Source de photons uniques télécom épitaxiée monolithiquement sur silicium

Une source de photons uniques télécom a été épitaxiée sur silicium. L'émetteur est une boîte quantique d'InAs insérée dans un nanofil d'InP dont le diamètre et la géométrie conique ont été optimisés pour collecter un maximum de photons avec un profil d'émission gaussien.

La cryptographie quantique nécessite l’utilisation de sources de photons uniques brillantes, émettant aux longueurs d’onde télécom et qui se couplent efficacement à une fibre optique.
A l’INL, nous avons étudié la croissance VLS-EJM, sur substrat silicium, de nanofils d’InP dans lesquels est insérée une boîte quantique d’InAs émettant aux longueurs d’onde télécom. Pour l’application visée, nous nous sommes focalisés sur l’optimisation de trois paramètres :

  1. Obtenir une faible densité (<0,1 nanofil/µm²) de nanofils verticaux sur substrat Si(111) pour permettre l’étude de nanofils individuels par micro-photoluminescence.
  2. Epitaxier des nanofils de 300 à 350 nm de diamètre pour coupler idéalement l’émission de la boîte quantique au mode fondamental du nanofil (mode HE11).
  3. Contrôler les croissances axiale et radiale du nanofil pour conduire à une forme conique avec un angle de conicité inférieur ou égal à 7° afin d’augmenter le taux d’extraction des photons et réduire leur dispersion angulaire.

Des études optiques ont validé la pertinence de cette stratégie. L’émission de photons uniques aux longueurs d’onde télécom a été confirmée à température cryogénique. De plus, l’étude du diagramme de rayonnement a révélé un profil gaussien qui présente un très bon couplage dans une fibre monomode.

 

A. Jaffal et al, “InAs quantum dot in a needlelike tapered InP nanowire: a telecom band single photon source monolithically grown on silicon”, Nanoscale 11, 21847-21855 (2019), DOI: 10.1039/c9nr06114b

 

Travail réalisé en collaboration avec le L2C-UMR 5221 (W. Redjem, E. Rousseau et G. Cassabois) et le C2N-UMR 9001 (G. Patriarche).

 

Contacts :

Nicolas Chauvin
Ali Jaffal
Philippe Regreny

 

 

 

INL CNRS