Selbstordnende Quantenpunkte: Vom Festkörper zum Atom

Abstract

Beim Aufwachsen weniger Monolagen eines Halbleiters auf ein Substrat entstehen unter ganz speziellen Bedingungen — quasi von selbst — geordnete Inseln einheitlicher Größe im Nanometer‐Bereich. In diesen „Quantenpunkten”︁ ist die Energie der Ladungsträger vollständig quantisiert, so daß Quanteneffekte auch noch bei Zimmertemperatur auftreten. Quantenpunkte eignen sich wegen ihrer extremen elektronischen Eigenschaften, die schon lange vorausgesagt waren, hervorragend als aktives Medium in einem Halbleiterlaser. Quantenpunkt‐Laser, in denen dichte Felder übereinander gestapelter Quantenpunkte in einem Wellenleiter eingebettet sind, weisen kleine Schwellenströme auf, die zudem nahezu unabhängig von der Temperatur sind. Neben den ungewöhnlichen elektronischen und optischen Eigenschaften von Quantenpunkten behandelt der folgende Beitrag auch die Mechanismen des Wachstums. Es zeigt sich, daß Größe, Form sowie Ausrichtung der Quantenpunkte durch eine Hierarchie von Ordnungsmechanismen bestimmt werden. Selbstordnende Quantenpunkte sind die ersten Nanostrukturen im Größenbereich von 10 nm, die sich gezielt, reproduzierbar und auch in großen Mengen mit Standardmethoden der Halbleitertechnologie herstellen lassen. Die Rasanz der Entwicklung dieses jungen Gebiets ist sowohl in der aufregenden Physik als auch im großen technologischen Potential begründet.