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Uniaxial stress flips the natural quantization axis of a quantum dot for integrated quantum photonics
The optical selection rules in epitaxial quantum dots are strongly influenced by the orientation of their natural quantization axis, which is usually parallel to the growth direction. This configuration is well suited for vertically emitting devices, but not for planar photonic circuits because of the poorly controlled orientation of the transition dipoles in the growth plane. Here we show that the quantization axis of gallium arsenide dots can be flipped into the growth plane via moderate in-plane uniaxial stress. By using piezoelectric strain-actuators featuring strain amplification, we study the evolution of the selection rules and excitonic fine structure in a regime, in which quantum confinement can be regarded as a perturbation compared to strain in determining the symmetry-properties of the system. The experimental and computational results suggest that uniaxial stress may be the right tool to obtain quantum-light sources with ideally oriented transition dipoles and enhanced oscillator strengths for integrated quantum photonics.
Wachstum und Charakterisierung von Seltenerdoxiden und Magnesiumoxid auf Galliumarsenid-Substraten
Die Erzeugung spinpolarisierter Ladungsträger in einem Halbleiter gilt als Grundvoraussetzung zur Realisierung spintronischer Bauelemente. Einen möglichen Ansatz zu deren Realisierung stellen Ferromagnet/Halbleiter(FM/HL)-Hybridstrukturen dar, deren Herstellung jedoch mit einigen Schwierigkeiten verbunden ist. Durch die Vermischung des ferromagnetischen Materials mit dem Halbleiter werden die elektronischen Eigenschaften der Hybridstruktur verändert und die Spininjektionseffizienz stark verringert. Durch das gezielte Einfügen einer dünnen Oxidschicht in den FM/HL-Grenzübergang kann die Diffusion unterdrückt, die Kristallqualität verbessert und die Effizienz der Struktur erhöht werden. Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Wachstum und der Charakterisierung dünner Oxidschichten, hergestellt mittels Molekularstrahlepitaxie. Zwei Seltenerdoxide, La2O3 und Lu2O3, werden auf GaAs-Substraten gewachsen und die Kristallqualität der Schichten miteinander verglichen. Mit der Heusler-Legierung Co2FeSi als Injektorschicht wird eine FM/Oxid/HL-Hybridstruktur auf Basis einer La2O3/GaAs(111)B-Struktur realisiert und magnetisch und elektrisch charakterisiert. Ein häufig verwendetes Barrierenmaterial in FM/HL-Hybridstrukturen ist Magnesiumoxid (MgO). In dieser Arbeit werden dünne MgO-Schichten auf GaAs(001) an der PHARAO-Wachstumsanlage am BESSY II erzeugt. Dies geschieht durch getrenntes Verdampfen von metallischem Mg bzw. Einleiten von molekularem Sauerstoff in die Wachstumskammer. Um die Oxidation des Halbleitersubstrats zu verhindern, wird vor dem MgO-Wachstum eine dünne Mg-Schicht abgeschieden. Abhängig von der Dicke dieser Schicht sind zwei in-plane-Orientierungen des MgO relativ zum GaAs kontrolliert einstellbar. Darüber hinaus werden Hybridstrukturen mit Eisen Fe als Injektorschicht und schrittweise erhöhter MgO-Schichtdicke gewachsen. Die Eindiffusion von Fe in das GaAs-Substrat nimmt mit zunehmender MgO-Schichtdicke um mehrere Größenordnungen ab.
On unwanted nucleation phenomena at the wall of a VGF chamber
This is preliminary study on a phenomenon that happens during crystal growth of GaAs in a vertical gradient freeze (VGF) device. Here unwanted polycrystals nucleate at the chamber wall and move into the interior of the crystal. This happens within an undercooled region in the vicinity of the triple point, where the liquid-solid interface meets the chamber wall. The size and shape of that region is modelled by the Gibbs-Thomson law, which will be rederived in this paper. Hereafter we identify the crucial parameter, whose proper adjustment may minimize the undercooled region.