Abstract:

Ziel dieser Arbeit war es, die analytischen Methoden der Raster-Transmissionselektronenmikroskopie zur Untersuchung selbstorganisierter In(Ga)As-Quantenstrukturen anzuwenden. Mit den abbildenden Methoden Z-Kontrast und Hellfeld (Ortsauflösungen im Subnanometerbereich) und insbesondere mit den Möglichkeiten der quantitativen chemischen EELS-Analyse (Elektronenenergieverlustspektroskopie; Genauigkeit elementabhängig ca. 1-2 %) des Raster-Transmissionselektronenmikroskops (RTEMs) sollten grundsätzliche Fragestellungen hinsichtlich der Morphologie und der chemischen Eigenschaften selbstorganisierter Quantenstrukturen beantwortet werden, um hierdurch die Herstellung optimierter Quantenstrukturen zu ermöglichen. Durch die hohe Ortsauflösung des RTEMs konnten u.a. essentielle morphologische und strukturelle Parameter im Wachstumsverhalten von „Dot in a Well“-Strukturen (DWell) und von vertikal korrelierten Quantum Dots (QDs) analysiert werden. Zur Optimierung von DWell-Strukturen wurden Proben untersucht, deren nominelle InAs-QD-Wachstumsposition innerhalb des einbettenden InGaAs-Quantum Wells (QWs) gezielt variiert wurde. Die RTEM-Messungen zeigten, dass eine Verringerung der unteren InGaAs-Schichtdicke im Vergleich zur Dicke der oberen InGaAs-Schicht zu einer deutlich symmetrischeren Einbettung des QDs in die InGaAs-Matrix des QWs führt. In sehr guter Übereinstimmung zum gefundenen Wachstumsverhalten zeigte die Probe mit symmetrischer DWell-Struktur bessere optische Eigenschaften, wie eine geringere PL-Peak-Linienbreite, eine höhere absolute PL-Intensität und eine geringere Schwellstromdichte entsprechender Laser-Dioden. Zur Untersuchung von vertikal korrelierten QDs wurden mit den ortsaufgelösten Methoden der Raster-Transmissionselektronenmikroskopie Proben mit zwei Lagen nominell identischer InGaAs-QDs untersucht, deren GaAs-Barrierendicke gezielt variiert wurde. Es konnte gezeigt werden, dass die Verringerung der Barrierendicke sich stark auf die räumliche vertikale Korrelation auswirkt.