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Eigenschaften und Dynamik verschiedener Transferprozesse in Arsenid- und Nitrid-Quantenpunkten

Werner, Stefan - Technische Universität Berlin (2012)


Die stetig größer werdende Bedeutung in der Anwendung von Halbleiterquantenpunkten liegt in den Möglichkeiten, ihre Eigenschaften in sehr kleinen und kostengünstigen Bauelementen auszunutzen. So findet man sie unter anderem in Halbleiterlasern und -dioden, optischen Verstärkern oder als Medium zur Realisierung der Quantenkryptographie in Form von Einzelphotonenemittern. Wachstumsbedingungen und deren Folgen - wie zum Beispiel Defekteinbau, Quantenpunktgröße, -komposition oder -dichte - oder Anregungskonditionen haben erheblichen Einfluss auf die in Experimenten beobachtbaren verschiedenen Relaxationsmechanismen, Transferprozessen und Wechselwirkungen sowie deren dynamischen Eigenschaften. Für die Entwicklung von optischen Bauelementen benötigt man natürlich Kenntnisse über mögliche Dephasierungs- und Transferprozesse in den als aktives Medium verwendeten Quantenpunkten.

Im Fokus dieser Arbeit stehen drei Themengebiete: Zunächst werden die dynamischen Eigenschaften kohärenter und inkohärenter vibronischer Prozesse in InAs/GaAs-Quantenpunktensembles betrachtet, also der Einfluss von Phononen sowie deren Wechselwirkung mit Exzitonen. Es werden zwei verschiedene Wechselwirkungen präsentiert: Die resonante Raman-Streuung und ein phononen-assistierter Lumineszenzprozess. Deren charakteristische Dynamik macht es möglich, die sonst nicht voneinander unterscheidbaren Prozesse, separat zu untersuchen. Zusätzlich wird gezeigt, dass durch die Kombination von temperaturabhängigen sowie zeitaufgelösten PL-Messungen ein schwacher Phononen-Bottleneck-Effekt für tiefe Temperaturen unterhalb von 130K beobachtbar ist, der dazu führt, dass die angeregten Ladungsträger bevorzugt über den phononen-assistierten Lumineszenzprozess abgebaut werden. Danach wird die Folge einer größeren Quantenpunktdichte untersucht. Dazu wird das Submonolagen-Wachstum betrachtet wobei die SML-Quantenpunkte an Stranski-Krastanov-Quantenpunkte gekoppelt sind. Photolumineszenzspektren von SML-Quantenpunkten werden gezeigt und deren Temperaturverhalten, Polarisationsabhängigkeit und Dynamik werden untersucht. Unter anderem wird gezeigt, dass die Dynamik stark von der Anregung beeinflusst werden kann. Außerdem wird die Folge verschiedener Wachstumsunterbrechungen auf die optischen Eigenschaften beleuchtet.

Im letzten Teil dieser Arbeit werden dann die optischen Eigenschaften und die Dynamik einzelner Quantenpunkte besprochen. In diesem Kapitel werden erste experimentelle Resultate mittels der Photolumineszenzmethode an InGaN-Quantenpunkten präsentiert und mit Kathodolumineszenzmessungen verglichen. Auf diese Weise erhält man Aufschluss darüber, inwiefern sich die PL als Charakterisierungsmethode einzelner Quantenpunkte eignet.


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