Elektronische Eigenschaften von In(Ga)As, GaAs Quantenpunkten

Im Rahmen dieser Arbeit werden die optischen und elektronischen Eigenschaften von In(Ga)As/GaAs Quantenpunkten untersucht. Dabei wurde u. a. die Photolumineszenz-Anregungsspektroskopie (PLE) als vielseitige und mächtige Untersuchungsmethode eingesetzt. PLE-Untersuchungen erlauben eine detaillierte Analyse der angeregten Zustände eines Subensembles von Quantenpunkten, das durch die Detektionsenergie festgelegt wird und in erster Näherung mit der Quantenpunktgröße korreliert ist. Zur Untersuchung des Einflusses von mehr als einem Exziton pro Quantenpunkt auf den Grund- und die angeregten Zustände aufgrund der Coulombwechselwirkung werden Hochanregungs-PL-Messungen durchgeführt. Die Quantenpunkte werden dabei sukzessiv mit Exzitonen befüllt. Der Vergleich der Renormalisierungseffekte der Quantenpunktzustände von unterschiedlichen Probenstrukturen erlaubt die Identifizierung der Parameter, die die Vielteilcheneffekte beeinflussen: Die Anzahl der angeregten Quantenpunktzustände sowie Exzitonen in der Benetzungsschicht. Vergleichbare Untersuchungen für mit Elektronen oder Löchern beladene Quantenpunkte werden vorgestellt. Die Ergebnisse erlauben es, den beobachteten Quantenpunktübergängen die beteiligten Elektronen- und Lochniveaus zuzuordnen. Bei der sukzessiven Beladung der Quantenpunkte haben die ersten zwei Ladungsträger pro Quantenpunkt die größte Veränderung der elektronischen Struktur zur Folge. Des Weiteren wird der Einfluss von gezielt eingebrachten Defekten durch Protonenbeschuss auf die elektronischen Eigenschaften von In(Ga)As/GaAs Quantenpunkten untersucht. Dabei konnte die „Bestrahlungsunempfindlichkeit“ des Quantenpunktgrundzustandes nachgewiesen, sowie die für die Ladungsträgerdynamik verantwortlichen Relaxationsprozesse identifiziert werden. Die Verspannung der untersuchten Halbleiter-Nanostrukturen, die auch für deren selbstorganisiertes Wachstum verantwortlich ist, hat einen entscheidenden Einfluss auf die elektronischen Eigenschaften der Quantenpunkte. Der Vergleich zwischen optischer Untersuchung und theoretischer Modellierung von InAs Quantenpunkten, die mit einem InxGa1-xAs-Quantenfilm (x ≤ 0,25) überwachsen wurden, zeigt die zwei wesentlichen Faktoren auf, die für die erwünschte Rotverschiebung der Quantenpunktlumineszenz verantwortlich sind: Die Dekomposition des InxGa1-xAs-Quantenfilms und die veränderte Verzerrungsverteilung sowie deren Auswirkung auf die elektronischen Eigenschaften der Quantenpunktstruktur. Die Stärke der einzelnen Effekte wird quantifiziert. Schließlich wird aufgezeigt, dass aus optischen Ergebnissen (für Proben unter bestimmten Wachstumsbedingungen) Rückschlüsse auf wesentliche strukturelle Eigenschaften der untersuchten Quantenpunkte gezogen werden können: Aus der bis zu achtfach strukturierten Photolumineszenz kann auf eine multimodale Verteilung von flachen InAs/GaAs Quantenpunkten mit scharfen, ebenen Grenzflächen, die sich in Monolagenstufen in der Quantenpunktgröße unterscheiden, geschlossen werden.