4H–silicon carbide (SiC) shows the capability of hosting a large number of promising emitters for quantum technology. However, due to its high refractive index, the collection of photoluminescence emission is compromised for further applications. Here, we demonstrate a scalable approach of manufacturing solid-immersion lenses (SILs) on 4H–SiC. The procedure results in SILs with high effective NA. The fluorescence collection efficiency of single quantum emitters under the SILs shows 3.4 times enhancement confirmed by confocal microscopy of individual V2.

1.
L.-P.
Yang
,
C.
Burk
,
M.
Widmann
,
S.-Y.
Lee
,
J.
Wrachtrup
, and
N.
Zhao
,
Phys. Rev. B
90
,
241203
(
2014
).
2.
M.
Atatüre
,
D.
Englund
,
N.
Vamivakas
,
S.-Y.
Lee
, and
J.
Wrachtrup
,
Nat. Rev. Mater.
3
,
38
(
2018
).
3.
F.
Fuchs
,
B.
Stender
,
M.
Trupke
,
D.
Simin
,
J.
Pflaum
,
V.
Dyakonov
, and
G.
Astakhov
,
Nat. Commun.
6
,
7578
(
2015
).
4.
P. G.
Baranov
,
A. P.
Bundakova
,
A. A.
Soltamova
,
S. B.
Orlinskii
,
I. V.
Borovykh
,
R.
Zondervan
,
R.
Verberk
, and
J.
Schmidt
,
Phys. Rev. B
83
,
125203
(
2011
).
5.
M.
Widmann
,
S.-Y.
Lee
,
T.
Rendler
,
N. T.
Son
,
H.
Fedder
,
S.
Paik
,
L.-P.
Yang
,
N.
Zhao
,
S.
Yang
,
I.
Booker
 et al,
Nat. Mater.
14
,
164
(
2015
).
6.
A.
Sipahigil
,
M. L.
Goldman
,
E.
Togan
,
Y.
Chu
,
M.
Markham
,
D. J.
Twitchen
,
A. S.
Zibrov
,
A.
Kubanek
, and
M. D.
Lukin
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
143601
(
2012
).
7.
L.
Marseglia
,
J.
Hadden
,
A.
Stanley-Clarke
,
J.
Harrison
,
B.
Patton
,
Y.-L.
Ho
,
B.
Naydenov
,
F.
Jelezko
,
J.
Meijer
,
P.
Dolan
 et al,
Appl. Phys. Lett.
98
,
133107
(
2011
).
8.
J.
Hadden
,
J.
Harrison
,
A.
Stanley-Clarke
,
L.
Marseglia
,
Y.-L.
Ho
,
B.
Patton
,
J.
O'Brien
, and
J.
Rarity
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
241901
(
2010
).
9.
P.
Siyushev
,
K.
Xia
,
R.
Reuter
,
M.
Jamali
,
N.
Zhao
,
N.
Yang
,
C.
Duan
,
N.
Kukharchyk
,
A.
Wieck
,
R.
Kolesov
 et al,
Nat. Commun.
5
,
3895
(
2014
).
10.
K.
Xia
,
R.
Kolesov
,
Y.
Wang
,
P.
Siyushev
,
R.
Reuter
,
T.
Kornher
,
N.
Kukharchyk
,
A. D.
Wieck
,
B.
Villa
,
S.
Yang
 et al,
Phys. Rev. Lett.
115
,
093602
(
2015
).
11.
M.
Jamali
,
I.
Gerhardt
,
M.
Rezai
,
K.
Frenner
,
H.
Fedder
, and
J.
Wrachtrup
,
Rev. Sci. Instrum.
85
,
123703
(
2014
).
12.
R.
Menzel
,
T.
Bachmann
,
W.
Wesch
, and
H.
Hobert
,
J. Vac. Sci. Technol., B
16
,
540
(
1998
).
13.
M.
Gschrey
,
A.
Thoma
,
P.
Schnauber
,
M.
Seifried
,
R.
Schmidt
,
B.
Wohlfeil
,
L.
Krüger
,
J.-H.
Schulze
,
T.
Heindel
,
S.
Burger
 et al,
Nat. Commun.
6
(
1
),
7662
(
2015
).
14.
M.
Radulaski
,
M.
Widmann
,
M.
Niethammer
,
J. L.
Zhang
,
S.-Y.
Lee
,
T.
Rendler
,
K. G.
Lagoudakis
,
N. T.
Son
,
E.
Janzen
,
T.
Ohshima
 et al,
Nano Lett.
17
,
1782
(
2017
).
15.
A.
Asadollahbaik
,
S.
Thiele
,
K.
Weber
,
A.
Kumar
,
J.
Drozella
,
F.
Sterl
,
A. M.
Herkommer
,
H.
Giessen
, and
J.
Fick
,
ACS Photonics
7
(
1
),
88
97
(
2019
).
16.
S.
Thiele
and
A.
Herkommer
, in
Optical Fabrication and Testing
(
Optical Society of America
,
2014
).
17.
T.-F.
Zhu
,
J.
Fu
,
W.
Wang
,
F.
Wen
,
J.
Zhang
,
R.
Bu
,
M.
Ma
, and
H.-X.
Wang
,
Opt. Express
25
,
1185
(
2017
).
18.
M. A.
Toukhy
,
M.
Puanescu
, and
S.
Meyer
,
Proc. SPIE
7639
,
763911
(
2010
).
19.
H.
Lee
,
D.
Kim
,
Y.
Sung
, and
G.
Yeom
,
Thin Solid Films
475
,
318
(
2005
).
20.
C.
Lee
,
E.
Gu
,
M.
Dawson
,
I.
Friel
, and
G.
Scarsbrook
,
Diamond Relat. Mater.
17
,
1292
(
2008
).
21.
E.
Sörman
,
N.
Son
,
W.
Chen
,
O.
Kordina
,
C.
Hallin
, and
E.
Janzén
,
Phys. Rev. B
61
,
2613
(
2000
).
22.
E.
Janzén
,
A.
Gali
,
P.
Carlsson
,
A.
Gällström
,
B.
Magnusson
, and
N. T.
Son
,
Physica B
404
,
4354
(
2009
).
23.
R.
Brouri
,
A.
Beveratos
,
J.-P.
Poizat
, and
P.
Grangier
,
Opt. Lett.
25
,
1294
(
2000
).
24.
N. H.
Wan
,
B. J.
Shields
,
D.
Kim
,
S.
Mouradian
,
B.
Lienhard
,
M.
Walsh
,
H.
Bakhru
,
T.
Schroüder
, and
D.
Englund
,
Nano Lett.
18
,
2787
(
2018
).
25.
J.
Wang
,
Y.
Zhou
,
X.
Zhang
,
F.
Liu
,
Y.
Li
,
K.
Li
,
Z.
Liu
,
G.
Wang
, and
W.
Gao
,
Phys. Rev. Appl.
7
,
064021
(
2017
).
26.
R.
Nagy
,
M.
Niethammer
,
M.
Widmann
,
Y.-C.
Chen
,
P.
Udvarhelyi
,
C.
Bonato
,
J. U.
Hassan
,
R.
Karhu
,
I. G.
Ivanov
,
N. T.
Son
 et al,
Nat. Commun.
10
(
1
),
1954
(
2019
).
27.
B.
Diler
,
S. J.
Whiteley
,
C. P.
Anderson
,
G.
Wolfowicz
,
M. E.
Wesson
,
E. S.
Bielejec
,
F. J.
Heremans
, and
D.
Awschalom
, preprint arXiv:1909.08778 (
2019
).
28.
A.
Bogucki
,
Ł.
Zinkiewicz
,
M.
Grzeszczyk
,
W.
Pacuski
,
K.
Nogajewski
,
T.
Kazimierczuk
,
A.
Rodek
,
J.
Suffczyński
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
 et al,
Light: Sci. Appl.
9
(
1
),
48
(
2020
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.