論文の概要: Optical Activity of Group III-V Quantum Dots Directly Embedded in Silicon
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.20981v1
- Date: Tue, 29 Apr 2025 17:50:46 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-02 19:15:55.026123
- Title: Optical Activity of Group III-V Quantum Dots Directly Embedded in Silicon
- Title（参考訳）: シリコンに直接埋め込まれたIII-V族量子ドットの光学活性
- Authors: M. Gawełczyk, K. Gawarecki,
- Abstract要約: 光活性なIII-V族半導体量子ドット(QD)は、今後の安全な量子通信の主要な要素である。
本稿では,InAs/GaAs/SiのQDが両キャリアタイプを閉じ込めることができることを示す。
しかし、それらの電子状態は、放出スペクトルに影響を及ぼし光学特性を劣化させる、$k$空間の谷混合の影響を強く受けている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Optically active III-V group semiconductor quantum dots (QDs) are the leading element of the upcoming safe quantum communication. However, the entire electronic and IT infrastructure relies on silicon-based devices, with silicon also providing a natural platform for photonic integration. Combining semiconductor optics with silicon electronics is thus a major technological challenge. This obstacle cannot be directly solved because silicon is optically inactive. Interfacing III-V quantum dots with silicon is thus a sought-after solution. A radical approach is to embed III-V material grains directly into silicon. The first realization of such technology was developed, and it gave InAs and core-shell InAs/GaAs QDs embedded in Si with bright and narrow single-QD emission lines. No theory has been given, though, and, as we show here, it is not even obvious if and how such QDs can be optically active. We first use general arguments, also supported by atomistic calculations, that InAs/Si QDs cannot confine both carrier types unless the structural strain is mostly relaxed, meaning many defects at the interface. This explains the lack of light emission from those dots. Then we show that the InAs/GaAs/Si QDs can confine both carrier types. Their electron states are, however, highly influenced by $k$-space valley mixing, which impacts emission spectra and deteriorates optical properties. We propose to overcome this by adding an additional wider-bandgap material layer.
- Abstract（参考訳）: 光活性なIII-V族半導体量子ドット(QD)は、今後の安全な量子通信の主要な要素である。
しかし、電子とITのインフラ全体がシリコンベースのデバイスに依存しており、シリコンはフォトニック統合のための自然なプラットフォームも提供している。
したがって、半導体光学とシリコンエレクトロニクスを組み合わせることは、大きな技術的課題である。
この障害は、シリコンが光学的に不活性であるため、直接解決できない。
したがって、シリコンを用いたIII-V量子ドットの対向は、望まれる解である。
急進的なアプローチは、III-V系材料粒子を直接シリコンに埋め込むことである。
このような技術を最初に実現し、InAsとコアシェルInAs/GaAs QDをSiに埋め込んだ。
しかし、理論は提示されておらず、ここで示すように、このようなQDが光学的に有効であるかどうかも、まだ明らかではない。
InAs/Si QDsは、構造ひずみがほとんど緩和されない限り、両方のキャリアタイプを閉じ込めることができない。
これはこれらの点からの発光の欠如を説明する。
次に、InAs/GaAs/Si QDsは両方のキャリアタイプを閉じ込めることができることを示す。
しかし、それらの電子状態は、放出スペクトルに影響を及ぼし光学特性を劣化させる、$k$空間の谷混合の影響を強く受けている。
より広帯域の材料層を追加することでこれを克服することを提案する。
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