ISBN 978-3-8439-0838-2

978-3-8439-0838-2, Reihe Physik

Michael Wiesner
InP-Quantenpunkte auf Si – Epitaxie und Charakterisierung nulldimensionaler III-V-Emitter auf Si(100)-basierten Substraten

177 Seiten, Dissertation Universität Stuttgart (2012), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die Heteroepitaxie von III-V-Halbleitern auf Silizium (Si) gilt als vielversprechende Methode, um eine Plattform für photonische Strukturen auf Si zu schaffen. Aufgrund großer Fehlanpassungen gestaltet sich die Kombination der beiden Materialsysteme allerdings als sehr schwierig. Nanostrukturen, wie beispielsweise Quantenpunkte, haben sich jedoch als geeignet erwiesen, auch in diesem Umfeld effiziente Lichtemitter zu realisieren.

In dieser Arbeit werden Emitterstrukturen basierend auf InP/AlGaInP-Quantenpunkten mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie auf Si-Substraten abgeschieden. Die Emission der Quantenpunkte liegt im roten Spektralbereich, und trifft somit das Absorptionsminimum der optischen Polymerfaser (POF) sowie den Bereich höchster Detektionsempfindlichkeit von Si-Lawinenphotodioden.

Es werden verschiedene Ansätze verfolgt, um die mit der Heteroepitaxie einhergehende hohe Defektdichte zu verringern. Allen gemeinsam ist die Verwendung von unverkippten Si(100)-Substraten, um eine Kompatibilität mit CMOS-Prozessen zu gewährleisten. Neben den reinen Si-Substraten dienen Si-Substrate mit dünnen Ge- als auch GaP-Schichten als Templates für III-V-Wachstumsexperimente. Auf diesen Templates werden jeweils GaAs-basierte Pufferschichten abgeschieden, die dann die Grundlage für die Emitterstruktur bilden. Das Wachstum der Quantenpunkte sowie deren Emission wird eingehend analysiert. Einen Schwerpunkt bilden zeitaufgelöste Photolumineszenzmessungen, die Aufschluss geben über die Zerfallsdynamik sowie über die Statistik der Emission. Anhand dieser Messungen lässt sich erstmals die Emission einzelner InP-Quantenpunkte auf Si bis zu einer Temperatur von 80 K nachweisen. Darüber hinaus wird die erste Realisierung eines elektrisch gepumpten Einzelphotonenemitters auf Si präsentiert.