ISBN 978-3-8439-1999-9

978-3-8439-1999-9, Reihe Physik

Johannes Richter
Optimierte Überwachung des Wachstums von Antimonid-Quantenpunkten und Quantenpunktumgebungen mit Hilfe von Reflektivitätsanisotropie-Spektroskopie

165 Seiten, Dissertation Technische Universität Kaiserslautern (2014), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die meisten wesentlichen technischen Fortschritte im alltäglichen Leben haben wir Halbleitern zu verdanken. Heutzutage sind PCs, Smartphones und viele andere Geräte nicht mehr aus unserem Alltag wegzudenken.

Für die Optoelektronik, wie z.B. Halbleiter-Laser, -Dioden oder -Photodetektoren, sind die Materialsysteme der III-V-Verbindungshalbleiter grundlegende Bausteine. Das GaAs-System ist hierbei als einer der wichtigsten Vertreter zu nennen.

Für die vorliegende Arbeit wurde daher die Überwachung des Wachstums von GaAsSb-Quantenpunkten (QP) und deren Umgebungen (GaAs, AlGaAs) in der Molekularstrahlepitaxie (MBE) optimiert. Hierzu wurde vorbereitend die Abhängigkeit der Reflektivitätsanisotropie-Spektroskopie-(RAS)-Spektren von der Substrattemperatur untersucht. Es hat sich gezeigt, dass zum Teil deutliche Unterschiede zwischen den RAS-Spektren von wachsenden Schichten und denen von stabilen Oberflächen auftreten können.

Anschließend konnte eine neue Art der Dotierungsüberwachung mit Hilfe von RAS eingeführt werden. Die RAS-Signaldifferenz zwischen einer undotierten und einer dotierten Schicht bei ausgewählten Photonenenergien konnte eindeutig mit der Stärke und der Art der Dotierung korreliert werden. Bei GaAs liegt die gewählte Photonenenergie zur Untersuchung der Dotierung bei 2,4 eV und bei Al(0,5)Ga(0,5)As bei 2,7 eV. Dies erlaubt eine in-situ-Überprüfung der Dotierung der Schichten in komplizierten Schichtenfolgen.

Erstmals wurden zeitaufgelöste RAS-Messungen an GaAs(1-s)Sb(s)-QP systematisch durchgeführt und analysiert. Die Veränderungen in den RAS-Signalen konnten bei einer Photonenenergie von 1,8 eV mit der Anzahl-Flächendichte der QP und bei 3,6 eV mit der Größe der QP korreliert werden.

Zur Bestimmung des Sb-Gehalts in den QP wurden eigene Simulationen durchgeführt. In ihnen wurde die Lokalisierungsenergie der GaAs(1-s)Sb(s)-QP bei variablem Sb-Anteil bestimmt und mit experimentellen Ergebnissen verglichen. Damit ergab sich ein Sb-Anteil von etwa 70% bei den Gruppe V-Elementen für QP mit typischen Wachstumsbedingungen und Größen.

Zusätzlich konnte durch weitere Simulationen die horizontale und vertikale Kopplung benachbarter QP untersucht werden. Die horizontale Kopplung kann die Emissionswellenlänge von QP mit typischen Wachstumsbedingungen um bis zu 50 nm verschieben, die vertikale um weitere 50 nm. Diese Erkenntnisse sind für weitere Untersuchungen an den QP extrem wertvoll.