Dissociation of vertical semiconductor diatomic artificial molecules

We investigate the dissociation of few-electron circular vertical semiconductor double quantum dot artificial molecules at 0 T as a function of interdot distance. A slight mismatch introduced in the fabrication of the artificial molecules from nominally identical constituent quantum wells induces localization by offsetting the energy levels in the quantum dots by up to 2 meV, and this plays a crucial role in the appearance of the addition energy spectra as a function of coupling strength particularly in the weak coupling limit.

Investigations of GaAs based heterostructures for spintronics

In the present work are reported investigations of structural, magnetic and electronic properties of GaAs/Ga1-xInxAs/GaAs quantum wells (QW) having a 0.5 - 1.8 monolayer thick Mn layer, separated from the quantum well by a 3 nm thick spacer. The structure of the samples is analyzed in details by photoluminescence and high-resolution X-ray difractometry and reflectometry, confirming that Mn atoms are practically absent from the QW. Transport properties and crystal structure are analyzed for the first time for this type of QW structures with so high mobility. Observedconductivity and the Hall effect in quantizing magnetic fields in wide temperature range, defined by transport of holes in the quantum well, demonstrate properties inherent to ferromagnetic systems with spin polarization of charge carriersin the QW. Investigation of the Shubnikov ¿ de Haas and the Hall effects gave the possibility to estimate the energy band parameters such as cyclotron mass andFermi level and calculate concentrations and mobilities of holes and show the high-quality of structures. Magnetic ordering is confirmed by the existence of the anomalous Hall effect.

Structural and optical properties of high quality zinc-blende/wurtzite GaAs nanowire heterostructures

The structural and optical properties of three different kinds of GaAs nanowires with 100% zinc-blende structure and with an average of 30% and 70% wurtzite are presented. A variety of shorter and longer segments of zinc-blende or wurtzite crystal phases are observed by transmission electron microscopy in the nanowires. Sharp photoluminescence lines are observed with emission energies tuned from 1.515 eV down to 1.43 eV when the percentage of wurtzite is increased. The downward shift of the emission peaks can be understood by carrier confinement at the interfaces, in quantum wells and in random short period superlattices existent in these nanowires, assuming a staggered band offset between wurtzite and zinc-blende GaAs. The latter is confirmed also by time-resolved measurements. The extremely local nature of these optical transitions is evidenced also by cathodoluminescence measurements. Raman spectroscopy on single wires shows different strain conditions, depending on the wurtzite content which affects also the band alignments. Finally, the occurrence of the two crystallographic phases is discussed in thermodynamic terms.

Caracterización estructural de capas epitaxiadas de InGaAs/InAlAs crecidas sobre substratos (111) de InP

Se ha analizado por microscopía electrónica en transmisión (TEM) la estructura de transistores HEMT basados en un pozo cuántico tensionado de InGaAs/InAlAs crecido sobre un sustrato {111} de InP. Se han observado dislocaciones filiformes y defectos planares que cruzan la capa superior hacia la superficie, así como maclas paralelas a la interficie y grandes complejos defectivos en forma de V que se nuclean unos pocos nanometres por encima de la interficie entre el pozo cuántico y la capa superior que lo confina. La estructura de los defectos es muy diferente de la observada en heteroestructuras similares crecidas sobre sustratos {100}, hecho que sugiere que hay que tener en cuenta consideraciones sobre el proceso mismo de nucleación de los defectos junto con las convencionales relacionadas con el desajuste de redes.

Dynamique de recombinaison dans les puits quantiques InGaN/GaN

Nous étudions la recombinaison radiative des porteurs de charges photogénérés dans les puits quantiques InGaN/GaN étroits (2 nm). Nous caractérisons le comportement de la photoluminescence face aux différentes conditions expérimentales telles la température, l'énergie et la puissance de l'excitation et la tension électrique appliquée. Ces mesures montrent que l'émission provient d'états localisés. De plus, les champs électriques, présents nativement dans ces matériaux, n'ont pas une influence dominante sur la recombinaison des porteurs. Nous avons montré que le spectre d'émission se modifie significativement et subitement lorsque la puissance de l'excitation passe sous un certain seuil. L'émission possède donc deux ``phases'' dont nous avons déterminé le diagramme. La phase adoptée dépend à la fois de la puissance, de la température et de la tension électrique appliquée. Nous proposons que la phase à basse puissance soit associée à un état électriquement chargé dans le matériau. Ensuite, nous avons caractérisé la dynamique temporelle de notre échantillon. Le taux de répétition de l'excitation a une influence importante sur la dynamique mesurée. Nous concluons qu'elle ne suit pas une exponentielle étirée comme on le pensait précédemment. Elle est exponentielle à court temps et suit une loi de puissance à grand temps. Ces deux régimes sont lié à un seul et même mécanisme de recombinaison. Nous avons développé un modèle de recombinaison à trois niveaux afin d'expliquer le comportement temporel de la luminescence. Ce modèle suppose l'existence de centres de localisation où les porteurs peuvent se piéger, indépendamment ou non. L'électron peut donc se trouver sur un même centre que le trou ou sur n'importe quel autre centre. En supposant le transfert des porteurs entre centres par saut tunnel on détermine, en fonction de la distribution spatiale des centres, la dynamique de recombinaison. Ce modèle indique que la recombinaison dans les puits InGaN/GaN minces est liée à des agglomérats de centre de localisation.

Size dependent fluorescence spectroscopy of nanocolloids of ZnO

In this article we present size dependent spectroscopic observations of nanocolloids of ZnO. ZnO is reported to show two emission bands, an ultraviolet (UV) emission band and another in the green region. Apart from the known band gap 380 nm and impurity 530 nm emissions, we have found some peculiar features in the fluorescence spectra that are consistent with the nanoparticle size distribution. Results show that additional emissions at 420 and 490 nm are developed with particle size. The origin of the visible band emission is discussed. The mechanism of the luminescence suggests that UV luminescence of ZnO colloid is related to the transition from conduction band edge to valence band, and visible luminescence is caused by the transition from deep donor level to valence band due to oxygen vacancies and by the transition from conduction band to deep acceptor level due to impurities and defect states. A correlation analysis between the particle size and spectroscopic observations is also discussed.

GaInAsP-basierende Resonatorstrukturen

Physikalische Grundlagenforschung und anwendungsorientierte physikalische Forschung auf den Gebieten nanoskaliger kristalliner und amorpher fester Körper haben in vielfacher Weise eine große Bedeutung. Neben dem Verständnis für die Struktur der Materie und die Wechselwirkung von Objekten von der Größe einiger Atome ist die Erkenntnis über die physikalischen Eigenschaften nanostrukturierter Systeme von hohem Interesse. Diese Forschung eröffnet die Möglichkeit, die mit der Mikroelektronik begonnene Miniaturisierung fortzusetzen und wird darüber hinaus neue Anwendungsfelder eröffnen. Das Erarbeiten der physikalischen Grundlagen der Methoden zur Herstellung und Strukturierung ist dabei zwingend notwendig, da hier Wirkungsprinzipien dominieren, die erst bei Strukturgrößen im Nanometerbereich auftreten oder hinreichend stark ausgeprägt sind. Insbesondere Halbleitermaterialien sind hier von großem Interesse. Die in dieser Arbeit untersuchten Resonatorstrukturen, die auf dem kristallinen Verbindungshalbleitermaterial GaInAsP/InP basieren, erschließen wichtige Anwendungsfelder im Bereich der optischen Datenübertragung sowie der optischen Sensorik. Hergestellt wird das Halbleitermaterial mit der Metallorganischen Gasphasenepitaxie. Die experimentell besimmten Kenngrößen lassen Rückschlüsse auf die Güte der Materialien, die quantenmechanischen Wirkungsprinzipien und die Bauelementcharakteristik zu und führen zu optimal angepassten Kristallstrukturen. Auf Basis dieser optimierten Materialien wurde ein durchstimmbarer Fabry-Perot-Filter hergestellt, der aus einer Kombination aus InP-Membranen und Luftspalten besteht und elektromechanisch aktuiert werden kann. Das GaInAsP dient hierbei als wenige hundert nm dicke Opferschicht, die ätztechnisch hochselektiv beseitigt wird. Die Qualität der Grenzflächen zum InP ist entscheidend für die Qualität der freigeätzten Kavitäten und damit für die mechanische Gesamtstabilität der Struktur. Der in dieser Arbeit beschriebene Filter hat eine Zentralwellenlänge im Bereich von 1550 nm und weist einen Durchstimmbereich von 221 nm auf. Erzielt wurde dieser Wert durch ein konsistentes Modell der wirkenden Verspannungskomponenten und einer optimierten epitaktischen Kontrolle der Verspannungsparameter. Das realisierte Filterbauelement ist vielversprechend für den Einsatz in der optischen Kommunikation im Bereich von WDM (wavelength division multiplexing) Anwendungen. Als weitere Resonatorstrukur wurde ein Asymmetrisch gekoppelter Quantenfilm als optisch aktives Medium, bestehend aus GaInAsP mit variierender Materialkomposition und Verspannung, untersucht, um sein Potential für eine breitbandige Emission zu untersuchen und mit bekannten Modellen zu vergleichen. Als Bauelementdesign wurde eine kantenemittierende Superlumineszenzleuchtdiode gewählt. Das Ergebnis ist eine Emissionskurve von 100 nm, die eine höhere Unabhängigkeit vom Injektionsstrom aufweist als andere bekannte Konzepte. Die quantenmechanischen Wirkungsprinzipien - im wesentlichen die Kopplung der beiden asymmetrischen Potentialtöpfe und die damit verbundene Kopplung der Wellenfunktionen - werden qualitativ diskutiert. Insgesamt bestätigt sich die Eignung des Materials GaInAsP auch für neuartige, qualitativ höchst anspruchsvolle Resonatorstrukturen und die Bedeutung der vorgestellten und untersuchten Resonatorkonzepte. Die vorgestellten Methoden, Materialien und Bauelemente liefern aufgrund ihrer Konzeption und der eingehenden experimentellen Untersuchungen einen Beitrag sowohl zu den zugrunde liegenden mechanischen, optoelektronischen und quantenmechanischen Wirkungsprinzipien der Strukturen, als auch zur Realisierung neuer optoelektronischer Bauelemente.

First-principles calculation of the AlAs/GaAs interface band structure using a self-energy-corrected local density approximation

We apply a self-energy-corrected local density approximation (LDA) to obtain corrected bulk band gaps and to study the band offsets of AlAs grown on GaAs (AlAs/GaAs). We also investigate the Al(x)Ga(1-x)As/GaAs alloy interface, commonly employed in band gap engineering. The calculations are fully ab initio, with no adjustable parameters or experimental input, and at a computational cost comparable to traditional LDA. Our results are in good agreement with experimental values and other theoretical studies. Copyright (C) EPLA, 2011

TRANSPORT IN A BILAYER SYSTEM AT HIGH LANDAU FILLING FACTOR

We have studied Shubnikov de Haas oscillations and the quantum Hall effect in GaAs-double well structures in tilted magnetic fields. We found strong magnetoresistance oscillations as a function of an in-plane magnetic field B(parallel to) at nu = 4N + 3 and nu = 4N + 1 filling factors. At low perpendicular magnetic field B(perpendicular to), the amplitude of the conventional Shubnikov-de Haas (SdH) oscillations also exhibits B(parallel to)-periodic dependence at fixed values of B(perpendicular to). We interpret the observed oscillations as a manifestation of the interference between cyclotron orbits in different quantum wells.

Estudo das propriedades ópticas de poços quânticos de InGaAsN/GaAs para aplicação em dispositivos optoeletrônicos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Efeito do tratamento térmico nas propriedades ópticas de pontos quânticos emitindo na faixa espectral de 1,3 a 1,5 üm

Pós-graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais - FC

Equações de taxa aplicadas na modelagem de dispositivos fotodetectores baseados em poços quânticos

In this work, it is presented a novel method for calculating some intrinsic parameters such as capture mean time, thermic emission mean time, capture probability and noise gain on quantum well infrared photodetectors. Such devices are built by depositing layers of semiconductors of different energy gap, forming quantum wells. The present method uses rate equations to describe the occupation of discrete states of the quantum wells, that together with noise gain equations given in literature, are solved self consistently. The input data of the method is experimental measurement of dark current (current measured with no relevant incident photon) versus applied bias. In order to validate this approach, the values obtained were compared with results from literature

Modelo de poços quânticos para a transferência de elétrons

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Theoretical luminescence spectra in p-type superlattices based on InGaAsN

In this work, we present a theoretical photoluminescence (PL) for p-doped GaAs/InGaAsN nanostructures arrays. We apply a self-consistent method in the framework of the effective mass theory. Solving a full 8 x 8 Kane's Hamiltonian, generalized to treat different materials in conjunction with the Poisson equation, we calculate the optical properties of these systems. The trends in the calculated PL spectra, due to many-body effects within the quasi-two-dimensional hole gas, are analyzed as a function of the acceptor doping concentration and the well width. Effects of temperature in the PL spectra are also investigated. This is the first attempt to show theoretical luminescence spectra for GaAs/InGaAsN nanostructures and can be used as a guide for the design of nanostructured devices such as optoelectronic devices, solar cells, and others.

Unconventional Hall effect near charge neutrality point in a two-dimensional electron-hole system

The transport properties of the two-dimensional system in HgTe-based quantum wells containing simultaneously electrons and holes of low densities are examined. The Hall resistance, as a function of perpendicular magnetic field, reveals an unconventional behavior, different from the classical N-shaped dependence typical for bipolar systems with electron-hole asymmetry. The quantum features of magnetotransport are explained by means of numerical calculation of the Landau level spectrum based on the Kane Hamiltonian. The origin of the quantum Hall plateau sigma(xy) = 0 near the charge neutrality point is attributed to special features of Landau quantization in our system.