Optische Nanoaperturen zur Untersuchung der raumzeitlichen Ladungsträgerdynamik im Halbleiter Galliumarsenid (Tienda española)

Die Dissertation von Jochen Hetzler untersucht die raumzeitliche Dynamik optisch angeregter Ladungsträger im Halbleiter Galliumarsenid (GaAs) mithilfe metallischer Nanoaperturen. Im Mittelpunkt steht die Bewegung von Elektronen und Löchern auf räumlichen Skalen von etwa 100 Nanometern und zeitlichen Skalen von 100 Femtosekunden. Zur Untersuchung kombiniert der Autor ultrakurze Laserpulse mit differentieller Transmissionsspektroskopie und optischen Nahfeldstrukturen. Die Nanoaperturen werden mittels Elektronenstrahllithographie und Lift-Off-Verfahren hergestellt und ermöglichen eine präzise räumliche Begrenzung der optischen Anregung. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass der Ladungsträgertransport auf diesen Skalen deutlich vom klassischen Diffusionsverhalten abweicht, ohne jedoch ballistischen Transport eindeutig nachzuweisen. Darüber hinaus werden die optischen Eigenschaften metallischer Nanoaperturen und der Einfluss von Oberflächenplasmonen auf die Lichttransmission untersucht. Photolumineszenzmessungen zeigen eine Rotverschiebung der Emission an den Aperturrändern, die auf mechanische Verspannungen im Halbleitermaterial zurückgeführt wird. Diese Effekte werden anhand von Modellen der Metall-Halbleiter-Grenzflächen und der spannungsbedingten Potentialänderungen analysiert. Die Arbeit liefert wichtige Erkenntnisse über ultraschnelle Ladungsträgerprozesse und die gezielte Veränderung elektronischer Eigenschaften in Halbleiter-Nanostrukturen.