2017, Assali, S., Lähnemann, J., Vu, T.T.T., Jöns, K.D., Gagliano, L., Verheijen, M.A., Akopian, N., Bakkers, E.P.A.M., Haverkort, J.E.M.

One of the major challenges in the growth of quantum well and quantum dot heterostructures is the realization of atomically sharp interfaces. Nanowires provide a new opportunity to engineer the band structure as they facilitate the controlled switching of the crystal structure between the zinc-blende (ZB) and wurtzite (WZ) phases. Such a crystal phase switching results in the formation of crystal phase quantum wells (CPQWs) and quantum dots (CPQDs). For GaP CPQWs, the inherent electric fields due to the discontinuity of the spontaneous polarization at the WZ/ZB junctions lead to the confinement of both types of charge carriers at the opposite interfaces of the WZ/ZB/WZ structure. This confinement leads to a novel type of transition across a ZB flat plate barrier. Here, we show digital tuning of the visible emission of WZ/ZB/WZ CPQWs in a GaP nanowire by changing the thickness of the ZB barrier. The energy spacing between the sharp emission lines is uniform and is defined by the addition of single ZB monolayers. The controlled growth of identical quantum wells with atomically flat interfaces at predefined positions featuring digitally tunable discrete emission energies may provide a new route to further advance entangled photons in solid state quantum systems.

2013, Lähnemann, Jonas

In dieser Dissertation wird die spektrale und örtliche Verteilung der Lumineszenz von Heterostrukturen in selbstorganisierten Nanodrähten (ND) mit Hilfe von Kathodolumineszenz-Spektroskopie (KL) im Rasterelektronenmikroskop untersucht. Diese Methode wird ergänzt durch Messungen der kontinuierlichen und zeitaufgelösten Mikro-Photolumineszenz. Drei verschiedene Strukturen werden behandelt: (i) GaAs-ND bestehend aus Segmenten der Wurtzit (WZ) bzw. Zinkblende (ZB) Kristallstrukturen, (ii) auf GaN-ND überwachsene GaN-Mikrokristalle und (iii) (In,Ga)N Einschlüsse in GaN-ND. Die gemischte Kristallstruktur der GaAs-ND führt zu komplexen Emissionsspektren. Dabei wird entweder ausschließlich Lumineszenz bei Energien unterhalb der ZB Bandlücke, oder aber zusätzlich bei höheren Energien, gemessen. Diese Differenz wird durch unterschiedliche Dicken der ZB und WZ Segmente erklärt. Messungen bei Raumtemperatur zeigen, dass die Bandlücke von WZ-GaAs mindestens 55 meV größer als die von ZB-GaAs ist. Die Lumineszenz-Spektren der GaN-Mikrokristalle enthalten verschiedene Emissionslinien, die auf Stapelfehler (SF) zurückzuführen sind. SF sind ZB Quantentöpfe verschiedener Dicke in einem WZ-Kristall und es wird gezeigt, dass ihre Emissionsenergie durch die spontane Polarisation bestimmt wird. Aus einer detaillierten statistischen Analyse der Emissionsenergien der verschiedenen SF-Typen werden Emissionsenergien von 3.42, 3.35 und 3.29 eV für die intrinsischen (I1 und I2) sowie für extrinsische SF ermittelt. Aus den entsprechenden Energiedifferenzen wird -0.022C/m² als experimenteller Wert für die spontane Polarisation von GaN bestimmt. Die Bedeutung sowohl der piezoelektrischen Polarisation als auch die der Lokalisierung von Ladungsträgern wird für (In,Ga)N-Einschlüsse in GaN-ND gezeigt. Hierbei spielt nicht nur die Lokalisierung von Exzitonen, sondern auch die individueller Elektronen und Löcher an unterschiedlichen Potentialminima eine Rolle.