Caracterização dos estados eletrônicos de pontos quânticos auto-organizados de InAsP crescidos sobre GaAs

Abstract

Resumo: Neste trabalho sao apresentados resultados referentes ao estudo de quantum dots (QDs) da liga ternaria InAsP/GaAs a partir das tecnicas de fotoluminescencia, transmissao fotomodulada, fotoluminescencia linearmente polarizada, fotoluminescencia resolvida no tempo, magnetofotoluminescencia e ?-magnetofotoluminescencia. Para tanto, tambem se utilizou os extremos binarios InAs/GaAs e InP/GaAs na investigacao. As medidas de fotoluminescencia foram realizadas como uma funcao da temperatura (15 K a 290 K) e da potencia de excitacao (2 a 30 W/cm2). Com estas medidas, identificou-se a recombinacao do estado fundamental dos QDs e a contribuicao da wetting layer (WL) para o InAsP em temperaturas acima de 100 K, o que nunca havia sido observado para esses QDs. Para confirmacao destes dados, as amostras de InAsP e InP foram submetidas a um tratamento termico a 800 K durante uma hora, o que forneceu uma dissolucao quase completa dos QDs devido aos processos de interdifusao com a WL, permitindo identificar claramente os estados eletronicos referentes aos QDs e a WL por meio de medidas de fotoluminescencia. Especificamente para o InP, verificou-se que a recombinacao da WL e muito proxima em energia de transicao dos QDs, sendo possivel que ambos sejam vistos simultaneamente com uma unica banda em medidas de fotoluminescencia. Alem disto, para a amostra de InAsP com maior teor de Arsenio, os estados excitados dos QDs foram identificados, uma vez que o potencial de confinamento e mais profundo nesta situacao. As medidas de transmissao fotomodulada revelaram estruturas espectrais com diferentes larguras de linha, que foram atribuidas ao QDs e a WL. Em relacao a fotoluminescencia polarizada, os QDs de InAsP apresentaram anisotropia de forma, revelando uma morfologia levemente eliptica, a qual aumenta de acordo com os maiores teores de fosforo na liga. Os dados referentes as tecnicas de fotoluminescencia polarizada, fotoluminescencia resolvida no tempo e magnetofotoluminescencia indicam fortemente um alinhamento de bandas do tipo- II para a amostra de InAsP com maior teor de fosforo, na qual observou-se manifestacoes do efeito tipo Aharonov-Bohm. Com as medidas de ?-MPL foi possivel obter o fator-g para a amostra de InAsP/GaAs com maior teor de arsenio e identificar um efeito de interacao de troca entre os estados eletronicos do exciton causado pela assimetria dos QDs para a amostra com maior teor de fosforo. Palavras-chave: Quantum dots, Fotoluminescencia, Espectroscopia de Modulacao, Alinhamento de Bandas.

Abstract: This work presents results related to the study of the ternary alloy InAsP/GaAs from photoluminescence, modulated phototransmission, linearly polarized photoluminescence and magneto-photoluminescence techniques. The binary extremes InAs/GaAs and InP/GaAs were also used in the investigation. PL measurements were performed as a function of temperature (15 K to 290 K) and excitation power (2 to 30 W/cm2). With this measurements, it was possible to identify the QDs ground state recombination and the wetting layer (WL) contribuition for the InAsP in temperatures above 100 K, which had never been observed for these QDs. To further confirm these results, the InAs and InP samples were submitted to an annealing process at 800 K for one hour, that provided an almost total dissolution of the QDs due to the interdiffusion process with the WL, allowing to clearly identify the electronic states of the QDs and WL from photoluminescence measurements. Specifically for the InP, the WL recombination energy was found to be very close to the QDs transition energy, so it is possible to simultaneously see both signals in a single photoluminescence measurement band. In addition, for the InAsP sample with higher Arsenium contents, the excited states of the QDs were identified, as the confinement potential is deeper in this situation. Phototransmission modulated measurements revealed spectral structures with different line widths, which were attributed to QDs and WL. The polarized photoluminescence datas showed that the InAsP QDs possess shape anisotropy, revealing a slightly elliptical morphology, which increases according to the higher phosphorus levels in the alloy. Furthermore, the data referring to polarized photoluminescence and magnetophotoluminescence techniques strongly indicate a type II alignment for the InAsP sample with higher phosphorus content, in which Aharonov-Bohm-type effects were observed. With the ?-MPL it was possible to obtain the g-factor for the InAsP/GaAs QDs with the higher arsenic content and also to identify an excitonic exchange effect in the electronic states due to the QDs asymmetry for the sample with the higher phosphorus contents. Keywords: Quantum dots, Photoluminescence, Modulation Spectroscopy, Band Alignment.