Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät

Institut für Physik

Fachgebiet: Experimentalphysik (Halbleiteroptik)

Betreuer: Prof. Dr. Heinrich Stolz



Dipl. Phys. Gerolf Karl Gerfried Burau
(e-mail: gerolf.burau@uni-rostock.de )

Räumliche und spektrale Untersuchung der Resonanzfluoreszenz von Halbleiterstrukturen

In der Promotionsarbeit wurden Messungen an resonant angeregte gebundene Elektron-Lochpaare (Exzitonen) in ungeordneten Quantenfilmen mit einem eigens für diese Untersuchungen angefertigten 4Pi-Mikroskop-Durchfluss-Kryostaten durchgeführt. Dieser spezielle Kryostat mit integrierten Mikroskopobjektiven ermöglicht eine sehr hohe räumliche Auflösung von 620 nm (bei einer Wellenlänge von 812 nm) und eine große "Lichtausbeute" der Emission von den lokalisierten Quantenfilmexzitonen. Somit konnten einzelne kleine exzitonische Insellokalisierungen in Abhängigkeit von der Anregungsdichte und der Probentemperatur beobachtet werden. Es zeigte sich für diese, dass mit zunehmender Anregungsleistung die gebundenen Elektron-Loch-Zustände in ein Kontinuum von ungebundenen Elektronen und Löchern (E-L-Plasma) übergehen mit gleichzeitiger Energieverschiebung. Dieses Verhalten stimmt sehr genau mit den theoretischen Vorhersagen überein. Desweiteren konnte eine temperaturabhängige räumliche Intensitätsverteilung der Resonanzfluoreszenz experimentell beobachtet und mit Hilfe eines selbst entwickelten Modells "temperaturabhängige Resonanzverbreiterung" mittels Kopplung der Exzitonen an die Gitterschwingungen des Halbleitermaterials beschrieben werden. Im zweiten Teil der Arbeit wurde durch optische Anregung die Kopplung von einem bzw. mehreren Quantenpunkt(en) mit unterschiedlich großen Mikrosäulenresonatoren spektral und räumlich hochauflösend untersucht. Hierbei hat sich gezeigt, dass die räumliche Haupt-Mode der verschieden stark gekoppelten Quantenpunkt-Mikroresonator-Systeme sich voneinander unterscheiden.

In the doctoral dissertation measurements on resonant excited bounded electron-hole-pairs (excitons) in disordered quantum wells were taken with a special developed 4pi-microscope-cryostat. This special cryostat with integrated microscope objectivs offers a spatial resolution of 620 nm (at a wavelength of 812 nm) and a high light efficiency from the emission of the localized quantum-well-excitons. Thus it was possible to observe single excitonic clusters in dependence of the excitation density. It was shown that for this states with increasing excitation density the bounded electrone-hole-pairs go over to a continuum from unbounded electrons and holes (e-h-plasma), with a energy shift. This behaviour is also a result of the theoretical calculations. Forthermore the temperature dependence of the intensity distribution from the resonance fluorescence was experimental observed and with the help of a self developed model ("temperature dependend resonance widening") the coupling of the excitons with the phonons from the semiconductor was described. In the second part of this work the optical excitation from coupled quantumdots with a micropillar (microcavity) was observed with a high spatial and spectral resolution.