Selbst-organisierte IV-VI Halbleiterquantenpunkte

Das selbst-organisierte Wachstum von drei-dimensionalen Nanoinseln durch Abscheidung von gitterfehlangepaßten Heterostrukturen hat sich zu einer neuen effektiven Methode zur Herstellung von Halbeiterquantenpunkten entwickelt. Dies basiert auf der fundamentalen morphologischen Instabilität von gitterverspannten epitaktischen Schichten, hervorgerufen durch die effektive laterale Gitterrelaxation in freistehenden drei-dimensionalen Wachstumsinseln. Dies erlaubt die direkte Synthese von Quantenpunkten unter Vermeidung der Grenzflächenprobleme und technolo-gischen Schwierigkeiten von konventionellen lithographischen Herstellungsverfahren. In diesem Forschungsprojekt soll diese Methode zur Herstellung von neuartigen IV-VI Halbleiterquanten-punkten eingesetzt werden welche für optoelektronische Anwendungen im mittleren Infrarot- Spektralbereich von Interesse sind. Ziel des vorliegenden Projektes ist es die Einschränkungen der optischen Emmission der bisher untersuchten PbSe/PbEuTe Quantenpunkte auf Grund des geringen Quanteneinschlusses der freien Ladungsträger zu überwinden. Dazu sollen zwei verschie-dene Ansätze verfolgt werden: Einerseits soll durch Substitution von PbSe durch PbSnSe die Energielücke innerhalb der Quantenpunkte reduziert werden und damit das Einschlußpotential für das Valenz- und Leitungsband erhöht werden. Dies basiert auf der starken Reduktion der Energie-lücke von PbSnSe mit zunehmenden Sn-Gehalt. Im zweiten Ansatz sollen die zugverspannten PbSe Quantenpunkte durch druckverspannte PbTe Quantenpunkte ersetzt werden, wobei es durch die negativen Deformationspotentiale von PbTe zu einer dehnungsinduzierten Abnahme der Bandlücke kommt und damit ebenfalls ein verbesserter Ladungseinschluß erzielt werden kann. Die Wachstumseigenschaften der neuartigen Quantenpunkte sollen für beide Materialsysteme mit verschiedenen in situ als auch ex situ Methoden wie Elektronen- und Röntgenbeugung als auch Rastertunnel- und Atomkraftmikroskopie untersucht werden. Ziel ist dabei die Aufklärung wie Unterschiede in den Materialparametern das Wachstum und die Struktur der Quantenpunkte beeinflussen. Dies erlaubt allgemeine Regeln zur Optimierung der Wachstumsbedingungen abzuleiten um möglichst homogene Quantenpunkte zu erreichen und deren elektronische Eigenschaften gezielt einstellen zu können. Für die neuen Materialsysteme sollen darüber hinaus selbst-organisierte Quantenpunktübergitter hergestellt werden um drei-dimensional geordnete Strukturen zu erhalten und die von uns entwickelten theoretischen Modelle zu Beschreibung dieser Ordnungphänomene zu verbessern. Die optischen und elektronischen Eigenschaften der Quantenpunkte werden mittels Infrarot-Spektroskopie untersucht werden, wobei das Endziel die Entwicklung von Quantenpunktstrukturen mit effizienten Lumineszenzeigenschaften für Infrarot- Quantenpunktlaser und Detektoren ist.

Das selbst-organisierte Wachstum von drei-dimensionalen Nanoinseln durch Abscheidung von gitterfehlangepaßten Heterostrukturen hat sich zu einer neuen effektiven Methode zur Herstellung von Halbeiterquantenpunkten entwickelt. Dies basiert auf der fundamentalen morphologischen Instabilität von gitterverspannten epitaktischen Schichten, hervorgerufen durch die effektive laterale Gitterrelaxation in freistehenden drei-dimensionalen Wachstumsinseln. Dies erlaubt die direkte Synthese von Quantenpunkten unter Vermeidung der Grenzflächenprobleme und technolo-gischen Schwierigkeiten von konventionellen lithographischen Herstellungsverfahren. In diesem Forschungsprojekt soll diese Methode zur Herstellung von neuartigen IV-VI Halbleiterquanten-punkten eingesetzt werden welche für optoelektronische Anwendungen im mittleren Infrarot- Spektralbereich von Interesse sind. Ziel des vorliegenden Projektes ist es die Einschränkungen der optischen Emmission der bisher untersuchten PbSe/PbEuTe Quantenpunkte auf Grund des geringen Quanteneinschlusses der freien Ladungsträger zu überwinden. Dazu sollen zwei verschie-dene Ansätze verfolgt werden: Einerseits soll durch Substitution von PbSe durch PbSnSe die Energielücke innerhalb der Quantenpunkte reduziert werden und damit das Einschlußpotential für das Valenz- und Leitungsband erhöht werden. Dies basiert auf der starken Reduktion der Energie-lücke von PbSnSe mit zunehmenden Sn-Gehalt. Im zweiten Ansatz sollen die zugverspannten PbSe Quantenpunkte durch druckverspannte PbTe Quantenpunkte ersetzt werden, wobei es durch die negativen Deformationspotentiale von PbTe zu einer dehnungsinduzierten Abnahme der Bandlücke kommt und damit ebenfalls ein verbesserter Ladungseinschluß erzielt werden kann. Die Wachstumseigenschaften der neuartigen Quantenpunkte sollen für beide Materialsysteme mit verschiedenen in situ als auch ex situ Methoden wie Elektronen- und Röntgenbeugung als auch Rastertunnel- und Atomkraftmikroskopie untersucht werden. Ziel ist dabei die Aufklärung wie Unterschiede in den Materialparametern das Wachstum und die Struktur der Quantenpunkte beeinflussen. Dies erlaubt allgemeine Regeln zur Optimierung der Wachstumsbedingungen abzuleiten um möglichst homogene Quantenpunkte zu erreichen und deren elektronische Eigenschaften gezielt einstellen zu können. Für die neuen Materialsysteme sollen darüber hinaus selbst-organisierte Quantenpunktübergitter hergestellt werden um drei-dimensional geordnete Strukturen zu erhalten und die von uns entwickelten theoretischen Modelle zu Beschreibung dieser Ordnungphänomene zu verbessern. Die optischen und elektronischen Eigenschaften der Quantenpunkte werden mittels Infrarot-Spektroskopie untersucht werden, wobei das Endziel die Entwicklung von Quantenpunktstrukturen mit effizienten Lumineszenzeigenschaften für Infrarot- Quantenpunktlaser und Detektoren ist.