Kurzfassung
In dieser Arbeit werden die exzitonischen Eigenschaften von
niederdimensionalen, auf dem Materialsystem GaAs-AlGaAs beruhenden
Nanostrukturen untersucht.
Mit Hilfe der Fourierspektroskopie werden Reflexionsmessungen an Quantumwells
durchgeführt. Die gute Qualität der Spektren ermöglicht eine detaillierte
Analyse der beobachteten Interbandübergänge. Ein zu diesem Zweck erstelltes
Programm berechnet aus der dielektrischen Funktion des Vielschichtsystems, in
das die untersuchten Quantumwells eingebettet sind, die Reflexion.
Beispielrechnungen zeigen, daß die Form des Spektrums an den Positionen der
Interbandübergänge stark vom gesamten Schichtsystem abhängt. Anhand der
Anpassung eines gerechneten Spektrums an eine Reflexionsmessung werden für die
drei Quantumwells verschiedener Dicke der untersuchten Probe die Parameter wie
die energetische Position, Oszillatorstärke und Halbwertsbreite der
exzitonischen Übergänge ermittelt und der Einfluß der Dicke der Quantumwells
diskutiert.
Im zweiten Teil dieses Abschnitts wird ein neuer Weg zur Messung der
Photoreflexion beschritten. Die Photoreflexion wird als Differenz zweier
Reflexionsspektren ermittelt, die mit und ohne zusätzliche Beleuchtung der
Probe aufgenommen werden. Zum Vergleich werden konventionelle
Photoreflexionsmessungen herangezogen, die die Änderung der Reflexion direkt
mit Lock-In-Technik messen. Anhand der Messungen an einer
Multiquantumwellprobe werden die beiden Verfahren diskutiert.
Zur Herstellung schmaler Quantendrähte wird das Verfahren des naßchemischen
Nachätzens erprobt. Mittels holographischer Lithographie und
Reaktiven-Ionen-Ätzens werden Quantendrähte einer Breite von 80 nm
hergestellt. Durch mehrfaches naßchemisches Nachätzen einer Probe werden
sukzessive kleinere Drahtbreiten bis zu 40 nm erreicht. Die Eigenschaften des
naßchemischen Prozesses in bezug auf das Profil der Quantendrähte und die
Homogenität der Probe werden dargestellt. Zur Untersuchung der elektronischen
und optischen Eigenschaften in Abhängigkeit von der Drahtbreite werden
zwischen den verschiedenen Präparationsschritten Photolumineszenzmessungen
durchgeführt. Anhand der Intensität und Halbwertsbreite der Lumineszenz wird
aufgezeigt, daß es sich bei dem naßchemischen Nachätzen um einen homogenen und
vergleichsweise schonenden Prozeß handelt. Der Einfluß der
Coulombwechselwirkung durch das einschließende laterale Potential in schmaler
werdenden Quantendrähten wird mit Magnetolumineszenzmessungen untersucht. Eine
abnehmende diamagnetische Verschiebung des exzitonischen Grundzustandes mit
abnehmender Drahtbreite wird beobachtet und auf die stärker werdende
Coulombwechselwirkung zurückgeführt.
In the present thesis we investigate the excitonic properties of low dimensional nanostructures based on GaAs--AlGaAs layer systems. By the means of Fourier transform spectroscopy, reflection measurements on quantum wells are performed. The high quality of the spectra allows a detailed analysis of the observed interband transitions. A specially developed software program computes the reflection from the dielectric function of the multilayer system containing the examined quantum wells. Calculations demonstrate a strong dependence of the spectral shape on the layer system characteristics at the interband transition positions. By fitting a reflection measurement with a computed spectrum the parameters such as energy position, oscillator strength, and half-width of the excitonic excitations are determined for the three quantum wells of different width contained in the sample. In particular we discuss the influence of the well width. In the second part of that chapter, a new method for the measurement of photoreflection has been applied. The photoreflection is determined by the subtraction of two different reflection spectra acquired with and without additional illumination of the sample. Conventional photoreflection measurements determining the change in reflection directly by lock-in technique are used by way of comparison. Both methods are discussed from the measurements on a multilayer quantum well sample. For the preparation of narrow quantum wires, the method of wet chemical post--etching is examined. By the means of holographic lithography and reactive ion etching quantum wires 80 nm in width are prepared. Through repeated wet chemical post--etching of the same sample wire widths successively decreasing as far as 40 nm are achieved. The properties of the wet chemical process concerning wire profile and homogeneity are presented. For the examination of the electronic and optical properties corresponding to the wire width, photoluminescence measurements are performed between subsequent preparation steps. From the achieved intensity and the half-width of the luminescence we demonstrate that wet chemical post--etching is a homogeneous and comparatively gentle process. We demonstrate the increased Coulomb interaction arising from the stronger confining potential in the narrow quantum wires using magnetoluminescence measurements. A decreasing diamagnetic shift of the excitonic ground level with decreasing wire width is observed and attributed to increasing Coulomb interaction.