Wachstum und Charakterisierung von Quantenpunkt-Mikrotürmchen mit adiabatischer Modenanpassung: = Growth and characterisation of quantum dot - micropillars with adiabatic mode transission
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Würzburg
2013
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BAYERISCHEN JULIUS^M AXIMILIANS^UNIVERSITAET
W UERZBURG
WACHSTUM UND CHARAKTERISIERUNG VON
QUANTENPUNKT - MIKROTUERMCHEN MIT
ADIABATISCHER M O D E N A I G
VORGELEGT VON MATTHIAS LERMER
AUS WUERZBURG
WUERZBURG 2013
INHALTSVERZEICHNIS
ZUSAMMENFASSUNG 1
SUMMARY 3
1 EINFUEHRUNG 5
2 GRUNDLAGEN UND THEORIE 9
2.1 DAS GALLIUMARSENID-MATERIALSYSTEM
.......................................................
9
2.1.1 RAEUMLICHE K
RISTALLSTRUKTUR...........................................................
9
2.1.2 ELEKTRONISCHE B A N D S TRU K TU
R........................................................ 10
2.2
QUANTENPUNKT-EXZITON.............................................................................
12
2.2.1 ELEKTRONISCHE ZUSTANDSDICHTE
....................................................
12
2.2.2 M ODELLEINESQ UANTENPUNKTES
....................................................
13
2.2.3 E X Z ITO
II.........................................................................................
13
2.2.4 DIPOLUEBERGANG
.............................................................................
14
2.2.5 QUANTENPUNKT IM M AG N ETFELD
....................................................
19
2.2.6 QUANTENPUNKT IM ELEKTRISCHEN F E L D
...........................................
19
2.3 PHOTONISCHER EINSCHLUSS IM MIKROTUERMCHEN
...............................................
20
2.3.1 BRAGG-SPIEGEL UND B LOCHM ODEN
.....................................................
20
2.3.2 M IKROTUERM
CHEN.................................................................................
22
2.3.3
FABRY-PEROT-MODELL...........................................................................26
2.3.4 ADIABATISCHE MODENANPASSUNG
........................................................
28
2.4 LICHT-MATERIE WECHSELWIRKUNG
..................................................................31
2.4.1 STARKE K O P P LU N G
..............................................................................
31
2.4.2 SCHWACHE
KOPPLUNG...........................................................................33
2.4.3
LASERBETRIEB.......................................................................................
34
3 WACHSTUM
*
PROZESSIERUNG UND CHARAKTERISIERUNG VON MIKROTURMCHEN 37
3.1
MOLEKULARSTRAHLEPITAXIE.................................................................................
37
3.1.1 AUFBAU UND F UNKTIONSPRINZIP
........................................................
37
3.1.2
WACHSTUMSPROZESSE...........................................................................39
3.1.3 SELBSTORGANISIERTE INAS/GAAS QUANTENPUNKTE ......... 40
3.2 PROZESSIERUNG VON M IKROTUERMCHEN
..............................................................
42
3.2.1 M IKROTUERM
CHEN.................................................................................
42
3.2.2 ELEKTRISCHE KONTAKTIERUNG VON MIKROTUERMCHEN ......... 42
3.3
LUMINESZENZMESSUNG....................................................................................
46
4 NACHTRAEGLICHES AUSHEILEN VON INAS/GAAS QUANTENPUNKTEN 49
4.1
AUSHEILROUTINE............................................................................................
49
4.2 SPEKTRALE EIGENSCHAFTEN DES QUANTENPUNKTENSEMBLES
......... 51
4.3 QUANTENPUNKTE IM M
AGNETFELD..............................................................53
4.4 ZUSAMMENFASSUNG DES KAPITELS
.................................................................
56
5 SPEKTRALE EIGENSCHAFTEN VON ADIABATISCHEN MIKROTURMCHEN 59
5.1 HERSTELLUNG VON ADIABATISCHEN M IKROTUERM CHEN
..................................
59
5.2 SPEKTRALE EIGENSCHAFTEN DER FUNDAMENTALEN RESONATORMODE ...... 62
5.3 Q FAKTOR DER FUNDAMENTALEN B L H 67
5.4 ZUSAMMENFASSUNG DES KAPITELS
.................................................................
69
6 LICHT-MATERIE-WECHSELWIRKUNG *
*
ADIABATISCHEN MIKROTUERMCHEN 71
6.1 BEWERTUNGSFAKTOREN DER W ECHSELWIRKUNG
..............................................
71
6.2 STARKE LICHT-MATERIE-WECHSELWIRKUNG
........................................................
73
6.3 L A S IN G
.............................................................................................................77
6.3.1 GEMITTELTER PURCELL.FAKTOR
..............................................................
77
6.3.2 CHARAKTERISTIKA DES LASERBETRIEBES
............................................... 79
6.3.3 DURCHMESSERVARIATION IM LASERBETRIEB
.........................................81
6.3.4 VON DER STARKEN KOPPLUNG ZUM LASINGREGIME .......... 85
6.4 ZUSAMMENFASSUNG DES KAPITELS
.................................................................
87
7 ELEKTRISCHER BETRIEB VON ADIABATISCHEN MIKROTURMCHEN 89
7.1 VORBETRACHTUNGEN ZUM ELEKTRISCHEN BETRIEB
.............................................
89
7.1.1
PROBENHERSTELLUNG..............................................................................89
7.1.2 SIMULATIONEN ZUM
BANDKANTENVERLAUF............................................ 91
7.1.3 ELEKTRISCHE C H ARAK TERISTIK
..............................................................
92
7.1.4 OPTISCHE QUALITAET DES R ESO N ATO RS
..................................................
94
7.2 PHOTO- UND ELEKTROLUM INESZENZ
.................................................................
95
7.2.1
EINZELQUANTENPUNKTSPEKTROSKOPIE..................................................
95
7.2.2 BESTIMMUNG DES PURCELL-FAKTORS
.................................................. 98
7.3 ZEITAUFGELOESTE
MESSUNGEN..............................................................................99
7.3.1 REKOMBINATIONSDYNAMIKEN UNTER GEPULSTER ANREGUNG ..... 100
7.3.2 BESTIMMUNG DES PURCELL-FAKTORS
...................................................
106
7.4 ZUSAMMENFASSUNG DES KAPITELS
................................................................107
ANHANG 109
LITERATURVERZEICHNIS 111
VEROEFFENTLICHUNGEN DES AUTORS 123
ZEITSCHRIFTENARTIKEL ALS E
RSTAUTOR.......................................................... 123
ZEITSCHRIFTENARTIKEL ALS K O A U TO R
.........................................................................123
KONFERENZBEITRAEGE.................................................................................................
124
DANKSAGUNG
127
VERSICHERUNG AN EDES STATT
129
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