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Determination of the Optimal Shell Thickness for Self-Catalyzed GaAs/AlGaAs Core–Shell Nanowires on Silicon

Authors :
M. Den Hertog
Joël Bleuse
Le Si Dang
Le Thuy Thanh Giang
H. Mariette
Yann-Michel Niquet
R. Songmuang
Nanophysique et Semiconducteurs (NEEL - NPSC)
Institut Néel (NEEL)
Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])
Nanophysique et Semiconducteurs (NPSC)
PHotonique, ELectronique et Ingénierie QuantiqueS (PHELIQS)
Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Matériaux, Rayonnements, Structure (NEEL - MRS)
Laboratory of Atomistic Simulation (LSIM )
Modélisation et Exploration des Matériaux (MEM)
ANR-12-JS10-0002,COSMOS,Correlation du microscopie électronique en transmission avec des mesures optique et électrique effectués sur le même nanofils unique(2012)
Matériaux, Rayonnements, Structure (MRS)
Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])
Source :
Nano Letters, Nano Letters, 2016, 16 (6), pp.3426-3433. ⟨10.1021/acs.nanolett.5b03917⟩, Nano Letters, American Chemical Society, 2016, 16 (6), pp.3426-3433. ⟨10.1021/acs.nanolett.5b03917⟩
Publication Year :
2016
Publisher :
American Chemical Society (ACS), 2016.

Abstract

International audience; We present a set of experimental results showing a combination of various effects, that is, surface recombination velocity, surface charge traps, strain, and structural defects, that govern the carrier dynamics of self-catalyzed GaAs/AlGaAs core-shell nano wires (NWs) grown on a Si(111) substrate by molecular beam epitaxy. Time-resolved photoluminescence of NW ensemble and spatially resolved cathodoluminescence of single NWs reveal that emission intensity, decay time, and carrier diffusion length of the GaAs NW core strongly depend on the AlGaAs shell thickness but in a nonmonotonic fashion. Although 7 nm AlGaAs shell can efficiently suppress the surface recombination velocity of the GaAs NW core, the influence of the surface charge traps and the strain between the core and the shell that redshift the luminescence of the GaAs NW core remain observable in the whole range of the shell thickness. In addition, the band bending effect induced by the surface charge traps can alter the scattering of the excess carriers inside the GaAs NW core at the core/shell interface. If the AlGaAs shell thickness is larger than SO nm, the luminescence efficiency of the GaAs NW cores deteriorates, ascribed to defect formation inside the AIGaAs shell evidenced by transmission electron microscopy.

Details

ISSN :
15306992 and 15306984
Volume :
16
Database :
OpenAIRE
Journal :
Nano Letters
Accession number :
edsair.doi.dedup.....b909b31028b8ca118705fecdfdb4e508