Molecular beam epitaxy of GaAs nanowires and their suitability for optoelectronic applications – comparing Au- and self-assisted growth methods

In this work the synthesis of GaAs nanowires by molecular beam epitaxy (MBE) using the vapour-liquid-solid (VLS) mechanism is investigated. A comparison between Au- and self-assisted VLS growth is at the centre of this thesis. While the Au-assisted method is established as a versatile tool for nanowire growth, the recently developed self-assisted variation results from the exchange of Au by Ga droplets and thus eliminates any possibility of Au incorporation. By both methods, we achieve nanowires with epitaxial alignment to the Si(111) substrates. Caused by differences during nanowire nucleation, a parasitic planar layer grows between the nanowires by the Au-assisted method, but can be avoided by the self-assisted method. Au-assisted nanowires grow predominantly in the metastable wurtzite crystal structure, while their self-assisted counterparts have the zincblende structure. All GaAs nanowires are fully relaxed and the strain arising from the lattice mismatch between GaAs and Si of 4.1\% is accommodated by misfit dislocations at the interface. Self-assisted GaAs nanowires are generally found to have vertical and non-polar side facets, while tilted and polar nanofacets were described for Au-assisted GaAs nanowires. We employ VLS nucleation theory to understand the effect of the droplet material on the lateral facets. Optoelectronic applications require long minority carrier lifetimes at room temperature. We fabricate GaAs/(Al,Ga)As core-shell nanowires and analyse them by transient photoluminescence (PL) spectroscopy. The results are 2.5 ns for the self-assisted nanowires as well as 9 ps for the Au-assisted nanowires. By temperature-dependent PL measurements we find a characteristic activation energy of 77 meV that is present only in the Au-assisted nanowires. We conclude that most likely Au is incorporated from the droplets into the GaAs nanowires and acts as a deep, non-radiative recombination centre.Thema dieser Arbeit ist die Synthese von GaAs Nanodrähten mittels Molekularstrahlepitaxie. Dabei wird das Wachstum mittels Au- und jenes mittels selbst-induziertem VLS-Mechanismus verglichen. Die Au-induzierte Methode ist als vielseitiger Ansatz für die Herstellung von Nanodrähten bekannt. Darüberhinaus wird seit Neuerem der selbst-induzierte Mechanismus untersucht, bei dem Galliumtropfen die Rolle des Goldes übernehmen, um eine etwaige Verunreinigung mit Au von vornherein auszuschliessen. Mit beiden Wachstumsmethoden erzielen wir GaAs Nanodrähte mit großem Aspektverhältnis und epitaktischer Beziehung zum Si(111) Substrat. Während des Au-induzierten Wachstums entsteht eine parasitäre Schicht zwischen den Drähten, die mittels des selbst-induzierten Mechanismus vermieden werden. Alle GaAs Drähte sind vollständig relaxiert. Die durch die Gitterfehlanpassung (4,1\% zwischen GaAs und Si) verursachte Verspannung wird durch Versetzungen an der Grenzfläche abgebaut. Selbst-induzierte Drähten zeigen ausschließlich unpolare Seitenfacetten, während verschiedene polare Facetten für Au-induzierte Nanodrähte beschrieben werden. Mittels VLS-Nukleationstheorie könnne wir den Einfluss des Tropfenmaterials auf die Stabilität der verschiedenen Seitenfacetten erklären. Optoelektronische Anwendungen benötigen lange Minoritätsladungsträgerlebensdauern bei Raumtemperatur. Daher wurden mit (Al,Ga)As Hüllen ummantelte GaAs Nanodrähte mittels zeitaufgelöster PL vermessen. Das Ergebnis sind 2,5 ns für die selbst-induzierten aber nur 9 ps für die Au-induzierten Nanodrähte. Durch temperaturabhängige PL Messungen kann eine charakteristische Aktivierungsenergie von 77 meV nachgewiesen werden, die nur in den Au-induzierten Nanodrähten vorliegt. Dies suggeriert, dass sich Au aus den Tröpfchen in die GaAs Nanodrähte einbaut und dort als tiefes, nichtstrahlendes Rekombinationszentrum fungiert

Generalized trace distance measure connecting quantum and classical non-Markovianity

We establish a direct connection of quantum Markovianity of an open quantum system to its classical counterpart by generalizing the criterion based on the information flow. Here, the flow is characterized by the time evolution of Helstrom matrices, given by the weighted difference of statistical operators, under the action of the quantum dynamical evolution. It turns out that the introduced criterion is equivalent to P-divisibility of a quantum process, namely divisibility in terms of positive maps, which provides a direct connection to classical Markovian stochastic processes. Moreover, it is shown that similar mathematical representations as those found for the original trace distance based measure hold true for the associated, generalized measure for quantum non-Markovianity. That is, we prove orthogonality of optimal states showing a maximal information backflow and establish a local and universal representation of the measure. We illustrate some properties of the generalized criterion by means of examples.Comment: 11 pages, 3 figure

Uncertainty and the Great Recession

Has heightened uncertainty been a major contributor to the Great Recession and the slow recovery in the U.S.? To answer this question, we identify exogenous changes in six uncertainty proxies and quantify their contributions to GDP growth and the unemployment rate. Our results are threefold. First, only a minor part of the rise in uncertainty measures during the Great Recession was driven by exogenous uncertainty shocks. Second, while increased uncertainty explains less than one percentage point of the drop in GDP, macroeconomic uncertainty shocks increased the unemployment rate by up to 0.7 percentage points in 2010 and 2011. Third, economic policy uncertainty had only minor effects on real activity

a resonant Raman study

We report resonant Raman scattering (RRS) by the TO, LO, and 2 LO modes of single wurtzite and zinc-blende GaAs nanowires. The optical band gap of wurtzite GaAs is 1.460eV ± 3meV at room temperature, and 35 ± 3meV larger than the GaAs zinc-blende band gap. Raman measurements using incoming light polarized parallel and perpendicular to the wire c axis allowed us to investigate the splitting of heavy Γ9 and light-hole Γ7 band at the Γ point of 65 ± 6meV

ifo Konjunkturprognose 2009/2010: Abschwung setzt sich fort

Die Weltwirtschaft steckt in der tiefsten Rezession seit der großen Depression. Seit diesem Frühjahr dürfte sich das Kontraktionstempo jedoch abgeschwächt haben. Weltweit sind Programme zur Stützung der Konjunktur aufgelegt worden, zudem zeigt die expansive Geldpolitik der Zentralbanken allmählich Wirkung. Auch sind in zahlreichen Ländern Maßnahmen zur Stabilisierung der Finanzmärkte ergriffen worden. Schließlich werden die Realeinkommen durch die starken Rohstoffpreisrückgänge gestützt. Das vom ifo Institut erhobene Weltwirtschaftsklima ist im zweiten Quartal 2009 erstmals seit dem Herbst 2007 wieder gestiegen. Der Anstieg des Indikators resultiert jedoch ausschließlich aus den günstigeren Erwartungen für die nächsten sechs Monate; die Einschätzung der derzeitigen wirtschaftlichen Lage hat sich demgegenüber noch weiter verschlechtert und fiel auf einen neuen historischen Tiefstand. Die deutsche Wirtschaft befindet sich in der schwersten Rezession seit Bestehen der Bundesrepublik. Nach den bisher vorliegenden amtlichen Ergebnissen sank die gesamtwirtschaftliche Produktion im ersten Quartal 2009 saison- und kalenderbereinigt gegenüber dem Jahresendquartal um 3,8%, bereits im vierten Quartal 2008 war die Wirtschaftsleistung um 2,2% geschrumpft. Deutschland verzeichnet damit von allen großen europäischen Volkswirtschaften den schärfsten Wachstumseinbruch. Die gesamtwirtschaftliche Produktion dürfte nach diesem drastischen Rückgang auch im zweiten Quartal gesunken sein, jedoch mit deutlich verringertem Tempo. Für den Beginn einer allmählichen Stabilisierung spricht die aktuelle Entwicklung einer Reihe von gewichtigen Konjunkturindikatoren wie Produktion und Auftragseingang sowie das ifo Geschäftsklima. Zum Rückgang der Wirtschaftsleistung tragen vor allem die Industrie und der Sektor Finanzierung, Vermietung und Unternehmensdienstleistungen bei

Electronic properties of wurtzite GaAs: A correlated structural, optical, and theoretical analysis of the same polytypic GaAs nanowire

III-V compound semiconductor nanowires are generally characterized by the coexistence of zincblende and wurtzite structures. So far, this polytypism has impeded the determination of the electronic properties of the metastable wurtzite phase of GaAs, which thus remain highly controversial. In an effort to obtain new insights into this topic, we cross-correlate nanoscale spectral imaging by near-field scanning optical microscopy with a transmission electron microscopy analysis of the very same polytypic GaAs nanowire dispersed onto a Si wafer. Thus, spatially resolved photoluminescence spectra could be unambiguously assigned to nanowire segments whose structure is known with lattice-resolved accuracy. An emission energy of 1.528 eV was observed from extended zincblende segments, revealing that the dispersed nanowire was under uniaxial strain presumably due to interaction with its supporting substrate. These crucial information and the emission energy obtained for extended pure wurtzite segments were used to perform envelope function calculations of zincblende quantum disks in a wurtzite matrix as well as the inverse structure. In these calculations, we varied the fundamental bandgap, the electron mass, and the band offset between zincblende and wurtzite GaAs. From this multi-parameter comparison with the experimental data, we deduced that the bandgap between the Γ8 conduction and A valence band ranges from 1.532 to 1.539 eV in strain-free wurtzite GaAs, and estimated values of 1.507 to 1.514 eV for the Γ7–A bandgap. Address correspondenc

Luminescence of GaAs nanowires consisting of wurtzite and zincblende segments

GaAs nanowires (NWs) grown by molecular-beam epitaxy may contain segments of both the zincblende (ZB) and wurtzite (WZ) phases. Depending on the growth conditions, we find that optical emission of such NWs occurs either predominantly above or below the band gap energy of ZB GaAs [E(g,ZB)]. This result is consistent with the assumption that the band gap energy of wurtzite GaAs [E(g,WZ)] is larger than E(g,ZB) and that GaAs NWs with alternating ZB and WZ segments along the wire axis establish a type II band alignment, where electrons captured within the ZB segments recombine with holes of the neighboring WZ segments. Thus, the corresponding transition energy depends on the degree of confinement of the electrons, and transition energies exceeding E(g,ZB) are possible for very thin ZB segments. At low temperatures, the incorporation of carbon acceptors plays a major role in determining the spectral profile as these can effectively bind holes in the ZB segments. From cathodoluminescence measurements of single GaAs NWs performed at room temperature, we deduce a lower bound of 55 meV for the difference E(g,WZ)-E(g,ZB).Comment: 8 pages, 10 figure

ifo Konjunkturprognose 2009/2010: Abschwung setzt sich fort

Die Weltwirtschaft steckt in der tiefsten Rezession seit der großen Depression. Seit diesem Frühjahr dürfte sich das Kontraktionstempo jedoch abgeschwächt haben. Weltweit sind Programme zur Stützung der Konjunktur aufgelegt worden, zudem zeigt die expansive Geldpolitik der Zentralbanken allmählich Wirkung. Auch sind in zahlreichen Ländern Maßnahmen zur Stabilisierung der Finanzmärkte ergriffen worden. Schließlich werden die Realeinkommen durch die starken Rohstoffpreisrückgänge gestützt. Das vom ifo Institut erhobene Weltwirtschaftsklima ist im zweiten Quartal 2009 erstmals seit dem Herbst 2007 wieder gestiegen. Der Anstieg des Indikators resultiert jedoch ausschließlich aus den günstigeren Erwartungen für die nächsten sechs Monate; die Einschätzung der derzeitigen wirtschaftlichen Lage hat sich demgegenüber noch weiter verschlechtert und fiel auf einen neuen historischen Tiefstand. Die deutsche Wirtschaft befindet sich in der schwersten Rezession seit Bestehen der Bundesrepublik. Nach den bisher vorliegenden amtlichen Ergebnissen sank die gesamtwirtschaftliche Produktion im ersten Quartal 2009 saison- und kalenderbereinigt gegenüber dem Jahresendquartal um 3,8%, bereits im vierten Quartal 2008 war die Wirtschaftsleistung um 2,2% geschrumpft. Deutschland verzeichnet damit von allen großen europäischen Volkswirtschaften den schärfsten Wachstumseinbruch. Die gesamtwirtschaftliche Produktion dürfte nach diesem drastischen Rückgang auch im zweiten Quartal gesunken sein, jedoch mit deutlich verringertem Tempo. Für den Beginn einer allmählichen Stabilisierung spricht die aktuelle Entwicklung einer Reihe von gewichtigen Konjunkturindikatoren wie Produktion und Auftragseingang sowie das ifo Geschäftsklima. Zum Rückgang der Wirtschaftsleistung tragen vor allem die Industrie und der Sektor Finanzierung, Vermietung und Unternehmensdienstleistungen bei.Konjunktur, Konjunkturumfrage, Konjunkturprognose, Wirtschaftslage, Geschäftsklima, Weltkonjunktur, Deutschland, Welt