We investigate optical transitions and carrier dynamics in hybrid structures containing type-I GaAs/AlGaAs quantum wells (QWs) and type-II GaSb/AlGaAs quantum dots (QDs). We show that the optical recombination of photocreated electrons confined in the QWs with holes in the QDs and wetting layer can be modified according to the QW/QD spatial separation. In particular, for low spacer thicknesses, the QW optical emission can be suppressed due to the transference of holes from the QW to the GaSb layer, favoring the optical recombination of spatially separated carriers, which can be useful for optical memory and solar cell applications. Time-resolved photoluminescence (PL) measurements reveal non-exponential recombination dynamics. We demonstrate that the PL transients can only be quantitatively described by considering both linear and quadratic terms of the carrier density in the bimolecular recombination approximation for type-II semiconductor nanostructures. We extract long exciton lifetimes from 700 ns to 5 μs for QDs depending on the spacer layer thickness.

1.
T. D.
Ladd
,
F.
Jelezko
,
R.
Laflamme
,
Y.
Nakamura
,
C.
Monroe
, and
J. L.
O'Brien
,
Nature
464
,
45
(
2010
).
2.
A. J.
Shields
,
Nat. Photonics
1
,
215
(
2007
).
3.
A.
Marent
,
M.
Geller
,
A.
Schliwa
,
D.
Feise
,
K.
Poetschke
,
D.
Bimberg
,
N.
Akçay
, and
N.
Oncan
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
242109
(
2007
).
4.
T.
Nowozin
,
L.
Bonato
,
A.
Hoegner
,
A.
Wiengarten
,
D.
Bimberg
,
W.
Lin
,
S.
Lin
,
C. J.
Reyner
,
B. L.
Liang
, and
D. L.
Huffaker
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
052115
(
2013
).
5.
R. B.
Laghumavarapu
,
A.
Moscho
,
A.
Khoshakhlagh
,
M.
El-Emawy
,
L. F.
Lester
, and
D. L.
Huffaker
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
173125
(
2007
).
6.
P. J.
Carrington
,
A. S.
Mahajumi
,
M. C.
Wagener
,
J. R.
Botha
,
Q.
Zhuang
, and
A.
Krier
,
Physica B
407
,
1493
(
2012
).
7.
P. J.
Carrington
,
M. C.
Wagener
,
J. R.
Botha
,
A. M.
Sanchez
, and
A.
Krier
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
231101
(
2012
).
8.
H.
Fujita
,
P. J.
Carrington
,
M. C.
Wagener
,
J. R.
Botha
,
A. R. J.
Marshall
,
J.
James
,
A.
Krier
,
K. H.
Lee
, and
N. J.
Ekins-Daukes
,
Prog. Photovoltaics
23
,
1896
(
2015
).
9.
J.
Tatebayashi
,
A.
Khoshakhlagh
,
S. H.
Huang
,
G.
Balakrishman
,
L. R.
Dawson
,
D. L.
Huffaker
,
D. A.
Bussian
,
H.
Htoon
, and
V.
Klimov
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
261115
(
2007
).
10.
H. S.
Hsu
,
W. C.
Hung
,
C. C.
Chang
,
W. H.
Lin
,
M. H.
Shin
,
P. T.
Lee
,
S. Y.
Lin
,
S. W.
Chang
, and
Y. C.
Chang
,
Appl. Phys. Lett.
107
,
091113
(
2015
).
11.
A.
Marent
,
T.
Nowozin
,
M.
Geller
, and
D.
Bimberg
,
Semicond. Sci. Technol.
26
,
014026
(
2011
).
12.
M.
Hayne
,
R. J.
Young
,
E. P.
Smakman
,
T.
Nowozin
,
P.
Hodgson
,
J. K.
Garleff
,
P.
Rambabu
,
P. M.
Koenraad
,
A.
Marent
,
L.
Bonato
 et al,
J. Phys. D: Appl. Phys.
46
,
264001
(
2013
).
13.
C. K.
Sun
,
G.
Wang
,
J. E.
Bowers
,
B.
Brar
,
H. R.
Blank
,
H.
Kroemer
, and
M. H.
Pilkuhn
,
Appl. Phys. Lett.
68
,
1543
(
1996
).
14.
E. R.
Glaser
,
B. R.
Bennett
,
B. V.
Shanabrook
, and
R.
Magno
,
Appl. Phys. Lett.
68
,
3614
(
1996
).
15.
F.
Hatami
,
M.
Grundmann
,
N. N.
Ledentsov
,
F.
Heinrichsdorff
,
R.
Heitz
,
J.
Boehrer
,
D.
Bimberg
,
S. S.
Ruvimov
,
P.
Werner
,
V. M.
Ustinov
 et al,
Phys. Rev. B
57
,
4635
(
1998
).
16.
R. A.
Hogg
,
K.
Suzuki
,
K.
Tachibana
,
L.
Finger
,
K.
Hirakawa
, and
Y.
Arakawa
,
Appl. Phys. Lett.
72
,
2856
(
1998
).
17.
K.
Gradkowski
,
T. J.
Ochalski
,
N.
Pavarelli
,
H. Y.
Liu
,
J.
Tatebayashi
,
D. P.
Williams
,
D. J.
Mowbray
,
G.
Huyet
, and
D. L.
Huffaker
,
Phys. Rev. B
85
,
035432
(
2012
).
18.
P. D.
Hodgson
,
R. J.
Young
,
M. A.
Kamarudin
,
Q. D.
Zhuang
, and
M.
Hayne
,
Phys. Rev. B
88
,
155322
(
2013
).
19.
H. M.
Ji
,
B.
Liang
,
P. J.
Simmonds
,
B. C.
Juang
,
T.
Yang
,
R. J.
Young
, and
D. L.
Huffaker
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
103104
(
2015
).
20.
F.
Qiu
,
W.
Qiu
,
Y.
Li
,
X.
Wang
,
Y.
Zhang
,
X.
Zhou
,
Y.
Lv
,
Y.
Sun
,
H.
Deng
,
S.
Hu
 et al,
Nanotechnology
27
,
065602
(
2016
).
21.
P. D.
Hodgson
,
R. J.
Young
,
M. A.
Kamarudin
,
P. J.
Carrington
,
A.
Krier
,
Q. D.
Zhuang
,
E. P.
Smakman
,
P. M.
Koenraad
, and
M.
Hayne
,
J. Appl. Phys.
114
,
073519
(
2013
).
22.
Y. I.
Mazur
,
B. L.
Liang
,
Z. M.
Wang
,
D.
Guzun
,
G. J.
Salamo
,
Z. Y.
Zhuchenko
, and
G. G.
Tarasov
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
151914
(
2006
).
23.
Y. I.
Mazur
,
V. G.
Dorogan
,
J. E.
Marega
,
M.
Benamara
,
Z. Y.
Zhuchenko
,
G. G.
Tarasov
,
C.
Lienau
, and
G. J.
Salamo
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
083118
(
2011
).
24.
G.
Moody
,
M. E.
Siemens
,
A. D.
Bristow
,
X.
Dai
,
A. S.
Bracker
,
D.
Gammon
, and
S. T.
Cundiff
,
Phys. Rev. B
83
,
245316
(
2011
).
25.
M.
Superek
,
J.
Andrzejewski
,
W. R.
Rudzinski
,
G.
Sek
,
J.
Misiewicz
,
E. M.
Pavelescu
,
C.
Gilfert
, and
J. P.
Reithmaier
,
Phys. Rev. B
85
,
125311
(
2012
).
26.
D.
Guzun
,
Y. I.
Mazur
,
V. G.
Dorogan
,
M. E.
Ware
,
J. E.
Marega
,
G. G.
Tarasov
,
C.
Lienau
, and
G. J.
Salamo
,
J. Appl. Phys.
113
,
154304
(
2013
).
27.
X. J.
Yang
,
T.
Kiba
,
T.
Yamamura
,
J.
Takayama
,
A.
Subayo
,
K.
Sueoka
, and
A.
Murayama
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
012406
(
2014
).
28.
A.
Murayama
,
T.
Asahina
,
K.
Nishibayashi
,
I.
Souma
, and
Y.
Oka
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
023114
(
2006
).
29.
R. B.
Laghumavarapu
,
B. L.
Liang
,
Z. S.
Bittner
,
T. S.
Navruz
,
S. M.
Hubbard
,
A.
Norman
, and
D. L.
Huffaker
,
Sol. Energy Mater. Sol. Cells
114
,
165
(
2013
).
30.
S.
Hatch
,
J.
Wu
,
K.
Sablon
,
P.
Lam
,
M. C.
Tang
,
Q.
Jiang
, and
H. Y.
Liu
,
Opt. Express
22
,
A679
(
2014
).
31.
M.
Sun
,
P. J.
Simmonds
,
R. B.
Laghumavarapu
,
A.
Lin
,
C. J.
Reyner
,
H. S.
Duan
,
B.
Liang
, and
D. L.
Huffaker
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
023107
(
2013
).
32.
M.
Sopanen
,
H.
Lipsanen
, and
J.
Ahopelto
,
Appl. Phys. Lett.
66
,
2364
(
1995
).
33.
C.
Obermueller
,
A.
Deisenrieder
,
G.
Abstreiter
,
K.
Karrai
,
S.
Grosse
,
S.
Manus
,
J.
Feldmann
,
H.
Lipsanen
,
M.
Sopanen
, and
J.
Ahopelto
,
Appl. Phys. Lett.
75
,
358
(
1999
).
34.
L.
Mueller-Kirsch
,
R.
Heitz
,
A.
Schliwa
,
O.
Stier
,
D.
Bimberg
,
H.
Kirmes
, and
W.
Neumann
,
Appl. Phys. Lett.
78
,
3908
(
2001
).
35.
M.
Hayne
,
O.
Razinkova
,
S.
Bersier
,
R.
Heitz
,
L.
Mueller-Kirsch
,
M.
Geller
,
D.
Bimberg
, and
V. V.
Moshchalkov
,
Phys. Rev. B
70
,
081302
(
2004
).
36.
K.
Gradkowski
,
T. J.
Ochalski
,
D. P.
Williams
,
S. B.
Healy
,
J.
Tatebayashi
,
G.
Balakrishnan
,
E. P.
O'Reilly
,
G.
Huyet
, and
D. L.
Huffaker
,
Phys. Status Solidi B
246
,
752
(
2009
).
37.
D.
Alonso-Alvarez
,
B.
Alen
,
J. M.
Garcia
, and
J. M.
Ripalda
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
263103
(
2007
).
38.
E. F.
Schubert
,
Light-Emitting Diodes
(
Cambrige University Press
,
2003
).
39.
G.
Lakhwani
,
A.
Rao
, and
R. H.
Friend
,
Annu. Rev. Phys. Chem.
65
,
557
(
2014
).
You do not currently have access to this content.