Single GaAs nanowire spectroscopy: From 1D quantum confinement to optical waveguiding and lasing

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	19 April 2023
Referee:	Prof. Dr. Domonique Bougeard
Date of exam:	12 April 2023
Institutions:	Physics > Institute of Experimental and Applied Physics > Chair Professor Huber > Group Dominique Bougeard
Keywords:	GaAs nanowires, single-wire spectroscopy, 1D quantum confinement, wurtzite quantum wires, nanowire waveguides, plasmonic waveguiding, nanowire laser
Dewey Decimal Classification:	500 Science > 500 Natural sciences & mathematics 500 Science > 530 Physics
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	54077

Abstract (English)

In this thesis, we study single GaAs nanowires under various aspects. Owing to the unique possibility to synthesize nanowires in the meta-stable wurtzite crystal phase, together with their dielectrically peculiar, elongated shape, the focus is laid on two main subjects: On the one hand, the tunability of the core diameter and the shell thickness in our advanced MBE growth process offers a ...

Abstract (English)

In this thesis, we study single GaAs nanowires under various aspects. Owing to the unique possibility to synthesize nanowires in the meta-stable wurtzite crystal phase, together with their dielectrically peculiar, elongated shape, the focus is laid on two main subjects:
On the one hand, the tunability of the core diameter and the shell thickness in our advanced MBE growth process offers a unique access to spectroscopy in the 1D quantum regime in semiconductors. Our combined spectral-, polarization- and time-resolved experiments complement previous studies on the electronic disperion and the peculiar optical properties of wurtzite GaAs.
Secondly, we exploit the inherent dual functionality of semiconductor nanowires to simultaneously act as both, gain medium and optical resonator. Inspired by previous studies on plasmonic and hybridized plasmonic waveguides and lasers, we investigate our own material system, based on GaAs/AlGaAs core/shell nanowires, with respect to their lasing behavior in different waveguide designs.

Translation of the abstract (German)

In dieser Arbeit untersuchen wir verschiedene Aspekte von einzelnen GaAs Nanodrähten. Wegen der einzigartigen Fähigkeit, Nanodrähte in der metastabilen Wurtzit-Kristallphase zu synthetisieren, zusammen mit ihrer dielektrischen Eigenschaft und länglichen Form, wird der Fokus auf zwei Hauptbereiche gelegt: Einerseits bietet uns die Möglichkeit, den Kerndurchmesser und die Schalendicke durch ...

Translation of the abstract (German)

In dieser Arbeit untersuchen wir verschiedene Aspekte von einzelnen GaAs Nanodrähten. Wegen der einzigartigen Fähigkeit, Nanodrähte in der metastabilen Wurtzit-Kristallphase zu synthetisieren, zusammen mit ihrer dielektrischen Eigenschaft und länglichen Form, wird der Fokus auf zwei Hauptbereiche gelegt:
Einerseits bietet uns die Möglichkeit, den Kerndurchmesser und die Schalendicke durch unseren MBE-Wachstumsprozess anzupassen, einen einzigartigen Zugang zu Spektroskopie im 1D-Quantenregime in Halbleitern. Unsere kombinierten, spektral-, polarisations- und zeitauflgelösten Experimente ergänzen frühere Studien zur elektronischen Dispersion und den besonderen optischen Eigenschaften von Wurtzit GaAs.
Zweitens nutzen wir die inhärente Doppelfunktionalität von Halbleiternanodrähten, gleichzeitig als Verstärkungsmedium und optischer Resonator zu fungieren. Inspiriert von früheren Studien zu plasmonischen und hybrid-plasmonischen Wellenleitern und Lasern untersuchen wir unser eigenes Materialsystem, basierend auf GaAs/AlGaAs Kern/Schale-Nanodrähten hinsichtlich ihres Lasingverhaltens in verschiedenen Wellenleiterdesigns.

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