We delineate the optimized growth parameter space for high-uniformity catalyst-free InGaAs nanowire (NW) arrays on Si over nearly the entire alloy compositional range using selective area molecular beam epitaxy. Under the required high group-V fluxes and V/III ratios, the respective growth windows shift to higher growth temperatures as the Ga-content x(Ga) is tuned from In-rich to Ga-rich InGaAs NWs. Using correlated x-ray diffraction, transmission electron microscopy, and micro-photoluminescence spectroscopy, we identify structural defects to govern luminescence linewidths in In-rich (x(Ga) < 0.4) and Ga-rich (x(Ga) > 0.6) NWs, whereas limitations at intermediate Ga-content (0.4 < x(Ga) < 0.6) are mainly due to compositional inhomogeneities. Most remarkably, the catalyst-free InGaAs NWs exhibit a characteristic transition in crystal structure from wurtzite to zincblende (ZB) dominated phase near x(Ga) ∼ 0.4 that is further reflected in a cross-over from blue-shifted to red-shifted photoluminescence emission relative to the band edge emission of the bulk ZB InGaAs phase.

1.
K.
Tomioka
,
M.
Yoshimura
, and
T.
Fukui
,
Nature
488
,
189
(
2012
).
2.
X.
Zhao
,
J.
Lin
,
C.
Heidelberger
,
E. A.
Fitzgerald
, and
J. A.
del Alamo
,
IEEE Int. Electron Devices Meet.
2013
,
28.4.1
28.4.4
.
3.
R.
Chen
,
T.-T. D.
Tran
,
K. W.
Ng
,
W. S.
Ko
,
L. C.
Chuang
,
F. G.
Sedgwick
, and
C.
Chang-Hasnain
,
Nat. Photonics
5
,
170
(
2011
).
4.
M.
Moewe
,
L. C.
Chuang
,
S.
Crankshaw
,
K. W.
Ng
, and
C.
Chang-Hasnain
,
Opt. Express
17
,
7831
(
2009
).
5.
J. C.
Shin
,
K. H.
Kim
,
K. J.
Yu
,
H.
Hu
,
L.
Yin
,
C.-Z.
Ning
,
J. A.
Rogers
,
J.-M.
Zuo
, and
X.
Li
,
Nano Lett.
11
,
4831
(
2011
).
6.
Y.
Kim
,
H. J.
Joyce
,
Q.
Gao
,
H. H.
Tan
,
C.
Jagadish
,
M.
Paladugu
,
J.
Zou
, and
A.
Suvorova
,
Nano Lett.
6
,
599
(
2006
).
7.
F.
Jabeen
,
V.
Grillo
,
F.
Martelli
, and
S.
Rubini
,
IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron.
17
,
794
(
2011
).
8.
J. C.
Shin
,
D. Y.
Kim
,
A.
Lee
,
H. J.
Kim
,
J. H.
Kim
,
W. J.
Choi
,
H. S.
Kim
, and
K. J.
Choi
,
J. Cryst. Growth
372
,
15
(
2013
).
9.
S.
Hertenberger
,
S.
Funk
,
K.
Vizbaras
,
A.
Yadav
,
D.
Rudolph
,
J.
Becker
,
S.
Bolte
,
M.
Döblinger
,
M.
Bichler
,
G.
Scarpa
,
P.
Lugli
,
I.
Zardo
,
J. J.
Finley
,
M.-C.
Amann
,
G.
Abstreiter
, and
G.
Koblmüller
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
043116
(
2012
).
10.
T.
Yang
,
S.
Hertenberger
,
S.
Morkötter
,
G.
Abstreiter
, and
G.
Koblmüller
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
233102
(
2012
).
11.
T.
Sato
,
J.
Motohisa
,
J.
Noborisaka
,
S.
Hara
, and
T.
Fukui
,
J. Cryst. Growth
310
,
2359
(
2008
).
12.
M.
Yoshimura
,
K.
Tomioka
,
K.
Hiruma
,
S.
Hara
,
J.
Motohisa
, and
T.
Fukui
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
49
(4S),
04DH08
(
2010
).
13.
Y.
Kohashi
,
S.
Sakita
,
S.
Hara
, and
J.
Motohis
,
Appl. Phys. Express
6
,
025502
(
2013
).
14.
S.
Morkötter
,
S.
Funk
,
M.
Liang
,
M.
Döblinger
,
S.
Hertenberger
,
J.
Treu
,
D.
Rudolph
,
A.
Yadav
,
J.
Becker
,
M.
Bichler
,
G.
Scarpa
,
P.
Lugli
,
I.
Zardo
,
J. J.
Finley
,
G.
Abstreiter
, and
G.
Koblmüller
,
Phys. Rev. B
87
,
205303
(
2013
).
15.
J.
Treu
,
M.
Bormann
,
H.
Schmeiduch
,
M.
Döblinger
,
S.
Morkötter
,
S.
Matich
,
P.
Wiecha
,
K.
Saller
,
B.
Mayer
,
M.
Bichler
,
M.-C.
Amann
,
J. J.
Finley
,
G.
Abstreiter
, and
G.
Koblmüller
,
Nano Lett.
13
,
6070
(
2013
).
16.
H.
Yoshida
,
K.
Ikejiri
,
T.
Sato
,
S.
Hara
,
K.
Hiruma
,
J.
Motohisa
, and
T.
Fukui
,
J. Cryst. Growth
312
,
52
(
2009
).
17.
S.
Hertenberger
,
D.
Rudolph
,
J.
Becker
,
M.
Bichler
,
J. J.
Finley
,
G.
Abstreiter
, and
G.
Koblmüller
,
Nanotechnology
23
,
235602
(
2012
).
18.
D.
Rudolph
,
S.
Hertenberger
,
S.
Bolte
,
W.
Paosangthong
,
D.
Spirkoska
,
M.
Döblinger
,
M.
Bichler
,
J. J.
Finley
,
G.
Abstreiter
, and
G.
Koblmüller
,
Nano Lett.
11
,
3848
(
2011
).
19.
Y.
Kohashi
,
T.
Sato
,
K.
Ikejiri
,
K.
Tomioka
,
S.
Hara
, and
J.
Motohisa
,
J. Cryst. Growth
338
,
47
(
2012
).
20.
K.
Tomioka
,
P.
Mohan
,
J.
Noborisaka
,
S.
Hara
,
J.
Motohisa
, and
T.
Fukui
,
J. Cryst. Growth
298
,
644
(
2007
).
21.
N.
Moll
,
A.
Kley
,
E.
Pehlke
, and
M.
Scheffler
,
Phys. Rev. B
54
,
8844
(
1996
).
22.
P.
Chen
,
K. C.
Rajkumar
, and
A.
Madhukar
,
Appl. Phys. Lett.
58
,
1771
(
1991
).
23.
T.
Akiyama
,
K.
Sano
,
K.
Nakamura
, and
T.
Ito
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 2
45
,
L275
(
2006
).
24.
T.
Yamashita
,
T.
Akiyama
,
K.
Nakamura
, and
T.
Ito
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
50
,
055001
(
2011
).
25.
M. I.
McMahon
and
R. J.
Nelmes
,
Phys. Rev. Lett.
95
,
215505
(
2005
).
26.
D.
Kriegner
,
C.
Panse
,
B.
Mandl
,
K. A.
Dick
,
M.
Keplinger
,
J. M.
Persson
,
P.
Caroff
,
D.
Ercolani
,
L.
Sorba
,
F.
Bechstedt
,
J.
Stangl
, and
G.
Bauer
,
Nano Lett.
11
,
1483
(
2011
).
27.
M.
de la Mata
,
C.
Magen
,
P.
Caroff
, and
J.
Arbiol
,
Nano Lett.
14
,
6614
(
2014
).
28.
J.
Bao
,
D. C.
Bell
,
F.
Capasso
,
J. B.
Wagner
,
T.
Martensson
,
J.
Tragardh
, and
L.
Samuelson
,
Nano Lett.
8
,
836
(
2008
).
29.
H. J.
Joyce
,
Q.
Gao
,
H. H.
Tan
,
C.
Jagadish
,
Y.
Kim
,
M. A.
Fickenscher
,
S.
Perera
,
T. B.
Hoang
,
L. M.
Smith
,
H. E.
Jackson
,
J. M.
Yarrison-Rice
,
X.
Zhang
, and
J.
Zou
,
Adv. Funct. Mater.
18
,
3794
(
2008
).
30.
I.
Vurgaftman
,
J. R.
Meyer
, and
L. R.
Ram-Mohan
,
J. Appl. Phys.
89
,
5815
(
2001
).
31.
M.
Murayama
and
T.
Nakayama
,
Phys. Rev. B
49
,
4710
(
1994
).
32.
D.
Spirkoska
,
J.
Arbiol
,
A.
Gustafsson
,
S.
Conesa-Boj
,
F.
Glas
,
I.
Zardo
,
M.
Heigoldt
,
M. H.
Gass
,
A. L.
Bleloch
,
S.
Estrade
,
M.
Kaniber
,
J.
Rossler
,
F.
Peiro
,
J. R.
Morante
,
G.
Abstreiter
,
L.
Samuelson
, and
A.
Fontcuberta i Morral
,
Phys. Rev. B
80
,
245325
(
2009
).
You do not currently have access to this content.