Forschende der Technischen Universität Berlin haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sich Quantenlichtquellen reproduzierbar an definierten Positionen auf Halbleiterchips integrieren lassen. Die Technologie soll den Übergang von einzelnen Laborprototypen zu skalierbaren Fertigungsprozessen für photonische Quantenchips erleichtern.
Bislang entstehen Halbleiter-Quantenpunkte, die einzelne Photonen erzeugen, während des Kristallwachstums an zufälligen Stellen. Ihre Lokalisierung und die anschließende Integration in optische Strukturen sind entsprechend aufwendig. Das Team um Professor Stephan Reitzenstein steuert den Wachstumsprozess dagegen über gezielt erzeugte Materialspannungen. Dazu werden spezielle Strukturen als Stressoren in das Substrat integriert, die das Wachstum der Quantenpunkte an vorgegebenen Positionen begünstigen.
In Kombination mit nanophotonischen Resonatoren fertigten die Forschenden ein Raster aus 36 Quantenlichtquellen, die sämtlich funktionsfähig waren. Bei den leistungsfähigsten Bauelementen konnten nahezu 50 Prozent der erzeugten Photonen aus dem Chip ausgekoppelt werden. Die Reinheit der Einzelphotonen lag bei über 99 Prozent.
Die Ergebnisse entstanden in Zusammenarbeit mit der Carl von Ossietzky Universität Oldenburg und wurden in Light: Science & Applications veröffentlicht. Das Verfahren schafft eine Grundlage für reproduzierbar gefertigte Quantenlichtquellen, wie sie für photonische Quantencomputer, Quantennetzwerke und Quantenkommunikation benötigt werden. Die Überführung in industrielle Fertigungsprozesse bleibt ein weiterer Entwicklungsschritt. (oe)
Scalable quantum photonic platform based on site-controlled quantum dots coupled to circular Bragg grating resonators, Kartik Gaur, Avijit Barua, Sarthak Tripathi, Léo J. Roche, Steffen Wilksen, Alexander Steinhoff, Sam Baraz, Neha Nitin, Chirag C. Palekar, Aris Koulas-Simos, Imad Limame, Priyabrata Mudi, Sven Rodt, Christopher Gies & Stephan Reitzenstein
