Nanostrukturen in Halbleiterbauelementen

Die vorliegende Arbeit ist ein Beitrag zur Charakterisierung von Halbleiter-Nanostrukturen, wie sie in modernen Quantenstrukturbauelementen, z. B. in Halbleiterlasern, Anwendung finden. Sie beleuchtet anhand zweier Konzepte die Anforderungen und Spezifikationen sowohl an das Material als auch an den Bauelemententwurf. Dabei handelt es sich einerseits um einen aus InGaAs/InP-Quantenfilmen aufgebauten Kaskadenlaser und andererseits um einen InGaAs/InP-Quantendrahtlaser. Photolumineszenz-Spektroskopie und Rasterkraft-Mikroskopie sind die wesentlichen Methoden, die zur Kontrolle des Herstellungsprozesses (metallorganische Gasphasenepitaxie) eingesetzt werden. Sie ermöglichen es, Quantenstrukturen mit definierten Abmessungen und Zusammensetzungen zu realisieren, sowie ihre Homogenität zu optimieren. Die Schichtdicken-Inhomogenität epitaktischer Quantenfilme beträgt z.B. weniger als 0,2 nm und liegt somit unter einer molekularen Monolage. Weiterhin werden die zwei Kerneffekte des Quantenkaskadenlasers, nämlich Intersubbandübergänge in Quantenfilmen sowie das Tunneln von Elektronen durch Potentialbarrieren, betrachtet. Letztere Untersuchungen münden in einer neuen Methode zur Bestimmung von Dotierstoffkonzentrationen in Nanostrukturbaulementen. Auch fließen sie bei der technologischen Optimierung des als Prototyp vorhandenen Quantendrahtlasers ein. Neben den kontrolliert hergestellten zwei- bzw. eindimensionalen Quantenstrukturen werden abschließend quasi-nulldimensionale sogenannte selbstorganisierte InP-Nanoinseln (Quantenpunkte) bzgl. ihrer statistischen Größenverteilung charakterisiert.