ISBN 978-3-8439-1778-0

978-3-8439-1778-0, Reihe Physik

Gernot Stracke
Wachstum und Charakterisierung von InGaAs Quantenpunkten auf GaP Substraten

114 Seiten, Dissertation Technische Universität Berlin (2014), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Galliumphosphid-basierte Nanostrukturen, und insbesondere in Galliumphosphid eingebettete Quantenpunkte aus Indiumgalliumarsenid, haben in den letzten Jahren das Interesse einer zunehmenden Zahl von Forschungsgruppen geweckt, da sich mit ihnen theoretisch zwei aktuelle Probleme der Halbleiterindustrie lösen lassen: Die monolithische Integration von auf III-V Halbleitern basierenden photonischen Bauelementen mit Silizium-basierter Elektronik, und die Realisierung eines schnellen und gleichzeitig nicht-flüchtigen elektronischen Speichers.

Die vorliegende Arbeit legt die materialwissenschaftlichen Grundlagen für die technologische Anwendung von InGaAs/GaP Quantenpunkten. Demonstriert wird die Herstellung von InGaAs/GaP Quantenpunkten mittels Metallorganischer Gasphasenepitaxie und die gezielte Steuerung ihrer strukturellen Eigenschaften wie Größe und Dichte über die Parameter des Epitaxieprozesses. Die Struktur der Quantenpunkte kann direkt mit ihren elektronischen und optischen Eigenschaften verknüpft werden, so dass auf die jeweilige Anwendung maßgeschneiderte Quantenpunkte hergestellt werden können.

Hohe Materialverspannungen im InGaAs/GaP Quantenpunkt-System verursachen im Normalfall eine im k- und/oder Ortsraum indirekte elektronische Struktur. Diese Arbeit zeigt erstmals eine Möglichkeit auf, diese Materialverspannungen zu reduzieren und InGaAs/GaP Quantenpunkte mit hocheffizienten optischen Rekombinationen herzustellen, was für eine Anwendung in photonischen Bauelementen unerlässlich ist.

Neben der technologischen Anwendung stellen InGaAs/GaP Quantenpunkte somit auch ein ideales Modellsystem zur Untersuchung von fundamentalen Wechselwirkungsprozessen von Quantenpunkten mit ihrer Umgebung in Abhängigkeit von ihrer elektronischen Struktur dar. Erste detaillierte Untersuchungen dieser Art mittels optischer und kapazitiver Spektroskopie werden vorgestellt. Die von theoretischen Modellen vorhergesagte elektronische Struktur von InGaAs/GaP Quantenpunkten im Grenzbereich zwischen indirekten und direkten optischen Übergängen kann so bestätigt werden.

Eine Evaluation des technologischen Potentials des InGaAs/GaP QuantenpunkteSystems mit dem Fokus auf elektronischen Speichern ergibt eine gegenüber InGaAs/GaAs Quantenpunkten um drei Größenordnungen erhöhte Speicherzeit bei Raumtemperatur. Eine konsequente Weiterentwicklung des GaP-basierten Materialsystems lässt einen nicht-flüchtigen Speicher somit realisierbar werden.