Molekularstrahlepitaxie-Anlage
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Anlage wurde zur Herstellung von hochqualitativen Heterostrukturen im (In,Ga,Al)As-System eingesetzt. Insbesondere wurden Heterostrukturen mit eingebetteten InAs-Quantenpunkten, sogenannten künstlichen Atomen, hergestellt. Die InAs-Quantenpunkte wurden dabei durch verspannungsinduzierte Epitaxie in einer GaAs-Matrix erzeugt. An diesen Proben wurden sehr schmale Linienbreiten von 1,6 µeV mittels Photostromspektroskopie, also in Absorption, beobachtet, was auf eine sehr hohe Kristallqualität hindeutet. Mit diesen Proben konnte eine ultra-schnelle kohärente elektrische Zustandskontrolle des Exzitons gezeigt werden. Dies erlaubt die elektrische Präparation eines definierten Quantenzustandes (Qubit), was bisher für Exzitonen nur optisch möglich war. Dies ist ein Fortschritt in Richtung auf kompakte Bauelemente für die Quanteninformationstechnologie. Neben den verspannten InAs-Quantenpunkten wurden mit der Anlage auch Untersuchungen zum Wachstum von Quantenpunkten mittel Tröpfchenepitaxie durchgeführt. Mit dieser Methode lassen sich auch unverspannte Quantenpunkte erzeugen, wobei wir uns auf GaAs-Quantenpunkte in einer AlxGa1-xAs-Matrix konzentriert haben. Es ist gelungen, zum ersten Mal solche Quantenpunkte auf einer fehlorientierten GaAs(111)B-Oberfläche zu erzeugen. Dabei hat sich gezeigt, dass man im Vergleich zur GaAs(100)- und GaAs(111)A-Oberfläche bei signifikant niedrigeren Temperaturen arbeiten muss. Dies liegt an der höheren Beweglichkeit der Ga-Atome auf dieser Oberfläche. Nach einem ex-situ Temperschritt sind diese Quantenpunkte optisch aktiv und zeigen Photolumineszenz bei etwa 790 nm (14 K). Diese Quantenpunkte bieten das Potenzial, als Quellen für verschränkte Photonenpaare eingesetzt zu werden. Mittels einer Lochmaske auf Basis einer Si3N4-Membran auf einem Si-Rahmen konnten wir Gallium selektiv an vorbestimmten Positionen auf der Oberfläche abscheiden und so Gallium-Tröpfchen mit einer Positioniergenauigkeit von ±50 nm herstellen, was die Möglichkeit eröffnet, GaAs-Quantenpunkte an vorbestimmten Positionen zu erzeugen. Durch Optimierung des Abscheidevorgangs konnte die Wahrscheinlichkeit, pro Apertur in der Maske genau ein Tröpfchen zu erzeugen, auf über 90 % erhöht werden. Durch diese Positionskontrolle eröffnet sich die Möglichkeit, einzelne Quantenpunkte besser in Bauelemente zu integrieren.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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A modified gradient approach for the growth of low-density InAs quantum dot molecules by molecular beam epitaxy, J. Crystal Growth 477, 225 (2017)
N. Sharma, and D. Reuter
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Robust Si3N4 masks for 100 nm selective area epitaxy of GaAs-based nanostructures, Microelectronic Engineering 180, 35 (2017)
V. Zolatanosha, and D. Reuter
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Formation of selfassembled GaAs quantum dots via droplet epitaxy on misoriented GaAs(111)B substrates, J. Vac. Sci. Technol. B 36, 02D106 (2018)
A. Trapp and D. Reuter
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Site-controlled droplet epitaxy of GaAs quantum dots by deposition through shadow masks, J. Vac. Sci. Technol. B 36, 02D105 (2018)
V. Zolatanosha and D. Reuter
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Ultrafast electric phase control of a single exciton qubit, Appl. Phys. Lett. 112, 111105 (2018)
A. Widhalm, A. Mukherjee, S. Krehs, N. Sharma, P. Kölling, A. Thiede, D. Reuter, J. Förster and A. Zrenner
