Molecular beam epitaxy of InAs Quantum Dot and Quantum Dot molecule heterostructures
Creators: name: Verma, Akshay Kumar
Publisher: name: Universität Paderborn
Year: 2022

description: Verspannungsgetriebene selbstorganisierte InAs-QDs auf GaAs(100), die über den Stranski-Krastonov-Wachstumsmodus hergestellt wurden, sind wohl das am häufigsten untersuchte QD-System. Für verschiedene Anwendungen werden QD-Dichten in der Größenordnung von 1 pro QD m2 benötigt. Allerdings ist die Herstellung solch geringer Dichten aufgrund der extrem starken Abhängigkeit von der In-Menge recht anspruchsvoll. In dieser Arbeit werden selbstorganisierte InAs-Quantenpunkte (QDs) und Quantenpunktmoleküle (QDMs) durch Molekularstrahlepitaxie auf GaAs(100)-Substrat aufgewachsen. Im ersten Teil werden InAs-QDs mit niedriger Dichte unter Verwendung von zwei In-Deposition-Verfahren hergestellt: Der In-Gradient-Ansatz und der homogene In-Deposition-Ansatz mit anschließendem Tempern, um Dichten in der Größenordnung von 1x 107-108 QDs cm-2 zu erreichen. Beim In-Gradienten-Ansatz wird die Substratrotation während der In-Abscheidung gestoppt, entweder für die vollständige Abscheidung (Vollgradient) oder für die Hälfte der Abscheidungszeit (Halbgradient). Ein Vergleich der beiden In-Deposition-Schemata wurde durchgeführt, um ein besseres Verständnis der Region geringer Flächendichte zu erlangen. Beim Full-Gradienten erstreckt sich der Niedrig-Dichte-Bereich nur über einen kleinen Bereich entlang des Gradienten, was im besten Fall weniger als 10 % eines vollen 3"-Wafers entspricht, während er bei einem Half-Gradienten auf 15 % ansteigt Im Vergleich dazu konnten wir für den homogenen Abscheidungsansatz für mehr als 70 % eines 3"-Wafers eine QD-Dichte zwischen 1107 und 1108 QDs cm-2 erreichen. Dieser Prozess ist jedoch aufgrund der hohen Empfindlichkeit gegenüber der Substrattemperatur und der In-Menge weniger reproduzierbar. Die verschiedenen QD-Wachstumsparameter wie QD-Wachstumstemperatur,
description: Strain-driven self-assembled InAs quantum dots (QDs) on GaAs(100) substrates fabricated via the Stranski-Krastanov (S-K) growth mode is evidently the most widely studied QD system. QD densities in the order of 1 QD per m2 are required for different applications. However, preparing such low densities is challenging due to the extreme dependence on the Indium (In) amount. In this work, self-assembled InAs QDs and quantum dot molecules (QDMs) are grown on GaAs(100) substrate by the molecular beam epitaxy (MBE). In the first part, low-density InAs QDs are fabricated using two In-deposition schemes: the In-gradient approach and the homogenous In-deposition approach with subsequent annealing to attain densities in the order of 1 107-108 QDs cm-2. In the In-gradient approach, the substrate rotation is stopped during In-deposition, either for the full deposition (full-gradient) or for half of the deposition time (half-gradient). A comparison of the two In-deposition schemes has been done to better comprehend low areal density coverage For the full-gradient, the low-density region stretches only over a small area along the gradient, which corresponds in the best case to less than 10 % of a full 3" wafer, whereas for a half-gradient, it increases to 15 %. In comparison, for the homogenous deposition approach, we were able to achieve for more than 70% of a 3" wafer a QD density between 1107 and 1108 QDs cm-2. However, this process is less reproducible due to the high sensitivity to the substrate temperature and the In amount. In the second part various QD growth parameters, such as QD growth temperature, growth interruption, and In-flux, are studied to observe the QD size modification leading to emission wavelength variation. In the last part of this work, QDM heterostructures for electron and hole storage were fabricated. ...