Nanowire technology for optoelectronic applications

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Huhtio, Teppo, Docent, Aalto University, Department of Micro- and Nanosciences, Finland
dc.contributor.author Haggrén, Tuomas
dc.date.accessioned 2016-09-12T09:01:22Z
dc.date.available 2016-09-12T09:01:22Z
dc.date.issued 2016
dc.identifier.isbn 978-952-60-6975-3 (electronic)
dc.identifier.isbn 978-952-60-6976-0 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4942 (electronic)
dc.identifier.issn 1799-4934 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4934 (ISSN-L)
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/21918
dc.description.abstract Nanowires (NWs) have enormous potential for a number of future applications, especially in the field of optoelectronics. This thesis advances key areas in optoelectronic nanowire device fabrication. The studied key areas focus on the reduction of fabrication costs and on improving the performance of complete devices, both of which are essential for practical applications. Ordinary window glass is showed to be a feasible growth platform for GaAs NWs, which additionally produces high crystalline and optical quality NWs. These improvements are attributed to impurities originating from the glass. Another low-cost pathway for NW production studied here was Al-doped ZnO buffer layers, which are transparent and conductive. These layers could be deposited on nearly any substrate, and NWs could be subsequently grown on top irrespective of the underlying material. Surface states are detrimental especially for GaAs NW device performance, for which different passivation methods are presented. Widely used AlGaAs shells are shown to alter the optical processes in the NWs, and Al segregation is shown to occur in the shell. Also a novel passivation method is presented using ultrathin InP or GaP capping layers, which provides strong passivation while causing minimal side- effects. Novel fabrication method is presented for large-area position-controlled NW growth. This method utilizes laser interference lithography that is fast and can be performed with relatively simple equipment. In addition, fabrication of dualtype NWs on a single substrate is presented. This method exploits two different NW growth modes and allows the growth of dissimilar NWs side-by-side. The dualtype NWs can enhance light trapping in solar cells and photodetectors, or expand the emitted wavelength range in light-emitting diodes. Another critical step in NW device fabrication is the contact isolation. This work presents a facile and lithography-free method to create shell-substrate isolated core-shell nanowires via spin-on-glass deposition and NW regrowth techniques. The method allows easier production of core-shell NW devices e.g. when NWs are grown directly on electrodes. NW isolation was additionally performed via encapsulation with parylene-C. This process provides antireflection coating for the NWs as well as electrical isolation for electrical contacts, and is suitable for various situations where current isolation methods are suboptimal. en
dc.description.abstract Nanolangoilla (NL) on valtava potentiaali useissa tulevaisuuden laiterakenteissa, etenkin optoelektroniikan alalla. Tämä väitöskirjatyö edistää avainalueita optoelektronisten NL-laitteiden valmisuksessa. Nämä avainalueet keskittyvät valmistuskustannusten vähentämiseen sekä laitteiden tehokkuuden parantamiseen. Näillä osa-alueilla on tärkeä rooli NL-laitteiden tuomisessa todellisiksi kaupallisiksi tuotteiksi. Tavallisen ikkunalasin todettiin toimivan nanolankojen kasvatusalustana, ja lisäksi lasille tehtyjen nanolankojen kidelaatu ja optiset ominaisuudet olivat erittäin hyvät. Näiden hyödyllisten ominaisuuksien uskotaan aiheutuvan lasista peräisin olevista epäpuhtausatomeista. Toinen tutkittu lähestymistapa edullisten kasvatusalustojen käyttöön on alumiiniseostetut ZnO ohutkalvot, jotka ovat läpinäkyviä ja johtavia. Näitä ohutkalvoja voidaan valmistaa melkein mille tahansa materiaalille, minkä jälkeen NL:ja voidaan kasvattaa riippumatta alla olevasta materiaalista. Pintatilat ovat erittäin haitallisia NL-laitteissa, etenkin GaAs-nanolangoilla. Työssä tutkitaan menetelmiä GaAs-nanolankojen pintapassivointiin. Laajalti käytettyjen AlGaAs-kuorikerrosten todettiin vaikuttavan pintapassivoinnin lisäksi nanolankojen optisiin prosesseihin. Toinen työssä tutkittu passivointimenetelmä perustuu erittäin ohuisiin päällysteisiin InP:lla tai GaP:lla. Nämä päällysteet passivoivat pinnan tehokkaasti minimaalisilla sivuvaikutuksilla. Lisäksi esitellään uudenlainen nanolankojen valmistamismetodi, joka sopii laajoille alueille ja jossa NL:jen sijainti on kontrolloitavissa. Metodissa käytetään laserinterferenssilitografiaa, se on nopea ja tarvitsee vain yksinkertiaisia laitteita. Toinen tutkittu metodi mahdollistaa kahdenlaisten nanolankojen kasvatuksen vierekkäin samalle kasvatusalustalle. Nämä NL:t kasvatetaan kahdella eri kasvatusmenetelmällä ja ne voidaan tehdä eri materiaaleista. Kahdenlaiset NL:t vierekkäin parantavat valon loukkuuntumista aurinkokennoissa ja fotodetektoreissa, tai mahdollistavat laajemman emissiospektrin ledeissä. Sähköisten kontaktien eristäminen on yksi kriittisistä NL-laitteiden valmistuksen osa-alueista. Työssä esitetään menetelmä ydin-kuori nanolankojen valmistukseen, missä kuorikerros on eristetty kasvualustasta. Menetelmä on yksinkertainen eikä tarvitse litografiaa. Eristämistä tutkittiin myös paryleeni-C:llä, minkä havaittiin vähentävän reflektanssia huomattavasti. Prosessi oli myös sopiva epätasaisille pinnoille ja satunnaisiin suuntiin kasvaville nanolangoille, joihin aiemmat menetelmät ovat epäoptimaalisia. fi
dc.format.extent 76 + app. 106
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.publisher Aalto University en
dc.publisher Aalto-yliopisto fi
dc.relation.ispartofseries Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS en
dc.relation.ispartofseries 166/2016
dc.relation.haspart [Publication 1]: Dhaka, Veer; Haggren, Tuomas; Jussila, Henri; Jiang, Hua; Kauppinen, Esko; Huhtio, Teppo; Sopanen, Markku; Lipsanen, Harri; High quality GaAs nanowires grown on glass substrates. American Chemical Society. ISSN 1530-6984. Nano Letters, 2012, volume 12, issue 4, pages 1912-1918. DOI: 10.1021/nl204314z
dc.relation.haspart [Publication 2]: Haggren, Tuomas; Dhaka, Veer; Huhtio, Teppo; Perros, Alexander; Jussila, Henri; Jiang, Hua; Ruoho, Mikko; Kakko, Joona-Pekko; Kauppinen, Esko; Lipsanen, Harri; GaAs nanowires grown on Al-doped ZnO buffer layer, American Institute of Physics. ISSN 0021-8979. Journal of Applied Physics, 2013, volume 114, issue 8, pages 084309. DOI: 10.1063/1.4819797
dc.relation.haspart [Publication 3]: Dhaka, Veer; Oksanen, Jani; Jiang, Hua; Haggren, Tuomas; Nykänen, Antti; Sanatinia, Reza; Kakko, Joona-Pekko; Huhtio, Teppo; Mattila, Marco; Ruokolainen, Janne; Anand, Srinivasan; Kauppinen, Esko: Lipsanen, Harri; Aluminum-induced photoluminescence red shifts in core-shell GaAs/AlxGa1-xAs nanowires. American Chemical Society. ISSN 1530-6984. Nano Letters, 2013, volume 13, issue 8, pages 3581-3588. DOI: 10.1021/nl4012613
dc.relation.haspart [Publication 4]: Haggren, Tuomas; Jiang, Hua; Kakko, Joona-Pekko; Huhtio, Teppo; Dhaka, Veer; Kauppinen, Esko; Lipsanen, Harri; Strong surface passivation of GaAs nanowires with ultrathin InP and GaP capping layers, American Institute of Physics. ISSN: 0003-6951. Applied Physics Letters, 2014, volume 105, issue 3, pages 033114. DOI: 10.1063/1.4891535
dc.relation.haspart [Publication 5]: Dhaka, Veer; Perros, Alexander; Naureen, Shagufta; Shahid, Naeem; Jiang, Hua; Kakko, Joona-Pekko; Haggren, Tuomas; Kauppinen, Esko; Srinivasan, Anand; Lipsanen, Harri. Protective capping and surface passivation of III-V nanowires by atomic layer deposition, American Institute of Physics. E-ISSN: 2158-3226. AIP Advances, 2016, volume 6, issue 1, pages 015016. DOI: 10.1063/1.4941063
dc.relation.haspart [Publication 6]: Haggren, Tuomas; Kakko, Joona-Pekko; Jiang, Hua; Dhaka, Veer; Huhtio, Teppo; Lipsanen, Harri; Effects of Zn doping on GaAs nanowires, IEEE. ISSN: 1944-9399. 14th International Conference on Nanotechnology (IEEENANO), 2014, pages 825-829. DOI: 10.1109/NANO.2014.6968091
dc.relation.haspart [Publication 7]: Haggren, Tuomas; Otnes, Gaute; Mourão, Renato; Dagyte, Vilgaile; Hultin, Olof; Lindelöw, Fredrik; Borgström, Magnus; Samuelson, Lars; InP Nanowire p-type doping via zinc indiffusion. Elsevier. ISSN: 0022-0248. Journal of Crystal, 2016, volume 451, issue 1, pages 18-26. DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2016.06.020
dc.relation.haspart [Publication 8]: Kauppinen, Christoffer; Haggren, Tuomas; Kravchenko, Aleksandr; Jiang, Hua; Huhtio, Teppo; Kauppinen, Esko; Dhaka, Veer; Suihkonen, Sami; Kaivola, Matti; Lipsanen, Harri; Sopanen, Markku; A technique for large-area position-controlled growth of GaAs nanowire arrays, Institute of Physics. ISSN: 0957-4484. Nanotechnology, 2016, volume 27, issue 13, pages 135601. DOI: 10.1088/0957-4484/27/13/135601
dc.relation.haspart [Publication 9]: Kakko, Joona-Pekko; Haggren, Tuomas; Dhaka, Veer; Huhtio, Teppo; Peltonen, Antti; Jiang, Hua; Kauppinen, Esko; Lipsanen, Harri; Fabrication of Dual-Type Nanowire Arrays on a Single Substrate, American Chemical Society. ISSN 1530-6984. Nano Letters, 2015, volume 15, issue 3, pages 1679-1683. DOI: 10.1021/nl504308x
dc.relation.haspart [Publication 10]: Haggren, Tuomas; Pyymaki Perros, Alexander; Jiang, Hua; Huhtio, Teppo; Kakko, Joona-Pekko; Dhaka, Veer; Kauppinen, Esko; Lipsanen, Harri; Lithography-free shell-substrate isolation for core-shell GaAs nanowires, Institute of Physics. ISSN: 0957-4484. Nanotechnology, 2016, volume 27, issue 27, pages 275603. DOI: 10.1088/0957-4484/27/27/275603
dc.relation.haspart [Publication 11]: Haggren, Tuomas; Shah, Ali; Autere, Anton; Kakko, Joona-Pekko; Dhaka, Veer; Huhtio, Teppo; Sun, Zhipei; Lipsanen, Harri; Conformal nanowire encapsulation with Parylene-C for electrical isolation, antireflection and improved optical properties, Submitted to the journal ACS Nano in the year 2016
dc.subject.other Physics en
dc.title Nanowire technology for optoelectronic applications en
dc.title Nanolankateknologia optoelektroniikan sovelluksiin fi
dc.type G5 Artikkeliväitöskirja fi
dc.contributor.school Sähkötekniikan korkeakoulu fi
dc.contributor.school School of Electrical Engineering en
dc.contributor.department Mikro- ja nanotekniikan laitos fi
dc.contributor.department Department of Micro and Nanosciences en
dc.subject.keyword nanowire en
dc.subject.keyword GaAs en
dc.subject.keyword vapor-liquid-solid en
dc.subject.keyword MOVPE en
dc.subject.keyword photoluminescence en
dc.subject.keyword passivation en
dc.subject.keyword reflectance en
dc.subject.keyword planarization en
dc.subject.keyword nanolanka fi
dc.subject.keyword vapor-liquid-solid fi
dc.subject.keyword fotoluminesenssi fi
dc.subject.keyword passivointi fi
dc.subject.keyword reflektanssi fi
dc.subject.keyword planarisointi fi
dc.identifier.urn URN:ISBN:978-952-60-6975-3
dc.type.dcmitype text en
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.contributor.supervisor Lipsanen, Harri, Prof., Aalto University, Department of Micro- and Nanosciences, Finland
dc.opn Joyce, Hannah, Dr., University of Cambridge, UK
dc.contributor.lab Nanotechnology group en
dc.rev Tan, Hoe, Prof., ustralian National University, Australia
dc.rev Guina, Mircea, Prof., Tampere University of Technology, Finland
dc.date.defence 2016-09-23


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account