Optimization of InAs/GaAs submonolayer quantum dots grown on GaAs(001) with a (2×4) surface reconstruction for infrared photodetectors
| Ano de defesa: | 2023 |
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| Orientador(a): | |
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| Tipo de documento: | Tese |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | eng |
| Instituição de defesa: |
Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
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| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
Não Informado pela instituição
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-01082023-130331/ |
Resumo: | In the present work, we have investigated the application of InAs/GaAs submonolayer quantum dots (SML-QDs) as a new type of nanostructures for mid-infrared detection, which are slowly replacing conventional Stranski-Krastanov quantum dots (SK-QDs) in some specific applications. Photoluminescence (PL) and cross-seccional scanning tunneling microscopy (X-STM) were used to investigate and optimize their growth conditions. Subsequently, several infrared photodetectors based on InAs/GaAs SML-QDs were grown by molecular beam epitaxy, processed in a clean room by photolithography, and finally tested extensively to determine how their performance improves when grown with a (2×4) surface reconstruction, achieved either at low temperatures (490 C) with a low As flux (8.0 E-8 Torr) or at high temperatures (528 C) with a high As flux (7.0 E-7 Torr). Since one drawback of SK-QDs is their low surface densitywhich is roughly 10-100 times lower than that of SML-QDswe also propose a way to further increase their density using the seed concept. By pre-depositing InAlAs quantum dots, which naturally have a density 10 times higher than InAs SK-QDs, the strain field generated by the first layer of InAlAs QDs can serve as a seed to nucleate the second layer of InAs QDs, which helps to increase their density when the separation is kept small. |
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Optimization of InAs/GaAs submonolayer quantum dots grown on GaAs(001) with a (2×4) surface reconstruction for infrared photodetectorsOtimização de pontos quânticos de submonocamada de InAs/GaAs crescidos sobre GaAs(001) com uma reconstrução de superfície (2×4) para fotodetectores de radiação infravermelhaFotodetectores; pontos quânticos; submonocamada de InAs; epitaxia por feixe molecular; InAlAs.Photodetectors; Quantum dots; InAs Submonolayer; Molecular beam epitaxy; InAlAsIn the present work, we have investigated the application of InAs/GaAs submonolayer quantum dots (SML-QDs) as a new type of nanostructures for mid-infrared detection, which are slowly replacing conventional Stranski-Krastanov quantum dots (SK-QDs) in some specific applications. Photoluminescence (PL) and cross-seccional scanning tunneling microscopy (X-STM) were used to investigate and optimize their growth conditions. Subsequently, several infrared photodetectors based on InAs/GaAs SML-QDs were grown by molecular beam epitaxy, processed in a clean room by photolithography, and finally tested extensively to determine how their performance improves when grown with a (2×4) surface reconstruction, achieved either at low temperatures (490 C) with a low As flux (8.0 E-8 Torr) or at high temperatures (528 C) with a high As flux (7.0 E-7 Torr). Since one drawback of SK-QDs is their low surface densitywhich is roughly 10-100 times lower than that of SML-QDswe also propose a way to further increase their density using the seed concept. By pre-depositing InAlAs quantum dots, which naturally have a density 10 times higher than InAs SK-QDs, the strain field generated by the first layer of InAlAs QDs can serve as a seed to nucleate the second layer of InAs QDs, which helps to increase their density when the separation is kept small.No presente trabalho, investigamos a aplicação de pontos quânticos de submonocamada de InAs/GaAs (SML-QDs) como um novo tipo de nanoestruturas para a detecção de radiação no infravermelho médio, que vem aos poucos substituindo os pontos quânticos convencionais de Stranski-Krastanov (SK-QDs) em algumas aplicações específicas. As técnicas de fotoluminescência (PL) e microscopia de varredura por tunelamento em seção transversal (X-STM) foram utilizadas para investigar e otimizar suas condições de crescimento. Posteriormente, vários fotodetectores de radiação infravermelha baseados em SML-QDs de InAs/GaAs foram crescidos por epitaxia de feixe molecular, processados em uma sala limpa por fotolitografia e, finalmente, testados extensivamente para determinar o desempenho deles quando crescidos com uma reconstrução de superfície (2 × 4) que pode ser alcançada em baixas temperaturas (490 C) com baixo fluxo de As (8.0 E-8 Torr) ou em altas temperaturas (528 C) com alto fluxo de As (7.0 E-7 Torr). Como uma das desvantagens dos SK-QDs é a baixa densidade superficial delesque é aproximadamente 10-100 vezes menor que a dos SML-QDstambém propomos uma maneira de aumentar a densidade dos próprios InAs SK-QDs usando o conceito de semente. Ao pré-depositar pontos quânticos de InAlAs, que naturalmente possuem uma densidade cerca de dez vezes maior que a dos SK-QDs de InAs, o campo de tensão gerado pela primeira camada de QDs de InAlAs pode influenciar a nucleação dos SK-QDs de InAs na segunda camada, o que contribui para aumentar a densidade de nanoestruturas na camada superior quando a camada de GaAs entre as duas é mantida muito fina.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPQuivy, Alain AndreZeidan, Ahmad Al2023-07-13info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-01082023-130331/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesseng2023-08-22T15:30:02Zoai:teses.usp.br:tde-01082023-130331Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212023-08-22T15:30:02Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false |
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