Abstract
During the Ga-molecules suppling on to the lattice-matched AlGaAs surface, we discussed the Ga-droplet formation dynamics based on Ga migration and diffusion behavior on GaAs (100), (111)A and (111)B surfaces. We discussed the formation mechanism of GaAs quantum dots (QDs), quantum dot molecules (QDMs; coupled QDs), single quantum rings (QRs), and double quantum rings (d-QRs; coupled QRs) complexes. Since the shape of GaAs quantum nanostructures (QNs) on (100) surface is affected by the out-migration of Ga-molecules due to the specific surface As coverage condition during crystallization, we can also control the shape of QNs by varying the conditions of droplet epitaxy process. In addition, by using the nature of the Ga-migration on the (111)A and (111)B surfaces, we fabricated ultra-high density (1.6 × 1011 /cm2) GaAs QDs and ultra-low density (6.5 × 105 /cm2) GaAs QNs on the AlGaAs (111)A and (111)B surfaces surface, respectively.
Similar content being viewed by others
References
N. C. van der Vaart, S. F. Godijn, Y. V. Nazarov, C. J. P. M. Harmans, J. E. Mooij, L. W. Molenkamp and C. T. Foxon, Phys. Rev. Lett. 74, 4702 (1995).
U. Banin, Y. Cao, D. Katz and O. Millo, Nature 400, 542 (1999).
D. Bimberg, M. Grundmann and N. N. Ledentsov, Quantum Dot Heterostructures; 1st Edition (John Wiley & Sons Ltd., 1999).
A. Lorke, R. Johannes Luyken, A. O. Govorov, J. P. Kotthaus, J. M. Garcia and P. M. Petroff, Phys. Rev. Lett. 84, 2223 (2000).
M. Bayer, P. Hawrylak, K. Hinzer, S. Fafard, M. Korkusinski, Z. R. Wasilewski, O. Stern and A. Forchel, Science 291, 451 (2001).
Y. Arakawa and H. Sakaki, Appl. Phys. Lett. 40, 939 (1982).
M. Kastner, Phys. Today 46, 24 (1993).
I. Amlani, A. O. Orlov, G. Toth, G. H. Bernstein, C. S. Lent and G. L. Snider, Science 284, 289 (1999).
Z. Yuan, B. E. Kardynal, R. M. Stevenson, A. J. Shields, C. J. Lobo, K. Cooper, N. S. Beattie, D. A. Ritchie and M. Pepper, Science 295, 102 (2002).
A. Imre, G. Csaba, L. Ji, A. Orlov, G. H. Bernstein and W. Porod, Science 311, 205 (2006).
F. Grillot, C-Y. Lin, N. A. Naderi, M. Pochet and L. F. Lester, Appl. Phys. Lett. 94, 153503 (2009).
D. Leonard, M. Krishnamurthy, C. M. Reaves, S. P. Denbaars and P. M. Petroff, Appl. Phys. Lett. 63, 3203 (1993).
J. M. Moison, F. Houzay, F. Barthe, L. Leprince, E. André and O. Vatel, Appl. Phys. Lett. 64, 196 (1994).
J. F. Chen, C. H. Chiang, Y. H. Wu, L. Chang and J. Y. Chi, J. Appl. Phys. 104, 023509 (1994).
J. S. Kim et al., J. Korean Phys. Soc. 42, S476 (2003).
J. S. Kim, J. H. Lee, S. U. Hong, W. S. Han, H-S. Kwack, C. W. Lee and D. K. Oh, IEEE Photonics Technol. Lett. 16, 1607 (2004).
Z. M. Wang, C. Rodriguez, S. Seydmohamadi, Y. I. Mazur, Y. Z. Xie and G. J. Salamo, Appl. Phys. Lett. 94, 083107 (2009).
N. Koguchi, S. Takahashi and T. Chikyow, J. Cryst. Growth 111, 688 (1991).
N. Koguchi, K. Ishige and S. Takahashi, J. Vac. Sci. Technol. B 11, 787 (1993).
N. Koguchi and K. Ishige, Jpn. J. Appl. Phys. 32, 2052 (1993).
S. Tsukamoto and N. Koguchi, Appl. Phys. Lett. 65, 2199 (1994).
Y. Nonogaki, T. Iguchi, Y. Fujiwara and Y. Takeda, Appl. Surf. Sci. 117/118, 665 (1997).
C. K. Lee, C. Park, H. J. Lee, S. K. Noh, K. S. Lee and S. J. Park, Appl. Phys. Lett. 73, 2615 (1998).
C. D. Lee, C. Park, H. J. Lee, K. S. Lee, S. J. Park, C. G. Park, S. K. Noh and N. Koguchi, Jpn. J. Appl. Phys. Part1. 37, 7158 (1998).
T. Mano, K. Watanabe, S. Tsukamoto, H. Fujioka, M. Oshima and N. Koguchi, J. Cryst. Growth 209, 504 (2000).
K. Watanabe, N. Koguchi and Y. Gotoh, Jpn. J. Appl. Phys. Part2. 39, L79 (2000).
J-M. Lee, D. H. Kim, H. Hong, J-C. Woo and S-J. Park, J. Cryst. Growth 212, 67 (2000).
T. Mano, K. Watanabe, S. Tsukamoto, Y. Imanaka, T. Takamasu, H. Fujioka, G. Kido, M. Oshima and N. Koguchi, Jpn. J. Appl. Phys., Part1. 39, 4580 (2000).
T. Mano, K. Watanabe, S. Tsukamoto, N. Koguchi, H. Fujioka, M. Oshima, C-D. Lee, J-Y. Leem, H. J. Lee and S. K. Noh, Appl. Phys. Lett. 76, 3543 (2000).
I. Pietzonka, T. Sass, W. Seifert, S. Gray and C. Mogensen, Jpn. J. Appl. Phys. Part1 40, 6531 (2001).
K. Ueno, K. Sakaki and A. Koma, Jpn. J. Appl. Phys., Part1 40, 1888 (2001).
J. S. Kim and N. Koguchi, Appl. Phys. Lett. 85, 5893 (2004).
T. Mano, T. Kuroda, S. Sanguinetti, T. Ochiai, T. Tateno, J. S. Kim, T. Noda, M. Kawabe, K. Sakoda, G. Kido and N. Koguchi, Nano Lett. 5, 425 (2005).
Ch. Heyn, A. Stemmann, A. Schramm, H. Welsch, W. Hansen and Á. Nemcsics, Phys. Rev. B 76, 075317 (2007).
J. S. Kim et al., Phys. Status Solidi C 6, 802 (2009).
Ch. Heyn, A. Stemmann, A. Schramm and W. Hansen, J. Crystal Growth 311, 1825 (2009).
J. H. Lee, Zh. M. Wang, E. S. Kim, N. Y. Kim, S. H. Park and G. J. Salamo, Nanoscale Res. Lett. 5, 308 (2010).
J. Kim et al., Thin Solid Films 518, 6500 (2010).
Z. Y. Zhou, C. X. Zheng, W. X. Tang, J. Tersoff and D. E. Jesson, Phys. Rev. Lett. 111, 036102 (2013).
C. D. Lee, C. Park, H. J. Lee, S. K. Noh, K. S. Lee and S. J. Park, Appl. Phys. Lett. 73, 2615 (1998).
J. S. Kim, Mater. Sci. Semicond. Process. 57, 70 (2017).
J. M. Garcia, G. Medeiros-Ribeiro, K. Schmidt, T. Ngo, J. L. Feng, A. Lorke, J. Kotthaus and P. M. Petroff, Appl. Phys. Lett. 71, 2014 (1997).
T. Mano and N. Koguchi, J. Cryst. Growth 278, 108 (2005).
J. S. Kim, M. S. Jeong, C. C. Byeon, D-K. Ko, J. Lee, Jin S. Kim, I-S. Kim and N. Koguchi, Appl. Phys. Lett. 88, 241911 (2006).
P. Alonso-Gonzalez et al., Appl. Phys. Rev. 9, 1216 (2008).
V. Dahiya, M. Zamiri, M. G. So, D. A. Hollingshead, J. S. Kim and S. Krishna, J. Cryst. Growth 492, 71 (2018).
H. D. Kim et al., Nano Lett. 16, 27 (2016).
M. V. Berry, Proc. R. Soc. London, Ser. A 392, 45 (1984).
A. Shapere and F. Wilczek, Geometric Phases in Physics; Advanced Series in Mathematical Physics, Vol. 5 (World Scientific Pub. Co. Inc., Singapore, 1988).
X-Q. Li and Y. Yan, Appl. Phys. Lett. 81, 168 (2002).
W. Sheng and J-P. Leburton, Phys. Rev. Lett. 88, 167401 (2002).
G. Bester, J. Shumway and A. Zunger, Phys. Rev. Lett. 93, 047401 (2004).
M. Rontani, S. Amaha, K. Muraki, F. Manghi, E. Molinari, S. Tarucha and D. G. Austing, Phys. Rev. B 69, 085327 (2004).
H. J. Krenner, M. Sabathil, E. C. Clark, A. Kress, D. Schul, M. Bichler, G. Abstreiter and J. J. Finley, Phys. Rev. Lett. 94, 057402 (2005).
G. Ortner, M. Bayer, Y. Lyanda-Geller, T. L. Reinecke, A. Kress, J. P. Reithmaier and A. Forchel, Phys. Rev. Lett. 94, 157401 (2005).
M. Yamagiwa, T. Mano, T. Kuroda, T. Tateno, K. Sakoda, G. Kido and N. Koguchi, Appl. Phys. Lett. 89, 113115 (2006).
G. J. Beirne, C. Hermannstädter, L. Wang, A. Rastelli, O. G. Schmidt and P. Michler, Phys. Rev. Lett. 96, 137401 (2006).
J. S. Kim, J. Korean Phys. Soc. 53, 2138 (2008).
J. S. Kim, H. Kang, C. C. Byeon, M. S. Jeong, S-Y. Yim, J. O. Kim, S. J. Lee, S. K. Noh, Jin S. Kim and J. Y. Leem, J. Korean Phys. Soc. 55, 1051 (2009).
H. Y. Choi, M. Y. Cho, M. S. Kim, J-Y. Leem, D-Y. Lee, Jin S. Kim and J. S. Kim, J. Korean Phys. Soc. 58, 1324 (2011).
R. P. Smith, J. S. Kim, S. J. Lee, S. K. Noh, Jin S. Kim, J-Y. Leem and J. D. Song, J. Korean Phys. Soc. 60, 1428 (2012).
S. J. Lee, J. S. Kim, C. C. Byeon, H. Kang, M. S. Jeong, J. D. Song, J-Y. Leem, K-C. Je, S. J. Lee and S. K. Noh, J. Korean Phys. Soc. 61, 455 (2012).
P. Moon, J. D. Lee, S. K. Ha, E. H. Lee, W. J. Choi, J. D. Song, J. S. Kim and L. S. Dang, Phys. Status Solidi RRL 6, 445 (2012).
N. S. Myoung, O. M. Mun, S-Y. Yim and J. S. Kim, J. Nanosci. Nanotech. 15, 8684 (2015).
H. Kim, I. Kim, K. Kyhm, R. A. Taylor, J. S. Kim, J. D. Song, K. C. Je and L. S. Dang, Nano Lett. 16, 7755 (2016).
J. S. Kim, Physica Status Solidi RRL 10, 696 (2016).
S. Lee, I. Yeo, M. K. Jo, Y. W. Jeong, T. G. Kim and J. S. Kim, Current Appl. Phys. 18, 829 (2018).
J. S. Kim, M. Kawabe and N. Koguchi, Appl. Phys. Lett. 88, 072107 (2006).
S-K. Ha, J. D. Song, S. Y. Kim, J. I. Lee, S. Bounouar, L. S. Dang and J. S. Kim, J. Korean Phys. Soc. 58, 1330 (2011).
E. H. Lee, J. D. Song, J. J. Yoon, M. H. Bae, I. K. Han, W. J. Choi, S. K. Chang, Y. D. Kim and J. S. Kim, J. Appl. Phys. 113, 154308 (2013).
E. H. Lee, J. D. Song, I-K. Han, S-K. Chang, F. Langer, S. Höfling, A. Forchel, M. Kamp and J. S. Kim, Nanoscale Research Lett. 10, 114 (2015).
A. Ohtake, Surf. Sci. Rep. 63, 295 (2008).
C. Somaschini, S. Bietti, N. Koguchi and S. Sanguinetti, Nano Lett. 9, 3419 (2009).
A. Ohtake, P. Kocán, J. nakamura, A. Natori and N. Koguchi, Phys. Rev. Lett. 92, 236105 (2004).
J. A. Venables, Surf. Sci. 299/300, 789 (1994).
J. S. Kim, M. Kawabe and N. Koguchi, Jpn. J. Appl. Phys. 43, L103 (2004).
S. Bietti, C. Somaschini, L. Esposito, A. Fedrov and S. Sanguinetti, J. Appl. Phys. 116, 114311 (2014).
S. S. Huang, Z. C. Niu, Z. D. Fang, H. Q. Ni, Z. Gong and J. B. Xia, Appl. Phys. Lett. 89, 031921 (2006).
Y. Kangawa, T. Ito, A. Taguchi, K. Shiraishi, T. Irisawa and T. Ohachi, Appl. Surf. Sci. 190, 517 (2002).
M. Hata, T. Isu, A. Watanabe and Y. Katayama, J. Vac. Sci. Technol. B 8, 692 (1990).
T. Nishinaga and T. Suzuki, J. Crystal Growth 115, 398 (1991).
A. Ohtake, J. Nakamura, S. Tsukamoto, N. Koguchi and A. Natori, Phys. Rev. Lett. 89, 206102 (2002).
I. T. Ito, K. Tsutsumida, K. Nakamura, Y. Kangawa, K. Shiraishi, A. Taguchi and H. Kageshima, Appl. Surf. Sci. 237, 194 (2004).
Y. Nomura, Y. Morishita, S. Goto, Y. Katayama and T. Isu, Appl. Phys. Lett. 64, 1123 (1994).
K. Hiruma, T. Katsuyama, K. Ogawa, M. Koguchi, H. Kakibayashi and G. P. Morgan, Appl. Phys. Lett. 59, 431 (1991).
J. Bauer, V. Gottschalch and G. Wagner, Appl. Phys. Lett. 104, 114315 (2008).
D. A. Woolf, D. I. Westwood and R. H. Williams, Appl. Phys. Lett. 62, 1370 (1993).
K. W. Haberern and M. D. Pashley, Phys. Rev. B 41, 3226 (1990).
A. Ohtake, J. Nakamura, T. Komura, T. Hanada, T. Yao, H. Kuramochi and M. Ozeki, Phys. Rev. B 64, 045318 (2001).
T. Takebe, M. Fujii, T. Yamamoto, K. Fujita and T. Watanabe, J. Appl. Phys. 81, 7273 (1997).
J. H. Neave, P. J. Dobson, B. A. Joyce and J. Zhang, Appl. Phys. Lett. 47, 100 (1985).
S. Clarke and D. D. Vvedensky, Phys. Rev. Lett. 58, 2235 (1987).
M. Missous, J. Appl. Phys. 78, 4467 (1995).
M. Kaminska, Z. Liliental-Weber, E. R. Weber, T. George and J. B. Kortright, Appl. Phys. Lett. 54, 1881 (1990).
S. Nagata and T. Tanaka, J. Appl. Phys. 48, 940 (1977).
P. M. DeLuca, J. G. C. Labanda and S. A. Barnett, Appl. Phys. Lett. 74, 1719 (1999).
V. P. Labella, D. W. Bullock, Z. Ding, C. Emery, W. G. Harter and P. M. Thibado, J. Vac. Sci. Technol. A 18, 1526 (2000).
S. Koshiba, Y. Nakamura, M. Tsuchiya, H. Noge, H. Kano, T. Noda and H. Sakaki, J. Appl. Phys. 76, 4138 (1994).
M. Hata, T. Isu, A. Watanabe and Y. Katayama, Appl. Phys. Lett. 56, 2542 (1990).
X-Q. Shen, D. Kisimoto and T. Nishinaga, Jpn. J. Appl. Phys. 33, 11 (1994).
M. López and Y. Nomura, J. Cryst. Growth 150, 68 (1995).
H. Yamaguchi and Y. Homma, Appl. Phys. Lett. 73, 3079 (1998).
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Kim, J.S., Han, I.S., Lee, S.J. et al. Droplet Epitaxy for III-V Compound Semiconductor Quantum Nanostructures on Lattice Matched Systems. J. Korean Phys. Soc. 73, 190–202 (2018). https://doi.org/10.3938/jkps.73.190
Received:
Published:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.3938/jkps.73.190