Nanostrukturierte Halbleiter mit gro?er Bandlücke
Mikrodisk-Resonatoren auf Basis von II-VI Halbleitermaterialien
In scheibenf?rmigen Resonatoren (Mikrodisks) kann Licht in sogenannten “Flüstergaleriemoden” entlang des Randes reflektiert und so eingeschlossen werden. Diese Ph?nomen kann ausgenutzt werden, um in der Struktur bei geringem Energieeintrag Laserlicht zu erzeugen. Eine weitere m?gliche Anwendung ist die Quanteninformationstechnologie. Hier müssen Qubits gespeichert werden, was beispielsweise in Form von atomaren Spins erfolgen kann, welche in die Mikrodisk eingebracht und durch das eingeschlossene Licht kontrolliert werden k?nnen.
In beiden F?llen ist die St?rke des Einschlusses von entscheidender Bedeutung. Die Reflexion des Lichts an der Seitenwand des Resonators ist gr??er, wenn dieser m?glichst glatt ist. In unseren aktuellen Untersuchungen zu solchen Resonatoren testen wir deshalb, ob ein Bearbeiten der Mikrodisks mit einem fokussierten Ionenstrahl die Resonatorw?nde gl?tten und so die Eigenschaften für die Anwendung verbessern kann.
ZnSe-basierte Nanostrukturen und Bauteile
Selenidbasierte Halbleiter mit gro?er Bandlücke eignen sich zur Realisierung von optoelektronischen Bauteilen für den blauen bis grünen Spektralbereich, die bei Raumtemperatur arbeiten. Dieses Materialsystem ist durch die St?rke der Kopplung der ?berg?nge zwischen bestimmten Quantenzust?nden und hohe Bindungsenergien der Exzitonen gekennzeichnet.
Für Wellenleiterstrukturen mit Quantenfilmen (quantum wells) oder CdSe/Zn(S,Se)-Quantenpunkten als aktiver Schicht untersuchen wir den optischen Gewinn (gain). Des Weiteren fokussierten sich unsere Forschungsaktivit?ten auf grunds?tzliche Untersuchungen der koh?renten Eigenschaften und der gezielten Anregung von Exzitonen und Biexzitonen in niederdimensionalen Halbleitern mit gro?er Bandlücke (ZnSe, ZnO und InGaN). Ein Schwerpunkt der Forschung liegt auf Nanodr?hten (bis Ende 2018 gef?rdert durch die DFG- Forschungsgruppe FOR 1616). In den letzten Jahrzehnten haben Halbleitermikrokavit?ten gro?e Bedeutung erlangt sowohl in der Grundlagenforschung als auch für technologische Anwendungen. ZnSe-basierte Materialien stellen aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften ein ideales System zur Untersuchung von quantenelektrodynamischen Kavit?tsph?nomenen dar.
Im Rahmen eines DFG-Forschungsprojekts untersuchten wir Mikrokavit?ten unterschiedlicher Geometrien und mit unterschiedlichen aktiven Medien (Quantenfilme oder Quantenpunkte) mittels Mikrophotolumineszenzmessungen (?-PL) im Real- bzw. k-Raum. Hierzu wurden S?ulenstrukturen aus ZnSe-basierten planaren Mikrokavit?ten mittels fokussiertem Ionenstrahl hergestellt.
Der Einbau von Quantenfilmen ist interessant für Laseranwendungen. Für Strukturen mit eingebetteten ZnCdSSe-Quantenfilmen wurde stimulierte Emission bei gepulster Anregung und bei einer Temperatur von 280 K beobachtet, und für Proben mit S?ulenstrukturen konnte Einzelmodenlasing erreicht werden. Das Eintreten in das Regime der starken Kopplung ist vielversprechend für das Auffinden einer neuen Art von Lasern mit verringerter Laserschwelle. Unsere Gruppe konnte starke Kopplung in monolithischen Mikrokavit?ten mit 3 Quantenfilmen beobachten.
Durch Einbau von CdSe-Quantenpunkten in Mikrokavit?ten mit S?ulenstruktur konnten wir die Auskopplungseffizienz mittels Purcell-Effekt erh?hen und somit dieses System als einen vielversprechenden Ansatz zur Realisierung von effizienten Festk?rper-Einzelphotonenquelle nutzen.
Nitrid- und ZnSe-basierte Laser und Nanostrukturen
Halbleiter aus Gruppe-III-Nitriden sind sehr interessant für optoelektronische Bauteile wie Laserdioden (LDs) im blauen und ultravioletten Spektralbereich. Die Untersuchung der optimalen Eigenschaften ist dabei essentiell für die kommerzielle Nutzung (z. B. DVD) und ben?tigt ein fortgeschrittenes Laserdesign. Für letzteres sind blaue und violette vertical-cavity surface emitting lasers (VCSELs) auf Nitridbasis sehr vielversprechend. Durch den Einbau von Quantenpunkten als aktivem Lasermedium in LDs and VCSELs wird eine h?here Leistungsf?higkeit der Bauteile im Bezug auf Schwellenstrom und Temperaturstabilit?t erwartet.
Unsere Gruppe verfügt über umfangreiche Erfahrung in Untersuchungen zur optischen Verst?rkung in (In,Ga)N/GaN/(Al,Ga,)N LDs. Zus?tzlich wurde die St?rstellenlumineszenz von Donatoren und Akzeptoren in GaN sowie die Emission tiefer St?rstellen untersucht.