InAs quantum dots grown on GaAs (100) surfaces subjected to novel in-situ treatments

V.H. Méndez-García

Instituto de Investigación en Comunicación Óptica and Facultad de Ingeniería, Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Av. Karakorum 1470, Lomas 4^a Sección, San Luis Potosí, 78210 S.L.P., México, Tel: +52 444 8250183, Fax: +52 444 8250198 e-mail: vmendez@cactus.iico.uaslp.mx

Recibido el 19 de enero de 2004. ]]> Aceptado el 5 de abril de 2005.

Abstract

Novel in-situ treatments were performed to GaAs(100) surfaces in order to improve the size homogeneity of self-assembled InAs quantum dots (QDs). The treatments consisted in exposing the GaAs surfaces at high temperature for 10 seconds with the As₄- shutter closed. In the first experiment, the GaAs surface was just kept under no fluxes during 10 seconds, while in another growth the Si shutter was opened during the As₄ flux interruption. Both experiments were compared with a conventionally grown sample. Remarkable differences in the growth kinetics were observed when the InAs deposition was performed on different treated GaAs surfaces. The thermal treatment performed under no Si-flux extended the two to three-dimensional growth transition at much larger InAs thickness. Ón the contrary, the Si-treated sample showed an earlier lattice relaxation as compared with the reference sample. As for the final topology of the samples both treatments decreased the QDs diameter and height dispersion as compared with the conventionally grown sample. Therefore, a significant improvement on the size distribution of QDs was induced by the novel in-situ treatments, which also reduced the full width at half maximum (FWHM) of the photoluminescence (PL) emission spectra. Additionally, PL experiments showed a clear correlation between the dots size increase and the emission peak redshift observed for the QDs grown on GaAs surfaces subjected to the different treatments.

Keywords: Nanoestructures; quantum dots; molecular beam epitaxy; semiconducting III-V materials.

Resumen

Novedosos tratamientos fueron realizados in-situ a superficies de GaAs (100) con el propósito de obtener una mayor uniformidad en los tamaños de los puntos cuánticos (QDs) autoensamblados de InAs. Los tratamientos consistieron en exponer las superficies de GaAs a temperatura alta por 10 segundos con el obturador de As₄ cerrado. En un primer experimento la superficie de GaAs únicamente se mantuvo a 650°C sin ningún flujo, mientras que en el otro crecimiento el obturador de Si se abrió durante la interrupción del flujo de As₄. Ambos experimentos se compararon con una muestra crecida convencionalmente. Notables diferencias fueron observadas en la cinética de crecimiento cuando el depósito de InAs se realizó sobre las diferentes superficies tratadas de GaAs. El tratamiento térmico realizado sin flujo de Si extiende a mucho mayor espesor la transición del crecimiento bidimensional a tridimensional de InAs. Por el contrario, la muestra tratada con Si mostró más tempana relajación de red comparada con la muestra de referencia. Respecto a la topología final de las muestras, ambos tratamientos redujeron la dispersión en alturas y diámetros, respecto a la muestra crecida convencionalmente. Por lo tanto, un significativo mejoramiento fue inducido por los tratamientos térmicos en la distribución de tamaños de los QDs, lo cual a su vez redujo el ancho medio (FWHM) de los espectros de fotoluminiscencia (PL). Además, los experimentos de PL mostraron una clara correlación entre el aumento en los tamaños de los puntos y el corrimiento hacia el rojo del pico de emisión que se observó para los QDs crecidos sobre las superficies de GaAs sometidas a los diferentes tratamientos.

Descriptores: Nanoestructuras; puntos cuánticos; epitaxia por haces moleculares; materiales semiconductores III-V.

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Acknowledgments

The authors would like to express their thanks for the laboratory facilities provided by Dr. Alfonso-Lastras, Dr. A.Yu. Gorbatchev and the technical support from B.E. Torres-Loredo, J.G. Nieto-Navarro and E. Ontiveros. This work was partially supported by CONACyT-Mexico, FAI-UASLP, PROMEP-SESIC.

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