Stickstoffinduzierte Bandbildung in den metastabilen Halbleitersystemen Ga(N,As) und (Ga,In)(N,As)

In der vorliegenden Arbeit wurden grundlegende physikalische Eigenschaften der metastabilen Halbleitersysteme Ga(N,As) und (Ga,In)(N,As) vorgestellt. Es werden die großen Veränderungen der optischen Eigenschaften durch den Einbau von Stickstoff beschrieben. Durch den großen Unterschied in Elektronegativität und Größe wirkt der Einbau des Stickstoffatoms an der Stelle des Arsenatoms als große Störung in diesem Materialsystem. In einkristallinen Ga(N,As) Schichten existieren stickstoffartige, lokalisierte Zustände bis zu einer Stickstoffkonzentration von fast xN=1%, wobei die stickstoffinduzierte Rotverschiebung der Bandlücke des GaNxAs1-x Mischkristalls bei sehr kleinen Konzentrationen einsetzt. Schon für xN=0.043% ist eine deutliche Rotverschiebung der Bandlücke zu beobachten. Ein neues stickstoffinduziertes Band wurde für xN=0.21% gefunden, welches mit Erhöhung von xN zu höheren Energien verschiebt. Die Rotverschiebung der Bandlücke und die Blauverschiebung des neuen stickstoffinduzierten Bandes kann qualitativ durch eine Bandabstoßung zwischen der ungestörten Bandkante des stickstofffreien Materials und dem lokalisierten isoelektronischen Störstellenzustand, welcher etwa 200meV oberhalb der Leitungsbandkante liegt, beschrieben werden. Bei dem quaternären Halbleitermaterialsystem (Ga,In)(N,As) gibt es einen großen Zusammenhang zwischen der globalen Bandstruktur und der lokalen Umgebung der isoelektronischen Störstelle. Die Umgebung des N-Atoms kann z.B. durch nachträgliches Hydrogenieren verändert werden. Bei der Hydrogenierung geht das H-Atom fast ausschließlich Bindungen mit dem N-Atom ein, und es werden unterschiedliche N-Hn Komplexe gebildet. Die Bildung dieser N-Hn Komplexe kompensiert den Größenunterschied zwischen dem As- und dem N-Atom und sättigt die Elektronenbindungen des N-Atoms ab. Es wird also die große Störung des Kristallgitters durch den Einbau der isoelektronischen Störstelle verringert oder komplett aufgehoben. Die Folge daraus ist, dass die beobachtete elektronische Bandstruktur des vollständig hydrogenierten GaNxAs1-x gleich der von stickstofffreiem GaAs ist. Bei dem nachträglichen Ausheizen von Ga1-yInyNxAs1-x sind die Veränderungen der elektronischen Bandstruktur ähnlich. Bei kontrollierten Ausheizbedingungen ist es möglich, eine Umordnung der lokalen Stickstoffumgebung hervorzurufen. So kann das Stickstoffatom von einer galliumreicheren Umgebung, zu einer indiumreicheren Umgebung umgesetzt werden. Jede Konfiguration der nächsten-Nachbar-Umgebung des N-Atoms besitzt eine unterschiedliche Bandlückenenergie, was mittels Modulationsspektroskopie aufgelöst und somit nachgewiesen werden konnte. Unter der Annahme, dass eine theoretische Beschreibung der elektronischen Bandstruktur des quaternären Ga1-yInyNxAs1-x Materialsystems mit Hilfe von einem k·P Modell möglich ist, stehen im dritten Ergebnisteil der Arbeit die elektronischen Zustände von GaNxAs1-x/GaAs Quantenschichtstrukturen und deren theoretische Beschreibung im Mittelpunkt. Alleine mit dem einfachen Bandabstoßungsmodell kann eine große Anzahl von experimentell gefundenen Bandstrukturveränderungen durch den Einbau von Stickstoff beschrieben werden. Diese stickstoffinduzierten Veränderungen sind in den Quantenschichtstrukturen die Nicht-Parabolizität der Leitungsbanddispersion und die starke Abhängigkeit der effektiven Elektronenmasse von der Stickstoffkonzentration. Durch die Kombination mit dem Bandabstoßungsmodell wurde hier das für herkömmliche III-V Mischkristalle existierende 8-Band k·P Modell um zwei zusätzliche Spin-entartete, stickstoffartige Zustände erweitert. Es wurde durch den Vergleich der Ergebnisse dieses 10-Band k·P Modells mit experimentellen Daten für Interbandübergänge von verschiedenen GaNxAs1-x/GaAs Quantenschichtstrukturen ein Satz Materialparameter gewonnen. Dieser Parametersatz liefert in Verbindung mit dem k·P Modell eine gute Beschreibung der elektronischen Zustände von GaNxAs1-x /GaAs Quantenschichtstrukturen mit einer Stickstoffkonzentration 1% < xN < 4% und einer Quantenschichtbreite zwischen 2nm und 20nm. Das letzte Ergebniskapitel handelte von Ga0.77In0.23As/GaNxAs1-x und Ga0.70In0.30N0.005As0.995/GaNxAs1-x Quantenschichtstrukturen. Es wurde hier die stickstoffinduzierte Rotverschiebung gezielt genutzt, um das Leitungsband der Barriere unter das von der Quantenschicht zu schieben und so die Confinementsituation für die Elektronen entscheidend zu verändern. Es ist sogar möglich einen Bandanordnungswechsel von einer Typ I zu einer Typ II Banddiskontinuität hervorzurufen. So wurde für die Ga0.77In0.23As/GaNxAs1-x und die Ga0.70In0.30N0.005As0.995/GaNxAs1-x Quantenschichtstrukturserien ein Übergang von einer Typ I zu einer Typ II Banddiskontinuität bei einer Stickstoffkonzentration von xN=1% bzw. 3% gefunden. Eine genauere Beschreibung der gefundenen Quantenschichtübergänge mit Hilfe des 10-Band k·P Modells kann wertvolle Informationen über die Banddiskontinuitäten liefern

Magneto-optische und magnetische Untersuchungen an MBE gewachsenen MnS- und MnCrS-Strukturen

Im Hinblick auf die stetige Miniaturisierung bestehender elektronischer Bauelemente ist irgendwann der Punkt erreicht, bei dem sich die bekannten fundamentalen Eigenschaften der verwendeten Materialien aus der makroskopischen Welt grundlegende ändern. Da diese insbesondere für ferro- und antiferromagnetische Materialien noch zu großen Teilen unverstanden sind, wird anhand verschiedenster Zinkblende-Schichtsystemen aus ZnSe/MnS/ZnSe, die mithilfe der Molekularstrahlepitaxie auf ein GaAs-Substrat abgeschieden sind, der Frage nach den Eigenschaften dieser niederdimensionalen Materialien nachgegangen. Dabei wird neben dem Einfluss der Dimension durch sukzessive Reduktion der Schichtdicke des antiferromagnetischen Materials MnS auch die Wirkung des Einbaus von Chrom auf die magnetischen Eigenschaften von MnS untersucht. Der dabei beschrittene experimentelle Weg, bei dem eine charakteristische Emission der für die magnetische Ordnung des Mangans verantwortlichen 3d-Elektronen zeitaufgelöst aber auch in Abhängigkeit der Temperatur und eines externen Magnetfeldes untersucht wird, erlaubt eine detaillierte Studie der magnetischen Eigenschaften des MnS bis zu realen zweidimensionalen Systemen. Die erlangten experimentellen Befunde offenbaren unter anderem ein magnetisches Phasendiagramm bei der dünnsten MnS-Schicht (1.8nm), das ein zweidimensionales Heisenberg-Spinsystem mit einer uniaxialen Anisotropie entlang der Wachstumsrichtung der Probe postuliert. Die Verwendung „herkömmlicher“ Messverfahren, wie die SQUID-Magnetometrie oder die Elektronenspinresonanz, die jedoch aufgrund der geringen Anzahl an magnetischen Momenten an ihre Auflösungsgrenze stoßen, dient zusätzlich zur Bestätigung dieser Ergebnisse. Die an den MnS entwickelten Messkonzepte, können auf entsprechende MnCrS-Schichtsysteme mit verschiedenen Chromanteilen angewendet werden und attestieren diesen Materialsystemen neben einer mit dem Chromgehalt zunehmenden magnetischen Phasenübergangstemperatur auch einen dominanter werdenden ferromagnetischen Charakter

Elektronische Struktur und Kristallgittereigenschaften von metastabilen III-(N,V)-Halbleitersystemen

In III-V-Halbleitern stellt das Stickstoffatom aufgrund seiner geringen Größe und hohen Elektronegativität eine starke Störung der elektronischen Struktur und der Kristallgittereigenschaften dar. Die vorliegende Arbeit gibt für Ga-V-Halbleiter (V = P, As, Sb) einen Überblick über diese Einflüsse. An den ternären Mischkristallen Ga(N,P), Ga(N,As) und Ga(N,Sb) werden die Gitterschwingungen untersucht und Rückschlüsse auf die lokalen Bindungsverhältnisse der N-Atome gezogen. Die Ausbildung einer lokalisierten Gitterschwingung der N-Störstelle, die für Ga(N,As) und Ga(N,P) bereits früher beobachtet worden war, wird für Ga(N,Sb) bestätigt. Es werden erstmals Druckkoeffizienten sowohl der ausgedehnten Schwingungsmoden der Wirtsgitter, als auch der lokalisierten Schwingungsmoden der N-Atome in Ga(N,As) und Ga(N,P) bestimmt. In beiden Materialsystemen ist der Einfluß des Stickstoffeinbaus auf die Wirtsmoden gering. Die Druckkoeffizienten der N-Lokalmoden in beiden Legierungen sind erheblich größer als diejenigen der Gitterschwingungen binärer GaN-Kristalle. Unter Zuhilfenahme theoretischer Valenzkraftfeldberechnungen wird die Abhängigkeit der Kraftkonstante der Ga-N-Bindung von ihrer Bindungslänge ermittelt. Ga(N,P) und Ga(N,As) weisen dabei nahezu den gleichen Zusammenhang zwischen den beiden Größen auf. Dies belegt die starke Lokalisierung der Mode und die geringen Einflüsse der umgebenden Kristallmatrix auf die mechanischen Eigenschaften der Ga-N-Bindungen. Durch Untersuchungen der Schwingungsmoden im quaternären (Al,Ga)(N,As) werden exemplarisch die Einflüsse von Unordnung auf der nächsten Nachbarschale der N-Atome gezeigt. Ein zentraler Aspekt der Arbeit ist das Studium der Konzentrationsabhängigkeit optischer Übergänge in Ga(N,P) und Ga(N,As). Diese beiden Materialien verhalten sich bezüglich der relativen energetischen Anordnung von Wirtsleitungsbandminimum und N-Störstellenzuständen spiegelbildlich zueinander. In beiden Legierungen sind die Defektniveaus energetisch durch die räumliche Statistik der N-Atome bestimmt. In Ga(N,As) liegen die Defektniveaus größtenteils resonant zum Leitungsband. Aufgrund des großen Atomgrößenunterschieds zwischen N und As tritt eine starke Wechselwirkung zwischen Leitungsbandminimum E- und lokalisierten N-Zuständen auf. Dies führt zu einer starken Kopplung der N-Zustände und zu einer Konzentration ihrer Zustandsdichte bei einer scharf bestimmten Energie E+. Es findet eine Niveauabstoßung zwischen der N-induzierten Zustandsdichte E+ und dem Leitungsbandminimum E- statt, die hier durch ein phänomenologisches Zweiniveau-Abstoßungsmodell parametrisiert werden kann. In Ga(N,P), wo die Defektzustände innerhalb der Wirtsbandlücke auftreten und wegen des geringeren Atomgrößenunterschiedes zwischen N und P die Wechselwirkung schwächer ist, findet keine solche spektrale Konzentration der optischen Oszillatorstärke statt. Vielmehr bleiben die N-Zustände bis zu Konzentrationen im Prozentbereich über ein breites Energieintervall verteilt. Das Zweiniveaumodell kann ein solches Verhalten nicht beschreiben. Die Niveauabstoßung ist außerdem deutlich geringer als in Ga(N,As). Die beobachtete Rotverschiebung der Lumineszenz von Ga(N,P) mit wachsender N-Konzentration ist daher hauptsächlich durch die fortschreitende Bildung von nahen NN-Paaren und höheren Clustern bestimmt, und weniger durch die Bandabstoßung. Durch die in dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse über die Leitungsbandzustände in Ga(N,P) wird das LCINS-Modell („Linear Combination of Isolated Nitrogen States“) zur Beschreibung der elektronischen Struktur verdünnt-stickstoffhaltiger III-V-Halbleiter bestätigt [1]. Weiterhin werden starke Korrelationen zwischen der lokalen Stickstoffumgebung und der globalen elektronischen Struktur der Legierungshalbleiter gezeigt. So können die chemischen Bindungen der N-Atome in diesen Materialien durch nachträgliche Wasserstoffimplantation gezielt manipuliert werden. Die stickstoffinduzierten Veränderungen der optoelektronischen Eigenschaften werden dabei teilweise ausgeschaltet. In Ga(N,As) ist dieser Effekt sehr stark ausgeprägt, was mit einem nahezu vollständigen Verschwinden der Lokalmode im Ramanspektrum einhergeht. In (Al,Ga)(N,As) erweisen sich N-Atome in bestimmten Al-haltigen Nächste-Nachbar-Konfigurationen als stabiler gegen Reaktionen mit den H-Atomen als solche in anderen Konfigurationen. Auch in Ga(N,P) ist die durch H bewirkte elektronische Passivierung weniger vollständig als in Ga(N,As) und von der räumlichen Störstellenkonfiguration abhängig. Die in dieser Arbeit vorgestellten Ergebnisse liefern wichtige Ausgangsinformationen zur Entwicklung neuer optoelektronischer Bauelemente auf Basis verdünnt-stickstoffhaltiger III-V-Halbleiter. [1]: A. Lindsay und E. P. O’Reilly, Phys. Rev. Lett. 93, 196402 (2004)

Optical Spectroscopy of Functionalized Semiconductor Heterostructures - Investigation of III-N-V/Silicon and III-Sb-V/GaAs Heterostructures for Laser Applications

Semiconductor lasers are widely used in all areas of everyday life. They can be found in personal computers, TVs, CD and DVD players, printers and laser pointers, just to name a few. However, a very important field they are used in is optical communication. This thesis tackles two of the major challenges in this field. First, on short distances, i.e. on-chip or chip-to-chip, data is usually transmitted using electrical wires. However, the interconnects between different parts of the processor are actually the limiting factor for device performance. Additionally, the power dissipated due to the interconnects on a chip is significant. Therefore, it is reasonable to consider other approaches to transfer data on-chip and between chips. One possibility is changing the means of data transfer from electrical to optical providing faster interconnects and a higher energy efficiency. To do so, efficient and stable lasers on silicon substrates are needed. Even though optically driven silicon lasing has been demonstrated in the past, silicon is not the first choice because of its indirect band gap. Using other semiconductor materials such as Ga(N,As,P), which is investigated here, is a reasonable choice for optoelectronic integration for the following reasons. For As contents exceeding 70%, the quaternary Ga(N,As,P) is a direct band gap semiconductor that can be grown lattice matched to silicon using standard MOVPE techniques. Furthermore, laser operation at up 150 K - and at RT on GaP substrates - has already been demonstrated. However, from this it becomes clear that further device improvements are necessary to reach RT lasing. This thesis investigates the interplay of optical properties, alloy disorder and structural changes in Ga(N,As,P)/Si heterostructures to get a better understanding of this material. The influence of several growth and annealing parameters and processes on the optical properties is investigated as well as the influence of different sample structures and heterostructure layouts. To reveal the optical properties photoluminescence spectroscopy experiments are performed. In conjunction with structural investigation by Transmission Electron Microscopy the role of structural changes due to growth and annealing procedures and their influence on the optical properties is revealed and discussed. These results not only yield a better understanding of the complex interplay of growth parameters/structural design and optical response, but also can be used as feedback for subsequent growth of further samples leading to better device performance. Furthermore, the band offset, which is a critical parameter of a heterostructure for laser operation, is determined experimentally for the first time. The second part of this thesis deals with light sources for long-range optical communication, which is usually done using optical fibers. These optical fibers are operated best at 1.3 µm or 1.55 µm where the losses are minimal and the dispersion is closest to zero. Semiconductor lasers operating in this wavelength regime are usually made of (Ga,In)(As,P) or (Al,Ga,In)As on InP substrates. Their efficiency is somewhat poor as much of the pump power is converted to heat due to non-radiative processes. One of the most dominant processes is the Auger recombination, where the recombining electron and hole transfer their energy to another charge carrier as kinetic energy rather than creating a photon, which is emitted. To overcome these issues it is helpful to use type-II devices where the recombining electrons and holes are confined in different materials and spatially separated. In such a device the optical properties can be optimized while the Auger losses can be lowered. Additionally, such systems offer more degrees of freedom for device design as more and different materials can be used. In this thesis are investigated (Ga,In)As/Ga(N,As) heterostructures, which are used as type-II light sources in the range of 1.3 µm to 1.55 µm. Furthermore, (Ga,In)As/Ga(As,Sb) heterostructures serving the same purpose are investigated. Particular attention is paid to the influence of the interface these type-II devices inevitably have. Especially, reports on the influence of interfaces on the optical properties of these materials are lacking in the literature. The type-II PL is used as a non-destructive probe for the optical properties of such systems and their changes upon changing the interfaces. It is aimed to reveal the influence of the internal interfaces on the cw-photoluminescence as well as on the recombination dynamics and charge carrier (re-)distribution in the heterostructures. In particular, the latter ones are scarcely investigated in the literature. The optical properties will be correlated with different interface properties such as thickness and morphology. The influence of the interface on disorder is also investigated. Finally, the measurements are also used to determine the Ga(N,As)/GaAs and Ga(As,Sb)/GaAs band offsets, which are disputed in the literature

Energietransfer in funktionalisierten II-VI-Halbleiternanodrähten und kolloidalen Quantenpunkten

Das zeitliche Besetzungsverhalten angeregter Zustände ist durch den Energietransfer zu benachbarten Energieniveaus bestimmt. In dieser Arbeit wurden Halbleiternanodrähte und -quantenpunkte mit Hilfe der zeitaufgelösten Photolumineszenzspektroskopie hinsichtlich ihres Energietransfers untersucht. Die Abklingkonstanten der unterschiedlichen Lumineszenzzentren können im Bereich von wenigen Nanosekunden bis hin zu einigen Millisekunden bestimmt werden. Der Energietransfer zwischen den hier untersuchten Zentren ist, aufgrund der typischen Abstände im Bereich von einigen Nanometern, durch die gegenseitige Dipol-Dipol-Wechselwirkung bestimmt. Die Beschreibung dieser Wechselwirkung und dem damit verbundenen Transfer erfolgt im Rahmen des resonanten Energietransfermodells nach Theodor Förster. Aufgrund der verringerten Dimensionalität der untersuchten Halbleiterstrukturen muss das ursprüngliche Transfermodell so modifiziert werden, dass die besondere Morphologie der Probenstrukturen berücksichtigt wird. Der strahlungslose Energietransfer von einem angeregten Akzeptor zu einem Donator führt zu einer verringerten Lebensdauer des angeregten Akzeptorzustands. Aufgrund der statistischen Verteilung von Akzeptoren und Donatoren in einem Ensemble, zeigt das Abklingen der Donatorlumineszenz ein komplexes Verhalten, welches durch äußere Einflüsse stark modifiziert werden kann. Die korrekte Beschreibung des Energietransfers in niedrigdimensionalen Halbleiternanostrukturen führt zu einem besseren Verständnis der Dynamik von optisch aktiven Zuständen. Zusätzlich können die gewonnenen Erkenntnisse dafür genutzt werden bestehende Anwendungen deutlich zu verbessern und neue Konzepte zu etablieren

Optische und Magneto-optische Untersuchungen an zweidimensionalen Übergangsmetalldichalkogeniden und deren Heterostrukturen

Übergangsmetalldichalkogenide (TMDs) weisen eine sehr große Licht-Materie-Wechselwirkung auf. So absorbiert eine Lage bereits bis zu 20% des einfallenden Lichts. Verantwortlich für die starke Absorption sind die besonders stark gebundenen Exzitonen in diesen Systemen. Die besonderen Eigenschaften, welche im Monolagenfall den Spin der Elektronen mit dem Tal, in dem sie sich befinden, verknüpft, machen diese Materialien zu potentiellen „Spintronik“- Kandidaten. Dieses Kunstwort ist zusammengesetzt aus „Spin“ und „Elektronik“ und beschreibt Bauteile, bei welchen der Informationsfluss nicht über elektrische Ladung, sondern über deren Spineigenschaften erfolgt. Aufgrund der starken Exzitonenbindungsenergie und des zweidimensionalen Charakters der Übergangsmetalldichalkogenide sollte die unmittelbare Umgebung der Materialien einen bedeutenden Einfluss auf die optischen Eigenschaften der Lagen haben. Erste Untersuchungen konnten bereits substratspezifische Effekte feststellen, es fehlt jedoch bisher an systematischen Untersuchungen. Ziel dieser Arbeit war es im ersten Teil, solch eine systematische Untersuchung durchzuführen und durch Anwendung zahlreicher optischer Spektroskopiemethoden (Ramanspektroskopie, Photolumineszenzspektroskopie, Reflektionsspektroskopie) den Einfluss unterschiedlicher Substrate auf die optischen Eigenschaften der Lagen herauszufinden. Aufgrund der besonderen Spin-Tal-Eigenschaften der Übergangsmetalldichalkogenidmonolagen sind Messungen in externen Magnetfeldern gut geeignet, um ein tieferes fundamentales Verständnis der Vorgänge in diesen Materialien zu erlangen. Im zweiten Teil der Arbeit wurden deshalb Untersuchungen in starken externen Magnetfeldern durchgeführt

Über den Einfluss von isoelektronischen Störstellen auf Bandbiegung und Unordnung in Verbindungshalbleitern

Der Einfluss von isolektronischen Störstellen auf die Eigenschaften von Verbindungshalbleitern wird anhand zweier Beispiele diskutiert: Zum einen Stickstoff in Ga(As,P) Quantenschichtstrukturen, zum anderen Schwefel bzw. Selen in ZnTe Einkristallen. Die Eigenschaften werden hierbei auf zwei durch optische Spektroskopie erfassbare Aspekte reduziert: Bandbiegung, d.h. der nicht-lineare Trend der Bandlücke des Mischmaterials auf der einen und Unordnung, d.h. insbesondere die Bildung einer stark lokalisierter Zustandsdichte unterhalb der fundamentalen Bandlücke auf der anderen Seite. Neben der rein experimentellen Betrachtung wird auch ein Einblick in die theoretische Simulation der unordnungsbedingten temperaturabhängigen Lumineszenz-Eigenschaften der Halbleiter durch Monte-Carlo-Simulationen gegeben

Über die ungewöhnlichen optischen und magneto-optischen Eigenschaften von Mangan-dotiertem Zinkoxid

In den letzten Jahren wurde vermehrt versucht durch die Forschung an verdünnten magnetischen Halbleitern (DMS) das Gebiet der Spintronik zu erschließen. In der Spintronik soll nicht nur die Ladung des Elektrons, wie in der herkömmlichen Halbleiterelektronik, genutzt werden, sondern zusätzlich noch das magnetische Moment des Elektrons, der sogenannte Spin. Diese Materialien könnten dafür genutzt werden, neuartige Sensor- und Speichermethoden zu entwickeln. Dazu ist es essentiell eine genauere Kenntnis der elektronischen und magnetischen Eigenschaften dieser Materialien zu erlangen. Das in der vorliegenden Arbeit untersuchte Material ZnMnO ist ein vielversprechender Anwärter für den Bereich der Spintronik, da diesem in den theoretischen Arbeiten von Dietl et al. [1] Ferromagnetismus bei Raumtemperatur vorausgesagt wurde. Leider gibt es bis heute aber weder Einstimmigkeit darüber, ob Ferromagnetismus in diesem Material möglich ist, noch genauere Kenntnis über die zu Grunde liegenden elektronischen und magnetischen Eigenschaften. Denn wie sich herausstellt, verhält sich dieses Material im Vergleich zu den übrigen Vertretern der II-VI-DMS Familie anders als es der chemische Trend erwarten lässt. Es wurden ZnMnO-Kristalle im Rahmen der Promotion optisch und magnetooptisch untersucht, um so fundamentale Erkenntnisse über ihre optoelektronischen und optomagnetische Eigenschaften zu erhalten und damit eine Erklärung für das außergewöhnlich Verhalten des Materialsystems zu finden. Hierzu stand ein breiter Zugriff auf diverse experimentelle Methoden zur Verfügung, bei dem neben temperatur- und polarisationsabhängigen Photolumineszenzmessungen in externen Magnetfeldern auch Absorptionsmessungen sowie Ramanspektroskopische Untersuchungen eingesetzt wurden. Die daraus gewonnen Ergebnisse lieferten einen Zugang zu den Materialparameter der Exzitonen, aber auch ein eindeutiges Bild über das interne Mangansystem. Aufgrund dieser Erkenntnisse wurde deutlich, dass obwohl das Mangan im ZnO-Kristall auf den entsprechenden Zn-Gitterplätzen eingebaut ist, die d-Elektronen des Mangans jedoch nicht wie erwartet mit den Elektronen des Wirtskristalls hybridisieren und es aufgrund dessen nicht zu den magnetischen erwarteten großen Austauschwechselwirkungen kommt. Leider bedeutet dies auch, dass damit keine Spintronik mit diesem Material möglich sein wird. [1] T. Dietl et al. Science 287, 1019 (2000), PRB 63, 195205 (2001

Energietransfer in funktionalisierten II-VI-Halbleiternanodrähten und kolloidalen Quantenpunkten

Das zeitliche Besetzungsverhalten angeregter Zustände ist durch den Energietransfer zu benachbarten Energieniveaus bestimmt. In dieser Arbeit wurden Halbleiternanodrähte und -quantenpunkte mit Hilfe der zeitaufgelösten Photolumineszenzspektroskopie hinsichtlich ihres Energietransfers untersucht. Die Abklingkonstanten der unterschiedlichen Lumineszenzzentren können im Bereich von wenigen Nanosekunden bis hin zu einigen Millisekunden bestimmt werden. Der Energietransfer zwischen den hier untersuchten Zentren ist, aufgrund der typischen Abstände im Bereich von einigen Nanometern, durch die gegenseitige Dipol-Dipol-Wechselwirkung bestimmt. Die Beschreibung dieser Wechselwirkung und dem damit verbundenen Transfer erfolgt im Rahmen des resonanten Energietransfermodells nach Theodor Förster. Aufgrund der verringerten Dimensionalität der untersuchten Halbleiterstrukturen muss das ursprüngliche Transfermodell so modifiziert werden, dass die besondere Morphologie der Probenstrukturen berücksichtigt wird. Der strahlungslose Energietransfer von einem angeregten Akzeptor zu einem Donator führt zu einer verringerten Lebensdauer des angeregten Akzeptorzustands. Aufgrund der statistischen Verteilung von Akzeptoren und Donatoren in einem Ensemble, zeigt das Abklingen der Donatorlumineszenz ein komplexes Verhalten, welches durch äußere Einflüsse stark modifiziert werden kann. Die korrekte Beschreibung des Energietransfers in niedrigdimensionalen Halbleiternanostrukturen führt zu einem besseren Verständnis der Dynamik von optisch aktiven Zuständen. Zusätzlich können die gewonnenen Erkenntnisse dafür genutzt werden bestehende Anwendungen deutlich zu verbessern und neue Konzepte zu etablieren