We demonstrate cryogenic, all on-chip, single-photon-level photonic integrated circuits on a III-V platform with waveguide-coupled quantum-well sources and tungsten silicide superconducting nanowire single-photon detectors. We have measured the dark count rates below 10−3 counts/s and have reduced the cross talk to an adjacent waveguide by 30 dB.

1.
N.
Prtljaga
,
C.
Bentham
,
J.
O'Hara
,
B.
Royall
,
E.
Clarke
,
L. R.
Wilson
,
M. S.
Skolnick
, and
A. M.
Fox
,
Appl. Phys. Lett.
108
,
251101
(
2016
).
2.
S.
Khasminskaya
,
F.
Pyatkov
,
K.
Słowik
,
S.
Ferrari
,
O.
Kahl
,
V.
Kovalyuk
,
P.
Rath
,
A.
Vetter
,
F.
Hennrich
,
M. M.
Kappes
 et al,
Nat. Photonics
10
,
727
(
2016
).
3.
G. E.
Digeronimo
,
M.
Petruzzella
,
S.
Birindelli
,
R.
Gaudio
,
S. F.
Poor
,
F. W. M.
van Otten
, and
A.
Fiore
,
Photonics
3
,
55
(
2016
).
4.
M.
Schwartz
,
E.
Schmidt
,
U.
Rengstl
,
F.
Hornung
,
S.
Hepp
,
S. L.
Portalupi
,
K.
Ilin
,
M.
Jetter
,
M.
Siegel
, and
P.
Michler
,
Nano Lett.
18
,
6892
(
2018
).
5.
D. J. P.
Ellis
,
A. J.
Bennett
,
C.
Dangel
,
J. P.
Lee
,
J. P.
Griffiths
,
T. A.
Mitchell
,
T. K.
Paraiso
,
P.
Spencer
,
D. A.
Ritchie
, and
A. J.
Shields
,
Appl. Phys. Lett.
112
,
211104
(
2018
).
6.
J. W.
Silverstone
,
R.
Santagati
,
D.
Bonneau
,
M. J.
Strain
,
M.
Sorel
,
J. L.
O'Brien
, and
M. G.
Thompson
,
Nat. Commun.
6
,
7948
(
2015
).
7.
X.
Qiang
,
X.
Zhou
,
J.
Wang
,
C. M.
Wilkes
,
T.
Loke
,
S.
O'Gara
,
L.
Kling
,
G. D.
Marshall
,
R.
Santagati
,
T. C.
Ralph
 et al,
Nat. Photonics
12
,
534
(
2018
).
8.
S.
Deshpande
,
T.
Frost
,
A.
Hazari
, and
P.
Bhattacharya
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
141109
(
2014
).
9.
A.
Schlehahn
,
A.
Thoma
,
P.
Munnelly
,
M.
Kamp
,
S.
Höfling
,
T.
Heindel
,
C.
Schneider
, and
S.
Reitzenstein
,
APL Photonics
1
,
011301
(
2016
).
10.
I.
Aharonovich
,
D.
Englund
, and
M.
Toth
,
Nat. Photonics
10
,
631
(
2016
).
11.
J. P.
Sprengers
,
A.
Gaggero
,
D.
Sahin
,
S.
Jahanmirinejad
,
G.
Frucci
,
F.
Mattioli
,
R.
Leoni
,
J.
Beetz
,
M.
Lermer
,
M.
Kamp
 et al,
Appl. Phys. Lett.
99
,
181110
(
2011
).
12.
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
).
13.
J. M.
Shainline
,
S. M.
Buckley
,
R. P.
Mirin
, and
S. W.
Nam
,
Phys. Rev. Appl.
7
,
034013
(
2017
).
14.
S. M.
Buckley
,
J.
Chiles
,
A. N.
McCaughan
,
G.
Moody
,
K. L.
Silverman
,
M. J.
Stevens
,
R. P.
Mirin
,
S. W.
Nam
, and
J. M.
Shainline
,
Appl. Phys. Lett.
111
,
141101
(
2017
).
15.
J.
Bao
,
M.
Tabbal
,
T.
Kim
,
S.
Charnvanichborikarn
,
J. S.
Williams
,
M. J.
Aziz
, and
F.
Capasso
,
Opt. Express
15
,
6727
(
2007
).
16.
F.
Flassig
,
M.
Kaniber
,
G.
Reithmaier
,
K.
Müller
,
A.
Andrejew
,
R. O.
Gross
,
J.
Vuçkovic
, and
J. J.
Finley
,
Proc. SPIE
9373
,
937305
(
2015
).
17.
G.
Reithmaier
,
M.
Kaniber
,
F.
Flassig
,
S.
Lichtmannecker
,
K.
Müller
,
A.
Andrejew
,
J.
Vučković
,
R.
Gross
, and
J. J.
Finley
,
Nano Lett.
15
,
5208
(
2015
).
18.
G.
Reithmaier
,
S.
Lichtmannecker
,
T.
Reichert
,
P.
Hasch
,
K.
Müller
,
M.
Bichler
,
R.
Gross
, and
J. J.
Finley
,
Sci. Rep.
3
,
1901
(
2013
).
19.
D.
Sahin
,
A.
Gaggero
,
Z.
Zhou
,
S.
Jahanmirinejad
,
F.
Mattioli
,
R.
Leoni
,
J.
Beetz
,
M.
Lermer
,
M.
Kamp
,
S.
Höfling
 et al,
Appl. Phys. Lett.
103
,
111116
(
2013
).
20.
C. M.
Natarajan
,
M. G.
Tanner
, and
R. H.
Hadfield
,
Supercond. Sci. Technol.
25
,
063001
(
2012
).
21.
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
 et al,
Nat. Photonics
7
,
210
(
2013
).
22.
A. D.
Beyer
,
M. D.
Shaw
,
F.
Marsili
,
M. S.
Allman
,
A. E.
Lita
,
V. B.
Verma
,
G. V.
Resta
,
J. A.
Stern
,
R. P.
Mirin
,
S. W.
Nam
 et al,
IEEE Trans. Appl. Supercond.
25
,
2200805
(
2015
).
23.
X.
Zhang
,
A.
Engel
,
Q.
Wang
,
A.
Schilling
,
A.
Semenov
,
M.
Sidorova
,
H.-W.
Hübers
,
I.
Charaev
,
K.
Ilin
, and
M.
Siegel
,
Phys. Rev. B
94
,
174509
174501
(
2016
).
24.
B.
Baek
,
A.
Lita
,
V.
Verma
, and
S. W.
Nam
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
251105
(
2011
).
25.
G.
Bastard
,
C.
Delalande
,
M. H.
Meynadier
,
P. M.
Frijlink
, and
M.
Voos
,
Phys. Rev. B
29
,
7042
(
1984
).
26.
E. J.
Skogen
,
J. W.
Raring
,
G. B.
Morrison
,
C. S.
Wang
,
V.
Lal
,
M. L.
Mašanović
, and
L. A.
Coldren
,
IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron.
11
,
343
(
2005
).
27.
M.
Davanco
,
J.
Liu
,
L.
Sapienza
,
C.
Zhang
,
J. V. D.
Cardoso
,
V.
Verma
,
R.
Mirin
,
S. W.
Nam
,
L.
Liu
, and
K.
Srinivasan
,
Nat. Commun.
8
,
889
(
2017
).
28.
T.
Komljenovic
,
M.
Davenpot
,
J.
Hulme
,
A. Y.
Liu
,
C. T.
Santis
,
A.
Spott
,
S.
Srinivasan
,
E. J.
Stanton
,
C.
Zhang
, and
J. E.
Bowers
,
J. Lightwave Tech.
34
,
20
(
2016
).
29.
J.
Chiles
,
S.
Buckley
,
N.
Nader
,
S. W.
Nam
,
R. P.
Mirin
, and
J. M.
Shainline
,
APL Photonics
2
,
116101
(
2017
).
30.
I. E.
Zadeh
,
A. W.
Elshaari
,
K. D.
Jöns
,
A.
Fognini
,
D.
Dalacu
,
P. J.
Poole
,
M. E.
Reimer
, and
V.
Zwiller
,
Nano Lett.
16
,
2289
(
2016
).
31.
J.
Kim
,
S.
Aghaeimeibodi
,
C. J. K.
Richardson
,
R. P.
Leavitt
,
D.
Englund
, and
E.
Waks
,
Nano Lett.
17
,
7394
(
2017
).
32.
O.
Benson
,
C.
Santori
,
M.
Pelton
, and
Y.
Yamamoto
,
Phys. Rev. Lett.
84
,
2513
(
2000
).
33.
J.
Wang
,
A.
Santamato
,
P.
Jiang
,
D.
Monneau
,
E.
Engin
,
J. W.
Silverstone
,
M.
Lermer
,
J.
Beetz
,
M.
Kamp
,
S.
Höfling
 et al,
Opt. Commun.
327
,
49
(
2014
).
You do not currently have access to this content.