Разработана конструкция гетероструктуры на основе GaAs/AlGaAs для проведения экспериментов по селективному позиционированию InAs квантовых точек. Структура содержит AlGaAs слой толщиной ∼λ/4 (около 70-80 нм) выращенный на поверхности GaAs. В этом слое с использованием методов электронной литографии и травления формируются ямки глубиной ∼λ/4 с латеральным размером от нескольких сотен нанометров до единиц микрометров, таким образом, формируются площадки GaAs микронного и субмикронного размера, окруженные слоем AlGaAs.

Спектры макролюминесценции и микролюминесценции (площадь пятна лазера на поверхности структуры 3000 мкм² и 3 мкм², соответственно) двух структур с InAs КТ. (а) – спектры люминесценции структуры с плотностью квантовых точек ∼10¹⁰ см^-2, время ростовой паузы 120 сек. Пики S₁, S₂ ... спектра макрофотолюминесценции отвечают мультимодальному распределению квантовых точек, размеры субансамблей КТ, образующих пики S₁, S₂... отличаются на один монослой. На вставке спектр микрофотолюминесценции, содержащий десятки экситонных, биэкситонных и трионных пиков, относящихся к различным квантовым точкам. (б)– спектры люминесценции структуры с плотностью квантовых точек ∼106 см^-2, время ростовой паузы 3 сек. Спектр микрофотолюминесценции (вставка) содержит экситонный (Х) и биэкситонный (ХХ) пики одиночной InAs квантовой точки.

После чего осуществляется повторный рост, выращиваются дополнительные слои GaAs и слой InAs квантовых точек низкой плотности, затем вновь слой GaAs. Квантовые точки выращиваются как на подготовленных GaAs субмикронных площадках, так и на поверхности AlGaAs. Как показали эксперименты по фотолюминесценции, InAs квантовые точки, выращенные на поверхности AlGaAs, являются дефектными и не проявляются в спектрах люминесценции, в то время как, квантовые точки, выращенные на поверхности GaAs площадок, образующихся после удаления слоя AlGaAs, демонстрируют свечение, типичное для ансамблей бездефектных квантовых точек. Данный подход позволяет селективно позиционировать малое число совершенных квантовых точек (оптимальный вариант – одиночную квантовую точку) в пределах микронной или субмикронной AlGaAs апертуры, что будет использоваться в дальнейшей работе при создании излучателя одиночных фотонов с электрической накачкой.

На установке “Riber-C21” проведен цикл экспериментов по росту структур с InAs квантовыми точками по механизму Странского-Крастанова, задачами которого являлся поиск оптимальных технологических режимов для роста квантовых точек с малой плотностью. При достижении критической толщины InAs слоя (∼1.8 МС), процесс роста прерывается и квантовые точки формируются по механизму Освальда, после чего слой квантовых точек закрывается слоем GaAs. Время ростовой паузы существенным образом влияет на плотность квантовых точек, их размеры и дисперсию размеров. Показано, что при минимальных ростовых паузах (несколько секунд) удается получить массивы квантовых точек «сверхмалой» плотности на уровне 10⁶ см^-2. В этом случае среднее расстояние между квантовыми точками составляет ∼10 мкм, что позволяет уверенно адресоваться к одиночной квантовой точке с помощью метода микрофотолюминесценции (размер пятна лазера 2 мкм), не прибегая к дополнительным нанотехнологическим операциям, таким как формирование субмикронных мез или формирование субмикронных апертур в слоях металла, нанесенного на поверхность структуры (рис.).