5 Zusammenfassung und Ausblick

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Zusammenfassung und Ausblick

In dieser Arbeit wurden die Herstellung von Nanol¨ochern und neuartige InGaAs/GaAs-Heterostrukturen auf (111)A-orientierten GaAs-Schichten realisiert und ihre optoelek-trischen Eigenschaften mit unterschiedlichen Spektroskopiemethoden umfassend unter-sucht.

Zun¨achst wurde die Homoepitaxie von GaAs mittels MBE untersucht und die Ehrlich-Schw¨obel-Barriere als Ursache f¨ur das Wachstum rauer und unebener Schichten un-ter konventionellen Wachstumsbedingungen identifiziert. Atomar glatte GaAs-Schichten mit einer mittleren Rauigkeit von 0, 35 nm wurden durch ¨Uberwindung der Ehrlich-Schw¨obel-Barriere durch thermisches Gl¨atten bei einer Schichtdicke von 500 nm herge-stellt.

Im Folgenden wurde die Durchf¨uhrbarkeit des Lokalen Tropfen¨atzens auf (111)A-orien-tierten GaAs-Oberfl¨achen mit Gallium als ¨Atzmaterial bewiesen. Aufgrund der hohen chemischen Stabilit¨at sind dazu deutlich h¨ohere Prozesstemperaturen n¨otig als auf den ¨

ublichen (100)-orientierten Oberfl¨achen. Der ¨Atzprozess findet schließlich bei Tempera-turen knapp unterhalb der Langmuirtemperatur statt und ben¨otigt im verwendeten Auf-bau keine fein justierte Arsenzufuhr. Die hohe Prozesstemperatur verursacht auch nach dem ¨Atzprozess eine morphologische Ver¨anderung der erzeugten L¨ocher. Diese wurde zeitaufgel¨ost untersucht und f¨uhrt zu einer Homogenisierung der Lochgeometrie. Nach diesen Voruntersuchungen wurde die Herstellung von Nanol¨ochern mit Indium als ¨Atzmaterial untersucht. Im Gegensatz zum ¨Atzen mit Galliumtropfen ist hier ein weiterer Prozessschritt notwendig, da die Prozesstemperatur nicht ausreicht, um das Tropfenmaterial aufzul¨osen. Eine Untersuchung dieses Prozessschrittes erlaubte es, Na-nol¨ocher ohne morphologisch feststellbare Tropfenreste herzustellen. Des Weiteren wur-de eine Untersuchung wur-der Tropfen- bzw. Lochdichte in Abh¨angigkeit der verwendeten

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Indiummenge durchgef¨uhrt. Dazu wurde eine f¨ur Gallium- und Aluminiumtropfen ver-wendete Anpassung erstmalig f¨ur Indiumtropfen vorgenommen und daraufhin erweitert, um die h¨ohere Fl¨uchtigkeit des Indiums zu ber¨ucksichtigen. Auf diese Weise konnten Informationen ¨uber das Oberfl¨achendiffusions- und Evaporationsverhalten von Indium auf (111)A-orientierten GaAs-Oberfl¨achen unter Arsenmangel gewonnen werden.

Auch wenn das als ¨Atzmaterial verwendete Indium nach dem Aufl¨oseprozess morpholo-gisch nicht mehr auffindbar war, so ließen sich mittels Photolumineszenzspektroskopie dennoch InGaAs/GaAs-Heterostrukturen nachweisen, deren Ursprung sich einzig auf den

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Atz- und Aufl¨osevorgang zur¨uckf¨uhren l¨asst. Diese InGaAs-Strukturen sind ringf¨ormig, wie anhand der Kathodolumineszenzmessungen bewiesen wurde. Die Photolumineszenz-spektroskopie wurde daraufhin zur Untersuchung des quantenmechanischen Aufbaus und der Legierungsverh¨altnisse innerhalb der Heterostrukturen verwendet. Anhand von lei-stungsabh¨angigen Messungen wurde ein Auff¨ullverhalten der InGaAs-Ringe, ¨ahnlich dem von InAs-Quantenpunkten, gefunden und die These diskreter Energieniveaus aufgestellt. Um die Heterogenit¨at der InGaAs-Strukturen zu ber¨ucksichtigen, wurden die Legierungs-zusammensetzung und die Einschlussenergie ¨uber eine modifizierte Anpassungsfunktion bestimmt. Außerdem ließ sich anhand des Vergleichs zweier Unterschungen eine hohe kristalline Qualit¨at der InGaAs-Ringe nachweisen. Eine nachtr¨agliche Manipulation des Ringaufbaus und der -zusammensetzung durch Abscheidung von einer Monolage5 InAs und dadurch die Erzeugung weiterer lumineszierender Strukturen konnte im Weiteren gezeigt werde.

Durch Kathodolumineszenzmessungen konnten die Energieniveau-These und die Ring-form der Strukturen schließlich verifiziert werden. Hier stellten sich zudem die zuvor durch Abscheidung einer InAs-Schicht erzeugten Nanostrukturen als eine neue Art von Quantenpunkten heraus und das Signal der InAs-Schicht konnte identifiziert werden.

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Gemeint ist eine Monolage (111)A-orientiertes GaAs.

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Abgeschlossen wurde die Arbeit mit der Untersuchung eines solchen Quantenpunktes anhand einer Mikrophotolumineszenzmessung. Dieser zeigte scharfe Signallinien, die als Exzitonen- und Biexzitonen¨uberg¨ange identifiziert werden konnten.

Der Wert dieser Arbeit liegt auf der einen Seite in den gewonnenen Erkenntnissen. Dazu z¨ahlen solche, die das Wachstumsverhalten und die Wachstumsprozesse in der Molekular-strahlepitaxie, auf der als eher herausfordernd zu bezeichnenden (111)A-Oberfl¨ache des GaAs, beschreiben. Die Erzeugung lumineszenzfreier Nanol¨ocher mittels Lokalem Trop-fen¨atzen mit Gallium und lumineszierender InGaAs-Ringe und Quantenpunkte. Und nicht zuletzt die Erkenntnisse um deren Energiestruktur, die aufgrund der vielseitigen Untersuchung und deren Verkn¨upfung als sehr fundiert betrachtet werden k¨onnen. Auf der anderen Seite bietet diese Arbeit das Fundament f¨ur eine Vielzahl an Anwendungen, da sie alle ben¨otigten Grundlagen bietet, exotische Nanostrukturen mit hoher Sym-metrie herzustellen. Um nur zwei Beispiele zu nennen: W¨ahrend auf (100)-orientierten Oberfl¨achen Zwillingsquantenpunkte durch lokales Tropfen¨atzen erzeugt werden k¨onnen [101], lassen sich anhand der vorliegenden Arbeit ¨uber das Variieren der ¨Atzparameter Quantenpunktdrillinge mit unterschiedlicher r¨aumlicher Ausrichtung erzeugen. Die eben-falls auf (100)-orientierten Substraten verwirklichten Quantenpunkte, welche durch das Auff¨ullen von lokal ge¨atzten Nanol¨ochern entstehen, ließen sich unter bestimmten Um-st¨anden auch auf (111)-Oberfl¨achen realisieren. Nicht zuletzt bieten auch die in dieser Arbeit untersuchten Proben weitere Untersuchungsm¨oglichkeiten, da innerhalb des ge-fundenen Quantenpunkt-InGaAs-Ring-System nur der Quantenpunkt als solcher, aber weder die Wechselwirkung mit dem Ring noch seine Eigenschaften unter Magnetfeldein-wirkung untersucht wurden.

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