Strong passivation effects on the properties of an InAs surface quantum dot hybrid structure

Abstract

We report on an InAs quantum dot (QD) hybrid structure with a top surface QD layer coupled to two buried QD layers that is highly sensitive to surface passivation. After 180 min of passivation, the photoluminescence (PL) peak of the surface QDs shifts from 1545 to 1275 nm while its intensity decreases by one order of magnitude. Time-resolved PL reveals a significant decrease of carrier tunneling between the QD layers because of the surface state modification by chemical treatment. A simple model with rate equations is used to explain the observed optical performance. Our results show that the optical performance of this hybrid structure is very sensitive to the surface environment, making it a potential candidate for sensing applications.

Chemical sensitivity of InP/In0.48Ga0.52P surface quantum dots studied by time-resolved photoluminescence spectroscopy

“…A strong sensitivity to the surface environment has been reported for SQDs made of InAs [13], InGaAs [7] and InP [8]. These QDs are not suitable to be used in solution, and thus cannot be exploited for application like in vivo imaging and diagnostics.…”

Модификация Атомной И Электронной Структуры Поверхности Полупроводников А-=sup=-Iii-=/Sup=-В-=sup=-v-=/Sup=- На Границе С Растворами Электролитов О Б З Ор

“…Такие квантовые точки не нуждаются в специальной пассивации, поскольку формируются в едином эпитаксиальном процессе с окружающими их слоями. Однако в последние годы активно ведутся исследования поверхностных квантовых точек InGaAs в качестве чувствительных молекулярных сенсоров вследствие зависимости их излучения от состава окружающей среды и одновременно возможности их интеграции в электронные и фотонные полупроводниковые устройства [306][307][308]. Пассивация водным раствором сульфида аммония может оказывать существенное влияние на оптические свойства таких структур [307].…”

“…Однако в последние годы активно ведутся исследования поверхностных квантовых точек InGaAs в качестве чувствительных молекулярных сенсоров вследствие зависимости их излучения от состава окружающей среды и одновременно возможности их интеграции в электронные и фотонные полупроводниковые устройства [306][307][308]. Пассивация водным раствором сульфида аммония может оказывать существенное влияние на оптические свойства таких структур [307]. С одной стороны, водный раствор сульфида аммония медленно травит поверхности полупроводников A III В V со скоростью несколько нм/ч [309].…”

“…С одной стороны, водный раствор сульфида аммония медленно травит поверхности полупроводников A III В V со скоростью несколько нм/ч [309]. Если для обычных полупроводниковых поверхностей это, как правило, несущественно, то для квантовых точек, диаметр которых составляет несколько нанометров, обработка поверхности сульфидным раствором наряду с уменьшением скорости поверхностной рекомбинации приводит к уменьшению размера квантовых точек и, как следствие, к сдвигу спектра излучения в коротковолновую область [307].…”

Gas Sensitivity of In0.3Ga0.7As Surface QDs Coupled to Multilayer Buried QDs

“…In such coupling structures, carriers transferred from BQDs to SQDs have important influence to enhance photoluminescence (PL) efficiency. Lin et al [16] found that both SQDs and BQDs are sensitive to surface passivation in a coupling structure consisting of a layer of InAs SQDs stacking on two layers of InAs BQDs. The results show that the multi-layer coupled quantum dots structure is very sensitive to the surface environment and therefore a very suitable gas sensing material.…”