Formation, emission, and lasing properties of strain-free InP(As)/AlInAs quantum dots (QDs) embedded in AlInAs microdisk (MD) cavity were investigated using transmission electron microscopy and photoluminescence (PL) techniques. In MD structures, the QDs have the nano-pan-cake shape with the height of ∼2 nm, the lateral size of 20–50 nm, and the density of ∼5 × 109 cm−2. Their emission observed at ∼940 nm revealed strong temperature quenching, which points to exciton decomposition. It also showed unexpected type-I character, indicating In-As intermixing as confirmed by band structure calculations. We observed lasing of InP(As) QD excitons into whispering gallery modes in MD having the diameter of ∼3.2 μm and providing a free spectral range of ∼27 nm and quality factors up to Q∼13 000. Threshold of ∼50 W/cm2 and spontaneous emission coupling coefficient of ∼0.2 were measured for this MD-QD system.
References
1.
S. L.
McCall
, A. F. J.
Levi
, R. E.
Slusher
, S. J.
Pearton
, and R. A.
Logan
, App. Phys. Lett.
60
, 289
(1992
).2.
B.
Gayral
, J. M.
Ge'rard
, A.
Lemaître
, C.
Dupuis
, L.
Manin
, and J. L.
Pelouard
, Appl. Phys. Lett.
75
, 1908
(1999
).3.
H.
Cao
, J. Y.
Xu
, W. H.
Xiang
, Y.
Ma
, S.-H.
Chang
, S. T.
Ho
, and G. S.
Solomon
, Appl. Phys. Lett.
76
, 3519
(2000
).4.
P.
Michler
, A.
Kiraz
, L.
Zhang
, C.
Becher
, E.
Hu
, and A.
Imamoglu
, Appl. Phys. Lett.
77
, 184
(2000
).5.
E.
Peter
, P.
Senellart
, D.
Martrou
, A.
Lemaître
, J.
Hours
, J. M.
Gérard
, and J.
Bloch
, Phys. Rev. Lett.
95
, 067401
(2005
).6.
J.
Renner
, L.
Worschech
, A.
Forchel
, S.
Mahapatra
, and K.
Brunner
, Appl. Phys. Lett.
89
, 091105
(2006
).7.
J. S.
Xia
, K.
Nemoto
, Y.
Ikegami
, Y.
Shiraki
, and N.
Usami
, Appl. Phys. Lett.
91
, 011104
(2007
).8.
Y.
Chu
, A. M.
Mintairov
, Y.
He
, J. L.
Merz
, N. A.
Kalyuzhnyy
, V. M.
Lantratov
, and S. A.
Mintairov
, Phys. Lett. A
373
, 1185
(2009
).9.
K. S.
Hsu
, T. T.
Chiu
, W.-H.
Lin
, K. L.
Chen
, M. H.
Shih
, S.-Y.
Lin
, and Y.-C.
Chang
, Appl. Phys. Lett.
98
, 051105
(2011
).10.
M.
Mexis
, S.
Sergent
, T.
Guillet
, C.
Brimont
, T.
Bretagnon
, B.
Gil
, F.
Semond
, M.
Leroux
, D.
Néel
, S.
David
, X.
Chécoury
, and P.
Boucaud
, Opt. Lett.
36
, 2203
(2011
).11.
M.
Burger
, M.
Ruth
, S.
Declair
, J.
Forstner
, C.
Meier
, and D. J.
As
, Appl. Phys. Lett.
102
, 081105
(2013
).12.
I.
Aharonovich
, A.
Woolf
, K. J.
Russell
, T.
Zhu
, N.
Niu
, M. J.
Kappers
, R. A.
Oliver
, and E. L.
Hu
, Appl. Phys. Lett.
103
, 021112
(2013
).13.
A.
Kiraz
, P.
Michler
, C.
Becher
, B.
Gayral
, A.
Imamoğ lu
, L.
Zhang
, E.
Hu
, W. V.
Schoenfeld
, and P. M.
Petroff
, Appl. Phys. Lett.
78
, 3932
(2001
).14.
K.
Srinivasan
and O.
Painter
, Nature
450
, 862
(2007
).15.
S.
Ghosh
, W. H.
Wang
, F. M.
Mendoza
, R. C.
Myers
, X.
Li
, N.
Samarth
, A. C.
Gossard
, and D. D.
Awschalom
, Nat. Mater.
5
, 261
(2006
).16.
C.
Berger
, U.
Huttner
, M.
Mootz
, M.
Kira
, S. W.
Koch
, J. S.
Tempel
, M.
Aßmann
, M.
Bayer
, A. M.
Mintairov
, and J. L.
Merz
, Phys. Rev. Lett.
113
, 093902
(2014
).17.
P.
Michler
, A.
Kiraz
, C.
Becher
, W. V.
Schoenfeld
, P. M.
Petroff
, L.
Zhang
, E.
Hu
, and A.
Imamogùlu
, Science
290
, 2282
(2000
).18.
M.-H.
Mao
, H.-C.
Chien
, J.-Z.
Hong
, and C.-Y.
Cheng
, Opt. Exp.
19
, 14145
(2011
).19.
M.
Munsch
, M.
Munsch
, J.
Claudon
, N. S.
Malik
, K.
Gilbert
, P.
Grosse
, J.-M.
Gérard
, F.
Albert
, F.
Langer
, T.
Schlereth
, M. M.
Pieczarka
, S.
Höfling
, M.
Kamp
, A.
Forchel
, and S.
Reitzenstein
, Appl. Phys. Lett.
100
, 031111
(2012
).20.
S.
Koseki
, B.
Zhang
, K.
De Greve
, and Y.
Yamamoto
, Appl. Phys. Lett.
94
, 051110
(2009
).21.
X.
Xu
, T.
Maruizumi
, and Y.
Shiraki
, Opt. Express
22
, 3902
(2014
).22.
N. V.
Kryzhanovskaya
, I. S.
Mukhin
, E. I.
Moiseev
, I. I.
Shostak
, A. A.
Bogdanov
, A. M.
Nadtochiy
, M. V.
Maximov
, A. E.
Zhukov
, M. M.
Kulagina
, K. A.
Vashanova
, Y. M.
Zadiranov
, S. I.
Troshkov
, A. A.
Lipovskii
, and A. M.
Mintairov
, Opt. Express
22
, 25782
(2014
).23.
Y.
Chu
, A. M.
Mintairov
, Y.
He
, J. L.
Merz
, N. A.
Kalugnyy
, V. M.
Lantratov
, and S. A.
Mintairov
, Phys. Status Solidi C
8
, 325
(2011
).24.
Z. G.
Xie
, S.
Götzinger
, W.
Fang
, H.
Cao
, and G. S.
Solomon
, Phys. Rev. Lett.
98
, 117401
(2007
).25.
M.
Burger
, G.
Callsen
, T.
Kure
, A.
Hoffmann
, A.
Pawlis
, D.
Reuter
, and D. J.
As
, Appl. Phys. Lett.
103
, 021107
(2013
).26.
M.
Witzany
, R.
Roßbach
, W.-M.
Schulz
, M.
Jetter
, P.
Michler
, T.-L.
Liu
, E.
Hu
, J.
Wiersig
, and F.
Jahnke
, Phys. Rev. B
83
, 205305
(2011
).27.
A.
Gocalinska
, M.
Manganaro
, G.
Juska
, V.
Dimastrodonato
, K.
Thomas
, B.
Joyce
, J.
Zhang
, D.
Vvedensky
, and E.
Pelucchi
, Appl. Phys. Lett.
104
, 141606
(2014
).28.
V.
Duez
, O.
Vanbésien
, D.
Lippens
, D.
Vignaud
, X.
Wallart
, and F.
Mollot
, J. Appl. Phys.
85
, 2202
(1999
).29.
L. C.
Pocas
, J. L.
Duarte
, I. F. L.
Dias
, E.
Laureto
, S. A.
Lourenco
, D. O.
Toginho Filho
, E. A.
Meneses
, I.
Mazzaro
, and J. C.
Harmand
, J. Appl. Phys.
91
, 8999
(2002
).30.
G.
Juska
, E.
Murray
, V.
Dimastrodonato
, T. H.
Chung
, S. T.
Moroni
, A.
Gocalinska
, and E.
Pelucchi
, J. Appl. Phys.
117
, 134302
(2015
).31.
E.
Mura
, A.
Gocalinska
, G.
Juska
, S. T.
Moroni
, A.
Pescaglini
, and E.
Pelucchi
, Appl. Phys. Lett.
110
, 113101
(2017
).32.
J.
Kapaldo
, S.
Rouvimov
, J. L.
Merz
, S.
Oktyabrsky
, S. A.
Blundell
, N.
Bert
, P.
Brunkov
, N. A.
Kalyuzhnyy
, S. A.
Mintairo
, S.
Nekrasov
, R.
Saly
, A. S.
Vlasov
, and A. M.
Mintairov
, J. Phys. D: Appl. Phys.
49
, 475301
(2016
).33.
A. M.
Mintairov
, K.
Sun
, J. L.
Merz
, H.
Yuen
, S.
Bank
, M.
Wistey
, J. S.
Harris
, G.
Peake
, A.
Egorov
, V.
Ustinov
, R.
Kudrawiec
, and J.
Misiewicz
, Semicond. Sci. Technol.
24
, 075013
(2009
).34.
M.
Bayer
, S. N.
Walck
, T. L.
Reinecke
, and A.
Forchel
, Phys. Rev. B
57
, 6584
(1998
).35.
R. C.
Miller
, D. A.
Kleinman
, W. T.
Tsang
, and A, C.
Gossard
, Phys. Rev. B
24
, 1134(R)
(1981
).36.
L. C. L. Y.
Voon
and M.
Willatzen
, The k • p Method: Electronic Properties of Semiconductors
(Springer
, 2009
).37.
B. A.
Foreman
, Phys. Rev. B
48
, 4964
(1993
).38.
E. P.
Pokatilov
, V. A.
Fonoberov
, V. M.
Fomin
, and J. T.
Devreese
, Phys. Rev. B
64
, 245328
(2001
).39.
D.
Barettin
, S.
Madsen
, B.
Lassen
, and M.
Willatzen
, Commun. Comput. Phys.
11
, 797
–830
(2012
).40.
G. L.
Bir
and G. E.
Pikus
, Symmetry and Strain-Induced Effects in Semiconductors
(Wiley
, New York
, 1974
), p. 295
.41.
I.
Vurgaftman
, J. R.
Meyer
, and L.
Ram-Mohan
, J. Appl. Phys.
89
, 5815
(2001
).42.
I.
Vurgaftman
and J. R.
Meyer
, J. Appl. Phys.
94
, 3675
(2003
).43.
L. C. L. Y.
Voon
and L. R.
Ram-Mohan
, Phys. Rev. B
47
, 15500
(1993
).44.
See http://www.tibercad.org for “TiberCAD Simulation Package.”
45.
M.
Auf der Maur
, D.
Barettin
, A.
Pecchia
, F.
Sacconi
, and A.
Di Carlo
, Numerical Simulation of Optoelectronic Devices
pp. 11
–12
(2014
).46.
M.
Oxborrow
, IEEE Trans. Microwave Theory Tech.
55
(6
), 1209
–1218
(2007
).47.
J. M.
Gerard
and B.
Gayral
, J. Light. Technol.
17
, 2089
(1999
).48.
G. S.
Solomon
, M.
Pelton
, and Y.
Yamamoto
, Phys. Rev. Lett.
86
, 3903
(2001
).49.
G.
Bjork
and Y.
Yamamoto
, IEEE J. Quantum Electron.
27
, 2386
(1991
).50.
U.
Mohideen
, R. E.
Slusher
, F.
Jahnke
, and S. W.
Koch
, Phys. Rev. Lett.
73
, 1785
(1994
).© 2017 Author(s).
2017
Author(s)
You do not currently have access to this content.
