Molecular beam epitaxy of quantum dots on misoriented GaAs(111)B by droplet epitaxy

Die Tröpfchenepitaxie-Methode (DE) wurde auf fehlorientiertem GaAs(111)B angewandt, um selbstorganisierte GaAs Quantenpunkte (QDs) per Molekularstrahlepitaxie herzustellen. In dem ersten Schritt wurde die glatte planare Abscheidung von (Al)GaAs auf dem Substrat optimiert. In dem nächsten Schritt wurden GaAs QDs mit Hilfe von DE auf AlGaAs hergestellt. Jeder DE-Schritt wurde einzeln optimiert und mit Rasterkraftmikroskopie analysiert. Eine Variation von Ga-Tröpfchenabscheidungstemperaturen wurde unter konstanter Abscheidungsmenge und -rate untersucht. Ein klarer Zusammenhang zur Tröpfchendichte wurde gefunden und mit einem Skalengesetz interpretiert. Tröpfchenform und -symmetrie wurden untersucht und ein Satz von Parametern, welcher die Dichte geeignet für strukturelle und optische Charakterisierungen hält, wurde identifiziert. Der Kristallisationsvorgang von Tröpfchen zu QDs wurde in Temperatur und Zeit variiert. Für vollendete Kristallisation erwiesen sich extrem niedrige Temperaturen und lange Zeiten als notwendig. Verglichen mit Berichten von ähnlichen Experimenten auf (100)- und (111)A-Substraten musste auf (111)B eine stark verringerte Temperatur in beiden Schritten genutzt werden.Nach Bedeckung und ex-situ Ausheilen waren die QDs optisch aktiv und zeigten Photolumineszenz. Ensemblemessungen der QDs mit breiten Emissionsspektra um 780 nm konnten bei 14 K erlangt werden. Einzelpunktlumineszenzmessungen ergaben exzitonische Linienbreiten von 0.2 meV.The droplet epitaxy (DE) method was applied to misoriented GaAs(111)B substrates to fabricate self-assembled GaAs quantum dots (QDs) by molecular beam epitaxy. In the first step the planar deposition of GaAs and AlGaAs on the substrate was optimized to yield smooth surfaces. The next step was to fabricate GaAs QDs on an AlGaAs surface by DE. As DE is a multistage process, each step was optimized and analyzed individually using atomic force microscopy. A variation of Ga droplet deposition temperatures was investigated while the amount and rate of deposited material were kept constant. A clear relation to the droplet density was found and interpreted using a scaling law approach. Droplet shape and symmetry were investigated and a set of parameters, which keeps a droplet density suitable for structural and optical characterization, was identified. The crystallization process from droplets to QDs was varied in temperature and time. For complete crystallization extremely low temperatures and long times turned out to be necessary. When compared to reports of similar experiments on (100) and (111)A substrates, strongly decreased temperatures had to be used on (111)B to achieve similar results in both steps. After capping and ex-situ annealing the QDs were optically active and showed photoluminescence. Ensemble measurements of the QDs with broad emission spectra around 780 nm could be acquired at 14 K. Single-dot luminescence revealed excitonic linewidths of 0.2 meV.submitted by Alexander Trapp né Karlisch ; [Doctoral committee: Prof. Dr. Dirk Reuter, Prof. Dr. Artur Zrenner]Tag der Verteidigung: 11.04.2019Universität Paderborn, Dissertation, 201