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Zinkoxid-basierte photonische Kristallmembranen / von M. Sc. Sandro Phil Hoffmann. Paderborn, 2018
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Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Physikalische Grundlagen
2.1 Lichtpropagation in periodischer Materie
2.1.1 Licht in homogenen Medien
2.1.2 Ortsabhängige dielektrische Funktion
2.2 Photonische Kristalle
2.2.1 1D Photonische Kristalle
2.2.2 2D Photonische Kristalle
2.2.3 Defekte in 2D photonischen Kristallen
2.3 Nichtlineare optische Wechselwirkungen
2.4 Zinkoxid
2.5 Photolumineszenz-Spektroskopie
2.5.1 Experimenteller Aufbau
2.6 Molekularstrahlepitaxie
2.7 Reaktives Ionenätzen
3 Simulation Photonischer-Kristall-Membranen
3.1 Vorüberlegungen
3.1.1 Dielektrische Wellenleiter
3.1.2 Zweidimensionale Näherungen
3.2 3D Membranstrukturen
3.2.1 Unterschiede zum 2D Banddiagramm
3.2.2 Einfluss der ZnO-Schichtdicke
3.2.3 Simulation hergestellter Strukturen
Zeit-Domänen-Simulationen von PhC-Resonatoren
3.3 Dispersive Simulationen mittels iterativem Algorithmus
3.4 Zusammenfassung
4 Herstellung der Membranstrukturen
4.1 Wachstum funktionaler Zinkoxid-Schichten
4.1.1 Präparation der Substrate
4.1.2 Wachstum und Optimierung der Emitterschicht
Niedrigtemperaturwachstum
Doppelbeschichtung mit veränderter Wachstumstemperatur
In-situ-Ausheilen der Niedrigtemperatur-Pufferschicht
4.2 Top–Down–Prozessierung
4.2.1 Herstellung der Schichtstruktur
4.2.2 Strukturierung
4.2.3 Strukturübertragung in den Schichtstapel
Reaktives Ionenätzen von ZnO
Reaktives Ionenätzen der thermischen SiO2-Schicht
4.2.4 Freistellen der Membran
4.2.5 Inertes ZnO-Sputtern
4.3 Alternativer Bottom–Up–Prozess
4.4 Vergleich beider Herstellungsmethoden
4.5 Zusammenfassung
5 Maßgeschneiderte UV-Emission
5.1 Charakterisierung der Membran-Resonatoren
5.1.1 Vergleich der Herstellungsmethoden
5.1.2 Verlustmechanismen der PhC-Membranen
5.1.3 Variation der Anregungsleistung
5.2 UV-Emission durch IR-Anregung
5.3 Design der photonischen Eigenschaften
5.3.1 Spektrale Verschiebung von Einzelmoden
5.3.2 Verstärkung der spontanen Emission
5.4 Zusammenfassung
6 Zusammenfassung und Ausblick
Literatur
Anhang
A Symmetriebetrachtungen der dielektrischen Funktion
Inversionssymmetrie
Kontinuierliche Translationsinvarianz
Diskrete Translationsinvarianz
Diskrete Translationsinvarianz bei dielektrischen Wellenleitern
B Simulation
B.1 Funktionsweise von MPB
B.2 Sellmeier-Parameter
B.3 Finite Integrations-Methode
C Probenherstellung
C.1 Prozess-Parameter
C.2 Prozess-Skizzen
C.3 Elektronenstrahllithografie
Belackung:
Lithografie:
Entwicklung:
Nachträgliches Exponieren mit dem Elektronenstrahl:
Publikationsliste
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