Growth of gallium arsenide nanowires on silicon

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Electrical Engineering | Master's thesis
Date
2011
Major/Subject
Optoelektroniikka
Mcode
S-104
Degree programme
Language
en
Pages
[8] + 71
Series
Abstract
In this thesis, gallium arsenide nanowires (NW) were grown on silicon substrates by atmospheric pressure metal organic vapor phase epitaxy. NWs offer a myriad of novel applications and solutions in a variety of different fields, including optoelectronics. Epitaxial NWs with good optical properties are required in many of the possible applications. The aim of this work was to grow NWs epitaxial with a good yield, optimize the growth parameters in the used system, and to passivate the surface of the NWs by core-shell structures and atomic layer deposition (ALD) in order to improve their photoluminescence (PL). The used shell materials were AlGaAs and GaAsP, and the ALD coating was aluminum nitride. The NW yield and morphology were characterized with scanning electron microscopy, their crystal structure and quality with transmission electron microscopy, chemical composition with energy-dispersive X-ray spectroscopy and optical properties with PL measurements. The results showed that the NW s can be grown with a good yield within an appropriate range of temperature, molar ratio, and total molar flow. The passivation methods resulted in drastically improved PL intensity. Also unexpectedly large redshift with AlGaAs shells was observed.

Tässä työssä kasvatettiin galliumarsenidinanolankoja piialustakiteille ilmanpaineessa olevalla metallo-orgaanisella kaasufaasiepitaskiamenetelmällä. III-V puolijohteista tehdyillä nanolangoilla on mahdollista toteuttaa lukuisia uusia sovellutuksia monilla eri tieteen aloilla, kuten optoelektroniikassa. Epitaksiaaliset ja optisesti laadukkaat nanolangat ovat edellytyksenä monille sovellutuksille. Työn tavoitteena oli valmistaa nanolankoja epitaksiaalisesti, optimoida kasvuparametrit ja passivoida lankojen pinta ydin-kuorirakenteella ja atomikerroskasvatustekniikalla, jotta nanolankojen fotoluminesenssiominaisuuksia saataisiin parannettua. Epitaksiaalisesti valmistettuja AlGaAs- ja GaAsP-kuorikerroksia sekä atomikerroskasvatettuja alumiininitridipinnoitteita käytettiin GaAs-ytimen passivoinnissa. Nanolangat karakterisoitiin pyyhkäisyelektronimikroskoopilla, läpäisyelektronimikroskoopilla, energiadispersiivisella röntgenspektrometrialla sekä fotoluminesenssimittauksilla. Tulokset osoittivat, että lähes kaikki nanolangat kasvoivat epitaksiaalisesti, kun kasvuparametrit lämpötila, moolisuhde ja kokonaismoolivirtaus valittiin oikealta väliltä. Käytetyt passivointimenetelmät paransivat fotoluminesenssisignaalia huomattavasti. Myös odottamattoman huomattava punasiirtymä havaittiin GaAs:lle, kun AlGaAs-kuoren kompositio muuttui.
Description
Supervisor
Lipsanen, Harri
Thesis advisor
Huhtio, Teppo
Dhaka, Veer
Keywords
nanowire, nanolanka, gallium arsenide, galliumarsenidi, core-shell, ydin-kuorirakenne, metalorganic vapor phase epitaxy, metallo-orgaaninen kaasufaasiepitaksia, passivation, passivointi
Other note
Citation