemoto
, M.
Takatsu
, S.
Hirose
, N.
Yokoyama
, Y.
Sakuma
, T.
Usuki
, T.
Miyazawa
, and Y.
Arakawa
, J. Appl. Phys.
101
, 081720
(2007
).25.
P.
Wang
, X.
Wang
, T.
Wang
, C. S.
Tan
, B.
Sheng
, X.
Sun
, M.
Li
, X.
Rong
, X.
Zheng
, Z.
Chen
, X.
Yang
, F.
Xu
, Z.
Qin
, J.
Zhang
, X.
Zhang
, and B.
Shen
, Adv. Funct. Mater.
27
, 1604854
(2017
).26.
X. J.
Chen
, G.
Perillat-Merceroz
, D.
Sam-Giao
, C.
Durand
, and J.
Eymery
, Appl. Phys. Lett.
97
, 151909
(2010
).27.
M.
Hetzl
, M.
Kraut
, J.
Winnerl
, L.
Francaviglia
, M.
Döblinger
, S.
Matich
, A.
Fontcuberta Morral
, and M.
Stutzmann
, Nano Lett.
16
, 7098
(2016
).28.
B. O.
Jung
, S. Y.
Bae
, Y.
Kato
, M.
Imura
, D. S.
Lee
, Y.
Honda
, and H.
Amano
, CrystEngComm
16
, 2273
(2014
).29.
P.
Frajtag
, N. A.
El-Masry
, N.
Nepal
, and S. M.
Bedair
, Appl. Phys. Lett.
98
, 143104
(2011
).30.
J. J.
Wierer
, Q.
Li
, D. D.
Koleske
, S. R.
Lee
, and G. T.
Wang
, Nanotechnology
23
, 194007
(2012
).31.
K. S.
Yee
, IEEE Trans. Antennas Propag.
14
, 302
–307
(1966
).32.
J.
Bleuse
, J.
Claudon
, M.
Creasey
, N. S.
Malik
, J. M.
Gérard
, I.
Maksymov
, J. P.
Hugonin
, and P.
Lalanne
, Phys. Rev. Lett.
106
, 103601
(2011
).33.
S.
Ahn
, C.
Schwarzer
, T.
Zederbauer
, D. C.
Macfarland
, H.
Detz
, A. M.
Andrews
, W.
Schrenk
, and G.
Strasser
, Appl. Phys. Lett.
104
, 051101
(2014
).34.
I.
Friedler
, C.
Sauvan
, J. P.
Hugonin
, P.
Lalanne
, J.
Claudon
, and J. M.
Gérard
, Opt. Express
17
, 2095
(2009
).35.
Ž.
Gačević
, M.
Holmes
, E.
Chernysheva
, M.
Müller
, A.
Torres-Pardo
, P.
Veit
, F.
Bertram
, J.
Christen
, J. M.
González Calbet
, Y.
Arakawa
, E.
Calleja
, and S.
Lazić
, ACS Photonics
4
, 657
(2017
).36.
J. H.
Kim
, Y. H.
Ko
, S. H.
Gong
, S. M.
Ko
, and Y. H.
Cho
, Sci. Rep.
3
, 2150
(2013
).37.
J. H.
Rice
, J. W.
Robinson
, A.
Jarjour
, R. A.
Taylor
, R. A.
Oliver
, G.
Andrew
, D.
Briggs
, M. J.
Kappers
, and C. J.
Humphreys
, Appl. Phys. Lett.
84
, 4110
(2004
).38.
M.
Holmes
, S.
Kako
, K.
Choi
, M.
Arita
, and Y.
Arakawa
, Phys. Rev. B
92
, 115447
(2015
).39.
C.
Kindel
, G.
Callsen
, S.
Kako
, T.
Kawano
, H.
Oishi
, G.
Hönig
, A.
Schliwa
, A.
Hoffmann
, and Y.
Arakawa
, Phys. Status Solidi RRL
8
, 408
(2014
).40.
K.
Gao
, H.
Springbett
, T.
Zhu
, R. A.
Oliver
, Y.
Arakawa
, and M. J.
Holmes
, Appl. Phys. Lett.
114
, 112109
(2019
).41.
Y. S.
Lin
, K. J.
Ma
, C.
Hsu
, S. W.
Feng
, Y. C.
Cheng
, C. C.
Liao
, C. C.
Yang
, C. C.
Chou
, C. M.
Lee
, and J. I.
Chyi
, Appl. Phys. Lett.
77
, 2988
(2000
).42.
R.
Brouri
, A.
Beveratos
, J.-P.
Poizat
, and P.
Grangier
, Opt. Lett.
25
, 1294
(2000
).43.
F.
Le Roux
, K.
Gao
, M.
Holmes
, S.
Kako
, M.
Arita
, and Y.
Arakawa
, Sci. Rep.
7
, 16107
(2017
).44.
K.
Gao
, I.
Solovev
, M.
Holmes
, M.
Arita
, and Y.
Arakawa
, AIP Adv.
7
, 125216
(2017
).45.
C.
Becher
, A.
Kiraz
, P.
Michler
, A.
Imamoğlu
, W. V.
Schoenfeld
, P. M.
Petroff
, L.
Zhang
, and E.
Hu
, Phys. Rev. B
63
, 121312
(2001
).46.
S.
Kremling
, C.
Tessarek
, H.
Dartsch
, S.
Figge
, S.
Höfling
, L.
Worschech
, C.
Kruse
, D.
Hommel
, and A.
Forchel
, Appl. Phys. Lett.
100
, 061115
(2012
).47.
S.
Deshpande
, A.
Das
, and P.
Bhattacharya
, Appl. Phys. Lett.
102
, 161114
(2013
).48.
Z.
Mi
, H. P. T.
Nguyen
, M.
Djavid
, S.
Zhang
, A. T.
Connie
, S. M.
Sadaf
, Q.
Wang
, and S.
Zhao
, ECS Trans.
61
, 9
–15
(2014
).© 2019 Author(s).
2019
Author(s)
You do not currently have access to this content.
