Resonant Raman spectroscopy of low-dimensional semiconductor structures

Dokumentenart:	Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation)
Open Access Art:	Primärpublikation
Datum:	24 Oktober 2022
Begutachter (Erstgutachter):	Prof. Dr. Christian Schüller
Tag der Prüfung:	27 Juli 2022
Institutionen:	Physik > Institut für Experimentelle und Angewandte Physik > Lehrstuhl Professor Lupton > Arbeitsgruppe Christian Schüller
Stichwörter / Keywords:	Resonante Raman-Spektroskopie, GaAs-Nanodrähte, Intersubband-Anregungen, TMDC-Heterostrukturen
Dewey-Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
Status:	Veröffentlicht
Begutachtet:	Ja, diese Version wurde begutachtet
An der Universität Regensburg entstanden:	Ja
Dokumenten-ID:	53101

Zusammenfassung (Englisch)

This thesis focuses on resonant Raman spectroscopy in the near infrared range. A tunable Ti:Sapphire laser is used to selectively hit electronic transitions in the investigated samples, leading to the observation of so far unknown Raman features in two different material systems. The first material system studied are wurtzite GaAs nanowires. These wires are grown by a MBE system and can be ...

Zusammenfassung (Englisch)

This thesis focuses on resonant Raman spectroscopy in the near infrared range. A tunable Ti:Sapphire laser is used to selectively hit electronic transitions in the investigated samples, leading to the observation of so far unknown Raman features in two different material systems.

The first material system studied are wurtzite GaAs nanowires. These wires are grown by a MBE system and can be thinned down to a diameter of about 20 nm, which means the one-dimensional quantum confinement regime is reached. For laser excitation energies slightly above the wurtzite light hole gap, we find a series of Raman peaks that can be attributed to intersubband excitations of free charge carriers within the subband structure. The extracted energetic distances between neighbouring subbands are nicely reproduced by PLE measurements and realistic k•p band structure calculations using the envelope function approximation. By excitation power dependent measurements, the charge-carrier density can be derived, leading to the conclusion that the one-dimensional quantum limit is reached during our experiments.

The second material system are TMDC heterostructures of MoSe2 and WSe2. Using such a heterostructure reduces the intralayer photoluminescence compared to a single layer of MoSe2, enabling the observation of Raman peaks in resonant excitation. For extreme resonance with the MoSe2 trion, we find a so far unknown Raman peak at low wavenumbers. Analyzing the properties of this peak, it seems to be related to the layer shear mode of the heterostructures, however appears at slightly higher Raman shifts. Possible interpretations of how this new peak might arise by an interaction process of the electronic system with the layer shear mode are discussed.

Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)

Diese Arbeit beschäftigt sich mit resonanter Raman-Spektroskopie im nah-infraroten Spektralbereich. Mit Hilfe eines stimmbaren Titan:Saphire-Lasers werden gezielt reale elektronische Übergange angeregt und damit bisher unbekannte Raman-Effekte in zwei verschiedenen Materialsystemen beobachtet. Beim ersten Materialsystem handelt es sich um wurtzite GaAs-Nanodrähte. Diese werden in einem ...

Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)

Diese Arbeit beschäftigt sich mit resonanter Raman-Spektroskopie im nah-infraroten Spektralbereich. Mit Hilfe eines stimmbaren Titan:Saphire-Lasers werden gezielt reale elektronische Übergange angeregt und damit bisher unbekannte Raman-Effekte in zwei verschiedenen Materialsystemen beobachtet.

Beim ersten Materialsystem handelt es sich um wurtzite GaAs-Nanodrähte. Diese werden in einem MBE-System gewachsen und erreichen einen minimalen Durchmesser von etwa 20 nm, wodurch Effekte durch den eindimensionalen Einschluss der Ladungsträger sichtbar werden. Für Laserenergien im Bereich der wurtzite Leichtloch-Bandlücke finden wir eine Serie von Raman-Peaks, die als Intersubband-Anregungen von freien Ladungsträgern in der eindimensionalen Subbandstruktur interpretiert werden können. Die daraus folgenden energetischen Abstände benachbarter Subbänder werden sowohl durch PLE-Messungen als auch durch realistische k•p Bandstrukturrechnungen bestätigt. Durch Variation der Anregungsleistung kann die Ladungsträgerdichte bestimmt werden. Hierbei wird auch gezeigt, dass in unseren Experimenten das eindimensionale Quantenlimit erreicht wird.

Als zweites Materialsystem werden Heterostrukturen aus MoSe2 und Wse2 betrachtet. Die Verwendung einer Heterostruktur verringert die Stärke der Intralagen-Photolumineszenz deutlich im Vergleich zu einer MoSe2-Monolage, wodurch Messungen von Raman-Effekten bei resonanter Anregung möglich werden. Wir finden einen bisher unbekannten Peak in Resonanz zum MoSe2-Trion bei niedrigen Raman-Shifts. Die Eigenschaften dieses Peaks deuten darauf hin, dass er mit der Schermode der Heterostruktur zusammen hängt, jedoch erscheint er bei leicht höherer Energie im Raman-Spektrum. Verschiedene Interpretationen, wie dieser Peak durch eine Wechselwirkung des elektronischen Systems mit der Schermode entstehen könnte, werden diskutiert.

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