Optische und optoelektronische Charakterisierung von halbleitenden Nanostrukturen

Duisburg, Essen (2011), VIII, 122 S.
Dissertation / Fach: Physik
Fakultät für Physik
Duisburg, Essen, Univ., Diss., 2011
Abstract:
In dieser Arbeit wird die Photolumineszenz (PL) von Cadmiumselenid-Nanopartikeln (CdSe) und dotierter Galliumarsenid-Nanodrähte (GaAs) untersucht. Weiter wird an GaAs-Nanodrähten mit einem in Wachstumsrichtung ausgeprägten pn-Übergang erstmals Elektrolumineszenz (EL) demonstriert und analysiert. Mittels PL-Spektroskopie werden die exzitonischen Zustände einzelner CdSe-Nanopartikel untersucht. Dabei werden scharfe Emissionslinien, die unterschiedlichen exzitonischen Übergängen zugeordnet werden können, beobachtet. Bei einer Probentemperatur von T ≈ 10K werden dabei Linienbreiten von ∆E(HWB) ≤ 8 meV gefunden. Zudem zeigt sich, dass neben der eigentlichen Hauptlinie auch Phononenreplika des entsprechenden LO- und 2LO-Phonons zu beobachten sind. Ein Exziton in einem ionisierten Nanopartikel trägt die elektronische Struktur eines Trions. Auf Silizium kann bei CdSe-Nanopartikeln die im Grunde optisch erlaubte Rekombination eines Trions jedoch nicht optisch nachgewiesen werden, weil schnellere nichtstrahlende Auger-Prozesse dominieren (optisch inaktiver Zustand). In dieser Arbeit kann jedoch erfolgreich gezeigt werden, dass auf einem mit Aluminium beschichteten Substrat das Trion einzelner CdSe-Nanopartikel dennoch zu beobachten ist. Ursache hierfür ist die, durch Oberflächenplasmonen bewirkte, Reduktion der optischen Lebensdauer. Statt des hier gewöhnlich auftretenden optisch inaktiven Zustandes ist eine sprunghafte und diskrete Rotverschiebung der Emissionsenergie von ∆E ≈ 24 meV zu beobachten. Nach Califano et al. [1] lässt sich diese Emissionslinie zudem einem negativen Trion zuordnen. Darüber hinaus werden p- und n-dotierte GaAs-Nanodrähte mittels PL-Spektroskopie ortsaufgelöst charakterisiert. Der zunächst intrinsische Fuß des Nanodrahtes zeigt die typische PL von GaAs. Ab dem Einsatzpunkt der Dotierung ist dagegen in den Spektren eine steigende Dotierstoffkonzentration, anhand einer Verschiebung der Emissionsenergie, zu erkennen. Durch eine Analyse der entsprechenden Linienform lassen sich Hinweise auf die Verteilung und die Konzentration des Dotierstoffes finden. Mit Hilfe dieser Erkenntnisse wird ferner die PL eines einzelnen GaAs-Nanodrahtes, mit einem in Wachstumsrichtung ausgeprägten pn-Übergang, untersucht. Hier zeigt sich, dass sich aufgrund eines inherenten Memoryeffektes eine kompensierte Zone ausbildet. Dennoch zeigt dieses Bauteil eine typische Diodenkennlinie und es kann erstmals erfolgreich EL nachgewiesen werden. [1] M. Califano, et al., Phys. Rev. B 75, 115401 (2007)