Orientadores: José Antonio Brum, Maria José Santos Pompeu Brasil / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica "Gleb Wataghin" / Made available in DSpace on 2018-09-25T12:25:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dacal_LuisCarlosOgando_D.pdf: 741881 bytes, checksum: ef1f4f4de5b4cb56dc940d21e94af4a7 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Um sistema físico com presença de partículas indistinguíveis interagentes cria a rica possibilidade do estudo dos efeitos de correlação e troca, os quais são frutos desta indistinguibilidade. O complexo mais simples para a manifestação destes efeitos seria aquele onde apenas duas partículas indisntinguíveis estão presentes. Em física da matéria condensada, estes complexos são os éxcitons, os doadores e os aceitadores carregados. No caso específico de poços quânticos semicondutores, a não parabolicidade da banda de valência faz com que éxcitons e doadores negativamente carregados sejam os complexos com modelamento teórico mais simples. Apesar da previsão da estabilidade dos éxcitons carregados ("trions") ter sido feita no final da década de 50 para os materiais semicondutores tipo "bulk", sua primeira observação experimental só ocorre no início da década de 90 e em poços quânticos, onde o confinamento unidimensional das cargas aumenta a energia de ligação destes complexos em uma ordem de grandeza. Desde então iniciou-se uma intensa pesquisa a respeito da física destes complexos pois a blindagem das interações coulombianas nos materiais semicondutores permite que campos magnéticos usuais em laboratórios sejam capazes de provocar fortes alterações na energia de ligação dos "trions". Outra rica possibilidade de investigação é o fato dos éxcitons carregados aparecerem como um estado intermediário entre o éxciton neutro e a singularidade do nível de Fermi quando a concentração de elétrons dopantes na amostra é aumentada. Nesta tese apresentamos um estudo teórico dos éxcitons carregados e dos doadores negativamente carregados em poços quânticos de GaAs/Al0.3G a0.7As considerando os efeitos da presença de campos elétricos e magnéticos externos. Nossa contribuição acrescenta um método simples, preciso e fisicamente transparente para o modelamento teórico destes complexos em contraposição às poucas e complexas abordagens até agora apresentadas na literatura científica. Nossos resultados mostram que os defeitos de interface dos poços quânticos desempenham um papel fundamental na dinâmica dos "trions" contrariando as conclusões de alguns estudos experimentais, mas confirmando a visão de outros / Abstract: A physical system where indistinguishable particles interact with each other creates the possibility of studying correlation and exchange effects. The simplest system is that one with only two indistinguishable particles. In condensed matter physics, these complexes are represented by charged excitons, donors and acceptors. In quantum wells, the valence band is not parabolic, therefore, the negatively charged excitons and donors are theoretically described in a simpler way. Despite the fact that the stability of charged excitons (trions) is known since the late 50s, the first experimental observation occurred only at the early 90s in quantum well samples, where their binding energies are one order of magnitude larger due to the one dimensional carriers confinement. After this, these complexes became the subject of an intense research because the intrinsic screening of electrical interactions in semiconductor materials allows that magnetic fields that are usual in laboratories have strong effects on the trion binding energy. Another rich possibility is the study of trions as an intermediate state between the neutral exciton and the Fermi edge singularity when the excess of doping carriers is increased. In this thesis, we present a theoretical study of charged excitons and negatively charged donors in GaAs / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Orientador: José Antonio Brum / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-25T12:18:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Narvaez_GustavoArnaldo_D.pdf: 8681524 bytes, checksum: 7506f072696269a2c96b2565d6bbb761 (MD5) Previous issue date: 2000 / Resumo: Neste trabalho estudamos o efeito combinado da interação elétron-elétron e a mobilidade do buraco de valência nos estados eletrônicos e a absorção óptica em semicondutores de baixa dimensionalidade dopados com elétrons. Modelamos dois sistemas diferentes: i) pontos quânticos auto-organizados, e ii) sistemas bidimensionais. No primeiro caso calculamos a absorção óptica usando diagonalização exata para o cálculo dos estados eletrônicos finais na presença do buraco de valência. Nossos resultados mostram que o efeito combinado das interações e o recúo do buraco originam um espectro de absorção complexo que apresenta assinaturas claras do número de elétrons ocupando o ponto quântico. No caso de sistemas bidimensionais focalizamos nossa atenção em dois problemas específicos: i) o estado fundamental de um complexo de dois elétrons e um buraco de valência (tríon), e ii) os estados eletrônicos e absorção óptica de um gás de elétrons bidimensional. Por um lado, usando técnicas de diagonalização exata e o método variacional, mostramos que o efeito da mobilidade do buraco de valência no estado fundamental do tríon pode ser representado por uma interação adicional entre os elétrons. Esta nova interação modifica a correlação eletrônica e tende a diminuir a energia de ligação do complexo. Por outra parte, o estudo dos estados eletrônicos do gás de elétrons 2D foi feito na aproximação de campo médio (Hartree e funcional da densidade local) em um sistema finito. Calculamos o espectro de absorção óptica usando um modelo de um partícula que permite a inclusão dos efeitos da interação eletrônica e do recúo do buraco / Abstract: In this work we study the combined effect of the electron-electron interaction and the valence-hole mobility on the electronic states and optical absorption in low dimensional electron doped semiconducting systems. We model two different systems : i) self-assembled quantum dots, and ii) two-dimensional systems. In the first case we calculate the optical absorption using exact diagnalization techniques to calculate the final electronic states in the presence of the valence-hole. Our results show that the combined effect of interactions and hole recoil originate a complex absorption spectrum with clear signatures of the number of electrons charging the dot. On the case of two-dimensional systems we focused in two specific problems: i) the ground state of a complex having two electrons and a valence hole (trion), and ii) the electronic states of a two-dimensional electron gas. Using exact diagonalization techniques and a variational method we show that the effect of the valence-hole mobility may be considered as an additional interaction among electrons. This new interaction modifies the electronic correlation and tends to decrease the binding energy of the complex. On the other side, the study of the electronic states of the two-dimensional electron gas was performed within a mean-field approximation (Hartree and local density functional) on a finite system. We calculate the absorption spectrum using a single-particle model that allows us to include the effect of electronic interactions and hole recoil / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Resumo: A detecção eletrônica eficaz de corrente polarizada em spin se mantém um importante desafio na spintrônica com semicondutores. Dentre as estratégias de abordagem desse tema se destaca a utilização da detecção óptica das correntes polarizadas em spin através de dispositivos emissores de luz com estrutura diodo, denominados Spin-LED. De acordo com as regras de seleção ópticas, a eficiência da emissão de luz polarizada nesses dispositivos depende da magnetização do eletrodo ferromagnético injetor ser paralela ao eixo de quantização do poço quântico imerso no diodo formador do dispositivo. Neste trabalho é descrito e discutido o desenvolvimento de um dispositivo emissor de luz na faixa do infravermelho próximo fabricado a partir de uma heteroestrutura semicondutora do tipo GaAs/AlGaAs, cuja operação dispensa a necessidade de aplicação de um campo magnético externo. Isso foi obtido através da otimização do estado remanente de um eletrodo ferromagnético injetor com anisotropia magnética perpendicular. Os eletrodos ferromagnéticos foram desenvolvidos utilizando a técnica de pulverização catódica. Eles consistem de sistemas de multicamadas Co/Ni, Co/Pt e CoFeB/Pt, integrados à heteroestrutura semicondutora através de uma camada de MgO que atua como uma barreira túnel entre o ferromagneto e o semicondutor. Um estudo preliminar foi realizado para obter multicamadas constituídas de bicamadas formadas por Co ou CoFeB e um metal Ni ou Pt, com espessuras x e y, respectivamente, repetidas Z vezes. Esses estudos foram realizados sobre substratos de SiO2 amorfo recobertos por uma camada buffer de Pt de 20 nm de espessura. Para se obter a anisotropia magnética perpendicular foram variadas as espessuras x e y das camadas, bem como o número de repetições Z. A caracterização magnética foi realizada através de microscopia de força magnética, magnetometria de gradiente de força alternante e magnetometria SQUID. Análises de microscopia eletrônica de transmissão em seção transversal foram usadas para calibrar as espessuras e confirmar a modulação química dos depósitos nas multicamadas. Esses resultados experimentais não indicam a formação de ligas nas interfaces. Diversas espessuras da camada buffer e tipos diferentes de substratos foram usados tendo em vista a obtenção de propriedades físicas favoráveis a maior eficiência dos dispositivos Spin-LED. Dispositivos completos foram fabricados usando multicamadas Co/Pt com camadas buffer de Pt de 0,4 e 0,6 nm de espessura. Medidas de eletroluminescência revelaram que dispositivos com camada buffer de Pt com 0,4 nm de espessura apresentam uma emissão com polarização da luz de aproximadamente 1,5 %, com a aplicação de um campo magnético de 500 Oe, à temperatura de 20 K. Os dispositivos com camadas buffer de Pt com espessura de 0,6 nm não apresentaram polarização da luz, provavelmente devido à camada de Pt não estar totalmente polarizada magneticamente. Dispositivos com uma fina camada de Fe de 0,3 nm de espessura entre a camada de MgO e a camada buffer de Pt de 0,6 nm exibiram anisotropia perperpendicular ao plano e apresentam uma polarização da luz de 3,5 % sem a aplicação de campo magnético externo, à temperatura de 20 K, mostrando a possibilidade de se fabricar dispositivos Spin-LED sem a aplicação de um campo magnético externo. Os resultados deste trabalho mostram também que, além dos dispositivos Spin-LED, dispositivos como o VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers) podem ser desenvolvidos, abrindo um leque para outras aplicações tecnológicas.

Orientador: Fernando Iikawa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-02T08:29:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Godoy_MarcioPeronFrancode_M.pdf: 1005871 bytes, checksum: d3c091fe4907e20f12f78e9cd519761d (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: Neste trabalho, foi projetado e construído um dispositivo,denominado célula de pressão biaxial, onde é possível aplicar tração biaxial em filmes epitaxiais, em particular, semicondutores. Este sistema foi adaptado a um criostato de imersão com bobina supercondutora, que aplica campos de até 15 T, permitindo-nos o estudo de propriedades ópticas, magneto-ópticas e de magneto-transporte, a baixas temperaturas. A tensão máxima obtida foi de aproximadamente 3 kbar em filmes de GaAs. A tração biaxial acarreta mudança na estrutura eletrônica dos materiais, influenciando suas propriedades ópticas e elétricas. A célula de pressão foi utilizada no estudo de dois sistemas: poços quânticos de dopagem modulada GaAs/InGaP, por fotoluminescência, e magneto-éxcitons em InP-bulk, por magneto-fotoluminescência, demonstrando ser uma ferramenta complementar no estudo de filmes semicondutores. Neste trabalho, foi projetado e construído um dispositivo, denominado célula de pressão biaxial, onde é possível aplicar tração biaxial em filmes epitaxiais, em particular, semicondutores. Este sistema foi adaptado a um criostato de imersão com bobina supercondutora, que aplica campos de até 15 T, permitindo-nos o estudo de propriedades ópticas, magneto-ópticas e de magneto-transporte, a baixas temperaturas. A tensão máxima obtida foi de aproximadamente 3 kbar em filmes de GaAs. A tração biaxial acarreta mudança na estrutura eletrônica dos materiais, influenciando suas propriedades ópticas e elétricas. A célula de pressão foi utilizada no estudo de dois sistemas: poços quânticos de dopagem modulada GaAs/InGaP, por fotoluminescência, e magneto-éxcitons em InP-bulk, por magneto-fotoluminescência, demonstrando ser uma ferramenta complementar no estudo de filmes semicondutores / Abstract: We had developed an apparatus, a biaxial pressure cell, which applies biaxial tensile strain in epitaxials semiconductor films. This system was customized to an immersion superconductor magneto-cryostat, which applies magnetic fields up to 15 T. It is a powerfull tool to the study the optical, magneto-optical and magneto-transport properties in the presence of a biaxial strain at low temperatures. The maximum tensile strain obtained was 3 kbar on GaAs films. This biaxial tensile strain is enough to change the electronic structure of materials, influencing its optical and transport properties. The pressure cell was used for studying modulation-doped GaAs/InGaP quantum wells by photoluminescence and magneto-excitons in InP-bulk by magneto-photoluminescence. It has been demonstrated that this pressure cell is an important tool to study the properties of semiconductors films / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Fernando Iikawa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-03T21:39:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gomes_PauloFreitas_M.pdf: 1146621 bytes, checksum: b7f76e8d642550fddb547a7ed86d00e3 (MD5) Previous issue date: 2004 / Resumo: Estudamos a influência de uma pressão biaxial externa sobre a estrutura de banda de poços quânticos de GaAs / AlGaAs por medidas ópticas. A aplicação de uma pressão externa é uma técnica bastante útil no estudo de efeitos da mistura das bandas em heteroestruturas, principalmente da banda de valência. A sua grande vantagem é de ter controle externo utilizando uma mesma amostra. Utilizamos técnicas de medidas de fotoluminescência e fotoluminescência de excitação. A medida da deformação (tensão) foi feita a partir do pico de luminescência da camada espessa de GaAs da própria amostra. Os poços quânticos investigados têm uma largura nominal de 107Å, onde a separação de energia entre a subbanda de buraco pesado e leve no centro da zona de Brillouin é de 12 meV. A célula de pressão utilizada aplica uma tração biaxial suficiente para deslocar as subbandas com energias maiores que essa separação. Realizamos cálculos numéricos das dispersões de energia da banda de valência utilizando o Hamiltoniano 6x6 de Luttinger-Kohn e de Bir-Pikus, para analisar os dados experimentais. Uma propriedade interessante observada nos resultados experimentais, que fora previsto nos cálculos, é o anti-cruzamento entre as subbandas nos estados fundamentais do buraco leve e pesado. O "gap" indireto também previsto teoricamente, não foi observado devido ao efeito de localização que alarga a linha de emissão e absorção da ordem da diferença de energia entre o topo da banda de valência e o centro da zona. Este trabalho abre possibilidades de realizar estudos futuros de efeitos da mudança na estrutura de bandas em poços quânticos, como por exemplo, sobre a dinâmica e formação de éxcitons, como também magneto-éxcitons. A aplicação simultânea de uma pressão biaxial e um campo magnético permite investigar o fator-g de Landé ( efeito Zeeman ) influenciado pela mistura das bandas em poços quânticos / Abstract: We have studied the influence of external biaxial stress in GaAs / AlGaAs quantum wells heteroestructures by optical measurements. For this purpose, we have used photoluminescence and excitation photoluminescence measurement techniques. Biaxial stress application is a extremelly useful technique to study the valence band mixing in heterostructures, and its greatest advantage is the external control of the sample strain.. The measurement of strain (stress) was carried out measuring the photoluminescence peak of the thick GaAs layer. The quantum wells have nominal width of L = 107 Å, and the energy difference between the heavy and light hole subband is about 12 meV, in k = 0 (center of first Brillouin zone). The pressure cell used applies a biaxial stress enough to dislocate the subbands more than 12 meV (the energy difference between the heavy and light hole subbands). We have numerically calculated the valence band energy dispersion using the Bir-Pikus and Luttinger-Kohn 6x6 hamiltonian to analyze the experimental data. An interesting property observed in the experimental data and theoretically simulation, is the anti-crossing between the heavy and light hole subband in the ground state. The indirect gap, also theoretically predicted, was not observed due the localization effect. This effect extends the emission and absorption line in amount of the energy difference between the valence band top and the center of the zone. This work opens possibilities for future studies about the effects of changes in the quantum well band structure, like dynamics and formation of excitons, also magnetic-excitons. The simultaneous application of biaxial stress and magnetic field permits to investigate the Landé g-factor (Zeeman effect) influenced by the band mixing in quantum wells / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Jose Antonio Brum / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-25T14:07:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Aguiar_MariaCarolinadeOliveira_M.pdf: 2381669 bytes, checksum: b013d15f300f2b381b2c5d4cdf9c7c9c (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: O objetivo principal do nosso trabalho é estudar o processo de formação de éxcitons em poços quânticos de semicondutores. Iniciamos esta dissertação com uma discussão dos diferentes processos de espalhamento, dentre eles a formação de éxcitons, envolvidos quando um semicondutor é excitado por um pulso de laser ultracurto. Em seguida, apresentamos uma revisão de alguns resultados experimentais presentes na literatura, através dos quais fica evidente a dificuldade encontrada para se extrair das medidas realizadas informações sobre o processo de formação de éxcitons. No nosso modelo, descrevemos a formação de um éxciton como a transição de um par elétron-buraco no limiar do contínuo do éxciton para o estado excitônico fundamental via espalhamento com fônons acústicos longitudinais. Este é um processo bimolecular, caracterizado por uma taxa bimolecular de formação. Calculamos esta taxa tanto na aproximação parabólica para as dispersões das subbandas de valência como levando em consideração o acoplamento das subbandas de buraco pesado e buraco leve, que torna não-parabólicas as dispersões das subbandas de valência e do centro de massa do éxciton. Na aproximação parabólica, os resultados mostram que a maior parte dos éxcitons é formada com energia cinética em torno da energia de ligação do estado excitônico fundamental. Isto deve-se à pouca energia dos fônons que efetivamente participam do processo de formação de éxcitons. No caso não-parabólico, a contribuição não nula dos espalhamentos com troca de paridade abre mais um canal para processos que envolvem troca de spin. Apresentamos ainda nesta dissertação o estudo do processo de captura de portadores por um fio quântico na forma de T. A pequena diferença entre as energias dos estados quase-bidimensionais do contínuo e o estado ligado quase-unidimensional do fio faz com que haja uma competição entre o processo de captura e o processo de formação de éxcitons nestes sistemas / Abstract: The main goal of this work is to study the exciton formation process in semiconductor quantum wells. First, we discuss the different scattering processes, besides the exciton formation, involved when a semiconductor is excited by an ultrashort laser pulse. Next, we review the main experimental results from the literature. It shows the difficulty in extracting from the experiments the information about the exciton formation process. In our model, we describe the formation of an exciton by the transition of an electron-hole pair in the threshold of the exciton continuum to the ground exciton state through scattering with longitudinal acoustical phonons. This is a bimolecular process, caracterized by a bimolecular formation rate. We calculate this rate considering the parabolic and the non-parabolic dispersions for the valence subbands and the exciton center-of- mass. In the parabolic approximation, the results show that most of the excitons are formed with an excess of kinetic energy of the order of the exciton ground state binding energy. This is a consequence of the low energy of the phonons which effectively participate in the process. In the non-parabolic case, there is a finite probability of scattering involving the change of parity in symmetric quantum wells. This opens a channel for spin-flip transitions We also discuss the carrier capture process in T-shaped quantum wires. The small difference between the energies of the quasi-two-dimensional continuous states and the quasi-unidimensional bound state makes the exciton formation process to compete with the capture process / Mestrado / Física / Mestre em Física

Orientador: Fernando Iikawa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-14T10:28:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gadret_EvertonGeiger_M.pdf: 38585296 bytes, checksum: 3da598e65313d603b738c440498d2858 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Neste trabalho foram estudadas as propriedades ópticas de nanofios de InP crescidos pelo método Vapor-Liquid-Solid (VLS) no sistema Chemical Beam Epitaxy (CBE) através da técnica de micro-fotoluminescência variando parâmetros de medida, tais como potência de excitação, polarização do sinal emitido e temperatura da amostra. Devido à formação de politipismo (InP nas fases cúbica, do tipo blenda de zinco (ZB), e hexagonal, do tipo wurtzita (WZ)) esta estrutura se torna interessante sob o ponto de vista das propriedades ópticas, devido às interfaces InP¿ZB/InP¿WZ do tipo II. Notamos que há poucas informações na literatura a respeito da estrutura eletrônica do InP na fase wurtzita porque esta fase só foi relatada em nanofios. Concentramos, assim, nossa investigação sobre a estrutura eletrônica de nanofios que contenham ambas as fases. Identificamos emissões ópticas dos poços quânticos tipo II em nanofios de InP assim como emissões envolvendo impurezas aceitadoras rasas e recombinação no gap do InP¿WZ. A emissão óptica dos poços quânticos tipo II é dominante a baixas temperaturas, abaixo de 100K, e está entre 1,44 e 1,46eV a 10K. O comportamento desta emissão como função da temperatura, potência de excitação e polarização da luz está de acordo com a estrutura proposta e é confirmada por imagem de microscopia eletrônica de transmissão (TEM). A emissão óptica da impureza rasa está ~ 43meV abaixo da emissão do poço quântico, valor bem próximo do carbono aceitador no InP na fase cúbica. A emissão óptica associada ao InP¿WZ em 1,49eV (10K) foi observada a temperaturas de 10K a 300K, em concordância com resultados relatados na literatura. Observamos também transição óptica relacionada a portadores localizados nas barreiras dos poços quânticos a temperaturas mais altas, acima de 150K. / Abstract: Optical properties of InP nanowires grown by Vapor-Liquid-Solid (VLS) method in a Chemical Beam Epitaxy system were investigated by using micro-photoluminescence spectroscopy varying experimental parameters such as excitation power, emitted signal polarization and sample temperature. Due to polytypism (InP in cubic, zincblende (ZB), and hexagonal, wurtzite (WZ) phases), this structure becomes interesting by the point of view of optical properties, due to type¿II InP¿ZB/InP¿WZ interfaces. We have noticed that there are few informations in the literature about electronic structures of InP in wurtzite phase, because this phase has been only reported in nanowires. We focused, thus, our investigation about electronic structure of nanowires having both structural phases. We identified optical emissions from type II quantum wells in InP nanowires as well as emissions involving shallow acceptor impurities and InP¿WZ gap recombination. The type II quantum well optical emission is dominant at low temperatures, below 100K, which is in 1,44 ¿ 1,46eV range at 10K. This emission behavior as function of temperature, excitation power and light polarization is in agreement with the proposed structure and is supported by transmission electronic microscopy (TEM) imagem. The shallow impurity emission is ~ 43meV below the quantum well emission, a value close to the carbon acceptor in InP in cubic phase. The optical emission associated to the InP¿WZ at 1,49eV (10K) was observed from temperatures of 10K to 300K, in agreement with results reported in literature. We also observed an additional optical transition related to the carrier localized at the barriers of the quantum wells at at high temperatures, above 150K. / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3888.pdf: 18962527 bytes, checksum: f175880c3d28fb0f29001b9881fedf3e (MD5) Previous issue date: 2011-03-15 / Financiadora de Estudos e Projetos / In this work, we have studied the spin polarization of carriers in n-type resonant tunneling diodes (RTDs) of GaAs/AlGaAs which incorporates a single layer of InAs selfassembled quantum dots in the center of the GaAs quantum well (QW) grown on (3 1 1)B oriented GaAs substrates.We have performed electrical and optical measurements in the presence and absence of magnetic _eld. The spin-dependent carrier transport in the structure was investigated by measuring the left- and right-circularly polarized photoluminescence (PL) from InAs dots (QD) and contact layers as a function of the applied voltage, laser intensity and magnetic _eld up to 15 T. Under laser excitation, photogenerated holes tunnel through the QW and can be captured by the QDs and eventually recombine radiatively. Due to this fast carrier capture process, the QD photoluminescence will be very sensitive to the resonant tunneling condition and consequently to the applied bias voltage. We have observed a clear correlation between the current voltage characteristics curve (I(V)) and QD PL intensity for both circular _+ and _�� polarizations even though the spin-splitting of the QD PL emission is negligible and does not show any appreciable variation with the applied voltage. We have also observed that the QD circular polarization degree is always negative and that its value depends on both the applied bias voltage and the light excitation intensity. Our experimental results are explained by the tunneling of minority carriers into the QW, carrier capture into the InAs QDs, carrier accumulation in the QW region, and partial thermalization of minority carriers. The observed control of spin polarization of carriers by light and bias voltage may be explored to design new devices for spintronic applications. / Neste trabalho realizamos um estudo detalhado de efeitos de spin em um diodo tunelamento ressonante (RTD) de GaAs/AlGaAs crescidos em um substrato GaAs (311)B. Em particular estudamos RTDs do tipo n contendo pontos quânticos (QD) de InAs no poço quântico (QW). Os estudos foram realizados a partir de medidas elétricas e ópticas na presença e na ausência de campo magnético. Realizamos medidas de fotoluminescência (PL) resolvida em polarização do contato GaAs e pontos quânticos de InAs em função de intensidade de laser , voltagem e campo magnético de até 15T . Na presença de luz e voltagem aplicada , buracos são fotogerados no contato, tunelam para o QW e são capturados por QDs. Portadores capturados pelos QDs recombinam e dão origem ao sinal de fotoluminência. Devido ao tempo curto desse processo de captura de portadores, a PL do QD será muito sensível à condição de tunelamento ressonante. Os resultados experimentais mostram uma clara correlação entre a curva característica de corrente-tensão (I(V)) e intensidade de PL do QD para ambas polarizações _+ e _��. Observamos que o grau de polarização circular do QD é sempre negativo e que seu valor depende fortemente da voltagem aplicada e da intensidade da luz de excitação. Os resultados experimentais são explicados pelo tunelamento e captura de portadores minoritários pelo QD de InAs, acúmulo de cargas na região de QW e termalização parcial dos portadores minoritários. O controle da polarização de spin de portadores por luz e voltagem pode ser um efeito interessante para o desenvolvimento de novos dispositivos para aplicação em spintrônica.

Orientadores: Fernando Iikawa, Odilon Divino Damasceno Couto Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-29T15:53:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MirandaLaHera_VladimirRoger_M.pdf: 7239733 bytes, checksum: 1e843140547afd4fb68e666db8a03911 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Neste trabalho foram estudadas as propriedades ópticas de nanofios (NWs) semicondutores InAsP/InP na fase Wurzita, crescidos pelo método Vapor-Liquid-Solid (VLS) no sistema Chemical Beam Epitaxy (CBE). As medidas ópticas foram realizadas por espectroscopia de fotoluminescência em ensembles e nanofios individuais, por macro e micro-fotoluminescência. O interesse pelas ligas de InAsP é que elas apresentam energia do gap na faixa de infravermelho próximo, uma faixa espectral utilizada para a tecnologia de telecomunicações bem como em fabricação de detetores de compostos de carbono nocivos, pois eles apresentam absorção óptica nessa faixa. Além disso, InAsP na forma de estruturas na escala nanométrica, em particular, em NWs, além de ter a fase cúbica estável, que ocorre em todos os fosfetos e arsenetos de compostos III-V, a fase hexagonal wurtzita é também observada. A maioria de suas propriedades na estrutura wurtzita não ainda foi investigada em detalhes. Os nanofios heteroestruturados contendo InAsP e InP na fase wurtzita não são bem conhecidos também. O ponto principal desta tese é, portanto, investigar as propriedades ópticas desses compostos na forma de nanofios, que estão na fase wurtzita, e estudar a emissão óptica destas heteroestruturas, onde envolve o efeito de confinamento quântico, o qual pode ser utilizado para sintonizar o comprimento de onda da emissão. Investigamos NWs de ligas de InAsP com três composições diferentes, mudando o fluxo de arsina e fosfina, que foram crescidos usando três tamanhos de nanopartículas de catalizadores de Au diferentes de 2, 5 e 20 nm. Observamos que a forma do nanofio depende do tamanho de nanopartículas de Au. Para menores tamanhos, obteve-se uma forma de torre, enquanto que para o maior, a forma de agulha. A concentração de P é de cerca de 50% estimada por espectroscopia de fotoluminescência e de energia dispersiva de raios-X. A emissão óptica é de cerca de 1.5 µm, adequada para aplicação em dispositivos de telecomunicações. Nos NWs heteroestruturados de InAsP/InP, investigamos as amostras com tempos de inclusão diferentes de InAsP (2, 5, 10, 20 e 40 s) no InP, e elas foram crescidas com diferentes tamanhos de nanopartículas de Au (2, 5 e 20 nm) utilizadas como catalisador. Nessas amostras, todos os nanofios apresentam a forma de uma agulha. Os espectros de macro e micro-fotoluminescência mostram fortes emissões ópticas atribuídas à camada de InAsP e variam entre 800-1000 nm. A energia de emissão depende da quantidade de InAsP de acordo com o efeito de confinamento quântico. Também, observamos várias linhas estreitas nos espectros de micro-fotoluminescência de nanofios individuais atribuídos aos estados localizados das camadas InAsP. Essas linhas são provenientes de duas regiões, sendo uma delas da camada de InAsP axial catalisado e uma segunda, da camada lateral de InAsP devido ao crescimento epitaxial. Este resultado mostra que os NWs de InAsP/InP apresentam alta qualidade cristalina e são sistemas promissores para a aplicação em dispositivos ópticos / Abstract: In this work, we studied the optical properties of wurtzite phase InAsP alloy nanowires (NWs) and InAsP/InP heterostructure nanowires grown by Vapor-Liquid-Solid (VLS) method in a Chemical Beam Epitaxy (CBE) system. The optical measurements were carried out by photoluminescence spectroscopy in ensemble and single NWs by macro and micro-photoluminescence techniques. The interest for InAsP alloys is that they present gap energy in the near infra-red, a spectral range commonly used for the telecommunication technology as well as for harmful carbon compounds detection sensors, since their optical absorption is in the same energy range. Furthermore, the InAsP in nanoscale structures, in particular, in NWs, in addition to the stable cubic phase, which occurs in all other phosphide and arsenide III-V compounds, hexagonal wurtzite phase is also observed. Most of the properties of their wurtzite structure has not been investigated in details yet. The heterostructure NWs containing InAsP and InP in wurtzite phase are not deeply known as well. The main purpose of this thesis is, therefore, to investigate the optical properties of this compounds in NW forms, which present wurtzite phase, and to study the optical emission from the heterostructures, where the quantum confinement effect can also be used to tune the emission wavelength. We investigated InAsP alloy NWs with three compositions changing the arsine and phosphine flux and they are grown using three sizes of Au-nanoparticle catalyst, 2, 5 and 20 nm. We note that the NW shape depends on the Au-nanoparticle size. For small size, a tower-like shape was observed, while for large one, the needle-like one. The P content of the samples is around the 50 % estimated by the photoluminescence and by Energy-Dispersive X-ray spectroscopy. The optical emission is around 1.5 µm, appropriate for telecommunication device applications. For InAsP/InP heterostructure NWs, we investigated samples with different InAsP time deposition (2, 5, 10, 20 and 40 s) onto the InP and they were grown with different Au-nanoparticle size (2, 5 and 20 nm) used as catalyst. In these samples, all nanowires present needle-like shape. The macro and micro-photoluminescence spectra show strong optical emissions in 800-1000 nm range attributed to the InAsP layer emissions. The emission energy depends on the amount of InAsP according to the quantum confinement effect. We observed several sharp lines in the micro-photoluminescence spectra of single NWs attributed to the localized states of the InAsP layers. They come from two regions, one of them from the axial catalyst InAsP layer and second one, from the lateral InAsP epitaxial growth layer. The result shows that the InAsP/InP heterostructures NWs grown by VLS method in the CBE system present high crystal quality and are promising structure for optical device applications / Mestrado / Física / Mestre em Física / 1247651/2013 / CAPES

Orientadores: Aurea Rosas Vasconcellos, Roberto Luzzi / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-06T02:30:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AndradeNeto_AntonioVieirade_D.pdf: 580703 bytes, checksum: 8cd331112c8a9047f3815f8b9238e984 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Neste trabalho realizamos um estudo pormenorizado das propriedades ópticas de semicondutores polares de gap direto dopado tipo n.Em particular nos concentramos nos efeitos de muitos corpos (interação coulombiana)e na in .uência da interação elétron fônon LO (potencial de Fröhlich)sobre as propriedades ópticas do sistema. Para tanto,inicialmente,calculamos a função dielétrica longitudinal do sistema recorrendo ao elegante,prático e poderoso método das Funções de Green Termodinâmicas de Tempo Duplo. Obtivemos expressões analíticas para as partes real e imaginária da função dielétrica onde estão incorporados efeitos dinâmicos. Foi evidenciado o inter-relacionamento entre os efeitos coletivos ¿gerados pela interação coulombiana ¿e a interação polar.Isto se manifesta claramente nas expressões obtidas para a renormalização das energias de excitação bem como nas funções de relaxação dinâmicas associadas com os efeitos dissipativos no sistema.Tais características se mostram fundamentais para que os resultados numéricos,obtidos a partir da teoria,quando comparados com as curvas experimentais forneçam um muito bom acordo em posição e forma das bandas de espalhamento Raman por modos híbridos de plasmons-fônons LO e o espectros de re .etividade do GaN, inclusive é evidenciada e interpretada,uma banda anômala observada experimentalmente / Abstract: A detailed analysis of the in fluence of the polar and Coulomb interactions, and brief comments on impurities,on the optical properties of III-Nitrides is presented.Raman scattering by coupled plasmon-LO phonon modes is considered in particular.Numerical calculations are done in the case of n-doped GaN obtaining excellent agreement with the experimental data and,in the process,the explanation of certain observed so-called anomalies is done.A brief study of re .ectivity spectra is also included / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências