InAs quantum dots at telecommunication wavelengths are desired as single-photon sources, but a growth technique that enables wide control over quantum dot size, density, and morphology is needed. Droplet epitaxy is well suited for this purpose, but InAs nanostructures tend to form as rings on (001) InGaAs, InAlAs, and InP surfaces. In this work, we investigate how surface diffusion can be manipulated to grow quantum dots by molecular beam epitaxy without using high-index substrates or metamorphic buffers. First, surface diffusion characteristics of In on In0.52Al0.48As are compared to In and Ga on In0.53Ga0.47As. Then, a two-step arsenic exposure protocol is applied to modify the droplet crystallization step, resulting in a series of different nanostructure morphologies that have narrow-linewidth emission between 1200 and 1520 nm at 4 K. Ultimately, we show that controlling surface diffusion of the group-III species during growth is critical for achieving quantum dots appropriate for single-photon sources at telecommunication wavelengths.
REFERENCES
1.
C.
Santori
, M.
Pelton
, G.
Solomon
, Y.
Dale
, and Y.
Yamamoto
, Phys. Rev. Lett.
86
, 1502
(2001
). 2.
P.
Michler
, A.
Kiraz
, C.
Becher
, W. V.
Schoenfeld
, P. M.
Petroff
, L.
Zhang
, E.
Hu
, and A.
Imamoglu
, Science.
290
, 2282
(2000
). 3.
P.
Senellart
, G.
Solomon
, and A.
White
, Nat. Nanotechnol.
12
, 1026
(2017
). 4.
Y.
Arakawa
and M. J.
Holmes
, Appl. Phys. Rev.
7
, 021309
(2020
). 5.
T.
Miyazawa
, K.
Takemoto
, Y.
Sakuma
, S.
Hirose
, T.
Usuki
, N.
Yokoyama
, M.
Takatsu
, and Y.
Arakawa
, Jpn. J. Appl. Phys.
44
, 18
(2005
). 6.
C.
Santori
, D.
Fattal
, J.
Vučković
, G. S.
Solomon
, and Y.
Yamamoto
, Nature
419
, 594
(2002
). 7.
X.
Ding
et al, Phys. Rev. Lett.
116
, 020401
(2016
). 8.
R. M.
Stevenson
, R. J.
Young
, P.
Atkinson
, K.
Cooper
, D. A.
Ritchie
, and A. J.
Shields
, Nature
439
, 178
(2006
). 9.
N.
Akopian
, N. H.
Lindner
, E.
Poem
, Y.
Berlatzky
, J.
Avron
, D.
Gershoni
, B. D.
Gerardot
, and P. M.
Petroff
, Phys. Rev. Lett.
96
, 130501
(2005
). 10.
Ł
Dusanowski
et al, Appl. Phys. Lett.
105
, 021909
(2014
). 11.
R.
Kubota
, T.
Saiki
, P.
Regreny
, A.
Benamrouche
, and M.
Gendry
, Jpn. J. Appl. Phys.
49
, 041201
(2010
).12.
R.
Nötzel
et al, Jpn. J. Appl. Phys.
45
, 6544
(2006
). 13.
A.
Hospodková
, E.
Hulicius
, J.
Oswald
, J.
Pangrác
, T.
Mates
, K.
Kuldová
, K.
Melichar
, and T.
Šimeček
, J. Cryst. Growth
298
, 582
(2007
). 14.
X.
Liu
, K.
Akahane
, N. A.
Jahan
, N.
Kobayashi
, M.
Sasaki
, H.
Kumano
, and I.
Suemune
, Appl. Phys. Lett.
103
, 061114
(2013
). 15.
D.
Fuster
, A.
Rivera
, B.
Alén
, P.
Alonso-gonzález
, Y.
González
, and L.
González
, Appl. Phys. Lett.
94
, 133106
(2009
). 16.
M.
Benyoucef
, M.
Yacob
, J. P.
Reithmaier
, J.
Kettler
, and P.
Michler
, Appl. Phys. Lett.
103
, 162101
(2013
). 17.
R. P.
Leavitt
and C. J. K.
Richardson
, J. Vac. Sci. Technol. B
33
, 051202
(2015
). 18.
M.
Paul
, F.
Olbrich
, J.
Höschele
, S.
Schreier
, J.
Kettler
, S. L.
Portalupi
, M.
Jetter
, and P.
Michler
, Appl. Phys. Lett.
111
, 033102
(2017
). 19.
C.
Carmesin
et al, Phys. Rev. B
98
, 125407
(2018
). 20.
P.
Holewa
, S.
Kadkhodazadeh
, M.
Gawełczyk
, P.
Baluta
, A.
Musiał
, V. G.
Dubrovskii
, M.
Syperek
, and E.
Semenova
, Nanophotonics
11
, 1515
(2022
). 21.
N.
Koguchi
, K.
Ishige
, and S.
Takahashi
, J. Vac. Sci. Technol. B
11
, 787
(1993
). 22.
T.
Kuroda
, T.
Mano
, T.
Ochiai
, S.
Sanguinetti
, K.
Sakoda
, G.
Kido
, and N.
Koguchi
, Phys. Rev. B
72
, 205301
(2005
). 23.
S.
Bietti
, C.
Somaschini
, L.
Esposito
, A.
Fedorov
, and S.
Sanguinetti
, J. Appl. Phys.
116
, 114311
(2014
). 24.
M. A.
Stevens
, S.
Tomasulo
, S.
Maximenko
, T. E.
Vandervelde
, and M. K.
Yakes
, J. Appl. Phys.
121
, 195302
(2017
). 25.
S.
Tomasulo
, M. A.
Stevens
, J. A.
Nolde
, N. A.
Kotulak
, and M. K.
Yakes
, J. Cryst. Growth
595
, 126803
(2022
). 26.
J.
Skiba-Szymanska
et al, Phys. Rev. Appl.
8
, 014013
(2017
). 27.
T.
Müller
et al, Nat. Commun.
9
, 862
(2018
). 28.
E. M.
Sala
, M.
Godsland
, Y. I.
Na
, A.
Trapalis
, and J.
Heffernan
, Nanotechnology
33
, 065601
(2022
). 29.
X.
Liu
et al, Phys. Rev. B
90
, 081301
(2014
). 30.
N.
Ha
et al, Appl. Phys. Lett.
104
, 143106
(2014
). 31.
N.
Ha
, T.
Mano
, S.
Dubos
, T.
Kuroda
, Y.
Sakuma
, and K.
Sakoda
, Appl. Phys. Exp.
13
, 025002
(2020
). 32.
D.
Fuster
, K.
Abderrafi
, B.
Alén
, Y.
González
, L.
Wewior
, and L.
González
, J. Cryst. Growth
434
, 81
(2016
). 33.
J. S.
Kim
and N.
Koguchi
, Appl. Phys. Lett.
85
, 5893
(2004
). 34.
M.
Gurioli
, Z.
Wang
, A.
Rastelli
, T.
Kuroda
, and S.
Sanguinetti
, Nat. Mater.
18
, 799
(2019
). 35.
S. V.
Balakirev
, D. V.
Kirichenko
, N. E.
Chernenko
, N. A.
Shandyba
, M. M.
Eremenko
, O. A.
Ageev
, and M. S.
Solodovnik
, Appl. Surf. Sci.
578
, 152023
(2022
). 36.
D.
Nečas
and P.
Klapetek
, Open Phys.
10
, 181
(2012
). 37.
S. V.
Balakirev
, M. S.
Solodovnik
, and O. A.
Ageev
, Phys. Status Solidi
255
, 1700360
(2018
). 38.
T.
Noda
, M.
Jo
, T.
Mano
, T.
Kawazu
, and H.
Sakaki
, J. Cryst. Growth
378
, 529
(2013
). 39.
T.
Noda
, T.
Mano
, M.
Jo
, T.
Kawazu
, and H.
Sakaki
, J. Appl. Phys.
112
, 063510
(2012
). 40.
A.
Stemmann
, C.
Heyn
, T.
Köppen
, T.
Kipp
, and W.
Hansen
, Appl. Phys. Lett.
93
, 123108
(2008
). 41.
T.
Noda
, T.
Mano
, and H.
Sakaki
, Cryst. Growth Des.
11
, 726
(2011
). 42.
T.
Suzuki
and T.
Nishinaga
, J. Cryst. Growth
148
, 8
(1995
). 43.
J. H.
Lee
, Z. M.
Wang
, E. S.
Kim
, N. Y.
Kim
, S. H.
Park
, and G. J.
Salamo
, Nanoscale Res. Lett.
5
, 308
(2010
). 44.
C.
Heyn
, A.
Stemmann
, A.
Schramm
, H.
Welsch
, W.
Hansen
, and Á
Nemcsics
, Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys.
76
, 075317
(2007
). © 2023 Public Domain.
2023
Public Domain
Published by AIP Publishing.
You do not currently have access to this content.
