Growth Dynamics and Morphology of GaP Nanowires investigated via Transmission Electron Microscopy

In der vorliegenden Arbeit wird das Wachstum von GaP Nanodrähten demonstriert. Dabei wurden selbstkatalysierte Nanodrähte in einem konventionellen MOVPE Reaktor gewachsen, indem Ga Tropfen durch einen Fluss von Gruppe III Präkursor vor dem Wachstum deponiert wurden. Verschiede Wachstumsserien demonstrieren dabei die Kontrolle über die Morphologie der Nanodrähte. Dabei kann der Nanodraht-Durchmesser durch die angelegte Temperatur und die TMGa Vorflusszeit geregelt werden. Die Länge der Nanodrähte lässt sich über die Wachstumsdauer kontrollieren. Weiterhin kann die Konizität der Nanodrähte mit dem angelegten V/III Verhältnis verändert werden. Diese Erkenntnisse bilden einen Starpunkt für weitere Wachstumsexperimente, wie das Wachstum von Kern/Hülle Nanodrähten mit den präsentierten GaP Nanodrähten als Kern. Nachdem die optimalen Wachstumsbedingungen gefunden wurden, kann das Wachstum von solch selbstkatalysierten Nanodrähten auch in das in-situ System übertragen werden. Die Nanodrähte, welche im Rahmen der vorliegenden Arbeit im in-situ System gewachsen wurden, wurden mit Goldnanopartikeln als Katalysator gewachsen. Diese Nanodrähte zeigen einen linearen Zusammenhang der Wachstumsrate zu dem vorliegenden Oberflächenverhältnis des Nanodrahtsystems. Aus dieser Erkenntnis konnte der Einbau von Wachstumsmaterial in den Katalysatortropfen als wachstums¬raten¬limitierenden Schritt im VLS-Mechanismus identifiziert werden. Weiterhin zeigten Untersuchungen der Wachstumsraten in Bezug auf Änderungen im angelegten V/III Verhältnis, dass bei einem V/III Verhältnis von 6,2±0,9 ein Übergang von Gruppe V Limitierung der Wachstumsrate hin zu einer Gruppe III Limitierung stattfindet. Dieser Wert ist im Einklang mit dem in konventionellen MOVPE Reaktoren, was die Vergleichbarkeit des verwendeten in-situ Aufbaus mit diesen MOVPE Reaktoren zeigt. In einem letzten Untersuchungsschritt wurden die gewachsenen Nanodrähte nach dem Wachstum vermessen. Im Speziellen, konnte der Mechanismus identifiziert werden, welcher zur Entstehung von häufigen Knickwinkeln der Nanodrähte führt. Dafür wurden Kristallorientierungen in den Nanodrähten durch SPED gemessen. Es zeigt sich, dass Mikrozwillinge erster Ordnung Nanodrahtknicke von 70,5° und 109,5° hervorrufen können. 123,7° Knicke, welche auch häufig vorkommen, können durch Mikrozwillinge zweiter Ordnung erklärt werden. Das relative Auftreten der verschiedenen Knickwinkel kann vermutlich durch einen Wechsel der elementaren Terminierung der Wachstumsfront bei den 109,5° Knicken erklärt werden. Dadurch entsteht ein Zwilling zweiter Ordnung durch zwei kurz hintereinander folgende 109,5° Knicke, welche dadurch die entstandene Terminierungsänderung wieder aufheben. Dies erklärt das relativ seltene Auftreten der 109,5° Knicke und die hohe Häufigkeit der 123,7° Knicke. Da erwartet wird, dass die Entstehung von Knicken ein thermodynamischer Prozess ist, kann diese voraussichtlich durch Änderung der Wachstumsparameter, wie der Temperatur, unterdrückt werden.