Details

Autor(en) / Beteiligte

• Quiring, Wadim
• Zrenner, Artur[Akademischer Betreuer]
• Reuter, Dirk[Akademischer Betreuer]
• Meier, Torsten[Akademischer Betreuer]
• Sacher, Marc[Akademischer Betreuer]

Titel

Herstellung und Charakterisierung elektrisch kontaktierter zweidimensionaler photonischer Kristall-Resonatoren auf Basis von GaAs : = Fabrication and characterisation of contacted photonic crystal resonators based on GaAs

Ort / Verlag

Paderborn

Erscheinungsjahr

2017

Verknüpfte Titel

Beschreibungen/Notizen

• Tag der Verteidigung: 25.08.2017
• ger: Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Herstellung und Charakterisierung elektrisch kontaktierter, zweidimensionaler photonischer Kristall-Resonatoren auf Basis von GaAs. Die Resonatoren bestehen aus einer Membran, die sich aus einer n+-GaAs Kontaktschicht und einer i-GaAs Schicht mit eingebetteter InGaAs Benetzungsschicht zusammensetzt. Das Zentrum der Resonatoren ist elektrisch durch einen Schottky-Kontakt, bestehend aus einem wenige zehn Nanometer breiten Metallstreifen, verbunden. Nach der Optimierung der Prozessparameter und der Geometrie der Resonatoren werden kontaktierte photonische Kristall-Resonatoren mit einem Q-Faktor von bis zu Q=9800 demonstriert. Für ihre optische Charakterisierung werden die Photolumineszenz- und Photostromspektroskopie bei resonanter Anregung verwendet. Photonische Kristall-Resonatoren mit einer eingebetteten InGaAs-Benetzungsschicht zeigen ein ausgeprägtes Temperaturverhalten von 4,5 "K" bis 310 "K" . In diesem Bereich wächst der Photostrom exponentiell mit der Temperatur, sodass die Bauelemente eine externe Quanteneffizienz von 0,26 bei Raumtemperatur erreichen. In phasenaufgelösten Experimenten wird die Dynamik des Resonatorfeldes nach einer optischen Anregung demonstriert. Dafür wird die Autokorrelation des Resonatorfeldes bei resonanter und verstimmter Anregung mit ps-Laser-Doppelpulsen gemessen. Die gemessenen E-Feld-Autokorrelationsfunktionen reagieren außerordentlich empfindlich auf die Verstimmung zwischen der Resonatormode und dem anregenden Laser. Für die Beschreibung der Messergebnisse wird ein analytisches Modell vorgestellt, mit dessen Hilfe die Verstimmung zwischen der Resonanz und dem anregenden Laser sehr genau ermittelt werden kann. Abschließend wird die kohärente Kontrolle des Resonatorfeldes auf der Zeitskala der Pulsdauer demonstriert.
• eng: This thesis is focused on the fabrication and characterization of electrically contacted two-dimensional photonic crystal cavities based on GaAs. The resonators have been fabricated on basis of a membrane, which consists of a n+-GaAs contact layer and i-GaAs layer with a build in InGaAs wetting layer. The photonic defect in the center of the cavity is electrically connected by a few nanometer wide metal strip Schottky-contact. Electrically contacted photonic crystal cavities with Q-factors up to 9800 have been demonstrated after the optimization of the process parameters and the cavity geometry. The optical characterization has been done by photoluminescence and photocurrent spectroscopy under resonant excitation.A pronounced temperature dependence in the range from 4,5 "K" to 310 "K" can be observed in photonic crystal cavities with embedded InGaAs wetting layer. In this regime the photocurrent increases exponentially as a function of temperature and results in an external quantum efficiency of the device of 0,26 at room temperature.Phase sensitive experiments show the dynamics of the resonator field after optical excitation. They are performed as autocorrelation measurements of the resonator field for resonant and detuned excitation by ps-laser double pulses. Measured autocorrelation functions are remarkably sensitive to the detuning between the photonic crystal cavity mode and the excitation laser. An analytic model was developed to describe the experimental results, which was used to precisely determine the detuning between the resonance and the exciting laser. Furthermore, the coherent control of the resonator field on the time scale of the laser pulse was demonstrated.