Point defects for quantum optics

Abstract

With the rise of quantum technologies, a demand for single-photon sources in quantum communication is growing. Point defects in wide-bandgap semiconductors have emerged as promising candidates for solid-state single-photon emission. This thesis investigates the spatial photocurrent response of a graphene-contacted semi-insulating 6H-SiC sam- ple to optical excitation across wavelengths from 355 nm to 1000 nm, complemented by Fourier transform photocurrent spectroscopy measurement. Spatially localized pho- tocurrent hotspots were observed exclusively under 355 nm and 405 nm illumination, at photon energies above the 6H-SiC bandgap. Quantitative analysis revealed carrier fluxes several orders of magnitude larger than expected from isolated point defects, indicat- ing collective contribution of defect ensembles forming localized electrostatic potentials that govern carrier collection via drift-diffusion transport. A photocurrent threshold of approximately 0.1 fA was established as a criterion for possible single point defect exci- tation. No photoluminescence signal was detected, attributed to low photoluminescence efficiency of 6H-SiC combined with limited detector sensitivity.

S rozvojem kvantových technologií roste poptávka po zdrojích jednotlivých fotonů pro kvantovou komunikaci. Bodové defekty v polovodičích se širokým zakázaným pásem se ukázaly pro tyto aplikace jako perspektivní kandidáti. Tato bakalářská práce zkoumá prostorovou odezvu fotoproudu grafenem kontaktovaného 6H-SiC na optickou excitaci v rozsahu vlnových délek od 355 nm do 1000 nm, doplněnou o měření fourierovské fo- toproudové spektroskopie. Prostorově lokalizovaná maxima fotoproudu byla pozorována výhradně při osvětlení 355 nm a 405 nm, tedy při energiích fotonů nad šířkou zakázaného pásu 6H-SiC. Kvantitativní analýza odhalila toky nosičů náboje o několik řádů vyšší, než by odpovídalo izolovaným bodovým defektům, což naznačuje kolektivní příspěvek souborů defektů vytvářejících lokalizované elektrostatické potenciály, které určují sběr nosičů prostřednictvím drift-difuzního transportu. Prahová hodnota fotoproudu přibližně 0.1 fA byla stanovena jako kritérium pro možnou excitaci jednotlivého bodového defektu. Nebyl detekován žádný signál fotoluminiscence, což je přičítáno nízké účinnosti zářivého rekombinačního kanálu v 6H-SiC v kombinaci s omezenou citlivostí detektoru.