In dieser Arbeit werden Ergebnisse der Photolumineszenzspektroskopie an Halbleiterquantenpunkten vorgestellt. Es wurden unterschiedliche Quantenpunktsysteme untersucht: mit Methoden der kolloidalen Chemie hergestellte Nanokristalle, durch Monolagenfluktuationen bei epitaktischem Wachstum entstandene so genannte natürliche Quantenpunkte sowie selbstorganisiert gewachsene InAs-Quantenpunkte, die in GaAs oder in AlAs eingebettet waren.
Ein besonderer Fokus lag in dem Ziel, die Quantenpunkte einzeln zu spektroskopieren. Dazu wurde ein vorhandener Photolumineszenzaufbau mit einer neuen CCD-Kamera ausgestattet und die computergestützte Steuerung des Aufbaus neu entwickelt. Eine einfache, schnelle und kostengünstige Präparationsmethode wurde etabliert, die es mit Hilfe von kommerziell erhältlichen Latex-Kugeln erlaubt, Schattenmasken herzustellen, mit denen das optische Gesichtsfeld für die Untersuchung einzelner Quantenpunkte eingeschränkt wird.
Es wurden verschiedene Verfahren erprobt, um die Nanokristalle weit genug voneinander entfernt auf ein Substrat aufzubringen, um die Untersuchung an einzelnen Nanokristallen mit dem erweiterten Photolumineszenzaufbau zu ermöglichen. Die inhomogene Verbreiterung der Photolumineszenzspektren zeigt jedoch eine Beteiligung vieler Nanokristalle. Wir führen das auf die Bildung von Agglomeraten zurück.
Die Spektroskopie einzelner, natürlicher Quantenpunkte war erfolgreich und vertieft das Verständnis des Photolumineszenzsignals dünner Quantenfilme. Mit Magneto-Photolumineszenzmessungen wurden ein anormales Verhalten der Zeemanaufspaltung und eine starke Streuung des g-Faktors für verschiedene natürliche Quantenpunkte gefunden.
Für InAs/GaAs-Quantenpunkte kombinierten wir die Methoden der Kapazitäts- und Photolumineszenzspektroskopie. Die Quantenpunkte konnten gezielt mit Elektronen geladen, ihre optischen Eigenschaften und der Einfluss verschiedener Rückkontaktkonfigurationen untersucht werden.
Schließlich wurden InAs-Quantenpunkte mit AlAs-Barrieren hergestellt und optimiert. Sie zeigen eine Lumineszenz im sichtbaren Spektralbereich und konnten einzeln spektroskopiert werden. In Photolumineszenzanregungsmessungen wurden dabei effektive, phononunterstützte Anregungsprozesse und ein kontinuierlicher Absorptionsuntergrund gefunden.
In this work photoluminescence spectroscopy results for semiconductor quantum dots are presented. Several quantum-dot systems were investigated: colloidal chemistry synthesized nanocrystals, well-width fluctuations in epitaxial-growth formed so called natural quantum dots, and self-assembled InAs quantum dots embedded in either GaAs or AlAs.
One particular goal was to investigate single quantum dots. For this purpose a new CCD camera was added to an existing photoluminescence setup and the computer-aided automation of the experiment was redeveloped. A new, fast, and cheap method to prepare shadow masks, which restrict the field of view to investigate single quantum dots, was established by means of commercial available latex spheres.
Various procedures were tested to arrange the nanocrystals far enough from each others to permit spectroscopy on single nanocrystals with the enhanced setup. However, the inhomogeneously broadened photoluminescence spectra indicate the contribution of ensembles of the nanocrystals, which was attributed to agglomeration.
The Spectroscopy of single, natural quantum dots was successful and yielded a detailed understanding of the photoluminescence of narrow quantum wells. Magneto-photoluminescence showed an abnormal behavior of the Zeeman-splitting and a strong variation of the g-factor for different quantum dots.
Capacitance and photoluminescence spectroscopies were combined to investigate self-assembled InAs/GaAs quantum dots. We were able to control their charge, allowing us to investigate their optical properties as well as the effects of different back gate configurations.
Finally, self-assembled InAs/AlAs quantum dots were fabricated and optimized. These quantum dots emit luminescence in the visible spectral range, and single-dot spectroscopy is again possible. By means of photoluminescence excitation spectroscopy we found effective phonon-assisted excitation processes and a continuous absorption background.