Lateral strukturierte Halbleiter -Mikroresonatoren (PDF)

Im Rahmen dieser Arbeit wurden lateral strukturierte Halbleiter-Mikroresonatoren hergestellt und mittels optischer Spektroskopie, insbesondere Reflexionsund Photolumineszenzspektroskopie, studiert. Hierbei wurden zwei unterschiedliche Ansätze verfolgt. Einerseits wurden aus planaren Mikroresonatoren lateral gekoppelte photonische Punkte präpariert, andererseits wurden Arrays von Microdisks hergestellt. Im Gegensatz zu den bislang üblichen Verfahren wurde bei der Präparation beider Mikroresonatorarten die holographische Lithographie zur Definition großflächiger periodischer Ätzmasken eingesetzt. In Reflexionsmessungen an stark gekoppelten photonischen Punkten konnten durch die Strukturierung bedingte, neue dispersive Moden beobachtet werden. Die Modenstruktur einer anderen Probe, in die selbstorganisiert gewachsene Quantenpunkte eingebettet waren, konnte mittels Photolumineszenzmessungen untersucht werden. Hier waren die einzelnen photonischen Strukturen nahezu ungekoppelt. In ihnen konnten drei diskrete, dreidimensional eingeschlossene photonische Moden nachgewiesen werden.
Es wurden Microdiskproben sowohl mit Quantenfilmen als auch mit Quantenpunkten als eingebettetes aktives Material hergestellt und insbesondere mit Mikro-Photolumineszenzmessungen untersucht. Es zeigte sich, dass die tern¿aren Quantenfilme in den Microdisks zu einem internen Breitbandemitter führten, so dass an einzelnen Microdisks mehrere scharfe optische Resonanzen – so genannte Whispering Gallery Modes – in einem bemerkenswert weiten Energiebereich beobachtet und untersucht werden konnten. Diese Breitbandemission ähnelt derjenigen in Quantenpunkt-Microdisks, wurde aber vorher in Quantenfilm-Microdisks noch nicht beobachtet. Sie hat ihren Ursprung in der Rekombination von an Störstellen gebundenen Elektron-Loch-Paaren, wobei die Anzahl der Störstellen so gering war, dass Reabsorptionsprozesse keine signifikante Rolle spielten. Die in Microdisks eingebetteten selbstorganisiert gewachsenen Quantenpunkte zeigten eine ausgezeichnete optische Qualität. Zusätzlich zum Grundzustand konnten in Ensemblemessungen mindestens drei angeregte elektronische Niveaus deutlich aufgelöst werden. In Photolumineszenzmessungen bei geringen Anregungsleistungen an einzelnen Microdisks konnten diskrete scharfe Emissionslinien höher angeregter Quantenpunkte beobachtet werden. Mit zunehmender Anregungsleistung bildeten sich Whispering Gallery Modes heraus. Beide Arten von Microdisks zeigten in Messungen abhängig von der Anregungsleistung Hinweise auf Lasing.