The strain distribution in and around pyramidal InAs/GaAs quantum dots (QD's) on a thin wetting layer fabricated recently with molecular-beam epitaxy, is simulated numerically. For comparison analytical solutions for the strain distribution in and around a pseudomorphic slab, cylinder, and sphere are given for isotropic materials, representing a guideline for the understanding of strain distribution in two-, one-, and zero-dimensional pseudomorphic nanostructures. For the pyramidal dots we find that the hydrostatic strain is mostly confined in the QD; in contrast part of the anisotropic strain is transferred from the QD into the barrier. The optical-phonon energies in the QD are estimated and agree perfectly with recent experimental findings. From the variation of the strain tensor the local band-gap modification is calculated. Piezoelectric effects are additionally taken into account. The three-dimensional effective-mass single-particle Schr\"odinger equation is solved for electrons and holes using the realistic confinement potentials. Since the QD's are in the strong confinement regime, the Coulomb interaction can be treated as a perturbation. The thus obtained electronic structure agrees with luminescence data. Additionally AlAs barriers are considered.

We present a systematic investigation of the elastic, electronic, and linear optical properties of quantum dot double heterostructures in the frame of eight-band $\mathbf{k}\ensuremath{\cdot}\mathbf{p}$ theory. Numerical results for the model system of capped pyramid shaped InAs quantum dots in GaAs (001) with ${101}$ facets are presented. Electron and hole levels, dipole transition energies, oscillator strengths, and polarizations for both electron-hole and electron-electron transitions, as well as the exciton ground-state binding energy and the electron ground-state Coulomb charging energy are calculated. The dependence of all these properties on the dot size is investigated for base widths between 10 and $20$ nm. Results for two different approaches to model strain, continuum elasticity theory, and the Keatings valence force field model in the linearized version of Kane, are compared to each other.

Low threshold, large To injection laser emission via zero-dimensional states in (InGa)As quantum dots is demonstrated. The dots are formed due to a morphological transformation of a pseudomorphic In0.5Ga0.5As layer. Laser diodes are fabricated with a shallow mesa stripe geometry.

We report ultranarrow $(<0.15\mathrm{meV})$ cathodoluminescence lines originating from single InAs quantum dots in a GaAs matrix for temperatures up to 50 K, directly proving their $\ensuremath{\delta}$-function-like density of electronic states. The quantum dots have been prepared by molecular beam epitaxy utilizing a strain-induced self-organizing mechanism. A narrow dot size distribution of width $12\ifmmode\pm\else\textpm\fi{}1\mathrm{nm}$ is imaged by plan-view transmission electron microscopy. Cathodoluminescence images directly visualize individual dot positions and recombination from a single dot. A dense dot array $(\ensuremath{\sim}{10}^{11}\mathrm{dots}/{\mathrm{cm}}^{2})$ gives rise to a distinct absorption peak which almost coincides with the luminescence maximum.

A multistep pulsed-laser deposition (PLD) process is presented for epitaxial, nominally undoped ZnO thin films of total thickness of 1 to 2 μm on c-plane sapphire substrates. We obtain reproducibly high electron mobilities from 115 up to 155 cm2/V s at 300 K in a narrow carrier concentration range from 2 to 5×1016 cm−3. The key issue of the multistep PLD process is the insertion of 30-nm-thin ZnO relaxation layers deposited at reduced substrate temperature. The high-mobility samples show atomically flat surface structure with grain size of about 0.5–1 μm, whereas the surfaces of low-mobility films consist of clearly resolved hexagonally faceted columnar grains of only 200-nm size, as shown by atomic force microscopy. Structurally optimized PLD ZnO thin films show narrow high-resolution x-ray diffraction peak widths of the ZnO(0002) ω- and 2Θ-scans as low as 151 and 43 arcsec, respectively, and narrow photoluminescence linewidths of donor-bound excitons of 1.7 meV at 2 K.

Polarized micro-Raman measurements were performed to study the phonon modes of Fe, Sb, Al, Ga, and Li doped ZnO thin films, grown by pulsed-laser deposition on c-plane sapphire substrates. Additional modes at about 277, 511, 583, and 644 cm−1, recently assigned to N incorporation [A. Kaschner et al., Appl. Phys. Lett. 80, 1909 (2002)], were observed for Fe, Sb, and Al doped films, intentionally grown without N. The mode at 277 cm−1 occurs also for Ga doped films. These modes thus cannot be related directly to N incorporation. Instead, we suggest host lattice defects as their origin. Further additional modes at 531, 631, and 720 cm−1 seem specific for the Sb, Ga, and Fe dopants, respectively. Li doped ZnO did not reveal additional modes.

Infrared dielectric function spectra and phonon modes of high-quality, single crystalline, and highly resistive wurtzite ZnO films were obtained from infrared (300–1200 cm−1) spectroscopic ellipsometry and Raman scattering studies. The ZnO films were deposited by pulsed-laser deposition on c-plane sapphire substrates and investigated by high-resolution x-ray diffraction, high-resolution transmission electron microscopy, and Rutherford backscattering experiments. The crystal structure, phonon modes, and dielectric functions are compared to those obtained from a single-crystal ZnO bulk sample. The film ZnO phonon mode frequencies are highly consistent with those of the bulk material. A small redshift of the longitudinal optical phonon mode frequencies of the ZnO films with respect to the bulk material is observed. This is tentatively assigned to the existence of vacancy point defects within the films. Accurate long-wavelength dielectric constant limits of ZnO are obtained from the infrared ellipsometry analysis and compared with previously measured near-band-gap index-of-refraction data using the Lyddane–Sachs–Teller relation. The ZnO model dielectric function spectra will become useful for future infrared ellipsometry analysis of free-carrier parameters in complex ZnO-based heterostructures.

Zinc oxide (ZnO), with its excellent luminescent properties and the ease of growth of its nanostructures, holds promise for the development of photonic devices. The recent advances in growth of ZnO nanorods are discussed. Results from both low temperature and high temperature growth approaches are presented. The techniques which are presented include metal–organic chemical vapour deposition (MOCVD), vapour phase epitaxy (VPE), pulse laser deposition (PLD), vapour–liquid–solid (VLS), aqueous chemical growth (ACG) and finally the electrodeposition technique as an example of a selective growth approach. Results from structural as well as optical properties of a variety of ZnO nanorods are shown and analysed using different techniques, including high resolution transmission electron microscopy (HR-TEM), scanning electron microscopy (SEM), photoluminescence (PL) and cathodoluminescence (CL), for both room temperature and for low temperature performance. These results indicate that the grown ZnO nanorods possess reproducible and interesting optical properties. Results on obtaining p-type doping in ZnO micro- and nanorods are also demonstrated using PLD. Three independent indications were found for p-type conducting, phosphorus-doped ZnO nanorods: first, acceptor-related CL peaks, second, opposite transfer characteristics of back-gate field effect transistors using undoped and phosphorus doped wire channels, and finally, rectifying I–V characteristics of ZnO:P nanowire/ZnO:Ga p–n junctions. Then light emitting diodes (LEDs) based on n-ZnO nanorods combined with different technologies (hybrid technologies) are suggested and the recent electrical, as well as electro-optical, characteristics of these LEDs are shown and discussed. The hybrid LEDs reviewed and discussed here are mainly presented for two groups: those based on n-ZnO nanorods and p-type crystalline substrates, and those based on n-ZnO nanorods and p-type amorphous substrates. Promising electroluminescence characteristics aimed at the development of white LEDs are demonstrated. Although some of the presented LEDs show visible emission for applied biases in excess of 10 V, optimized structures are expected to provide the same emission at much lower voltage. Finally, lasing from ZnO nanorods is briefly reviewed. An example of a recent whispering gallery mode (WGM) lasing from ZnO is demonstrated as a way to enhance the stimulated emission from small size structures.

A comprehensive review on designs and mechanisms of semiconducting metal oxides with various nanostructures for room-temperature gas sensor applications.

Alternate short-period GaAs-InAs deposition following InAs pyramid formation on a GaAs (100) surface leads to the creation of vertically split pyramids. This splitting is driven by the energetics of the Stranski-Krastanow growth mode. The strain energy is reduced due to the successive transfer of InAs from the buried part of the pyramid to the uncovered part. The resulting arrangement represents a laterally ordered array of nanoscale structures inserted in a GaAs matrix, where each structure is composed of several vertically merging InAs parts. Results of optical studies demonstrate the expected electronic coupling in vertical direction. Coupling is found to decrease the radiative lifetime and to result in low-energy shifts of the corresponding peaks in luminescence and absorption spectra. Vertically coupled quantum dots exhibit injection lasing at very low current densities. \textcopyright{} 1996 The American Physical Society.