Influence of TOPO and TOPO-CdSe/ZnS Quantum Dots on Luminescence Photodynamics of InP/InAsP/InPHeterostructure Nanowires

Abstract

The passivation influence by ligands coverage with trioctylphosphine oxide (TOPO) and TOPO including colloidal CdSe/ZnS quantum dots (QDs) on optical properties of the semiconductor heterostructure, namely an array of InP nanowires (NWs) with InAsP nanoinsertion grown by Au-assisted molecular beam epitaxy on Si (111) substrates, was investigated. A significant dependence of the photoluminescence (PL) dynamics of the InAsP insertions on the ligand type was shown, which was associated with the changes in the excitation translation channels in the heterostructure. This change was caused by a different interaction of the ligand shells with the surface of InP NWs, which led to the formation of different interfacial low-energy states at the NW-ligand boundary, such as surface-localized antibonding orbitals and hybridized states that were energetically close to the radiating state and participate in the transfer of excitation. It was shown that the quenching of excited states associated with the capture of excitation to interfacial low-energy traps was compensated by the increasing role of the “reverse transfer” mechanism. As a result, the effectiveness of TOPO-CdSe/ZnS QDs as a novel surface passivation coating was demonstrated.

Nanophotonics of heterostructures is an important step in solving the problem of environmental safety of transport infrastructure

“…Earlier in [6,7], we showed the possibility of growing practically 100% coherent InP/InAsP/InP NOCs concerning the silicon substrate. In [3,7] it was found that the application of the TOPO layer containing CdSe/ZnS colloidal dots (QD) to the array consisting of InP/InAsP/InP hybrid nanostructure NNCs. leads to a significant increase in the duration and intensity of InAsP nano wave (NV) luminescence.…”

Фотодинамика переноса возбуждения носителями заряда в гибридной наносистеме InP/InAsP/InP

“…Наличие коллоидной оболочки приводит как к росту общей длительности свечения QW и QI, так и особенному росту длительности и вклада второй компоненты свечения у QI. Такая подпитка излучающего состояния QI, возникающая при наличии коллоидной оболочки, может быть связана не только с обратным переносом возбуждения с близкорасположенных к QI ловушек, но и с новыми гибридными состояниями, образованными при взаимодействии лиганда с поверхностью наночастицы [23,26,28,29]. Такие состояния энергетически близки к излучающему состоянию и способны захватывать электроны или дырки.…”

“…В работе [29] обращено внимание на то, что увеличение длительности свечения и выхода люминесценции достигается при возбуждении в области прозрачности пассивирующего коллоида ТОРО-CdSe/ZnS QD (635 и 1064 nm). С этим эффектом связывается существенная роль эффекта обратного переноса.…”

“…Лежащее в основе этого механизма предположение об образовании в результате пассивации гибридизированных состояний в запрещенной зоне нашло конкретное проявление в виде полосы свечения QI с λ max в области 700 nm. Такая полоса была обнаружена в работе [29]…”

“…Предположено, что локализация электронов на антисвязывающих орбиталях в системе CdSe/ZnS-TOPO играет заметную роль в увеличении времени жизни ФЛ QI. С учетом работ [10,25,29] полученные результаты подтверждают заметное влияние эффекта обратного переноса на интенсивность свечения, компенсирующее тушение возбужденных состояний, связанное с захватом возбуждения на низкоэнергетические ловушки. В этом же контексте обсуждены результаты, полученные в [29] при возбуждении наноструктуры на длинах волн 633 и 1064 nm в области прозрачности коллоида.…”