Optical properties of semiconductor nanowires

Abstract

В данной работе исследуется структура, выращенная методом молекулярно-лучевой эпитаксии на полупроводниковой подложке с использованием металлического катализатора роста. Нашими коллегами из Академического университета предоставлен образец с набором одномерных нитевидных нанокристаллов (ННК, вискер) AlGaAs, высота одиночной нити составляет 5–7 мкм и имеет толщину 2 мкм. В свою очередь, нанопроволоки заращивались более широкозонным материалом, что приводило к образованию двухкомпонентной структуры ядро/оболочка (core/shell). В работе изучались как ансамбли ННК AlGaAs с концентрацией алюминия в 30%, так и структуры с помещенными внутри каждого отдельно взятого вискера, квантовыми точками GaAs. В данной работе были созданы несколько экспериментальных установок для исследования оптических свойств ННК методом изучения спектров фотолюминесценции (ФЛ). Были измерены спектры ФЛ от ансамбля ННК, что позволило определить основные особенности формирования зонной структуры. Были исследованы мощностные и температурные зависимости спектров ФЛ, были проведены исследования по изучению спектров возбуждения фотолюминесценции, позволяющие определить ширину запрещенной зоны AlGaAs в кристалической фазе вюрцита. Спектроскопия ФЛ ансамбля квантовых точек в ННК позволила сделать заключение о чрезвычайной однородности такого ансамбля, что не характерно для других полупроводниковых структур, получаемых в результате самоорганизованного роста.

In this work, a structure grown by molecular beam epitaxy on a semiconductor substrate using a metal growth catalyst is investigated. Our colleagues from the Academic University provided a sample with a set of one-dimensional filamentary nanocrystals (NWs, whisker) AlGaAs, the height of a single filament is 5–7 µm and has a thickness of 2 µm. In turn, the nanowires were overgrown by a wide gap material, which led to the formation of a two-component core/shell structure. In the work, were investigated the ensembles of AlGaAs NEWs with an aluminum concentration of 30%, and structures with implantation of GaAs quantum dots placed inside each individual whisker. Also, in this work, we created several experimental setups for studying the optical properties of NWs by studying photoluminescence (PL) spectra. The experimentally measured PL spectra from an ensemble of NWs made it possible to determine the main characteristics of the formation of the band structure. The power and temperature dependences of the PL spectra were studied, and photoluminescence excitation studies were carried out, which made it possible to determine the band gap of AlGaAs in the crystalline phase of wurtzite. The PL spectroscopy of an ensemble of quantum dots in NWs made it possible to conclude that such an ensemble is extremely homogeneous, which is not characteristic of other semiconductor structures obtained as a result of self-organized growth.