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MBE-grown cubic GaN QDs integrated into 2D photonic crystal membranes
Ort / Verlag
Paderborn
Erscheinungsjahr
2019
Verknüpfte Titel
Beschreibungen/Notizen
Tag der Verteidigung: 13.02.2019
ger: Kubische Gruppe III-Nitride gewinnen für optische und quantenoptische Anwendungen im spektralen UV Bereich immer mehr an Bedeutung, vor allem im Bereich der Implementierung von Quantenpunkten. Kubische Nitride haben den großen Vorteil, dass im Gegensatz zur hexagonalen Phase keine internen Polarisationsfelder existieren.In dieser Arbeit wurden kubische GaN Quantenpunkte in eine kubische AlN Matrix eingebettet. Die Herstellung erfolgte mittels plasmaunterstützer Molekularstrahlepiaxie auf 3C SiC Substraten, die auf Si (001) Substraten abgeschieden wurden. Einzelne Quantenpunktlagen weisen glatte Oberflächen und hohe Photolumineszenzintensitäten auf. Außerdem ist der Einfluss einer zweiten und einer Vielzahl von gestapelten Quantenpunktlagen untersucht worden. Dabei zeigten diese bei geringen Zwischenschichtdicken eine mechanische Kopplung und zusätzlich konnte eine elektrische Kopplung beobachtet werden. Mit steigender Anzahl gestapelter Quantenpunktlagen ist eine Erhöhung der Intensität und eine Blauverschiebung der Emissionsenergie erkennbar. Zwei Dimensionale photonische Kristall (PC) Membranen sind erfolgreich aus den zuvor beschriebenen Quantenpunktproben hergestellt worden. Dabei wurde ein trianguläres Gitter aus Luftlöchern mittels Elektronenstrahllithographie und mehrerer trocken- und nasschemischen Ätzschritte implementiert um verschiedene Kavitäten zu realisieren, wie zum Beispiel L3 und H1 Kavitäten. Sowohl die optischen als auch die elektrischen Eigenschaften der PC Membranen wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie und PL Messungen untersucht. Dabei konnten hohe Gütefaktoren von 4400 für die H1 Kavität und 5000 für die fundamentale Mode der L3 Kavität ermittelt werden. Simulationen dieser Modenenergien bestätigen die experimentellen Ergebnisse.
eng: Cubic group III-nitrides attracted much attention in the development of optical and quantum optical devices operating in the UV spectral range. Especially the implementation of quantum dots (QD) in optoelectronic devices is in the focus of interest. In contrast to hexagonal nitrides, cubic nitrides have the great advantage that there are no internal polarization fields that can lead to a reduced recombination probability. In this work, cubic GaN QDs are embedded in a cubic AlN matrix realized by plasma assisted molecular beam epitaxy on 3C SiC substrates on top of Si (001). Single QD layers are examined structurally and optically showing high photoluminescence (PL) intensities and smooth surfaces. Additionally, the influence of a second QD layer or several QD layers is observed by different sample series. Transmission electron microscopy images show a vertical stacking of the QDs if the spacer layer is thin. Furthermore, based on photoluminescence measurements of two QD layers stacked on each other possessing different QD sizes, it can be assumed that the QDs are also coupled electrically. If the number of stacked QD layers is increased, photoluminescence measurements show an increase in intensity and a blueshift of emission energy with increasing number of stacked layers.Two dimensional photonic crystal (PC) membranes are successfully realized from the previously described QD samples. A triangular lattice of air holes is implemented by electron beam lithography and multiple steps of dry and wet etching. Different cavity designs are realized including L3 and H1 cavities. The optical as well as the structural properties of the PC membranes are investigated by scanning electron microscopy and PL measurements. On that basis, high quality factors of 4400 for the H1 cavity and 5000 for the fundamental modes of the L3 cavity are estimated. Simulations of mode energies ...