Abstract

Optical gain was found in strongly confined CdSe quantum dots. As a result of a multitude of one- and two-electron–hole pair transitions, the gain region is broad and quasi-continuous and stretches below the absorption edge. We present a model for gain in a quasi-zero-dimensional quantum confined semiconductor system that agrees well with the femtosecond experiments.

© 1996 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. M. G. Bawendi, W. L. Wilson, L. Rothberg, P. J. Caroll, T. M. Jedju, M. L. Steigerwald, L. E. Brus, Phys. Rev. Lett. 65, 1623 (1990); A. P. Alivisatos, A. L. Harris, N. J. Levinos, M. L. Steigerwald, L. E. Brus, J. Chem. Phys. 89, 4001 (1988).
    [CrossRef] [PubMed]
  2. Y. V. Vandyshev, V. S. Dneprovskii, V. I. Klimov, D. K. Okorokov, JETP Lett. 54, 442 (1991);Y. Masumoto, S. Katayanagi, T. Mishina, Appl. Phys. Lett. 62, 225 (1993).
    [CrossRef]
  3. Y. Z. Hu, S. W. Koch, M. Lindberg, N. Peyghambarian, E. L. Pollock, F. Abraham, Phys. Rev. Lett. 64, 1805 (1990).
    [CrossRef] [PubMed]
  4. Y. Z. Hu, M. Lindberg, S. W. Koch, Phys. Rev. B 42, 1713 (1990);Y. Z. Hu, H. Giessen, N. Peyghambarian, S. W. Koch, Phys. Rev. B 53, 4814 (1996).
    [CrossRef]
  5. L. Banyai, S. W. Koch, Semiconductor Quantum Dots (World Scientific, Singapore, 1993).
    [CrossRef]
  6. A. I. Ekimov, F. Hache, M. C. Schanne-Klein, D. Ricard, C. Flytzanis, I. A. Kudriavtsev, T. V. Yazeva, A. V. Rodina, Al. L. Efros, J. Opt. Soc. Am. B 10, 100 (1993).
    [CrossRef]
  7. S. Nomura, T. Kobayashi, Phys. Rev. B 45, 1305 (1992).
    [CrossRef]
  8. A. Baldereschi, N. O. Lipari, Phys. Rev. B 8, 2679 (1973);B. Xia, Phys. Rev. B 408500 (1989).
    [CrossRef]
  9. K. Meissner, B. Fluegel, H. Giessen, B. P. McGinnis, R. Binder, A. Paul, S. W. Koch, N. Peyghambarian, Phys. Rev. B 48, 15,472 (1993).
    [CrossRef]

1993

A. I. Ekimov, F. Hache, M. C. Schanne-Klein, D. Ricard, C. Flytzanis, I. A. Kudriavtsev, T. V. Yazeva, A. V. Rodina, Al. L. Efros, J. Opt. Soc. Am. B 10, 100 (1993).
[CrossRef]

K. Meissner, B. Fluegel, H. Giessen, B. P. McGinnis, R. Binder, A. Paul, S. W. Koch, N. Peyghambarian, Phys. Rev. B 48, 15,472 (1993).
[CrossRef]

1992

S. Nomura, T. Kobayashi, Phys. Rev. B 45, 1305 (1992).
[CrossRef]

1991

Y. V. Vandyshev, V. S. Dneprovskii, V. I. Klimov, D. K. Okorokov, JETP Lett. 54, 442 (1991);Y. Masumoto, S. Katayanagi, T. Mishina, Appl. Phys. Lett. 62, 225 (1993).
[CrossRef]

1990

Y. Z. Hu, S. W. Koch, M. Lindberg, N. Peyghambarian, E. L. Pollock, F. Abraham, Phys. Rev. Lett. 64, 1805 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

Y. Z. Hu, M. Lindberg, S. W. Koch, Phys. Rev. B 42, 1713 (1990);Y. Z. Hu, H. Giessen, N. Peyghambarian, S. W. Koch, Phys. Rev. B 53, 4814 (1996).
[CrossRef]

M. G. Bawendi, W. L. Wilson, L. Rothberg, P. J. Caroll, T. M. Jedju, M. L. Steigerwald, L. E. Brus, Phys. Rev. Lett. 65, 1623 (1990); A. P. Alivisatos, A. L. Harris, N. J. Levinos, M. L. Steigerwald, L. E. Brus, J. Chem. Phys. 89, 4001 (1988).
[CrossRef] [PubMed]

1973

A. Baldereschi, N. O. Lipari, Phys. Rev. B 8, 2679 (1973);B. Xia, Phys. Rev. B 408500 (1989).
[CrossRef]

Abraham, F.

Y. Z. Hu, S. W. Koch, M. Lindberg, N. Peyghambarian, E. L. Pollock, F. Abraham, Phys. Rev. Lett. 64, 1805 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

Baldereschi, A.

A. Baldereschi, N. O. Lipari, Phys. Rev. B 8, 2679 (1973);B. Xia, Phys. Rev. B 408500 (1989).
[CrossRef]

Banyai, L.

L. Banyai, S. W. Koch, Semiconductor Quantum Dots (World Scientific, Singapore, 1993).
[CrossRef]

Bawendi, M. G.

M. G. Bawendi, W. L. Wilson, L. Rothberg, P. J. Caroll, T. M. Jedju, M. L. Steigerwald, L. E. Brus, Phys. Rev. Lett. 65, 1623 (1990); A. P. Alivisatos, A. L. Harris, N. J. Levinos, M. L. Steigerwald, L. E. Brus, J. Chem. Phys. 89, 4001 (1988).
[CrossRef] [PubMed]

Binder, R.

K. Meissner, B. Fluegel, H. Giessen, B. P. McGinnis, R. Binder, A. Paul, S. W. Koch, N. Peyghambarian, Phys. Rev. B 48, 15,472 (1993).
[CrossRef]

Brus, L. E.

M. G. Bawendi, W. L. Wilson, L. Rothberg, P. J. Caroll, T. M. Jedju, M. L. Steigerwald, L. E. Brus, Phys. Rev. Lett. 65, 1623 (1990); A. P. Alivisatos, A. L. Harris, N. J. Levinos, M. L. Steigerwald, L. E. Brus, J. Chem. Phys. 89, 4001 (1988).
[CrossRef] [PubMed]

Caroll, P. J.

M. G. Bawendi, W. L. Wilson, L. Rothberg, P. J. Caroll, T. M. Jedju, M. L. Steigerwald, L. E. Brus, Phys. Rev. Lett. 65, 1623 (1990); A. P. Alivisatos, A. L. Harris, N. J. Levinos, M. L. Steigerwald, L. E. Brus, J. Chem. Phys. 89, 4001 (1988).
[CrossRef] [PubMed]

Dneprovskii, V. S.

Y. V. Vandyshev, V. S. Dneprovskii, V. I. Klimov, D. K. Okorokov, JETP Lett. 54, 442 (1991);Y. Masumoto, S. Katayanagi, T. Mishina, Appl. Phys. Lett. 62, 225 (1993).
[CrossRef]

Efros, Al. L.

Ekimov, A. I.

Fluegel, B.

K. Meissner, B. Fluegel, H. Giessen, B. P. McGinnis, R. Binder, A. Paul, S. W. Koch, N. Peyghambarian, Phys. Rev. B 48, 15,472 (1993).
[CrossRef]

Flytzanis, C.

Giessen, H.

K. Meissner, B. Fluegel, H. Giessen, B. P. McGinnis, R. Binder, A. Paul, S. W. Koch, N. Peyghambarian, Phys. Rev. B 48, 15,472 (1993).
[CrossRef]

Hache, F.

Hu, Y. Z.

Y. Z. Hu, M. Lindberg, S. W. Koch, Phys. Rev. B 42, 1713 (1990);Y. Z. Hu, H. Giessen, N. Peyghambarian, S. W. Koch, Phys. Rev. B 53, 4814 (1996).
[CrossRef]

Y. Z. Hu, S. W. Koch, M. Lindberg, N. Peyghambarian, E. L. Pollock, F. Abraham, Phys. Rev. Lett. 64, 1805 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

Jedju, T. M.

M. G. Bawendi, W. L. Wilson, L. Rothberg, P. J. Caroll, T. M. Jedju, M. L. Steigerwald, L. E. Brus, Phys. Rev. Lett. 65, 1623 (1990); A. P. Alivisatos, A. L. Harris, N. J. Levinos, M. L. Steigerwald, L. E. Brus, J. Chem. Phys. 89, 4001 (1988).
[CrossRef] [PubMed]

Klimov, V. I.

Y. V. Vandyshev, V. S. Dneprovskii, V. I. Klimov, D. K. Okorokov, JETP Lett. 54, 442 (1991);Y. Masumoto, S. Katayanagi, T. Mishina, Appl. Phys. Lett. 62, 225 (1993).
[CrossRef]

Kobayashi, T.

S. Nomura, T. Kobayashi, Phys. Rev. B 45, 1305 (1992).
[CrossRef]

Koch, S. W.

K. Meissner, B. Fluegel, H. Giessen, B. P. McGinnis, R. Binder, A. Paul, S. W. Koch, N. Peyghambarian, Phys. Rev. B 48, 15,472 (1993).
[CrossRef]

Y. Z. Hu, S. W. Koch, M. Lindberg, N. Peyghambarian, E. L. Pollock, F. Abraham, Phys. Rev. Lett. 64, 1805 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

Y. Z. Hu, M. Lindberg, S. W. Koch, Phys. Rev. B 42, 1713 (1990);Y. Z. Hu, H. Giessen, N. Peyghambarian, S. W. Koch, Phys. Rev. B 53, 4814 (1996).
[CrossRef]

L. Banyai, S. W. Koch, Semiconductor Quantum Dots (World Scientific, Singapore, 1993).
[CrossRef]

Kudriavtsev, I. A.

Lindberg, M.

Y. Z. Hu, M. Lindberg, S. W. Koch, Phys. Rev. B 42, 1713 (1990);Y. Z. Hu, H. Giessen, N. Peyghambarian, S. W. Koch, Phys. Rev. B 53, 4814 (1996).
[CrossRef]

Y. Z. Hu, S. W. Koch, M. Lindberg, N. Peyghambarian, E. L. Pollock, F. Abraham, Phys. Rev. Lett. 64, 1805 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

Lipari, N. O.

A. Baldereschi, N. O. Lipari, Phys. Rev. B 8, 2679 (1973);B. Xia, Phys. Rev. B 408500 (1989).
[CrossRef]

McGinnis, B. P.

K. Meissner, B. Fluegel, H. Giessen, B. P. McGinnis, R. Binder, A. Paul, S. W. Koch, N. Peyghambarian, Phys. Rev. B 48, 15,472 (1993).
[CrossRef]

Meissner, K.

K. Meissner, B. Fluegel, H. Giessen, B. P. McGinnis, R. Binder, A. Paul, S. W. Koch, N. Peyghambarian, Phys. Rev. B 48, 15,472 (1993).
[CrossRef]

Nomura, S.

S. Nomura, T. Kobayashi, Phys. Rev. B 45, 1305 (1992).
[CrossRef]

Okorokov, D. K.

Y. V. Vandyshev, V. S. Dneprovskii, V. I. Klimov, D. K. Okorokov, JETP Lett. 54, 442 (1991);Y. Masumoto, S. Katayanagi, T. Mishina, Appl. Phys. Lett. 62, 225 (1993).
[CrossRef]

Paul, A.

K. Meissner, B. Fluegel, H. Giessen, B. P. McGinnis, R. Binder, A. Paul, S. W. Koch, N. Peyghambarian, Phys. Rev. B 48, 15,472 (1993).
[CrossRef]

Peyghambarian, N.

K. Meissner, B. Fluegel, H. Giessen, B. P. McGinnis, R. Binder, A. Paul, S. W. Koch, N. Peyghambarian, Phys. Rev. B 48, 15,472 (1993).
[CrossRef]

Y. Z. Hu, S. W. Koch, M. Lindberg, N. Peyghambarian, E. L. Pollock, F. Abraham, Phys. Rev. Lett. 64, 1805 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

Pollock, E. L.

Y. Z. Hu, S. W. Koch, M. Lindberg, N. Peyghambarian, E. L. Pollock, F. Abraham, Phys. Rev. Lett. 64, 1805 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

Ricard, D.

Rodina, A. V.

Rothberg, L.

M. G. Bawendi, W. L. Wilson, L. Rothberg, P. J. Caroll, T. M. Jedju, M. L. Steigerwald, L. E. Brus, Phys. Rev. Lett. 65, 1623 (1990); A. P. Alivisatos, A. L. Harris, N. J. Levinos, M. L. Steigerwald, L. E. Brus, J. Chem. Phys. 89, 4001 (1988).
[CrossRef] [PubMed]

Schanne-Klein, M. C.

Steigerwald, M. L.

M. G. Bawendi, W. L. Wilson, L. Rothberg, P. J. Caroll, T. M. Jedju, M. L. Steigerwald, L. E. Brus, Phys. Rev. Lett. 65, 1623 (1990); A. P. Alivisatos, A. L. Harris, N. J. Levinos, M. L. Steigerwald, L. E. Brus, J. Chem. Phys. 89, 4001 (1988).
[CrossRef] [PubMed]

Vandyshev, Y. V.

Y. V. Vandyshev, V. S. Dneprovskii, V. I. Klimov, D. K. Okorokov, JETP Lett. 54, 442 (1991);Y. Masumoto, S. Katayanagi, T. Mishina, Appl. Phys. Lett. 62, 225 (1993).
[CrossRef]

Wilson, W. L.

M. G. Bawendi, W. L. Wilson, L. Rothberg, P. J. Caroll, T. M. Jedju, M. L. Steigerwald, L. E. Brus, Phys. Rev. Lett. 65, 1623 (1990); A. P. Alivisatos, A. L. Harris, N. J. Levinos, M. L. Steigerwald, L. E. Brus, J. Chem. Phys. 89, 4001 (1988).
[CrossRef] [PubMed]

Yazeva, T. V.

J. Opt. Soc. Am. B

JETP Lett.

Y. V. Vandyshev, V. S. Dneprovskii, V. I. Klimov, D. K. Okorokov, JETP Lett. 54, 442 (1991);Y. Masumoto, S. Katayanagi, T. Mishina, Appl. Phys. Lett. 62, 225 (1993).
[CrossRef]

Phys. Rev. B

Y. Z. Hu, M. Lindberg, S. W. Koch, Phys. Rev. B 42, 1713 (1990);Y. Z. Hu, H. Giessen, N. Peyghambarian, S. W. Koch, Phys. Rev. B 53, 4814 (1996).
[CrossRef]

S. Nomura, T. Kobayashi, Phys. Rev. B 45, 1305 (1992).
[CrossRef]

A. Baldereschi, N. O. Lipari, Phys. Rev. B 8, 2679 (1973);B. Xia, Phys. Rev. B 408500 (1989).
[CrossRef]

K. Meissner, B. Fluegel, H. Giessen, B. P. McGinnis, R. Binder, A. Paul, S. W. Koch, N. Peyghambarian, Phys. Rev. B 48, 15,472 (1993).
[CrossRef]

Phys. Rev. Lett.

Y. Z. Hu, S. W. Koch, M. Lindberg, N. Peyghambarian, E. L. Pollock, F. Abraham, Phys. Rev. Lett. 64, 1805 (1990).
[CrossRef] [PubMed]

M. G. Bawendi, W. L. Wilson, L. Rothberg, P. J. Caroll, T. M. Jedju, M. L. Steigerwald, L. E. Brus, Phys. Rev. Lett. 65, 1623 (1990); A. P. Alivisatos, A. L. Harris, N. J. Levinos, M. L. Steigerwald, L. E. Brus, J. Chem. Phys. 89, 4001 (1988).
[CrossRef] [PubMed]

Other

L. Banyai, S. W. Koch, Semiconductor Quantum Dots (World Scientific, Singapore, 1993).
[CrossRef]

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (3)

Fig. 1
Fig. 1

Schematic of the optical transitions considered in the model: The one- and two-e–h-pair states start from the electron and the hole in the ground states [1se and 1(S, D)3/2, respectively] and continue to higher levels with the hole-populating excited states. The hole states are mixed states of (L, L + 2)-type symmetry, L being the total angular momentum.

Fig. 2
Fig. 2

(a) Calculated differential absorption spectra with the pump intensity at (EEg)/ER = 37 as the parameter. From bottom to top the curves correspond to increasing pump intensity. The linear absorption (right-hand scale) has been calculated for a size distribution of 15%. The inset shows the dipole matrix elements μ for the one-pair transitions (above the baseline) and the two-pair transitions (below the baseline). (b) Experimental differential absorption at t = 5 ps for decreasing intensities I0, I0/2, I0/4, I0/8, etc. (I0 = 25 mJ/cm2, T = 10 K, pump wavelength 560 nm). The inset shows the linear absorption (dotted curve) and the absorption spectra at I0 (solid curve) and I0/32 (dashed curve).

Fig. 3
Fig. 3

(a) Spectral hole burning in the gain region with pump1 at 560 nm at −5 ps and tuning pump2 at 587 nm (i), 597 nm (ii), 607 nm (iii), and 617 nm (iv). Curve (ii) also shows the pump spectrum. The spectra have been offset by −0.04. (b) Theoretical result for spectral hole burning in the gain region, tuning pump2 at 18 (i), 20 (ii), 22 (iii), and 24 (iv). Pump1 is at (EEg)/ER = 37. ER is the bulk Rydberg energy.

Metrics