Inkohärente Ladungsträgerdynamik
Die Ladungsträgerrelaxations- und Abkühldynamik ist der Schwerpunkt unserer Forschungsprojekte. Dabei verfolgen wir einen zweigleisigen Ansatz, indem wir sowohl absorptions- sowie auch emissionsartige Experimente betreiben. Somit erhalten wir komplementäre Informationen über diese Phänomene und erhalten so ein vollständigeres physikalisches Bild. Die Materialschwerpunkte lagen dabei in letzter Zeit auf Ga(AsBi), ZnO und Ge sowie den entsprechenden Derivaten.
Als neuartiges GaAs-basiertes Halbleitermaterialsystem für Telekommunikationslaser bietet Ga(AsBi) die Möglichkeit, die Valenzbandstruktur duch Zugabe von Bi maßzuschneidern. Der Einbau von Bi ist immer noch eine große technologische Herausforderung, so dass nur wenige Gruppen qualitativ hochwertige Strukturen synthetisieren können. Neben starker Neigung zur Oberflächensegregation kommt es auch zur Ausbildung von Bi-Clustern [1,5].
ZnO ist eines der am weitesten verbreiteten Halbleitermaterialien überhaupt und wird schon seit vielen Jahren als Material für transparente Elektronik und Emitter im Blauen / Ultravioleten (UV) diskutiert. Es zeichnet sich durch seine große Bandlücke, extrem starke Phononkopplung [4], sowie eine Exziton-Bindungsenergie von etwa 60meV aus, damit verbunden sind kleine Exziton Bohrradien im Bereich von etwa 2nm [3]. In jüngster Zeit können aufgrund fortgeschrittener Wachstumsmethoden Strukturen wie ZnO/(ZnMg)O Quantenfilme mit hoher struktureller Qualität hergestellt werden, deren optische Eigenschaften wir untersuchen.
Neben diesen direkten Materialien beschäftigen wir uns verstärkt mit der Ladungsträgerdynamik in Germanium. Dieses Material hat eine indirekte Bandlücke, das heisst, das Leitungsbandminimum liegt nicht am Gamma-Punkt, im Zentrum der Brillouinzone, sondern am L-Minimum. Allerdings weisst Germanium auch am Gammapunkt ein lokales Minimum auf, das lediglich etwa 140meV höherenergetisch liegt und wird daher auch oft als quasi-direktes Material bezeichnet. Diese Besonderheit der Bandstruktur, sowie die fehlende Fröhlichwechselwirkung, haben starke Auswirkungen auf die Ladungsträgedynamik in diesem Materialsystem [6,7].
[1] "Evidence of two disorder scales in Ga(AsBi)"
S. Imhof, C. Wagner, A. Chernikov, M. Koch, K. Kolata, N. S. Köster, S.
Chatterjee, S. W. Koch, X. Lu, S. R. Johnson, D. A. Beaton, T. Tiedje,
O. Rubel, and A. Thränhardt
Phys. Stat. Sol. (b) DOI: 10.1002/pssb.201000835, 2011
[2] "Photoluminescence Properties of Ordered Mesoporous
ZnO"
A. Chernikov, S. Horst, T. Waitz, M. Tiemann, and S. Chatterjee
J. Phys. Chem. C 115, 1375–1379 (2011)
[3] "Carrier dynamics in
Zn1-xMgxO investigated by time-resolved
photoluminescence"
A. Chernikov, S. Horst, M. Koch, K. Volz, S. Chatterjee, S. W. Koch, T.
Wassner, B. Laumer, and M. Eickhoff
J. Lumin. 130 2256–2259 (2010)
[4] "Time-resolved phonon-sideband spectroscopy"
A. Chernikov, T. Feldtmann, S. Chatterjee, M. Koch, M. Kira, S.W.
Koch
Sol. Stat. Comm., 150, 1733 (2010 )
[5] "Clustering Effects in Ga(AsBi)"
S. Imhof, A. Thränhardt, A. Chernikov, M. Koch, N. S. Köster, S.
Chatterjee, S. W. Koch, X. Lu, S. R. Jonson, D. A. Beaton, T. Tiedje,
and O. Rubel
Appl. Phys. Lett. 96, 131115 (2010)
[6] "A comparison of ultrafast carrier thermalization
in Ge and (GaIn)As quantum wells"
C. Lange, N. S. Köster, S. Chatterjee, H. Sigg, D. Chrastina, G.
Isella, H. von Känel, B. Kunert, and W. Stolz
Phys. Rev. B 81, 045320 (2010)
[7] "Ultrafast nonlinear optical response of
photoexcited Ge/SiGe quantum wells: Evidence for a femtosecond
transient population inversion"
Lange, N. S. Köster, S. Chatterjee, H. Sigg, D. Chrastina, G. Isella,
H. von Känel, M. Schäfer, M. Kira, and S. W. Koch
Phys. Rev. B 79, 201306(R) (2009)
