We present a combined photoluminescence and transmission electron microscopy study of single GaAs nanowires. Each wire was characterized both in microscopy and spectroscopy, allowing a direct correlation of the optical and the structural properties. By tuning the growth parameters, the nanowire crystal structure is optimized from a highly mixed zincblende–wurtzite structure to pure wurtzite. We find the latter one to be stacking-fault-free over nanowire lengths up to 4.1 μm. We observe the emission of purely wurtzite nanowires to occur only with polarization directions perpendicular to the wurtzite ĉ-axis, as expected from the hexagonal unit cell symmetry. The free exciton recombination energy in the wurtzite structure is 1.518 eV at 5 K with a narrow linewidth of 4 meV. Most notably, these pure wurtzite nanowires display long carrier recombination lifetimes of up to 11.2 ns, exceeding reported lifetimes in bulk GaAs and state-of-the-art 2D GaAs/AlGaAs heterostructures.

1.
M.
Koguchi
,
H.
Kakibayashi
,
M.
Yazawa
,
K.
Hiruma
, and
T.
Katsuyama
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
31
,
2061
(
1992
).
2.
F.
Glas
,
J.-C.
Harmand
, and
G.
Patriarche
,
Phys. Rev. Lett.
99
,
146101
(
2007
).
3.
M. C.
Plante
and
R. R.
LaPierre
,
Nanotechnology
19
,
495603
(
2008
).
4.
H. L.
Zhou
,
T. B.
Hoang
,
D. L.
Dheeraj
,
A. T. J.
van Helvoort
,
L.
Liu
,
J. C.
Harmand
,
B. O.
Fimland
, and
H.
Weman
,
Nanotechnology
20
,
415701
(
2009
).
5.
K. A.
Dick
,
P.
Caroff
,
J.
Bolinsson
,
M. E.
Messing
,
J.
Johansson
,
K.
Deppert
,
L. R.
Wallenberg
, and
L.
Samuelson
,
Semicond. Sci. Technol.
25
,
024009
(
2010
).
6.
B.
Bauer
,
J.
Hubmann
,
M.
Lohr
,
E.
Reiger
,
D.
Bougeard
, and
J.
Zweck
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
211902
(
2014
).
7.
A.
De
and
C. E.
Pryor
,
Phys. Rev. B
81
,
155210
(
2010
).
8.
M.
Murayama
and
T.
Nakayama
,
Phys. Rev. B
49
,
4710
(
1994
).
9.
B.
Ketterer
,
M.
Heiss
,
E.
Uccelli
,
J.
Arbiol
, and
A.
Fontcuberta i Morral
,
ACS Nano
5
,
7585
(
2011
).
10.
P.
Caroff
,
K. A.
Dick
,
J.
Johansson
,
M. E.
Messing
,
K.
Deppert
, and
L.
Samuelson
,
Nat. Nanotechnol.
4
,
50
(
2009
).
11.
H. J.
Joyce
,
J.
Wong-Leung
,
Q.
Gao
,
H. H.
Tan
, and
C.
Jagadish
,
Nano Lett.
10
,
908
(
2010
).
12.
M.
Heiss
,
S.
Conesa-Boj
,
J.
Ren
,
H.-H.
Tseng
,
A.
Gali
,
A.
Rudolph
,
E.
Uccelli
,
F.
Peiró
,
J. R.
Morante
,
D.
Schuh
,
E.
Reiger
,
E.
Kaxiras
,
J.
Arbiol
, and
A.
Fontcuberta i Morral
,
Phys. Rev. B
83
,
045303
(
2011
).
13.
B.
Ketterer
,
M.
Heiss
,
M. J.
Livrozet
,
A.
Rudolph
,
E.
Reiger
, and
A.
Fontcuberta i Morral
,
Phys. Rev. B
83
,
125307
(
2011
).
14.
P.
Kusch
,
S.
Breuer
,
M.
Ramsteiner
,
L.
Geelhaar
,
H.
Riechert
, and
S.
Reich
,
Phys. Rev. B
86
,
075317
(
2012
).
15.
L.
Ahtapodov
,
J.
Todorovic
,
P.
Olk
,
T.
Mjåland
,
P.
Slåttnes
,
D. L.
Dheeraj
,
A. T. J.
van Helvoort
,
B.-O.
Fimland
, and
H.
Weman
,
Nano Lett.
12
,
6090
(
2012
).
16.
Z.
Lu
,
S.
Shi
,
J.
Lu
, and
P.
Chen
,
J. Lumin.
152
,
258
(
2014
).
17.
D.
Spirkoska
,
J.
Arbiol
,
A.
Gustafsson
,
S.
Conesa-Boj
,
F.
Glas
,
I.
Zardo
,
M.
Heigoldt
,
M. H.
Gass
,
A. L.
Bleloch
,
S.
Estrade
,
M.
Kaniber
,
J.
Rossler
,
F.
Peiro
,
J. R.
Morante
,
G.
Abstreiter
,
L.
Samuelson
, and
A.
Fontcuberta i Morral
,
Phys. Rev. B
80
,
245325
(
2009
).
18.
A. M.
Graham
,
P.
Corfdir
,
M.
Heiss
,
S.
Conesa-Boj
,
E.
Uccelli
,
A.
Fontcuberta i Morral
, and
R. T.
Phillips
,
Phys. Rev. B
87
,
125304
(
2013
).
19.
P.
Corfdir
,
B.
Van Hattem
,
E.
Uccelli
,
A.
Fontcuberta i Morral
, and
R. T.
Phillips
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
133109
(
2013
).
20.
S.
Breuer
,
C.
Pfüller
,
T.
Flissikowski
,
O.
Brandt
,
H. T.
Grahn
,
L.
Geelhaar
, and
H.
Riechert
,
Nano Lett.
11
,
1276
(
2011
).
21.
C.
Wilhelm
,
A.
Larrue
,
X.
Dai
,
D.
Migas
, and
C.
Soci
,
Nanoscale
4
,
1446
(
2012
).
22.
L. M.
Smith
,
H. E.
Jackson
,
J. M.
Yarrison-Rice
, and
C.
Jagadish
,
Semicond. Sci. Technol.
25
,
024010
(
2010
).
23.
O.
Demichel
,
M.
Heiss
,
J.
Bleuse
,
H.
Mariette
, and
A.
Fontcuberta i Morral
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
201907
(
2010
).
24.
R. S.
Wagner
and
W. C.
Ellis
,
Appl. Phys. Lett.
4
,
89
(
1964
).
25.
M. E.
Messing
,
K.
Hillerich
,
J.
Johansson
,
K.
Deppert
, and
K. A.
Dick
,
Gold Bull.
42
,
172
(
2009
).
26.
C.-C.
Chang
,
C.-Y.
Chi
,
M.
Yao
,
N.
Huang
,
C.-C.
Chen
,
J.
Theiss
,
A. W.
Bushmaker
,
S.
LaLumondiere
,
T.-W.
Yeh
,
M. L.
Povinelli
,
C.
Zhou
,
P. D.
Dapkus
, and
S. B.
Cronin
,
Nano Lett.
12
,
4484
(
2012
).
27.
S.
Perera
,
M. A.
Fickenscher
,
H. E.
Jackson
,
L. M.
Smith
,
J. M.
Yarrison-Rice
,
H. J.
Joyce
,
Q.
Gao
,
H. H.
Tan
,
C.
Jagadish
,
X.
Zhang
, and
J.
Zou
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
053110
(
2008
).
28.
J.
Todorovic
,
A. F.
Moses
,
T.
Karlberg
,
P.
Olk
,
D. L.
Dheeraj
,
B. O.
Fimland
,
H.
Weman
, and
A. T. J.
van Helvoort
,
Nanotechnology
22
,
325707
(
2011
).
29.
J.
Bao
,
D. C.
Bell
,
F.
Capasso
,
J. B.
Wagner
,
T.
Mårtensson
,
J.
Trägårdh
, and
L.
Samuelson
,
Nano Lett.
8
,
836
(
2008
).
30.
G.
Gilliland
,
Mater. Sci. Eng., R
18
,
99
(
1997
).
31.
D.
Spirkoska
,
A. L.
Efros
,
W. R. L.
Lambrecht
,
T.
Cheiwchanchamnangij
,
A.
Fontcuberta i Morral
, and
G.
Abstreiter
,
Phys. Rev. B
85
,
045309
(
2012
).
32.
P.
Plochocka
,
A. A.
Mitioglu
,
D. K.
Maude
,
G. L. J. A.
Rikken
,
A.
Granados del Águila
,
P. C. M.
Christianen
,
P.
Kacman
, and
H.
Shtrikman
,
Nano Lett.
13
,
2442
(
2013
).
33.
L. V.
Titova
,
T. B.
Hoang
,
J. M.
Yarrison-Rice
,
H. E.
Jackson
,
Y.
Kim
,
H. J.
Joyce
,
Q.
Gao
,
H. H.
Tan
,
C.
Jagadish
,
X.
Zhang
,
J.
Zou
, and
L. M.
Smith
,
Nano Lett.
7
,
3383
(
2007
).
34.
N.
Jiang
,
Q.
Gao
,
P.
Parkinson
,
J.
Wong-Leung
,
S.
Mokkapati
,
S.
Breuer
,
H. H.
Tan
,
C. L.
Zheng
,
J.
Etheridge
, and
C.
Jagadish
,
Nano Lett.
13
,
5135
(
2013
).
35.
K.
Pemasiri
,
M.
Montazeri
,
R.
Gass
,
L. M.
Smith
,
H. E.
Jackson
,
J.
Yarrison-Rice
,
S.
Paiman
,
Q.
Gao
,
H. H.
Tan
,
C.
Jagadish
,
X.
Zhang
, and
J.
Zou
,
Nano Lett.
9
,
648
(
2009
).
You do not currently have access to this content.