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Bibliographic Metadata

Title
Cubic GaN quantum dots : growth, characterization and integration in microcavities
AuthorBürger, Matthias
ExaminerAs, Donat Josef ; Zrenner, Artur
Published2015
Institutional NotePaderborn, Univ., Diss., 2014
Annotation
Tag der Verteidigung: 23.01.2015
Defended on2015-01-23
LanguageEnglish
Document TypesDissertation (PhD)
URNurn:nbn:de:hbz:466:2-15433 
Files
Cubic GaN quantum dots [6.94 mb]
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Reference
Classification
Abstract (German)

In den kubischen Gruppe III-Nitriden existieren, verglichen mit der hexagonalen Phase, keine internen Polarisationsfelder. Daraus ergeben sich in niedrig dimensionalen Systemen wie Quantenpunkten (QP) entscheidende Vorteile. In dieser Arbeit wurden kubische GaN QP in kubischen AlN (k-AlN) Barrieren, mittels plasmaunterstützter Molekularstrahlepitaxie auf 3C-SiC/Si (001) Substraten hergestellt. Eine Analyse der Größen- und Dichteverteilungen der QP identifizierte den verspannungsinduzierten Stranski-Krastanov Prozess als Hauptmechanismus für die QP Formation. Mit Hilfe von Transmissions-Elektronen-Mikroskopie Aufnahmen konnten einzelne QP nachgewiesen und erste Einsichten in die strukturellen Eigenschaften überwachsener QP erzielt werden. Um die QP in Mikroresonatoren einzubetten, wurde ein Strukturierungsprozess, auf Basis von trocken chemischen Ätzprozessen, zur Herstellung von photonischen k-AlN Strukturen auf 3C-SiC entwickelt. Mikroscheiben wurden hergestellt und in Mikro-Photolumineszenz (-PL) Studien untersucht. Dabei konnten Flüstergalleriemoden beobachtet und mit berechneten Modenspektren analysiert werden. Leistungsabhängige -PL Experimente dienten zur Untersuchung von Lasereigenschaften der Mikroscheiben. Die hohe Qualität der QP ermöglichte die Messung von einzelnen QP Emissionslinien mit schmalen Linienbreiten von bis zu 500 eV. Weiterhin konnten kurze strahlende Lebensdauern im Bereich von 300 ps unabhängig von der Emissionsenergie gemessen werden. Korrelationsexperimente zeigten die Emission von einzelnen Photonen aus k-GaN QP mit einem g^(2)(0) von 0.25 bei Flüssigheliumtemperatur.

Abstract (English)

The absence of internal polarization fields in cubic group III-nitrides is a significant advantage compared to their hexagonal counterparts, especially considering low dimensional structures like quantum dots (QDs). In this work, cubic GaN (c-GaN) QDs embedded in cubic AlN (c-AlN) layers are fabricated by plasma assisted molecular beam epitaxy on 3C-SiC/Si (001) substrates. An analysis of the QD size and density distributions as a function of the GaN coverage reveals the strain-driven Stranski-Krastanov process as the main QD formation mechanism. Single isolated QDs and first insights into the structural properties of overgrown QDs are obtained by transmission electron microscopy experiments. To integrate the QDs in microcavities, a structuring technique, based on dry chemical etching steps, is developed to fabricate freestanding c-AlN photonic structures on the 3C-SiC. Microdisks are produced and investigated by micro-photoluminescence (-PL) studies. Whispering gallery modes are observed and analyzed by mode spectra calculations. Micro-PL studies at various excitation powers are performed to analyze the lasing emission of c-AlN microdisks. The high QD quality enables the measurement of single c-GaN QD emission lines with narrow linewidths down to 500 eV. Short radiative lifetimes in the order of 300 ps are obtained independent of the QD emission energy. Photon correlation experiments show single photon emission of c-GaN QDs with a g^(2)(0) of 0.25 at liquid helium temperature.