- Editors' Suggestion
- Letter
- Open Access
Quantum dots on GaAs substrates as integration-ready high-performance single-photon sources at telecommunication wavelengths
Phys. Rev. Applied 25, L011002 – Published 6 January, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/4fzb-595x
Abstract
The development of deterministic single-photon sources emitting in the telecommunication bands is a key challenge for quantum communication and photonic quantum computing. Here, we investigate the optical properties and single-photon emission of molecular beam epitaxy (MBE) grown semiconductor quantum dots (QDs) emitting in the telecom O- and C-bands. The QDs are embedded in an matrix with fixed indium content grown on top of a compositionally graded buffer. This structure allows for the future implementation of electrically contacted nanocavities to enable high-quality and bright QD emission. In detailed optical characterizations we observe linewidths as low as , close to the spectrometer resolution limit, low fine structure splittings close to , and values as low as . These results advance the current performance metrics for MBE-grown QDs on substrates emitting in the telecom bands and showcase the potential of the heterostructures presented for further integration into photonic devices.
Physics Subject Headings (PhySH)
Article Text
References (42)
- P. Senellart, G. Solomon, and A. White, Nat. Nanotechnol. 12, 1026 (2017).
- L. Hanschke, K. A. Fischer, S. Appel, D. Lukin, J. Wierzbowski, S. Sun, R. Trivedi, J. Vučković, J. J. Finley, and K. Müller, npj Quantum Inf. 4, 43 (2018).
- F. Sbresny, L. Hanschke, E. Schöll, W. Rauhaus, B. Scaparra, K. Boos, E. Zubizarreta Casalengua, H. Riedl, E. Del Valle, J. J. Finley, K. D. Jöns, and K. Müller, Phys. Rev. Lett. 128, 093603 (2022).
- S. F. C. Da Silva, G. Undeutsch, B. Lehner, S. Manna, T. M. Krieger, M. Reindl, C. Schimpf, R. Trotta, and A. Rastelli, Appl. Phys. Lett. 119, 120502 (2021).
- E. Schöll, L. Hanschke, L. Schweickert, K. D. Zeuner, M. Reindl, S. F. Covre Da Silva, T. Lettner, R. Trotta, J. J. Finley, K. Müller, A. Rastelli, V. Zwiller, and K. D. Jöns, Nano Lett. 19, 2404 (2019).
- D. A. Vajner, L. Rickert, T. Gao, K. Kaymazlar, and T. Heindel, Adv. Quantum Technol. 5, 2100116 (2022).
- F. Basso Basset, M. Valeri, E. Roccia, V. Muredda, D. Poderini, J. Neuwirth, N. Spagnolo, M. B. Rota, G. Carvacho, F. Sciarrino, and R. Trotta, Sci. Adv. 7, eabe6379 (2021).
- O. Gazzano, S. Michaelis de Vasconcellos, C. Arnold, A. Nowak, E. Galopin, I. Sagnes, L. Lanco, A. Lemaître, and P. Senellart, Nat. Commun. 4, 1425 (2013).
- S. Kolatschek, S. Hepp, M. Sartison, M. Jetter, P. Michler, and S. L. Portalupi, J. Appl. Phys. 125, 045701 (2019).
- L. Sapienza, M. Davanço, A. Badolato, and K. Srinivasan, Nat. Commun. 6, 7833 (2015).
- S. Gyger, K. D. Zeuner, T. Lettner, S. Bensoussan, M. Carlnäs, L. Ekemar, L. Schweickert, C. R. Hedlund, M. Hammar, T. Nilsson, J. Almlöf, S. Steinhauer, G. V. Llosera, and V. Zwiller, Appl. Phys. Lett. 121, 194003 (2022).
- M. Benyoucef, M. Yacob, J. P. Reithmaier, J. Kettler, and P. Michler, Appl. Phys. Lett. 103, 162101 (2013).
- P. Holewa, S. Kadkhodazadeh, M. Gawełczyk, P. Baluta, A. Musiał, V. G. Dubrovskii, M. Syperek, and E. Semenova, Nanophotonics 11, 1515 (2022).
- T. Müller, J. Skiba-Szymanska, A. B. Krysa, J. Huwer, M. Felle, M. Anderson, R. M. Stevenson, J. Heffernan, D. A. Ritchie, and A. J. Shields, Nat. Commun. 9, 862 (2018).
- P. Holewa, D. A. Vajner, E. Zięba-Ostój, M. Wasiluk, B. Gaál, A. Sakanas, M. Burakowski, P. Mrowiński, B. Krajnik, M. Xiong, K. Yvind, N. Gregersen, A. Musiał, A. Huck, T. Heindel, M. Syperek, and E. Semenova, Nat. Commun. 15, 3358 (2024).
- C. L. Phillips, A. J. Brash, M. Godsland, N. J. Martin, A. Foster, A. Tomlinson, R. Dost, N. Babazadeh, E. M. Sala, L. Wilson, J. Heffernan, M. S. Skolnick, and A. M. Fox, Sci. Rep. 14, 4450 (2024).
- W. B. Jeon, J. S. Moon, K.-Y. Kim, Y.-H. Ko, C. J. K. Richardson, E. Waks, and J.-H. Kim, Adv. Quantum Technol. 5, 2200022 (2022).
- M. Paul, F. Olbrich, J. Höschele, S. Schreier, J. Kettler, S. L. Portalupi, M. Jetter, and P. Michler, Appl. Phys. Lett. 111, 033102 (2017).
- P. A. Wroński, P. Wyborski, A. Musiał, P. Podemski, G. Sęk, S. Höfling, and F. Jabeen, Materials 14, 5221 (2021).
- B. Scaparra, A. Ajay, P. S. Avdienko, Y. Xue, H. Riedl, P. Kohl, B. Jonas, B. Costa, E. Sirotti, P. Schmiedeke, V. Villafañe, I. D. Sharp, E. Zallo, G. Koblmüller, J. J. Finley, and K. Müller, Mater. Quantum Technol. 3, 035004 (2023).
- P. Wyborski, M. Gawełczyk, P. Podemski, P. A. Wroński, M. Pawlyta, S. Gorantla, F. Jabeen, S. Höfling, and G. Sęk, Phys. Rev. Appl. 20, 044009 (2023).
- A. Sacedón, F. González-Sanz, E. Calleja, E. Muñoz, S. I. Molina, F. J. Pacheco, D. Araújo, R. García, M. Lourenço, Z. Yang, P. Kidd, and D. Dunstan, Appl. Phys. Lett. 66, 3334 (1995).
- R. Sittig, C. Nawrath, S. Kolatschek, S. Bauer, R. Schaber, J. Huang, P. Vijayan, P. Pruy, S. L. Portalupi, M. Jetter, and P. Michler, Nanophotonics 11, 1109 (2022).
- E. S. Semenova, R. Hostein, G. Patriarche, O. Mauguin, L. Largeau, I. Robert-Philip, A. Beveratos, and A. Lemaître, J. Appl. Phys. 103, 103533 (2008).
- S. V. Sorokin, G. V. Klimko, I. V. Sedova, A. A. Sitnikova, D. A. Kirilenko, M. V. Baidakova, M. A. Yagovkina, T. A. Komissarova, K. G. Belyaev, and S. V. Ivanov, J. Cryst. Growth 455, 83 (2016).
- B. Scaparra, E. Sirotti, A. Ajay, B. Jonas, B. Costa, H. Riedl, P. Avdienko, I. D. Sharp, G. Koblmüller, E. Zallo, J. J. Finley, and K. Müller, ACS Appl. Nano Mater. 7, 26854 (2024).
- A. M. Andrews, J. S. Speck, A. E. Romanov, M. Bobeth, and W. Pompe, J. Appl. Phys. 91, 1933 (2002).
- A. Barbiero, A. Tuktamyshev, G. Pirard, J. Huwer, T. Müller, R. M. Stevenson, S. Bietti, S. Vichi, A. Fedorov, G. Bester, S. Sanguinetti, and A. J. Shields, Phys. Rev. Appl. 18, 034081 (2022).
- D. A. Vajner, P. Holewa, E. Zięba-Ostój, M. Wasiluk, M. von Helversen, A. Sakanas, A. Huck, K. Yvind, N. Gregersen, A. Musiał, M. Syperek, E. Semenova, and T. Heindel, ACS Photonics 11, 339 (2024).
- A. V. Kuhlmann, J. H. Prechtel, J. Houel, A. Ludwig, D. Reuter, A. D. Wieck, and R. J. Warburton, Nat. Commun. 6, 8204 (2015).
- C. Nawrath, F. Olbrich, M. Paul, S. L. Portalupi, M. Jetter, and P. Michler, Appl. Phys. Lett. 115, 023103 (2019).
- J. Kim, J. Kaupp, Y. Reum, G. Peniakov, J. Michl, F. Kohr, M. Emmerling, M. Kamp, Y.-H. Cho, T. Huber-Loyola, S. Höfling, and A. T. Pfenning, Adv. Quantum Technol. 18, e2500069 (2025).
- R. Joos, S. Bauer, C. Rupp, S. Kolatschek, W. Fischer, C. Nawrath, P. Vijayan, R. Sittig, M. Jetter, S. L. Portalupi, and P. Michler, Nano Lett. 24, 8626 (2024).
- N. Hauser, M. Bayerbach, J. Kaupp, Y. Reum, G. Peniakov, J. Michl, M. Kamp, T. Huber-Loyola, A. T. Pfenning, S. Höfling, and S. Barz, arXiv:2505.09695 [quant-ph].
- L. Sapienza, R. N. E. Malein, C. E. Kuklewicz, P. E. Kremer, K. Srinivasan, A. Griffiths, E. Clarke, M. Gong, R. J. Warburton, and B. D. Gerardot, Phys. Rev. B 88, 155330 (2013).
- T. Lettner, S. Gyger, K. D. Zeuner, L. Schweickert, S. Steinhauer, C. Reuterskiöld Hedlund, S. Stroj, A. Rastelli, M. Hammar, R. Trotta, K. D. Jöns, and V. Zwiller, Nano Lett. 21, 10501 (2021).
- K. D. Zeuner, K. D. Jöns, L. Schweickert, C. Reuterskiöld Hedlund, C. Nuñez Lobato, T. Lettner, K. Wang, S. Gyger, E. Schöll, S. Steinhauer, M. Hammar, and V. Zwiller, ACS Photonics 8, 2337 (2021).
- J. Skiba-Szymanska, R. M. Stevenson, C. Varnava, M. Felle, J. Huwer, T. Müller, A. J. Bennett, J. P. Lee, I. Farrer, A. B. Krysa, P. Spencer, L. E. Goff, D. A. Ritchie, J. Heffernan, and A. J. Shields, Phys. Rev. Appl. 8, 014013 (2017).
- P. Holewa, A. Sakanas, U. M. Gür, P. Mrowiński, A. Huck, B.-Y. Wang, A. Musiał, K. Yvind, N. Gregersen, M. Syperek, and E. Semenova, ACS Photonics 9, 2273 (2022).
- G. Bacher, R. Weigand, J. Seufert, V. D. Kulakovskii, N. A. Gippius, A. Forchel, K. Leonardi, and D. Hommel, Phys. Rev. Lett. 83, 4417 (1999).
- P. A. Dalgarno, J. McFarlane, D. Brunner, R. W. Lambert, B. D. Gerardot, R. J. Warburton, K. Karrai, A. Badolato, and P. M. Petroff, Appl. Phys. Lett. 92, 193103 (2008).
- A. I. Veretennikov, M. V. Rakhlin, Yu. M. Serov, A. I. Galimov, G. P. Veyshtort, S. V. Sorokin, G. V. Klimko, I. V. Sedova, N. A. Maleev, M. A. Bobrov, A. P. Vasiliev, A. G. Kuzmenkov, M. M. Kulagina, Yu. M. Zadiranov, S. I. Troshkov, Yu. A. Salii, D. S. Berezina, E. V. Nikitina, and A. A. Toropov, JETP Lett. 121, 170 (2025).