Hochortsaufgelöste optische Spektroskopie an niedrigdimensionalen Halbleiterstrukturen

Abstract (German)

Mit der hohen räumlichen und spektralen Auflösung eines Mikro-Photolumineszenz-Messplatzes können einzelne niedrigdimensionale Quantenstrukturen identifiziert und charakterisiert werden. Der Nachweis neuartiger, rein verspannungsinduzierter Quantendrähte, mit denen das Ziel eines starken Ladungsträgereinschlusses erreicht wurde, bildet den Mittelpunkt der spektroskopischen Untersuchungen. Mit den ...

Abstract (German)

Mit der hohen räumlichen und spektralen Auflösung eines Mikro-Photolumineszenz-Messplatzes können einzelne niedrigdimensionale Quantenstrukturen identifiziert und charakterisiert werden. Der Nachweis neuartiger, rein verspannungsinduzierter Quantendrähte, mit denen das Ziel eines starken Ladungsträgereinschlusses erreicht wurde, bildet den Mittelpunkt der spektroskopischen Untersuchungen. Mit den gemessenen hohen Einschlussenergien ist es möglich, die Vorteile der eindimensionalen Quantensysteme voll zu nutzen. Zusätzlich zu den optischen Experimenten, mit denen sich die Eigenschaften der rein verspannungsinduzierten Quantendrähte erstmalig bestimmen ließen, werden die neuen Einschlusskonzepte auch numerisch simuliert und optimiert.

Die eindimensionalen Quantendrahtsysteme wurden mit Molekularstrahlepitaxie durch Überwachsen von Spaltflächen hergestellt. Einzelne verspannungsinduzierte Quantendrähte entstehen innerhalb eines GaAs-Quantenfilms an den Kreuzungen mit InAlAs-Lagen. Da diese Verspannungslagen einen Abstand von 1 µm besitzen, identifizieren die durchgeführten Mikro-Photolumineszenz-Rasterungen dabei individuelle Quantendrähte. Grundlage hierfür ist die exakte Kenntnis der Probengeometrie durch das präzise Wachstum. An den erwarteten Stellen werden lokal eingeschränkte Photolumineszenz-Signale detektiert. Genau an den Positionen der Quantendrähte wird die Emission der Quantenfilme unterdrückt. Außerdem weist die gemessene Polarisationsabhängigkeit auf das Vorliegen von Quantendrähten hin. Weitere verspannungsinduzierte Quantendrähte, die jedoch nur eine sehr schwache Photolumineszenz-Emission zeigen, konnten 40 nm von der Spaltkante entfernt beobachtet werden. Generell ist trotz der geringeren Querschnittsfläche der Quantendrähte die Stärke ihrer Photolumineszenz-Signale mit der Intensität der Quantenfilmemission vergleichbar. In Übereinstimmung mit den numerischen Berechnungen nehmen die experimentell bestimmten Einschlussenergien systematisch mit der Dicke der InAlAs-Verspannungsschicht zu und erreichen Werte von bis zu 51,5 meV.

Translation of the abstract (English)

Due to the high spatial and spectral resolution of a micro-photoluminescence set-up, individual low-dimensional quantum structures can be identified and characterized. The spectroscopic studies are centered on the proof of new, purely strain induced quantum wires, with which the aim of a strong charge carrier confinement was achieved. With the measured high confinement energies it is possible to ...

Translation of the abstract (English)

Due to the high spatial and spectral resolution of a micro-photoluminescence set-up, individual low-dimensional quantum structures can be identified and characterized. The spectroscopic studies are centered on the proof of new, purely strain induced quantum wires, with which the aim of a strong charge carrier confinement was achieved. With the measured high confinement energies it is possible to fully exploit the advantages of the one-dimensional quantum systems. In addition to the optical experiments, with which the properties of the purely strain induced quantum wires could be determined for the first time, new confinement concepts are simulated and optimized numerically.

The one-dimensional quantum wire systems were produced by molecular beam epitaxy using the cleaved edge overgrowth technique. Individual purely strain induced quantum wires form within a GaAs quantum well at the intersections with InAlAs layers. Since the distance between these stressor layers is 1 µm, the micro-photoluminescence scans identify individual quantum wires. These findings are based on the knowledge of the exact sample geometry due to the precise growth. Locally confined photoluminescence signals are detected at the expected locations. Exactly at the positions of the quantum wires the emission of the quantum wells is suppressed. In addition, the measured polarization dependence indicates that quantum wires are detected. Further strain induced quantum wires, which show only a very weak photoluminescence emission, could nevertheless be observed at a distance of 40 nm from the cleavage plane. Generally, despite the smaller cross-section of the quantum wires, the strength of their photoluminescence signals is comparable to the quantum well emission. In accordance with the numerical calculations, the experimentally determined confinement energies rise systematically with the thickness of the InAlAs stressor layer and reach values up to 51.5 meV.

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