Wachstum und Charakterisierung von Halbleiternanostrukturen auf vorstrukturiertem Substrat

Schwarz, Axel; Lüth, Hans

doi:259

Wachstum und Charakterisierung von Halbleiternanostrukturen auf vorstrukturiertem Substrat

Schwarz, Axel

2001

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Axel Schwarz

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2001

Umfang123 S. : Ill, graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2001

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Lüth, Hans (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2001-07-11

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-2594
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/56757/files/Schwarz_Axel.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften (100000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Physik (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 530

Kurzfassung
Seit mehreren Jahren besteht ein besonderes Interesse an niedrigdimensionalen Halbleiterstrukturen, denen man schon zu Beginn der achtziger Jahre einzigartige elektronische und optische Eigenschaften prophezeite. So erwartete man für eindimensionale Strukturen – für so genannte Quantendrähte – aufgrund des reduzierten Phasenraumes für Elektronenstreuung eine drastisch verbesserte Elektronenbeweglichkeit gegenüber zweidimensionalen Elektronengasen. Durch eine besondere Elektron-Elektron-Wechselwirkung vermutete man zudem einen Übergang von den Eigenschaften einer Fermi- zu denen einer Luttinger-Flüssigkeit und die besondere Elektronen-Loch-Korrelation sollte anhand außergewöhnlicher Fermikantensingularitäten im Photolumineszenzspektren erkennbar werden. In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, daß durch epitaktisches Wachstum auf nicht-planaren Substraten niedrigdimensionale Strukturen von besonderer Güte hergestellt werden können. Nach einer Diskussion der zugrunde liegenden Wachstumsmechanismen wird anhand von ortsaufgelösten Bandstrukturberechnungen motiviert, daß trotz einer komplexen Anordnung verschiedendimensionaler Bereiche die Ausbildung von Quantendrähten mit hohem Einschlußpotential und Subbandabstand zu erwarten ist. Der experimentelle Nachweis erfolgt mit Hilfe von Kathodo- und Photolumineszenzuntersuchungen, in denen auch die Existenz der Fermikantensingularität in modulationsdotierten Proben verifiziert wird. Obwohl reine Magneto-Transportmessungen keinen eindeutigen Hinweis auf eindimensionalen elektrischen Transport geben, wird in einem besonderen Experiment nachgewiesen, daß die stromtragenden Elektronen auf den Quantendraht beschränkt werden können, solange die Fermikante nicht wesentlich gestört wird.

Over the last two decades there has been intense theoretical and experimental interest in the physics of low-dimensional electron systems which are predicted to exhibit unique electronic and optical properties. The reduced phase space available for electron scattering in one-dimensional systems – so called quantum wires – is expected to lead to a greatly enhanced mobility. Furthermore Fermi liquid behavior is predicted to give way to Luttinger liquid behavior due to strong electron correlation while electron-hole interaction should manifest in Fermi edge singularities to be observed in photoluminescence spectra. This thesis reports the successful preparation of high quality quantum wires by epitaxially overgrowing non-planar substrates. After discussing the basic growth mechanisms on such special surfaces, bandstructure calculations are used to help understanding the quantization properties of the resulting complex structures of interconnected three-, two- and one-dimensional areas. Cathodo- and photoluminescence experiments prove the formation of high-quality quantum wires with strong confinement potential and large subband spacing. Even the existence of Fermi edge singularities in modulation doped systems can be revealed. While magneto-transport does not show clear evidence of one-dimensional electron transport, special experiments indicate a restriction of current to the quantum wire as long the Fermi edge stays undisturbed.

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