GaAs/Al-GaAs core-shell nanowires fabricated by molecular beam epitaxy contain quantum confining structures susceptible of producing narrow photoluminescence (PL) and single photons. The nanoscale chemical mapping of these structures is analyzed in 3D by atom probe tomography (APT). The study allows us to confirm that Al atoms tend to segregate within the AlGaAs shells towards the vertices of the hexagons defining the nanowire cross section. We also find strong alloy fluctuations remaining AlGaAs shell, leading occasionally to the formation of quantum dots (QDs). The PL emission energies predicted in the framework of a 3D effective mass model for a QD analyzed by APT and the PL spectra measured on other nanowires from the same growth batch are consistent within the experimental uncertainties.
References
1.
V. A.
Shchukin
and D.
Bimberg
, Rev. Mod. Phys.
71
, 1125
(1999
).2.
B.
Gault
, F.
Vurpillot
, A.
Vella
, M.
Gilbert
, A.
Menand
, D.
Blavette
, and B.
Deconihout
, Rev. Sci. Instrum.
77
, 043705
(2006
).3.
T. F.
Kelly
, D. J.
Larson
, K.
Thompson
, R. L.
Alvis
, J. H.
Bunton
, J. D.
Olson
, and B.
Gorman
, Annu. Rev. Mater. Sci.
37
, 681
(2007
).4.
M.
Müller
, A.
Cerezo
, G. D. W.
Smith
, L.
Chang
, and S. S. A.
Gerstl
, Appl. Phys. Lett.
92
, 233115
(2008
).5.
B. P.
Gorman
, A. G.
Norman
, and Y.
Yan
, Microsc. Microanal.
13
, 493
–502
(2007
).6.
A. D.
Giddings
, J. G.
Keizer
, M.
Hara
, G. J.
Hamhuis
, H.
Yuasa
, H.
Fukuzawa
, and P. M.
Koenraad
, Phys. Rev. B
83
, 205308
(2011
).7.
A. J.
Martin
, J.
Hwang
, E. A.
Marquis
, E.
Smakman
, T. W.
Saucer
, G. V.
Rodriguez
, A.
Hunter
, V.
Sih
, P. M.
Koenraad
, J. D.
Phillips
, and J.
Mirecki
, Appl. Phys. Lett.
102
, 113103
(2013
).8.
A.
Maryński
, G.
Sęk
, A.
Musiał
, J.
Andrzejewski
, J.
Misiewicz
, C.
Gilfert
, J. P.
Reithmaier
, A.
Capua
, O.
Karni
, D.
Gready
et al, J. Appl. Phys.
114
, 094306
(2013
).9.
H.
Benallali
, T.
Cremel
, K.
Hoummada
, D.
Mangelinck
, R.
André
, S.
Tatarenko
, and K.
Kheng
, Appl. Phys. Lett.
105
, 053103
(2014
).10.
J.
Bocquel
, A. D.
Giddings
, T.
Mano
, T. J.
Prosa
, D. J.
Larson
, and P. M.
Koenraad
, Appl. Phys. Lett.
105
, 153102
(2014
).11.
M. T.
Borgström
, V.
Zwiller
, E.
Müller
, and A.
Imamoglu
, Nano Lett.
5
, 1439
–1443
(2005
).12.
M.
Tchernycheva
, G. E.
Cirlin
, G.
Patriarche
, L.
Travers
, V.
Zwiller
, U.
Perinetti
, and J. C.
Harmand
, Nano Lett.
7
, 1500
–1504
(2007
).13.
G.
Bulgarini
, M. E.
Reimer
, T.
Zehender
, M.
Hocevar
, E. P.
Bakkers
, L. P.
Kouwenhoven
, and V.
Zwiller
, Appl. Phys. Lett.
100
, 121106
(2012
).14.
A.
Pierret
, M.
Hocevar
, S. L.
Diedenhofen
, R. E.
Algra
, E.
Vlieg
, E. C.
Timmering
, M. A.
Verschuuren
, G. W. G.
Immink
, M. A.
Verheijen
, and E. P. A. M.
Bakkers
, Nanotechnology
21
, 065305
(2010
).15.
E.
Uccelli
, J.
Arbiol
, J. R.
Morante
, and A.
Fontcuberta i Morral
, ACS Nano
4
, 5985
–5993
(2010
).16.
L.
Wang
, A.
Rastelli
, S.
Kiravittaya
, P.
Atkinson
, F.
Ding
, C. B.
Bufon
, C.
Hermannstädter
, M.
Witzany
, G. J.
Beirne
, P.
Michler
, and O. G.
Schmidt
, New J. Phys.
10
, 045010
(2008
).17.
E.
Uccelli
, M.
Bichler
, S.
Nürnberger
, G.
Abstreiter
, and A.
Fontcuberta i Morral
, Nanotechnology
19
, 045303
(2008
).18.
Q.
Zhu
, F.
Karlsson
, A.
Rudra
, E.
Pelucchi
, and E.
Kapon
, Physica E
40
, 1815
–1818
(2008
).19.
W. H.
Chen
, V. G.
Dubrovskij
, X.
Liu
, T.
Xu
, R.
Lardé
, J. P.
Nys
, B.
Grandidier
, D.
Stiévenard
, G.
Patriarche
, and P.
Pareige
, J. Appl. Phys.
111
, 094909
(2012
).20.
W.
Chen
, L.
Yu
, F. Z. S.
Misra
, P.
Pareige
, G.
Patriarche
, and P.
Roca i Cabarrocas
, Nat. Commun.
5
, 4134
(2014
).21.
D.
Perea
, J. A.
Allen
, S. J.
May
, B. W.
Wessels
, D. N.
Seidman
, and L. J.
Lauhon
, Nano Lett.
6
, 181
(2006
).22.
D.
Perea
, E. R.
Hemesath
, E. J.
Schwalbach
, J. L.
Lensch-Falck
, P. W.
Voorhees
, and L. J.
Lauhon
, Nat. Nanotechnol.
4
, 315
(2009
).23.
O.
Moutabnabbir
, D.
Isheim
, H.
Blumtritt
, S.
Senz
, E.
Pippel
, and D.
Seidman
, Nature
496
, 78
(2013
).24.
S.
Du
, T.
Burgess
, B.
Gault
, Q.
Gao
, P.
Bao
, L.
Li
, X.
Cui
, W. K.
Yeoh
, H.
Liu
, L.
Yao
et al, Ultramicroscopy
132
, 186
–192
(2013
).25.
M. E.
Reimer
, G.
Bulgarini
, N.
Akopian
, M.
Hocevar
, M.
Bouwes Bavinck
, M. A.
Verheijen
, E. P. A. M.
Bakkers
, L. P.
Kouwenhoven
, and V.
Zwiller
, Nat. Commun.
3
, 737
(2012
).26.
M. H.
van Weert
, N.
Akopian
, U.
Perinetti
, M. P.
van Kouwen
, R. E.
Algra
, M. A.
Verheijen
, E. P. A. M.
Bakkers
, L. P.
Kouwenhoven
, and V.
Zwiller
, Nano Lett.
9
, 1989
–1993
(2009
).27.
M.
Heiss
, Y.
Fontana
, A.
Gustafsson
, G.
Wüst
, C.
Magen
, D. D.
O'Regan
, J. W.
Luo
, B.
Ketterer
, S.
Conesa-Boj
, A. V.
Kuhlmann
et al, Nat. Mater.
12
, 439
–444
(2013
).28.
M. A.
Versteegh
, M. E.
Reimer
, K. D.
Jöns
, D.
Dalacu
, P. J.
Poole
, A.
Gulinatti
, A.
Giudice
, and V.
Zwiller
, Nat. Commun.
5
, 5298
(2014
).29.
T.
Huber
, A.
Predojević
, M.
Khoshnegar
, D.
Dalacu
, P. J.
Poole
, H.
Majedi
, and G.
Weihs
, Nano Lett.
14
, 7107
(2014
).30.
M. P.
Van Kouwen
, M. H. M.
Van Weert
, M. E.
Reimer
, N.
Akopian
, U.
Perinetti
, R. E.
Algra
, E. P. A. M.
Bakkers
, L. P.
Kouwenhoven
, and V.
Zwiller
, Appl. Phys. Lett.
97
, 113108
(2010
).31.
M. T.
Bjork
, B. J.
Ohlsson
, C.
Thelander
, A. I.
Persson
, K.
Deppert
, L. R.
Wallenberg
, and L.
Samuelson
, Appl. Phys. Lett.
81
, 4458
(2002
).32.
E. D.
Minot
, F.
Kelkensberg
, M.
Van Kouwen
, J. A.
Van Dam
, L. P.
Kouwenhoven
, and V.
Zwiller
, Nano Lett.
7
, 367
(2007
).33.
L.
Rigutti
, M.
Tchernycheva
, A.
De Luna Bugallo
, G.
Jacopin
, F. H.
Julien
, K.
March
, O.
Stephan
, M.
Kociak
, and R.
Songmuang
, Nano Lett.
10
, 2939
(2010
).34.
Y.
Fontana
, P.
Corfdir
, B.
Van Hattem
, E.
Russo-Averchi
, M.
Heiss
, S.
Sonderegger
, C.
Magen
, J.
Arbiol
, R. T.
Phillips
, and A.
Fontcuberta i Morral
, Phys. Rev. B
90
, 075307
(2014
).35.
E.
Russo-Averchi
, M.
Heiss
, L.
Michelet
, P.
Krogstrup
, J.
Nygard
, C.
Magen
, J. R.
Morante
, E.
Uccelli
, J.
Arbiol
, and A.
Fontcuberta i Morral
, Nanoscale
4
, 1486
–1490
(2012
).36.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4904952 for details on sample growth, sample preparation for Atom Probe Tomography (APT), APT experimental details, and APT analysis of other nanowire samples.
37.
A.
Fontcuberta i Morral
, D.
Spirkoska
, J.
Arbiol
, M.
Heigoldt
, J. R.
Morante
, and G.
Abstreiter
, Small
4
, 899
–903
(2008
).38.
M.
Heigoldt
, J.
Arbiol
, D.
Spirkoska
, J. M.
Rebled
, S.
Conesa-Boj
, G.
Abstreiter
, F.
Peiró
, J. R.
Morante
, and A.
Fontcuberta i Morral
, J. Mater. Chem.
19
, 840
–848
(2009
).39.
O. C.
Hellman
, J. A.
Vandenbroucke
, J.
Rüsing
, D.
Isheim
, and D. N.
Seidman
, Microsc. Microanal.
6
, 437
–444
(2000
).40.
N.
Sköld
, J. B.
Wagner
, G.
Karlsson
, T.
Hernán
, W.
Seifert
, M. E.
Pistol
, and L.
Samuelson
, Nano Lett.
6
, 2743
–2747
(2006
).41.
C.
Durand
, C.
Bougerol
, J. F.
Carlin
, G.
Rossbach
, F.
Godel
, J.
Eymery
, P.-H.
Jouneau
, A.
Mukhtarova
, R.
Butté
, and N.
Grandjean
, ACS Photonics
1
, 38
–46
(2014
).42.
J.
Arbiol
, C.
Magen
, P.
Becker
, G.
Jacopin
, A.
Chernikov
, S.
Schäfer
, F.
Furtmayr
, M.
Tchernycheva
, L.
Rigutti
, J.
Teubert
et al Nanoscale
4
, 7517
–7524
(2012
).43.
J.
Riley
, R. A.
Bernal
, Q.
Li
, H. D.
Espinosa
, G. T.
Wang
, and L. J.
Lauhon
, ACS Nano
6
, 3898
(2012
).44.
J. R.
Riley
, T.
Detchprohm
, C.
Wetzel
, and L. J.
Lauhon
, Appl. Phys. Lett.
104
, 152102
(2014
).45.
L.
Mancini
, N.
Amirifar
, D.
Shinde
, I.
Blum
, M.
Gilbert
, A.
Vella
, F.
Vurpillot
, W.
Lefebvre
, R.
Lardé
, E.
Talbot
et al, J. Phys. Chem. C
118
, 24136
–24151
(2014
).46.
P.
Senellart
, E.
Peter
, J.
Hours
, A.
Cavanna
, and J.
Bloch
, Phys. Rev. B
72
, 115302
(2005
).47.
S.
Birner
, see http://www.nextnano.de/nextnano3/ for “Nextnano3” (last accessed September 19, 2014).48.
M.
Sabathil
, “Opto-electronic and quantum transport properties of semiconductor nanostructures
,” Ph.D. thesis (Munich
, 2005
).49.
L.
Rigutti
, I.
Blum
, D.
Shinde
, D.
Hernàndez-Maldonado
, W.
Lefebvre
, J.
Houard
, F.
Vurpillot
, A.
Vella
, M.
Tchernycheva
, C.
Durand
et al, Nano Lett.
14
, 107
–114
(2014
).© 2014 AIP Publishing LLC.
2014
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.