Details

Autor(en) / Beteiligte

• Hoffmann, Sandro Phil
• Meier, Cedrik[Akademischer Betreuer]
• Zentgraf, Thomas[Akademischer Betreuer]
• Schmidt, Wolf-Gero[Akademischer Betreuer]
• Herrmann, Harald[Akademischer Betreuer]

Titel

Zinkoxid-basierte photonische Kristallmembranen : = Zinc-oxide-based photonic crystal membranes

Ort / Verlag

Paderborn

Erscheinungsjahr

2018

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Verknüpfte Titel

Beschreibungen/Notizen

• Tag der Verteidigung: 19.12.2018
• Open Access
• ger: Das Ziel dieser Arbeit war die Herstellung photonischer Kristallmembranen aus Zinkoxid (ZnO) mit maßgeschneiderten optischen Eigenschaften, mit denen die spontane Emission nahe der elektronischen Bandkante von ZnO verstärkt werden kann. Dabei handelt es sich um Strukturen, die einen 3D Lichteinschluss aufgrund eines Brechungsindexkontrasts in vertikaler Richtung und einer photonischen Bandlücke (PBG) durch eine periodische Modulation des Brechungsindex in lateraler Richtung erzeugen. [...]Für eine bestmögliche Qualität der ZnO-Schichten wurden diese mittels plasmaunterstützter Molekularstrahlepitaxie gewachsen. [...] Hier konnte ein Trockenätzprozess entwickelt werden, der ein selektives Ätzen des Si-Substrats ermöglicht. Um eine möglichst hochenergetische Photolumineszenz (PL) zu erzielen, wurde zudem die Qualität der ZnO-Schicht durch Optimierungen des Wachstumsprozesses auf amorphem Siliziumdioxid gesteigert, wodurch die Defektlumineszenz im PL-Spektrum deutlich verringert werden konnte.Die Strukturierung erfolgte durch hochauflösende Elektronenstrahllithografie mit anschließendem reaktiven Ionenätzen [...].Die optischen Charakterisierungen mittels PL-Spektroskopie zeigen einen [...] höchste Gütefaktor von Q = 472. [...] Es konnte eine maßgeschneiderte UV-Emission erzielt werden, die neben einer feinen Verschiebung der Hauptemission (10 meV) auch eine Verstärkung der spontanen Emission in der Nähe der elektronischen Bandlücke um den Faktor 5,3 ermöglicht. Insgesamt ist dadurch eine solide Basis für den zukünftigen Einsatz von ZnO-basierten PhC-Membranen als NIR-getriebene UV-Quellen in integrierten optischen Schaltkreisen geschaffen.
• eng: The aim of this work was the fabrication of zinc oxide (ZnO)-based photonic crystal (PhC) membranes with tailored optical properties that can enhance the spontaneous emission near the electronic band edge of ZnO. These structures provide a 3D light confinement due to a refractive index contrast in the vertical direction and a photonic bandgap (PBG) due to a periodic modulation of the refractive index in the lateral direction.[]For the best possible quality, the ZnO layers are grown by means of plasma-assisted molecular beam epitaxy. [] Here, a dry etching process was developed, which allows a selective etching of the Si substrate. To achieve the highest possible emission energy from photoluminescence (PL), the quality of the ZnO layer was also increased by optimizing the growth process on the amorphous silicon dioxide, which significantly reduced the defect luminescence in the PL spectrum.The structuring is performed by high-resolution electron beam lithography followed by reactive ion etching, which leads to an anisotropic structure transfer due to optimized process parameters and suitable hard masks.[]The optical characterizations by PL spectroscopy show a quality factor [] of Q = 472 []. A tailored UV emission was achieved, which, in addition to fine shifts of the main emission (10 meV), also shows an increased spontaneous emission by a factor of 5.3 close to the electronic bandgap. Overall, this work provides a solid basis for the future use of ZnO-based PhC membranes as NIR-driven UV sources in integrated optical circuits.