MBE growth of GaAs nanowires and nanowire heterostructures

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	16 August 2012
Referee:	Prof. Dr. Werner Wegscheider
Date of exam:	19 July 2012
Institutions:	Physics > Institute of Experimental and Applied Physics > Chair Professor Huber > Group Dominique Bougeard
Interdisciplinary Subject Network:	Not selected
Keywords:	Nanodraht, Kristallstruktur, Vorstrukturierung, Kern Schale, Magnetismus, Nanowire, crystal structure, pre-structuring, core shell, magnetism
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 530 Physics
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	25631

Abstract (English)

In the first part of this thesis, the influence of different growth parameters on the NW morphology and the NW crystal structure was investigated. To explain our observations, a theory was developed which relates the Ga content of the catalyst droplet during growth to the crystal structure of a single NW. Applying this theory to the sample preparation procedure and to the NW growth parameters ...

Abstract (English)

In the first part of this thesis, the influence of different growth parameters on the NW morphology and the NW crystal structure was investigated. To explain our observations, a theory was developed which relates the Ga content of the catalyst droplet during growth to the crystal structure of a single NW. Applying this theory to the sample preparation procedure and to the NW growth parameters enables the fabrication of GaAs NWs with pure WZ and pure ZB crystal phase. In the second part of this thesis, NW growth on GaAs and Si substrates covered by a thin SiO2 layer was investigated. The SiO2 layer was pre-structured with holes, which provide defined nucleation sites for the Ga catalyst droplets. The equal distance between the holes ensures that the material from the effusion cells is equally distributed under all NWs. As a consequence, the Ga content in the catalyst droplets and thereby the NW crystal structure is the same for all NWs on one sample. By evaluating the NWs of different hole grids, a dependence of the NW morphology and the hole occupation number on the hole pitch was observed. To explain our observations the current growth theory for NW growth on SiO2 covered substrates was extended, now including As diffusion on the SiO2 layer and the NW sidewalls. In the third part of this thesis, the magnetic properties of GaAs/GaMnAs core shell NWs were investigated. First, the growth of GaMnAs on (110) oriented GaAs substrates, which is the predominant orientation of the NW side facets, was optimized. The obtained GaAs/GaMnAs core shell NWs, which were grown with pure WZ, a mixed WZ/ZB and pure ZB crystal phase were investigated by TEM, SQUID and Magnetotransport measurements. Due to their special geometry, the GaAs/GaMnAs NWs reveal unique magnetic properties like a strong uniaxial magnetic anisotropy and a crystal structure dependent Curie temperature.

Translation of the abstract (German)

Im ersten Teil der vorgelegten Arbeit wurde der Einfluss der Wachstumsparameter auf die Nanodraht-Morphologie und Kristallstruktur untersucht. Es wurde eine Theorie entwickelt, welche den Galliumgehalt des Katalysatortröpfchens während des Wachstums mit der Kristallstruktur des Nanodrahts in Verbindung setzt. Diese Theorie ermöglicht die Herstellung von Nanodrähten mit reiner WZ- und ...

Translation of the abstract (German)

Im ersten Teil der vorgelegten Arbeit wurde der Einfluss der Wachstumsparameter auf die Nanodraht-Morphologie und Kristallstruktur untersucht. Es wurde eine Theorie entwickelt, welche den Galliumgehalt des Katalysatortröpfchens während des Wachstums mit der Kristallstruktur des Nanodrahts in Verbindung setzt. Diese Theorie ermöglicht die Herstellung von Nanodrähten mit reiner WZ- und ZB-Kristallstruktur. Im zweiten Teil der Arbeit wurde das Nanodrahtwachstum auf GaAs- und Si-Substraten, welche mit einer dünnen SiO2-Schicht bedeckt waren, untersucht. Die SiO2-Schicht wurde vorstrukturiert, wobei die mittels Elektronenstrahllithographie und nasschemischen Ätzen erzeugten Löcher als definierte Nukleationszentren für die Gallium-Katalysatortröpfchen dienen. Beim Auswerten unterschiedlicher Lochabstände wurde eine Abhängigkeit der Nanodraht-Morphologie und der Lochbesetzungszahl vom Lochabstand festgestellt. Um diese Beobachtung zu erklären, wurde das Model für das Nanodrahtwachstum auf SiO2 bedeckten Substraten erweitert, wobei nun die Diffusion von Arsen auf der SiO2-Schicht und den Nanodraht-Seitenfacetten miteinbezogen wird. Im dritten Teil der Arbeit wurden die magnetischen Eigenschaften von GaAs/GaMnAs-Kern-Schale-Nanodrähten untersucht. Zuerst wurde das Wachstum von GaMnAs auf (110) orientierten GaAs-Substrat optimiert, da (110) ist die vorherrschende Kristallorientierung der Nanodraht-Seitenfacetten ist. Die GaAs/GaMnAs-Kern-Schale-Nanodrähte, welche mit reiner WZ, einer gemischten WZ/ZB- und reiner ZB-Kristallstruktur hergestellt wurden, wurden mit TEM, SQUID und Magnetotransportmessungen untersucht. Aufgrund ihrer speziellen Geometrie zeigten sie einzigartige magnetische Eigenschaften wie eine starke uniaxiale magnetische Anisotropie und eine kristallstrukturabhängige Curietemperatur.

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