InGaAs/GaAs表面量子ドット対の結合構造における湿潤層とキャリアダイナミクスのフォトルミネッセンス特性を調べた

Photoluminescence characterization of wetting layer and carrier dynamics for coupled InGaAs/GaAs surface quantum dot pair structures.

• Jingtao Liu
• Qing Yuan
• Baolai Liang
• Qigeng Yan
• Ying Wang
• Chunsheng Wang
• Shufang Wang
• Guangsheng Fu
• Yuriy I Mazur
• Morgn E Ware
• Gregory J Salamo

抄録

埋もれた量子ドット層と表面量子ドット層を7nm, 10.5nm, 70nmの異なるGaAsスペーサーで分離した二層構造のInGaAs/GaAs量子ドット(QD)について、分光学的な特性評価を行った。BQDsからSQDsへのカップリングにより、7nmと10.5nmの薄いスペーサーを用いた2つのサンプルではQD対が得られたが、70nmのスペーサーを用いたサンプルでは得られなかった。キャリアのトンネリング時間は、7nmと10.5nmのスペーサーを介してBQDからSQDへそれぞれ0.145ナノ秒と0.275ナノ秒であった。励起強度依存性のあるPLスペクトルとPLEスペクトルから、これはSQDの湿潤層（WL）からのものであることがわかります。この湿潤層は、キャリアの生成、捕捉、緩和、トンネル化、再結合など、BQDやSQDの二層構造におけるキャリアダイナミクスにとって非常に重要な役割を果たしています。これらの結果は、InGaAs SQDの光学特性を理解し、そのようなハイブリッド構造を表面センシングデバイスのビルディングブロックとして利用するための有用な情報を提供します。

The optical properties are investigated by spectroscopic characterizations for bilayer InGaAs/GaAs quantum dot (QD) structures consisting of a layer of surface quantum dots (SQDs) separated from a layer of buried quantum dots (BQDs) by different GaAs spacers with thicknesses of 7 nm, 10.5 nm and 70 nm. The coupling from the BQDs to SQDs leads to carrier transfer for the two samples with thin spacers, 7 nm and 10.5 nm, in which QD pairs are obtained while not for the 70 nm spacer sample. The carrier tunneling time is measured to be 0.145 ns and 0.275 ns from BQDs to SQD through the 7 nm and 10.5 nm spacers, respectively. A weak emission band can be observed at the wavelength of ∼ 960 nm, while the excitation intensity dependent PL and PLE spectra show that this is from the wetting layer (WL) of the SQDs. This WL is very important for carrier dynamics in bilayer structures of BQDs and SQDs, including for carrier generation, capture, relaxation, tunneling, and recombination. These results provide useful information for understanding the optical properties of InGaAs SQDs and for using such hybrid structures as building blocks for surface sensing devices.