Ga Nukleation, Positionierung und optische Charakterisierung von Ga katalysierten Nanodrähten

Abstract

Seit vielen Jahren dominiert Silizium die Halbleiterindustrie im Bereich der Mikro- und Nanoelektronik. Durch seine große Verfügbarkeit und die einfache Herstellung eines nativen Oxid ist es mit vielen Prozessen kom- patibel. Im Bereich der Optoelektronik und Photonik werden jedoch III-V Halbleitermaterialien benutzt. Ihre direkte Bandlücke erlaubt einen schnellen strahlenden Übergang der Ladungsträger und damit besitzen sie ein äußerst effektives Lumineszenzverhalten. Das langfristige Ziel ist die Integration von elektronischen und optischen Komponenten verschiedener Materialien auf einem Chip. Unterschiedliche Materialeigenschaften erzwingen eine kleine Kontaktfläche zwischen Si und den III-V Halbleitern, was beispielsweise durch die Nanowire Geometrie erreicht wird. In dieser Diplomarbeit wird das Verhalten von Ga als Katalysator auf Siliziumoberflächen untersucht. Ziel ist es, ohne lithographische Schritte, eine Positionierung der Tropfen und damit der Nanowires zu erreichen. Ausgehend von einer Analyse der Tropfenbildung in einer Molekularstrahlanlage, in der sich die Tropfen beliebig verteilt bilden, wird im Anschluss eine gezielte Positionierung von Ga angestrebt. Dabei wurden verschiedene flächen- und punktförmige Strukturen mit unterschiedlichen Implantationsdosen in Bezug auf positioniertes Nanowirewachstum untersucht. Die dabei gebildeten Ga Tropfen wurden anschließend als Katalysator für GaAs und GaAs/AlGaAs Core-Shell Nanowires verwendet. Weiters wurde ein Photolumineszenz Messplatz aufgebaut, welcher die op- tische Charakterisierung der hergestellten Nanowires im Temperaturbereich von 300 - 4 K ermöglicht. Die GaAs und GaAs/AlGaAs Nanowires zeigten Lumineszenz im Bereich von 820 - 880nm, welche detailliert untersucht wurde.

For many years, silicon has been dominating the semiconductor industry in the field of micro- and nanoelectronics. Due to its large availability and the simple production of an oxide, it is compatible with many processes. In the field of optoelectronics and photonics, III - V semiconductor materials are used. The direct bandgap allows rapid radiative transition of the charge carriers and thus they have an extremely effective luminescence. The long- term goal is the integration of electronic and optical components of different materials on a chip. Differing material properties require a small contact area, which is e.g. achieved in a nanowire geometry. In this thesis the behavior of Ga as catalyst is examined on silicon surfaces. The aim is to avoid lithographic steps, a positioning of the droplets and thus the nanowires. Starting from an analysis of the droplet formation in a molecular beam system in which form randomly distributed drops, followi- ng a targeted positioning of Ga is sought. Various surface and punctiform structures with different implantation doses in terms positioned nanowire growth were examined. The formed Ga droplets were then used as a catalyst for GaAs and GaAs/AlGaAs core-shell nanowires. Furthermore, a photoluminescence measuring station for the optical cha- racterization was built. This allows the optical characterization of produced nanowires in the temperature range from 300 - 4 K. Light emission from GaAs and GaAs/AlGaAs Nanowires was found in the range of 820 - 880nm and characterized in detail.