Skip to main content

Structural Characterisation of Quantum Dots by X-Ray Diffraction and TEM

  • Chapter
Semiconductor Nanostructures

Part of the book series: NanoScience and Technology ((NANO))

Abstract

X-ray diffraction and transmission electron microscopy (TEM) provide complementary structural data on semiconductor quantum dots. While TEM characterizes single structures with atomic resolution X-ray diffraction yields information on statistical averages of large ensembles. For the work reported here, established methods were refined and some new methods were developed. Materials systems investigated were (In,Ga)As/GaAs, Ga(Sb,As)/GaAs and (Si,Ge)/Si. The composition of wetting layer and quantum dots could be quantitatively determined, showing a good agreement between quite a number of different X-ray and TEM methods. For all systems the depletion of the wetting layer and the enrichment of the strain providing species in the upper part of the quantum dot could be quantitatively analysed. For the model system (Si,Ge)/Si it was found that a ring of deep wetting layer depletion forms around the (Si,Ge)-islands. It was shown that this strain driven depletion prevents further lateral nucleation and thus eventually limits the size of the islands. A specific three-dimensional ordering of multilayered (In,Ga)As quantum dots grown on GaAs high-index surfaces was demonstrated and could be explained in the framework of elasticity theory and surface kinetics.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this chapter

Chapter
USD 29.95
Price excludes VAT (USA)
  • Available as PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
eBook
USD 129.00
Price excludes VAT (USA)
  • Available as PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
Softcover Book
USD 169.99
Price excludes VAT (USA)
  • Compact, lightweight edition
  • Dispatched in 3 to 5 business days
  • Free shipping worldwide - see info
Hardcover Book
USD 169.99
Price excludes VAT (USA)
  • Durable hardcover edition
  • Dispatched in 3 to 5 business days
  • Free shipping worldwide - see info

Tax calculation will be finalised at checkout

Purchases are for personal use only

Institutional subscriptions

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

References

  1. D. Bimberg, M. Grundmann, N.N. Ledentsov, Quantum Dot Heterostructures (Wiley, Chichester, 1999)

    Google Scholar 

  2. D. Bimberg, N.N. Ledentsov, J. Phys.: Condens. Matter 15, R1 (2003)

    Article  Google Scholar 

  3. K. Scheerschmidt, D. Conrad, H. Kirmse, R. Schneider, W. Neumann, Ultramicroscopy 81, 289 (2000)

    Article  CAS  Google Scholar 

  4. W. Neumann, H. Kirmse, I. Häusler, R. Otto, J. Microsc. 223, 200 (2006)

    Article  CAS  Google Scholar 

  5. R. Köhler, P. Schäfer, T. Panzner, M. Schmidbauer, R. Feidenhans’l, HASYLAB Annual Report. p. 60, 2001

    Google Scholar 

  6. M. Schmidbauer, D. Grigoriev, M. Hanke, P. Schäfer, T. Wiebach, R. Köhler, Phys. Rev. B 71, 115324 (2005)

    Article  CAS  Google Scholar 

  7. Th. Wiebach, M. Schmidbauer, M. Hanke, H. Raidt, R. Köhler, H. Wawra, Phys. Rev. B 61, 5571 (2000)

    Article  CAS  Google Scholar 

  8. M. Schmidbauer, X-Ray Diffuse Scattering from Self-Organized Mesoscopic Semi-Conductor Structures. Springer Tracts in Modern Physics, vol. 199 (Springer, Berlin, 2004)

    Google Scholar 

  9. W. Dorsch, H.P. Strunk, H. Wawra, G. Wagner, J. Groenen, R. Carles, Appl. Phys. Lett. 72, 179 (1998)

    Article  CAS  Google Scholar 

  10. A.-K. Gerlitzke, Heteroepitaktisches Wachstum von Si1−x Ge x -Nanostrukturen auf Si-Substraten mittels Flüssigphasenepitaxie (Mensch & Buch, Berlin, 2006)

    Google Scholar 

  11. Th. Teubner, T. Boeck, J. Cryst. Growth 289, 366 (2006)

    Article  CAS  Google Scholar 

  12. S. Christiansen, M. Albrecht, H.P. Strunk, H.J. Maier, Appl. Phys. Lett. 64, 3617 (1994)

    Article  CAS  Google Scholar 

  13. M. Hanke, M. Schmidbauer, D. Grigoriev, P. Schäfer, R. Köhler, A.-K. Gerlitzke, H. Wawra, Phys. Rev. B 69, 075317 (2004)

    Article  CAS  Google Scholar 

  14. T. Tham, Ph.D. thesis, Humboldt-Universität zu Berlin, 2002

    Google Scholar 

  15. W. Neumann, H. Kirmse, I. Häusler, R. Otto, I. Hähnert, J. Alloys Comp. 382, 2 (2004)

    Article  CAS  Google Scholar 

  16. R. Schneider, I. Häusler, A.-K. Gerlitzke, W. Neumann, in Microscopy Conference 2005, Davos, 2005

    Google Scholar 

  17. I. Häusler, H. Schwabe, R. Schneider, W. Neumann, M. Hanke, R. Köhler, A. Gerlitzke, in Microscopy Conference 2005, Davos, 2005

    Google Scholar 

  18. I. Häusler, H. Schwabe, H. Kirmse, W. Neumann, in 14. Jahrestagung der DGK 2006, Freiburg, 2006

    Google Scholar 

  19. I. Häusler, H. Kirmse, W. Neumann, in Proc. 16. Intern. Microscopy Congress, Sapporo, 2006

    Google Scholar 

  20. M. Hanke, Ph.D. thesis, Humboldt-Universität zu Berlin, 2002

    Google Scholar 

  21. S.A. Chaparro, Y. Zhang, J. Drucker, Appl. Phys. Lett. 76, 3534 (2000)

    Article  CAS  Google Scholar 

  22. U. Denker, O.G. Schmidt, N.Y. Jin-Phillip, K. Eberl, Appl. Phys. Lett. 78, 3723 (2001)

    Article  CAS  Google Scholar 

  23. M. Hanke, H. Raidt, R. Köhler, H. Wawra, Appl. Phys. Lett. 83, 4927 (2003)

    Article  CAS  Google Scholar 

  24. V.A. Shchukin, N.N. Ledentsov, D. Bimberg, Epitaxy of Nanostructures (Springer, New York, 2004)

    Google Scholar 

  25. P.W. Fry, I.E. Itskevich, D.J. Mowbray, M.S. Skolnick, J.J. Finley, J.A. Barker, E.P. O’Reilly, L.R. Wilson, I.A. Larkin, P.A. Maksym, M. Hopkinson, M. Al-Khafaji, J.P.R. David, A.G. Cullis, G. Hill, J.C. Clark, Phys. Rev. Lett. 74, 733 (2000)

    Article  Google Scholar 

  26. P. Jayavel, H. Tanaka, T. Kita, O. Wada, H. Ebe, M. Sugawara, J. Tatebayashi, Y. Arakawa, Y. Nakata, T. Akiyama, Appl. Phys. Lett. 84, 1820 (2004)

    Article  CAS  Google Scholar 

  27. R.L. Sellin, F. Heinrichsdorff, C. Ribbat, M. Grundmann, U.W. Pohl, D. Bimberg, J. Cryst. Growth 221, 581 (2000)

    Article  CAS  Google Scholar 

  28. M. Hanke, D. Grigoriev, M. Schmidbauer, P. Schäfer, R. Köhler, R.L. Sellin, U.W. Pohl, D. Bimberg, Appl. Phys. Lett. 85, 3062 (2004)

    Article  CAS  Google Scholar 

  29. M. Hanke, D. Grigoriev, M. Schmidbauer, P. Schäfer, R. Köhler, U.W. Pohl, R.L. Sellin, D. Bimberg, N.D. Zakharov, P. Werner, Physica E 21, 684 (2004)

    Article  CAS  Google Scholar 

  30. A. Krost, F. Heinrichsdorff, D. Bimberg, A. Darhuber, G. Bauer, Appl. Phys. Lett. 68, 785 (1996)

    Article  CAS  Google Scholar 

  31. I. Kegel, T.H. Metzger, A. Lorke, J. Peisl, J. Stangl, G. Bauer, K. Nordlund, W.V. Schoenfeld, P.M. Petroff, Phys. Rev. B 63, 035318 (2001)

    Article  CAS  Google Scholar 

  32. L.G. Wang, P. Kratzer, N. Moll, M. Scheffler, Phys. Rev. B 62, 1897 (2000)

    Article  CAS  Google Scholar 

  33. A. Rosenauer, U. Fischer, D. Gerthsen, A. Förster, Ultramicroscopy 72, 121 (1998)

    Article  CAS  Google Scholar 

  34. A. Lemaître, G. Patriarche, F. Glas, Appl. Phys. Lett. 85, 3717 (2004)

    Article  CAS  Google Scholar 

  35. J. Márquez, L. Geelhaar, K. Jacobi, Appl. Phys. Lett. 78, 2309 (2001)

    Article  CAS  Google Scholar 

  36. G. Springholz, V. Holý, M. Pinczolits, G. Bauer, Science 282, 734 (1998)

    Article  CAS  Google Scholar 

  37. G. Springholz, M. Pinczolits, P. Mayer, V. Holý, G. Bauer, H.H. Kang, L. Salamanca-Riba, Phys. Rev. Lett. 84, 4669 (2000)

    Article  CAS  Google Scholar 

  38. J. Tersoff, C. Teichert, M.G. Lagally, Phys. Rev. Lett. 76, 1675 (1996)

    Article  CAS  Google Scholar 

  39. Q. Xie, A. Madhukar, P. Chen, N. Kobayashi, Phys. Rev. Lett. 75, 2542 (1995)

    Article  CAS  Google Scholar 

  40. M. Schmidbauer, T. Wiebach, H. Raidt, M. Hanke, R. Köhler, H. Wawra, Phys. Rev. B 58, 10523 (1998)

    Article  CAS  Google Scholar 

  41. M. Schmidbauer, T. Wiebach, H. Raidt, M. Hanke, R. Köhler, H. Wawra, J. Phys. D: Appl. Phys. 32, 230 (1999)

    Article  Google Scholar 

  42. M. Schmidbauer, F. Hatami, M. Hanke, P. Schäfer, K. Braune, W.T. Masselink, R. Köhler, M. Ramsteiner, Phys. Rev. B 65, 125320 (2002)

    Article  CAS  Google Scholar 

  43. M. Schmidbauer, F. Hatami, P. Schäfer, M. Hanke, T. Wiebach, H. Niehus, W.T. Masselink, R. Köhler, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 642, J6.8 (2001)

    Google Scholar 

  44. D. Leonard, M. Krishnamurthy, C.M. Reaves, S.P. Denbaars, P.M. Petroff, Appl. Phys. Lett. 63, 3203 (1993)

    Article  CAS  Google Scholar 

  45. T. Mano, R. Nötzel, G.J. Hamhuis, T.J. Eijkemans, J.H. Wolter, Appl. Phys. Lett. 81, 1705 (2002)

    Article  CAS  Google Scholar 

  46. Y.I. Mazur, W.G. Ma, X. Wang, Z.M. Wang, G.J. Salamo, M. Xiaoa, T.D. Mishima, M.B. Johnson, Appl. Phys. Lett. 83, 987 (2003)

    Article  CAS  Google Scholar 

  47. M. Schmidbauer, S. Seydmohamadi, D. Grigoriev, Z.M. Wang, Y.I. Mazur, P. Schäfer, M. Hanke, R. Köhler, G.J. Salamo, Phys. Rev. Lett. 96, 066108 (2006)

    Article  CAS  Google Scholar 

  48. E.A. Kondrashkina, S.A. Stepanov, R. Opitz, M. Schmidbauer, R. Köhler, R. Hey, M. Wassermeier, D.V. Novikov, Phys. Rev. B 56, 10469 (1997)

    Article  CAS  Google Scholar 

  49. V. Holý, G. Springholz, M. Pinczolits, G. Bauer, Phys. Rev. Lett. 83, 356 (1999)

    Article  Google Scholar 

  50. Y. Sugiyama, Y. Nakata, Y. Muto, S. Futatsugi, T. Yokoyama, N. Fujitsu Labs. Ltd., Atsugi, J. Sel. Top. Quantum Electron. 4, 880 (1998)

    Article  CAS  Google Scholar 

  51. F. Hatami, N.N. Ledentsov, M. Grundmann, J. Böhrer, F. Heinrichsdorff, M. Beer, D. Bimberg, S.S. Ruvimov, P. Werner, U. Gösele, J. Heydenreich, U. Richter, S.V. Ivanov, B.Y. Meltser, P.S. Kop’ev, Z.I. Alferov, Appl. Phys. Lett. 67, 656 (1995)

    Article  CAS  Google Scholar 

  52. J.M. Gérard, J.B. Génin, J. Lefebvre, J.M. Moison, N. Lebouché, F. Barthe, J. Cryst. Growth 150, 351 (1995)

    Article  Google Scholar 

  53. K. Suzuki, R.A. Hogg, K. Tachibana, Y. Arakawa, Jpn. J. Appl. Phys. 37, L203 (1998)

    Article  CAS  Google Scholar 

  54. L. Müller-Kirsch, Ph.D. thesis, Technische Universität Berlin, 2002

    Google Scholar 

  55. L. Müller-Kirsch, R. Heitz, U.W. Pohl, D. Bimberg, I. Häusler, H. Kirmse, W. Neumann, Appl. Phys. Lett. 79, 1027 (2001)

    Article  CAS  Google Scholar 

  56. I. Häusler, Master’s thesis, Humboldt-Universität zu Berlin, 2001

    Google Scholar 

  57. F. Hatami, U. Müller, H. Kissel, K. Braune, R.-P. Blum, S. Rogaschewski, H. Niehus, H. Kirmse, W. Neumann, M. Schmidbauer, R. Köhler, W.T. Masselink, J. Cryst. Growth 216, 26 (2000)

    Article  CAS  Google Scholar 

  58. R. Otto, H. Kirmse, I. Häusler, A. Rosenauer, D. Bimberg, L. Müller-Kirsch, Appl. Phys. Lett. 85(21), 4908 (2004)

    Article  CAS  Google Scholar 

Download references

Authors

Editor information

Editors and Affiliations

Rights and permissions

Reprints and permissions

Copyright information

© 2008 Springer-Verlag Berlin Heidelberg

About this chapter

Cite this chapter

Köhler, R. et al. (2008). Structural Characterisation of Quantum Dots by X-Ray Diffraction and TEM. In: Bimberg, D. (eds) Semiconductor Nanostructures. NanoScience and Technology. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-540-77899-8_5

Download citation

Publish with us

Policies and ethics