Titelaufnahme
Titelaufnahme
- TitelAdaptation of local droplet etching for InGaAs/InAlAs quantum dot fabrication towards telecom C-band emission / Author: Dennis Deutsch, Supervisor: Prof. Dr. Dirk Reuter
- Autor
- Gutachter
- Erschienen
- Umfang1 Online-Ressource (xvii, 137 Seiten) : Diagramme
- HochschulschriftUniversität Paderborn, Dissertation, 2026
- AnmerkungTag der Verteidigung: 20.05.2026
- Verteidigung2026-05-20
- SpracheEnglisch
- DokumenttypDissertation
- Schlagwörter (GND)
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Zusammenfassung
Halbleiter-Quantenpunkte haben sich als eine vielversprechende Plattform für deterministische Photonenquellen erwiesen. Besonders GaAs/Al(x)Ga(1-x)As-Quantenpunkte, die epitaktisch mittels der Lokalen Tröpfchen-Ätzen-Methode hergestellt werden, gelten derzeit als der Goldstandard für die Erzeugung von polarisationsverschränkten Photonenpaaren. Hierbei werden nanometergroße Löcher in Halbleiterschichten durch Tröpfchenätzung generiert, die anschließend gefüllt und überwachsen werden, sodass spannungsfreie Quantenpunkte mit ausgezeichneter Symmetrie und geringer Feinstrukturaufspaltung entstehen. In dieser Arbeit wurde diese Methode auf das InP/In(x)Al(1-x)As/In(y)Ga(1-y)As Materialsystem übertragen, um die Emission der Quantenpunkte in die optischen Telekom-Bänder zu verschieben. Die Proben wurden mittels Molekularstrahlepitaxie hergestellt und mit Rasterkraftmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie, hochauflösender Röntgenbeugung und Photolumineszenz-Spektroskopie charakterisiert. Die Lochbildung auf InP-gitterangepassten In(0.52)Al(0.48)As-Schichten wurde optimiert, indem der Einfluss von Temperatur, Arsenfluss, Materialfluss, Abscheidungsmenge, Ätzzeit und Tropfenzusammensetzung untersucht wurde. Die Löcher wurden anschließend mit In(y)Ga(1-y)As gefüllt und mit In(0.52)Al(0.48)As überwachsen, sodass Quantenpunkte mit bis zu 1.55 µm Emission entstanden. Abschließend wurde der Prozess zudem auf In(x)Al(1-x)As-Schichten, die auf In(y)Ga(1-y)As/GaAs-metamorphen Pufferschichten gewachsen wurden, ausgeweitet.
Abstract
Semiconductor quantum dots have emerged as a highly promising platform for on-demand photon sources. In particular, GaAs/Al(x)Ga(1-x)As quantum dots, grown epitaxially via the local droplet etching method, have emerged as the current gold standard for polarization-entangled photon pair generation. In this method, group-III droplets etch nanometer-sized holes into semiconductor layers, which are subsequently infilled and overgrown to form nominally strain-free quantum dots with excellent in-plane symmetry, exhibiting very low excitonic fine-structure splitting. In this work, the method was adapted to the InP/In(x)Al(1-x)As/In(y)Ga(1-y)As material platform to extend quantum dot emission into the optical telecom bands. Samples were grown by molecular beam epitaxy and characterized using atomic force microscopy, scanning electron microscopy, high-resolution X-ray diffraction, and photoluminescence spectroscopy. Nanohole formation on In(0.52)Al(0.48)As layers lattice-matched to InP was systematically optimized by investigating the influence of temperature, arsenic flux, droplet material flux, droplet material amount, etching time, and droplet composition. The nanoholes were then infilled with In(y)Ga(1-y)As and overgrown with In(0.52)Al(0.48)As, to produce quantum dots whose emission could be tuned to 1.55 µm. To assess compatibility with GaAs-based platforms, the process was further transferred to In(x)Al(1-x)As layers grown on In(y)Ga(1-y)As/GaAs metamorphic buffer structures.
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