Advertisement

Self-assembled Semiconductor Quantum Ring Complexes by Droplet Epitaxy: Growth and Physical Properties

  • Stefano SanguinettiEmail author
  • Takaaki Mano
  • Takashi Kuroda
Chapter
Part of the NanoScience and Technology book series (NANO)

Abstract

Extremely complex semiconductor quantum ring structures, as single ring, multiple concentric quantum rings and coupled ring/disk structures, can be easily designed and grown by Droplet Epitaxy. In this paper, the fabrication and the characterization of such quantum ring complexes is reviewed. Electronic structure, single photon emission, carrier dynamics and magnetic properties in ring structures will be discussed.

Keywords

Outer Ring Double Ring Single Ring Triple Ring Quantum Ring 
These keywords were added by machine and not by the authors. This process is experimental and the keywords may be updated as the learning algorithm improves.

Notes

Acknowledgements

The authors gratefully acknowledge collaboration with K. Sakoda, M. Abbarchi, S. Adorno, S. Bietti, M. Gurioli, M. Guzzi, E. Grilli, G. Kido, X. Marie, F. Minami, C. Somaschini, B. Urbaszek, A. Vinattieri and K. Watanabe. This work was supported in Italy by the CARIPLO Foundation (prj. SOQQUADRO—no. 2011-0362) and in Japan by Grant-in-Aid from Ministry of Education, Sports, Science and Technology of Japan.

References

  1. 1.
    Y. Aharonov, D. Bohm, Phys. Rev. 115(3), 485 (1959) ADSCrossRefzbMATHMathSciNetGoogle Scholar
  2. 2.
    M. Grochol, F. Grosse, R. Zimmermann, Phys. Rev. B 74(11), 115416 (2006) ADSCrossRefGoogle Scholar
  3. 3.
    W.H. Kuan, C.S. Tang, C.H. Chang, Phys. Rev. B 75(15), 155326 (2007) ADSCrossRefGoogle Scholar
  4. 4.
    A. Lorke, R.J. Luyken, A.O. Govorov, J.P. Kotthaus, J.M. Garcia, P.M. Petroff, Phys. Rev. Lett. 84(10), 2223 (2000) ADSCrossRefGoogle Scholar
  5. 5.
    A. Fuhrer, S. Lüscher, T. Ihn, T. Heinzel, K. Ensslin, W. Wegscheider, M. Bichler, Nature 413(6858), 822 (2001) ADSCrossRefGoogle Scholar
  6. 6.
    L. Dias da Silva, J. Villas-Bôas, S. Ulloa, Phys. Rev. B 76(15), 155306 (2007) ADSCrossRefGoogle Scholar
  7. 7.
    N. Kleemans, I. Bominaar-Silkens, V. Fomin, V. Gladilin, D. Granados, A. Taboada, J. García, P. Offermans, U. Zeitler, P. Christianen, J. Maan, J. Devreese, P. Koenraad, Phys. Rev. Lett. 99(14), 146808 (2007) ADSCrossRefGoogle Scholar
  8. 8.
    J.M. Garcia, G. Medeiros-Ribeiro, K. Schmidt, T. Ngo, J.L. Feng, A. Lorke, J. Kotthaus, P.M. Petroff, Appl. Phys. Lett. 71(14), 2014 (1997) ADSCrossRefGoogle Scholar
  9. 9.
    D. Granados, J.M. Garcia, Appl. Phys. Lett. 82(15), 2401 (2003) ADSCrossRefGoogle Scholar
  10. 10.
    T. Raz, D. Ritter, G. Bahir, Appl. Phys. Lett. 82(11), 1706 (2003) ADSCrossRefGoogle Scholar
  11. 11.
    S. Kobayashi, C. Jiang, T. Kawazu, H. Sakaki, Jpn. J. Appl. Phys. 43(5B), L662 (2004) ADSCrossRefGoogle Scholar
  12. 12.
    R. Timm, H. Eisele, A. Lenz, L. Ivanova, G. Balakrishnan, D. Huffaker, M. Dähne, Phys. Rev. Lett. 101(25), 256101 (2008) ADSCrossRefGoogle Scholar
  13. 13.
    F. Ding, L. Wang, S. Kiravittaya, E. Muller, A. Rastelli, O.G. Schmidt, Appl. Phys. Lett. 90(17), 173104 (2007) ADSCrossRefGoogle Scholar
  14. 14.
    N. Koguchi, T. Satoshi, T. Chikyow, J. Cryst. Growth 111, 688 (1991) ADSCrossRefGoogle Scholar
  15. 15.
    K. Watanabe, N. Koguchi, Y. Gotoh, Jpn. J. Appl. Phys. 39(2), L79 (2000) ADSCrossRefGoogle Scholar
  16. 16.
    T. Kuroda, S. Sanguinetti, M. Gurioli, K. Watanabe, F. Minami, N. Koguchi, Phys. Rev. B 66(12), 121302(R) (2002) ADSCrossRefGoogle Scholar
  17. 17.
    V. Mantovani, S. Sanguinetti, M. Guzzi, E. Grilli, M. Gurioli, K. Watanabe, N. Koguchi, J. Appl. Phys. 96(8), 4416 (2004) ADSCrossRefGoogle Scholar
  18. 18.
    S. Sanguinetti, K. Watanabe, T. Tateno, M. Gurioli, P. Werner, M. Wakaki, N. Koguchi, J. Cryst. Growth 253(1–4), 71 (2003) ADSCrossRefGoogle Scholar
  19. 19.
    S. Sanguinetti, M. Padovani, M. Gurioli, E. Grilli, M. Guzzi, A. Vinattieri, M. Colocci, P. Frigeri, S. Franchi, Appl. Phys. Lett. 77(9), 1307 (2000) ADSCrossRefGoogle Scholar
  20. 20.
    D. Colombo, S. Sanguinetti, E. Grilli, M. Guzzi, L. Martinelli, M. Gurioli, P. Frigeri, G. Trevisi, S. Franchi, J. Appl. Phys. 94(10), 6513 (2003) ADSCrossRefGoogle Scholar
  21. 21.
    S. Sanguinetti, M. Gurioli, E. Grilli, M. Guzzi, M. Henini, Appl. Phys. Lett. 77(13), 1982 (2000) ADSCrossRefGoogle Scholar
  22. 22.
    S. Sanguinetti, T. Mano, M. Oshima, T. Tateno, M. Wakaki, N. Koguchi, Appl. Phys. Lett. 81(16), 3067 (2002) ADSCrossRefGoogle Scholar
  23. 23.
    S. Sanguinetti, K. Watanabe, T. Tateno, M. Wakaki, N. Koguchi, T. Kuroda, F. Minami, M. Gurioli, Appl. Phys. Lett. 81(4), 613 (2002) ADSCrossRefGoogle Scholar
  24. 24.
    M. Gurioli, S. Sanguinetti, M. Henini, Appl. Phys. Lett. 78(7), 931 (2001) ADSCrossRefGoogle Scholar
  25. 25.
    T. Mano, T. Kuroda, K. Mitsuishi, Y. Nakayama, T. Noda, K. Sakoda, Appl. Phys. Lett. 93, 203110 (2008) ADSCrossRefGoogle Scholar
  26. 26.
    T. Mano, M. Abbarchi, T. Kuroda, B. McSkimming, A. Ohtake, K. Mitsuishi, Y. Nakayama, T. Noda, K. Sakoda, Appl. Phys. Express 3, 065203 (2010) ADSCrossRefGoogle Scholar
  27. 27.
    T. Mano, T. Kuroda, S. Sanguinetti, T. Ochiai, T. Tateno, J. Kim, T. Noda, M. Kawabe, K. Sakoda, G. Kido, N. Koguchi, Nano Lett. 5(3), 425 (2005) ADSCrossRefGoogle Scholar
  28. 28.
    T. Kuroda, T. Mano, T. Ochiai, S. Sanguinetti, K. Sakoda, G. Kido, N. Koguchi, Phys. Rev. B 72(20), 205301 (2005) ADSCrossRefGoogle Scholar
  29. 29.
    M. Yamagiwa, T. Mano, T. Kuroda, T. Tateno, K. Sakoda, G. Kido, N. Koguchi, F. Minami, Appl. Phys. Lett. 89(11), 113115 (2006) ADSCrossRefGoogle Scholar
  30. 30.
    K.A. Sablon, J.H. Lee, Z.M. Wang, J.H. Shultz, G.J. Salamo, Appl. Phys. Lett. 92(20), 203106 (2008) ADSCrossRefGoogle Scholar
  31. 31.
    Z.M. Wang, B. Liang, K.A. Sablon, J. Lee, Y.I. Mazur, N.W. Strom, G.J. Salamo, Small 3(2), 235 (2007) CrossRefGoogle Scholar
  32. 32.
    T. Mano, T. Kuroda, K. Mitsuishi, M. Yamagiwa, X.J. Guo, K. Furuya, K. Sakoda, N. Koguchi, J. Cryst. Growth 301–302, 740 (2007) CrossRefGoogle Scholar
  33. 33.
    T. Mano, T. Kuroda, K. Kuroda, K. Sakoda, J. Nanophotonics 3, 031605 (2009) ADSCrossRefGoogle Scholar
  34. 34.
    N. Pankaow, S. Thainoi, S. Panyakeow, S. Ratanathammaphan, J. Cryst. Growth 323(1), 282 (2011) ADSCrossRefGoogle Scholar
  35. 35.
    W. Jevasuwan, P. Boonpeng, S. Panyakeow, S. Ratanathammaphan, Microelectron. Eng. 87(5–8), 1416 (2010) CrossRefGoogle Scholar
  36. 36.
    N. Pankaow, S. Panyakeow, S. Ratanathammaphan, J. Cryst. Growth 311(7), 1832 (2009) ADSCrossRefGoogle Scholar
  37. 37.
    C. Zhao, Y.H. Chen, B. Xu, C.G. Tang, Z.G. Wang, F. Ding, Appl. Phys. Lett. 92(6), 063122 (2008) ADSCrossRefGoogle Scholar
  38. 38.
    T. Noda, T. Mano, M. Jo, T. Kawazu, H. Sakaki, J. Appl. Phys. 112(6), 063510 (2012) ADSCrossRefGoogle Scholar
  39. 39.
    P. Alonso-Gonzalez, L. Gonzalez, D. Fuster, Y. Gonzalez, A.G. Taboada, J.M. Ripalda, A.M. Beltran, D.L. Sales, T. Ben, S.I. Molina, Cryst. Growth Des. 9, 1216 (2009) CrossRefGoogle Scholar
  40. 40.
    T. Noda, T. Mano, Appl. Surf. Sci. 254(23), 7777 (2008) ADSCrossRefGoogle Scholar
  41. 41.
    C. Somaschini, S. Bietti, N. Koguchi, S. Sanguinetti, Nano Lett. 9(10), 3419 (2009) ADSCrossRefGoogle Scholar
  42. 42.
    C. Somaschini, S. Bietti, N. Koguchi, S. Sanguinetti, Nanotechnology 22(18), 185602 (2011) ADSCrossRefGoogle Scholar
  43. 43.
    C. Somaschini, S. Bietti, S. Sanguinetti, N. Koguchi, A. Fedorov, Nanotechnology 21(12), 125601 (2010) ADSCrossRefGoogle Scholar
  44. 44.
    Z.M. Wang, B.L. Liang, K.A. Sablon, G.J. Salamo, Appl. Phys. Lett. 90(11), 113120 (2007) ADSCrossRefGoogle Scholar
  45. 45.
    A. Ohtake, Surf. Sci. Rep. 63(7), 295 (2008) ADSCrossRefGoogle Scholar
  46. 46.
    T. Mano, N. Koguchi, J. Cryst. Growth 278(1–4), 108 (2005) ADSCrossRefGoogle Scholar
  47. 47.
    S. Bietti, C. Somaschini, S. Sanguinetti, N. Koguchi, G. Isella, D. Chrastina, Appl. Phys. Lett. 95(24), 241102 (2009) ADSCrossRefGoogle Scholar
  48. 48.
    Y. Horikoshi, M. Kawashima, H. Yamaguchi, Jpn. J. Appl. Phys. 27(2), 169 (1988) ADSCrossRefGoogle Scholar
  49. 49.
    A. Ohtake, N. Koguchi, Appl. Phys. Lett. 83(25), 5193 (2003) ADSCrossRefGoogle Scholar
  50. 50.
    K. Ohta, T. Kojima, T. Nakagawa, J. Cryst. Growth 95, 71 (1989) ADSCrossRefGoogle Scholar
  51. 51.
    A. Ohtake, P. Kocán, K. Seino, W. Schmidt, N. Koguchi, Phys. Rev. Lett. 93(26), 266101 (2004) ADSCrossRefGoogle Scholar
  52. 52.
    K. Kanisawa, J. Osaka, S. Hirono, N. Inoue, Appl. Phys. Lett. 58, 2363 (1991) ADSCrossRefGoogle Scholar
  53. 53.
    C. Somaschini, S. Bietti, A. Fedorov, N. Koguchi, S. Sanguinetti, Nanoscale Res. Lett. 5(12), 1897 (2010) ADSCrossRefGoogle Scholar
  54. 54.
    C. Somaschini, S. Bietti, A. Fedorov, N. Koguchi, S. Sanguinetti, Nanoscale Res. Lett. 5, 1865 (2010) ADSCrossRefGoogle Scholar
  55. 55.
    J. Wu, Z. Li, D. Shao, M.O. Manasreh, V.P. Kunets, Z.M. Wang, G.J. Salamo, B.D. Weaver, Appl. Phys. Lett. 94(17), 171102 (2009) ADSCrossRefGoogle Scholar
  56. 56.
    J. Wu, D. Shao, Z. Li, M.O. Manasreh, V.P. Kunets, Z.M. Wang, G.J. Salamo, B.D. Weaver, Appl. Phys. Lett. 95(7), 071908 (2009) ADSCrossRefGoogle Scholar
  57. 57.
    C. Somaschini, S. Bietti, N. Koguchi, S. Sanguinetti, Appl. Phys. Lett. 97, 203109 (2010) ADSCrossRefGoogle Scholar
  58. 58.
    S. Huang, Z. Niu, Z. Fang, H. Ni, Z. Gong, J. Xia, Appl. Phys. Lett. 89(3), 031921 (2006) ADSCrossRefGoogle Scholar
  59. 59.
    J.H. Lee, Z.M. Wang, Z.Y. Abuwaar, N.W. Strom, G.J. Salamo, Nanotechnology 17(15), 3973 (2006) ADSCrossRefGoogle Scholar
  60. 60.
    C. Deparis, J. Massies, J. Cryst. Growth 108, 157 (1991) ADSCrossRefGoogle Scholar
  61. 61.
    J.Y. Marzin, G. Bastard, Solid State Commun. 92(5), 437 (1994) ADSCrossRefGoogle Scholar
  62. 62.
    M. Califano, P. Harrison, Phys. Rev. B 61(16), 10959 (2000) ADSCrossRefGoogle Scholar
  63. 63.
    J.W. Luo, G. Bester, A. Zunger, Phys. Rev. B 79(12), 125329 (2009) ADSCrossRefGoogle Scholar
  64. 64.
    R. Heitz, H. Born, F. Guffarth, O. Stier, A. Schliwa, A. Hoffmann, D. Bimberg, Phys. Status Solidi (a) 190(2), 499 (2002) ADSCrossRefGoogle Scholar
  65. 65.
    O. Stier, M. Grundmann, D. Bimberg, Phys. Rev. B 59(8), 5688 (1999) ADSCrossRefGoogle Scholar
  66. 66.
    S. Sanguinetti, K. Watanabe, T. Kuroda, F. Minami, Y. Gotoh, N. Koguchi, J. Cryst. Growth 242(3–4), 321 (2002) ADSCrossRefGoogle Scholar
  67. 67.
    S. Bietti, C. Somaschini, E. Sarti, N. Koguchi, S. Sanguinetti, G. Isella, D. Chrastina, A. Fedorov, Nanoscale Res. Lett. 1650–1653 (2010) Google Scholar
  68. 68.
    T. Tsuchiya, S. Katayama, Solid-State Electron. 42, 1523 (1998) ADSCrossRefGoogle Scholar
  69. 69.
    M. Abbarchi, T. Kuroda, T. Mano, K. Sakoda, C.A. Mastrandrea, A. Vinattieri, M. Gurioli, T. Tsuchiya, Phys. Rev. B 82(20), 201301(R) (2010) ADSCrossRefGoogle Scholar
  70. 70.
    J.G. Keizer, J. Bocquel, P.M. Koenraad, T. Mano, T. Noda, K. Sakoda, Appl. Phys. Lett. 96(6), 062101 (2010) ADSCrossRefGoogle Scholar
  71. 71.
    S. Sanguinetti, T. Mano, A. Gerosa, C. Somaschini, S. Bietti, N. Koguchi, E. Grilli, M. Guzzi, M. Gurioli, M. Abbarchi, J. Appl. Phys. 104(11), 113519 (2008) ADSCrossRefGoogle Scholar
  72. 72.
    S. Bietti, C. Somaschini, M. Abbarchi, N. Koguchi, S. Sanguinetti, E. Poliani, M. Bonfanti, M. Gurioli, A. Vinattieri, T. Kuroda, T. Mano, K. Sakoda, Phys. Status Solidi (c) 6(4), 928 (2009) ADSCrossRefGoogle Scholar
  73. 73.
    C. Somaschini, S. Bietti, S. Sanguinetti, N. Koguchi, A. Fedorov, M. Abbarchi, M. Gurioli, IOP Conf. Ser., Mater. Sci. Eng. 6, 012008 (2009) CrossRefGoogle Scholar
  74. 74.
    M. Bissiri, G. Baldassarri Höger Von Högersthal, M. Capizzi, P. Frigeri, S. Franchi, Phys. Rev. B 64(24), 245337 (2001) ADSCrossRefGoogle Scholar
  75. 75.
    A.S. Bhatti, M. Capizzi, A. Frova, M. Bissiri, G. Baldassarri Höger Von Högersthal, P. Frigeri, S. Franchi, Phys. Rev. B 62(7), 4642 (2000) ADSCrossRefGoogle Scholar
  76. 76.
    R. Heitz, I. Mukhametzhanov, O. Stier, A. Madhukar, D. Bimberg, Phys. Rev. Lett. 83, 4654 (1999) ADSCrossRefGoogle Scholar
  77. 77.
    R. Heitz, M. Grundmann, N.N. Ledentsov, L. Eckey, M. Veit, D. Bimberg, Appl. Phys. Lett. 68(3), 361 (1996) ADSCrossRefGoogle Scholar
  78. 78.
    S. Sanguinetti, D. Colombo, M. Guzzi, E. Grilli, M. Gurioli, L. Seravalli, P. Frigeri, S. Franchi, Phys. Rev. B 74(20), 1 (2006) CrossRefGoogle Scholar
  79. 79.
    R.J. Warburton, C. Schaflein, D. Haft, F. Bickel, A. Lorke, K. Karrai, J. Garcia, W. Schoenfeld, P. Petroff, Nature 405(6789), 926 (2000) ADSCrossRefGoogle Scholar
  80. 80.
    M. Abbarchi, F. Troiani, C. Mastrandrea, G. Goldoni, T. Kuroda, T. Mano, K. Sakoda, N. Koguchi, S. Sanguinetti, A. Vinattieri, M. Gurioli, Appl. Phys. Lett. 93(16), 162101 (2008) ADSCrossRefGoogle Scholar
  81. 81.
    S. Sanguinetti, M. Abbarchi, A. Vinattieri, M. Zamfirescu, M. Gurioli, T. Mano, T. Kuroda, N. Koguchi, Phys. Rev. B 77(12), 125404 (2008) ADSCrossRefGoogle Scholar
  82. 82.
    E. Dekel, D. Gershoni, E. Ehrenfreund, J.M. Garcia, P.M. Petroff, Phys. Rev. B 61(16), 11009 (2000) ADSCrossRefGoogle Scholar
  83. 83.
    E. Dekel, D.V. Regelman, D. Gershoni, E. Ehrenfreund, Phys. Rev. B 62(16), 11038 (2000) ADSCrossRefGoogle Scholar
  84. 84.
    A. Feltrin, J.L. Staehli, B. Deveaud, V. Savona, Phys. Rev. B 69, 233309 (2004) ADSCrossRefGoogle Scholar
  85. 85.
    T. Kuroda, T. Mano, T. Belhadj, B. Urbaszek, T. Amand, X. Marie, S. Sanguinetti, K. Sakoda, N. Koguchi, Phys. Status Solidi (b) 246(4), 861 (2009) ADSCrossRefGoogle Scholar
  86. 86.
    M. Abbarchi, T. Kuroda, T. Mano, K. Sakoda, M. Gurioli, Phys. Rev. B 81(3), 035334 (2010) ADSCrossRefGoogle Scholar
  87. 87.
    A.O. Govorov, S.E. Ulloa, K. Karrai, R.J. Warburton, Phys. Rev. B 66(8), 081309 (2002) ADSCrossRefGoogle Scholar
  88. 88.
    V. Savona, J. Phys. Condens. Matter 19(29), 295208 (2007) ADSCrossRefGoogle Scholar
  89. 89.
    C. Becher, A. Kiraz, P. Michler, A. Imamoglu, W. Schoenfeld, P. Petroff, L. Zhang, E. Hu, Phys. Rev. B 63(12), 1 (2001) CrossRefGoogle Scholar
  90. 90.
    T. Kuroda, M. Abbarchi, T. Mano, K. Watanabe, M. Yamagiwa, K. Kuroda, K. Sakoda, G. Kido, N. Koguchi, C. Mastrandrea, L. Cavigli, M. Gurioli, Y. Ogawa, F. Minami, Appl. Phys. Express 1, 042001 (2008) ADSCrossRefGoogle Scholar
  91. 91.
    T. Kuroda, T. Belhadj, M. Abbarchi, C. Mastrandrea, M. Gurioli, T. Mano, N. Ikeda, Y. Sugimoto, K. Asakawa, N. Koguchi, K. Sakoda, B. Urbaszek, T. Amand, X. Marie, Phys. Rev. B 79(3), 035330 (2009) ADSCrossRefGoogle Scholar
  92. 92.
    M. Abbarchi, C. Mastrandrea, A. Vinattieri, S. Sanguinetti, T. Mano, T. Kuroda, N. Koguchi, K. Sakoda, M. Gurioli, Phys. Rev. B 79(8), 085308 (2009) ADSCrossRefGoogle Scholar
  93. 93.
    R. Loudon, The Quantum Theory of Light (Oxford University Press, New York, 1983) Google Scholar
  94. 94.
    M. Abbarchi, L. Cavigli, C. Somaschini, S. Bietti, M. Gurioli, A. Vinattieri, S. Sanguinetti, Nanoscale Res. Lett. 6(1), 569 (2011) ADSCrossRefGoogle Scholar
  95. 95.
    M. Abbarchi, M. Gurioli, S. Sanguinetti, M. Zamfirescu, A. Vinattieri, N. Koguchi, Phys. Status Solidi (c) 3(11), 3860 (2006) ADSCrossRefGoogle Scholar
  96. 96.
    L. Cavigli, S. Bietti, M. Abbarchi, C. Somaschini, A. Vinattieri, M. Gurioli, A. Fedorov, G. Isella, E. Grilli, S. Sanguinetti, J. Phys. Condens. Matter 24(10), 104017 (2012) ADSCrossRefGoogle Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2014

Authors and Affiliations

  • Stefano Sanguinetti
    • 1
    Email author
  • Takaaki Mano
    • 2
  • Takashi Kuroda
    • 2
  1. 1.LNESS and Dipartimento di Scienza dei MaterialiUniversitá di Milano BicoccaMilanoItaly
  2. 2.National Institute for Materials ScienceTsukubaJapan

Personalised recommendations