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Type: TESE DIGITAL
Title: Optical properties of wurzite phase InAsP/InP heterostructure nanowires=Propriedades ópticas de nanofios de InAsP/InP heteroestruturados na fase wurzita
Title Alternative: Propriedades ópticas de nanofios de InAsP/InP heteroestruturados na fase wurzita
Author: Miranda La Hera, Vladimir Roger, 1988-
Advisor: Iikawa, Fernando, 1960-
Abstract: Resumo: Neste trabalho foram estudadas as propriedades ópticas de nanofios (NWs) semicondutores InAsP/InP na fase Wurzita, crescidos pelo método Vapor-Liquid-Solid (VLS) no sistema Chemical Beam Epitaxy (CBE). As medidas ópticas foram realizadas por espectroscopia de fotoluminescência em ensembles e nanofios individuais, por macro e micro-fotoluminescência. O interesse pelas ligas de InAsP é que elas apresentam energia do gap na faixa de infravermelho próximo, uma faixa espectral utilizada para a tecnologia de telecomunicações bem como em fabricação de detetores de compostos de carbono nocivos, pois eles apresentam absorção óptica nessa faixa. Além disso, InAsP na forma de estruturas na escala nanométrica, em particular, em NWs, além de ter a fase cúbica estável, que ocorre em todos os fosfetos e arsenetos de compostos III-V, a fase hexagonal wurtzita é também observada. A maioria de suas propriedades na estrutura wurtzita não ainda foi investigada em detalhes. Os nanofios heteroestruturados contendo InAsP e InP na fase wurtzita não são bem conhecidos também. O ponto principal desta tese é, portanto, investigar as propriedades ópticas desses compostos na forma de nanofios, que estão na fase wurtzita, e estudar a emissão óptica destas heteroestruturas, onde envolve o efeito de confinamento quântico, o qual pode ser utilizado para sintonizar o comprimento de onda da emissão. Investigamos NWs de ligas de InAsP com três composições diferentes, mudando o fluxo de arsina e fosfina, que foram crescidos usando três tamanhos de nanopartículas de catalizadores de Au diferentes de 2, 5 e 20 nm. Observamos que a forma do nanofio depende do tamanho de nanopartículas de Au. Para menores tamanhos, obteve-se uma forma de torre, enquanto que para o maior, a forma de agulha. A concentração de P é de cerca de 50% estimada por espectroscopia de fotoluminescência e de energia dispersiva de raios-X. A emissão óptica é de cerca de 1.5 µm, adequada para aplicação em dispositivos de telecomunicações. Nos NWs heteroestruturados de InAsP/InP, investigamos as amostras com tempos de inclusão diferentes de InAsP (2, 5, 10, 20 e 40 s) no InP, e elas foram crescidas com diferentes tamanhos de nanopartículas de Au (2, 5 e 20 nm) utilizadas como catalisador. Nessas amostras, todos os nanofios apresentam a forma de uma agulha. Os espectros de macro e micro-fotoluminescência mostram fortes emissões ópticas atribuídas à camada de InAsP e variam entre 800-1000 nm. A energia de emissão depende da quantidade de InAsP de acordo com o efeito de confinamento quântico. Também, observamos várias linhas estreitas nos espectros de micro-fotoluminescência de nanofios individuais atribuídos aos estados localizados das camadas InAsP. Essas linhas são provenientes de duas regiões, sendo uma delas da camada de InAsP axial catalisado e uma segunda, da camada lateral de InAsP devido ao crescimento epitaxial. Este resultado mostra que os NWs de InAsP/InP apresentam alta qualidade cristalina e são sistemas promissores para a aplicação em dispositivos ópticos

Abstract: In this work, we studied the optical properties of wurtzite phase InAsP alloy nanowires (NWs) and InAsP/InP heterostructure nanowires grown by Vapor-Liquid-Solid (VLS) method in a Chemical Beam Epitaxy (CBE) system. The optical measurements were carried out by photoluminescence spectroscopy in ensemble and single NWs by macro and micro-photoluminescence techniques. The interest for InAsP alloys is that they present gap energy in the near infra-red, a spectral range commonly used for the telecommunication technology as well as for harmful carbon compounds detection sensors, since their optical absorption is in the same energy range. Furthermore, the InAsP in nanoscale structures, in particular, in NWs, in addition to the stable cubic phase, which occurs in all other phosphide and arsenide III-V compounds, hexagonal wurtzite phase is also observed. Most of the properties of their wurtzite structure has not been investigated in details yet. The heterostructure NWs containing InAsP and InP in wurtzite phase are not deeply known as well. The main purpose of this thesis is, therefore, to investigate the optical properties of this compounds in NW forms, which present wurtzite phase, and to study the optical emission from the heterostructures, where the quantum confinement effect can also be used to tune the emission wavelength. We investigated InAsP alloy NWs with three compositions changing the arsine and phosphine flux and they are grown using three sizes of Au-nanoparticle catalyst, 2, 5 and 20 nm. We note that the NW shape depends on the Au-nanoparticle size. For small size, a tower-like shape was observed, while for large one, the needle-like one. The P content of the samples is around the 50 % estimated by the photoluminescence and by Energy-Dispersive X-ray spectroscopy. The optical emission is around 1.5 µm, appropriate for telecommunication device applications. For InAsP/InP heterostructure NWs, we investigated samples with different InAsP time deposition (2, 5, 10, 20 and 40 s) onto the InP and they were grown with different Au-nanoparticle size (2, 5 and 20 nm) used as catalyst. In these samples, all nanowires present needle-like shape. The macro and micro-photoluminescence spectra show strong optical emissions in 800-1000 nm range attributed to the InAsP layer emissions. The emission energy depends on the amount of InAsP according to the quantum confinement effect. We observed several sharp lines in the micro-photoluminescence spectra of single NWs attributed to the localized states of the InAsP layers. They come from two regions, one of them from the axial catalyst InAsP layer and second one, from the lateral InAsP epitaxial growth layer. The result shows that the InAsP/InP heterostructures NWs grown by VLS method in the CBE system present high crystal quality and are promising structure for optical device applications
Subject: Nanofios semicondutores
Heteroestruturas - Propriedades óticas
Semicondutores - Propriedades óticas
Materiais nanoestruturados
Language: Inglês
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2015
Appears in Collections:IFGW - Dissertação e Tese

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