@phdthesis{Gerschuetz2010,
  author    = {Gersch{\"u}tz, Florian},
  title     = {GaInAs/AlGaAs-Quantenpunktlaser f{\"u}r Telekommunikationsanwendungen mit einer Wellenl{\"a}nge von 1,3 μm},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-53362},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2010},
  abstract  = {Die vorliegende Arbeit befasst sich mit verschiedenen, neuartigen Quantenpunkthalbleiterlasern f{\"u}r Telekommunikationsanwendungen im Wellenl{\"a}ngenbereich um 1,3 μm. Dabei stellen diese Bauteile jeweils die besten in der Literatur zu findenden Quantenpunktlaser bei dieser Wellenl{\"a}nge dar. Die hervorragende Eignung dieser Laser f{\"u}r Telekommunikationsanwendungen mit signifikant verbesserten Eigenschaften gegen{\"u}ber Quantenfilmlasern wird im Verlauf der Arbeit mehrfach demonstriert. Bei der Darstellung der unterschiedlichen Arten von Quantenpunktlasern und ihrer Eigenschaften wird zuerst auf deren Herstellung eingegangen, die sich teilweise in wesentlichen Punkten unterscheidet. Bei der Charakterisierung der Lasereigenschaften wird zwischen den statischen und den dynamischen Eigenschaften unterschieden. Besonderheiten werden jeweils anhand theoretischer Modelle erl{\"a}utert und herausgearbeitet. Außerdem zeigt sich, dass alle Laser - entweder im Hinblick auf ihre statischen oder dynamischen Eigenschaften - Bestwerte f{\"u}r Quantenpunktlaser erzielen. Speziell gelingt es, eine bisher unerreichte Temperaturstabilit{\"a}t zu erreichen. So kann erstmals an einem Rippenwellenleiterlaser ohne R{\"u}ckkopplungsgitter eine negative charakteristische Temperatur bei Raumtemperatur demonstriert werden: Zwischen 25°C und 45° liegt der T0-Wert bei -190 K, der Schwellenstrom reduziert sich von 14 mA auf 13 mA. Oberhalb von 45°C zeigt der Laser mit T0=2530 K ebenfalls ein ausgezeichnetes Temperaturverhalten, das bisher an keinem anderen Laser - weder Quantenpunkt- noch Quantenfilmlaser - demonstriert werden konnte. In diesem Temperaturbereich (45°C - 85°C) ist die Laserschwelle nahezu konstant bei 13 mA. Hinzu kommt die hohe Ausgangsleistung von {\"u}ber 20 mW f{\"u}r Str{\"o}me kleiner als 40 mA bei allen Messtemperaturen. Dar{\"u}ber hinaus erreichen die FP-Laser bei der Kleinsignalmodulation mit 8,6 GHz bei 25°C neue Rekordwerte. Diese Ergebnisse werden erst durch eine hochwertige p- Modulationsdotierung erm{\"o}glicht, deren Einfluss und Wirkung ebenfalls erl{\"a}utert werden. Das Material f{\"u}r diese Laser wurde in vielen Schritten aufw{\"a}ndig optimiert. Die DFB-Laser stellen die ersten longitudinal monomodigen Bauteile dieser Arbeit dar. Auch diese Laser verf{\"u}gen {\"u}ber ausgezeichnete Temperatureigenschaften und erreichen bei der Kleinsignalmodulation mit 7,8 GHz bei 25°C einen neuen Bestwert f{\"u}r Quantenpunkt-DFB-Laser. Noch bedeutender sind allerdings die Ergebnisse der Großsignalmodulation: So kann erstmals temperaturunabh{\"a}ngige 10 Gbit/s-Direktmodulation im Temperaturbereich von 25°C bis 85°C {\"u}ber 20 km bei konstantem Betriebspunkt erreicht werden. Dies demonstriert das große Potential dieser Bauteile f{\"u}r einen Einsatz in Lasermodulen ohne thermoelektrischen K{\"u}hler, was durch die damit verbundene Reduzierung der Kosten in der Praxis große Bedeutung hat. Um die Bandweite auf Quantenpunktmaterial noch weiter zu erh{\"o}hen, werden Complex- Coupled-Injection-Grating-Laser untersucht. Diese Laser bestehen aus drei Segmenten und nutzen ein neuartiges Konzept zur Erh{\"o}hung der Bandweite: Durch die Wechselwirkung verschiedener Longitudinalmoden kann eine h{\"o}here Resonanz im Laser, die Photon-Photon-Resonanz, ausgenutzt werden, um die Bandweite des Bauteils auf etwa das zweieinhalbfache der vorgestellten FP-Lasers auszuweiten. Zum ersten Mal wird so eine Modulationsweite von 20 GHz an einem direkt modulierten Laser auf Quantenpunktbasis gezeigt. Durch getrenntes Ansteuern der drei Lasersegmente ist es m{\"o}glich, die Lage und die Form der PPR gezielt einzustellen. Die drei Segmente {\"u}bernehmen dabei unterschiedliche Funktionen: W{\"a}hrend das Verst{\"a}rkungssegment nur dazu dient, die Ausgangsleistung zu kontrollieren, kann {\"u}ber das Gittersegment die Position der zweiten Resonanz gesteuert werden. Strominjektionen in das Phasensegment schließlich erlauben eine Feinabstimmung der Phasenlage der Moden im Laser und somit die Steuerung der Form der Photon-Photon-Resonanz. Bei der Pr{\"a}sentation der Großsignaldaten zeigt sich, dass der CCIGLaser sowohl bei 25°C als auch bei 85°C eine Modulationsgeschwindigkeit von 10 GBit/s erreicht und zur Transmission {\"u}ber ein Glasfaserkabel von 20 km L{\"a}nge geeignet ist. Wie schon der DFBLaser ben{\"o}tigt auch das CCIG-Bauteil aufgrund seiner hervorragenden Temperaturstabilit{\"a}t keinen thermoelektrischen K{\"u}hler. Wegen des {\"a}ußerst sensiblen Verhaltens der Phasenlage auf Strom{\"a}nderungen ist jedoch eine Anpassung der Betriebsparameter an die jeweilige Temperatur notwendig. Schließlich werden weit abstimmbare Quantenpunktlaser vorgestellt, die auf eigens hierf{\"u}r optimiertem Material mit spektral breiter Verst{\"a}rkungscharakteristik prozessiert wurden. Diese Laser emittieren monomodig bei 1315 nm, 1335 nm, 1355 nm, 1375 nm und 1395 nm. Die Wellenl{\"a}nge l{\"a}sst sich durch einen einfachen Abstimmmechanismus diskret einstellen, eine kontinuierliche Feinabstimmung ist zus{\"a}tzlich m{\"o}glich. Mit diesen Eigenschaften eignen die Laser sich hervorragend f{\"u}r den Einsatz in CWDM-Systemen, deren Kanalabstand jeweils 20 nm betr{\"a}gt. Durch den breiten Abstimmbereich von 80 nm sind sie zudem als einzige bisher realisierte Laser in der Lage, f{\"u}nf unterschiedliche Kan{\"a}le anzusprechen. Dar{\"u}ber hinaus sind auch diese Bauteile f{\"u}r den kosteneffizienten Einsatz unter Direktmodulation ausgelegt. Obwohl auch diese Laser auf Quantenpunkten bei 1,3 μm basieren, sind die Anforderungen an das Material f{\"u}r einen abstimmbaren Laser andere als bei den bereits pr{\"a}sentierten Lasern. Besonders wichtig ist hier die Breite der Verst{\"a}rkungskurve, so dass ein m{\"o}glichst großer Spektralbereich abgedeckt werden kann. Hierzu konnte anhand eines Modells der Verst{\"a}rkungsbereich theoretisch bestimmt werden. Rechnerisch zeigt sich, dass Laseremission {\"u}ber einen Bereich von mehr als 60 nm m{\"o}glich ist. In der Praxis wird dieser Wert sogar noch um 20 nm {\"u}bertroffen, da die Rechnung die Rotverschiebung der Verst{\"a}rkungskurve mit der Temperatur nicht ber{\"u}cksichtigt. Mit den in dieser Arbeit vorgestellten Daten und Ergebnissen wird die hervorragende Eignung von Quantenpunklasern f{\"u}r verschiedenste Anwendungen im Telekommunikationsbereich gezeigt. Dar{\"u}ber hinaus zeigt sich in vielen wesentlichen Punkten die {\"U}berlegenheit dieser Laser {\"u}ber konventionelle Quantenfilmlaser. Somit konnte erfolgreich die Grundlage f{\"u}r zuk{\"u}nftige kommerzielle Anwendungen der Quantenpunkttechnologie gelegt werden.},
  subject      = {Quantenpunktlaser},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Mueller2009,
  author    = {M{\"u}ller, Christian Robert},
  title     = {Nanoelektronische Feldeffekt-Transistoren und Quantenpunktspeicher auf der Basis von modulationsdotierten GaAs/AlGaAs Heterostrukturen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-39948},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2009},
  abstract  = {Diese Arbeit besch{\"a}ftigt sich mit Elektronentransport in nanostrukturierten Bauelementen auf Halbleiterbasis, wobei im Speziellen deren Transistor- und Speichereigenschaften untersucht werden. Grundlage f{\"u}r die Bauelemente stellt eine modulationsdotierte GaAs/AlGaAs Heterostruktur dar, die mittels Elektronenstrahllithographie und nasschemischen {\"A}tzverfahren strukturiert wird. Auf Grund der Bandverbiegung bildet sich in der N{\"a}he des Hetero{\"u}bergangs ein zweidimensionales Elektronengas (2DEG) aus, das als leitf{\"a}hige Schicht in den Strukturen dient. Im Rahmen der Arbeit werden die Transporteigenschaften f{\"u}r unterschiedliche Bauelementdesigns untersucht, wobei die laterale Ausdehnung der Bauelemente wenige 10 nm betr{\"a}gt. Die Charakterisierung des Elektronentransports erfolgt sowohl im linearen als auch nichtlinearen Transportregime f{\"u}r tiefe Temperaturen (T = 4.2 K) bis hin zu Raumtemperatur. Das erste experimentelle Kapitel besch{\"a}ftigt sich mit dem Entwurf und der Charakterisierung von statischen Speicherzellen mit integriertem Floating Gate. Bei den hierf{\"u}r hergestellten Bauelementen befindet sich eine Schicht selbstorganisierter Quantenpunkte (QDs) in direkter N{\"a}he zum 2DEG. Der Abstand zwischen 2DEG und QDs ist kleiner als die Abschirml{\"a}nge im Halbleitermaterial, wodurch die QDs als Floating Gate dienen und Informationen elektrisch gespeichert werden k{\"o}nnen. Die Speicherzellen wurden in Form von Quantendraht-Transistoren (QWTs) und Y-Schaltern (YBSs) realisiert und bez{\"u}glich der Speicherf{\"a}higkeit der QDs sowohl bei tiefen Temperaturen als auch bei Raumtemperatur untersucht. Im zweiten experimentellen Kapitel dieser Arbeit wird ein neues, auf dem Feldeffekt beruhendes, Transistordesign vorgestellt. Die hierf{\"u}r hergestellten Heterostrukturen besitzen ein 2DEG, das sich zwischen 33 nm und 80 nm unterhalb der Oberfl{\"a}che der Heterostruktur befindet. Mittels in die Oberfl{\"a}che der Heterostruktur ge{\"a}tzter Gr{\"a}ben wird eine Isolation zwischen den leitf{\"a}higen Regionen der Bauelemente geschaffen. Das einfache Design der sogenannten Three-Terminal Junctions (TTJs), in Verbindung mit dem oberfl{\"a}chennahen 2DEG, erm{\"o}glicht die monolithische Realisierung von integrierten logischen Gattern. Durch eine ausf{\"u}hrliche Betrachtung des Transistorverhaltens der TTJs k{\"o}nnen sowohl Subthreshold Swings kleiner als das thermische Limit klassischer Feldeffekt-Transistoren als auch Hochfrequenzfunktionalit{\"a}t demonstriert werden.},
  subject      = {Galliumarsenid},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Schliemann2004,
  author    = {Schliemann, Andreas Ulrich},
  title     = {Untersuchung von miniaturisierten GaAs/AlGaAs Feldeffekttransistoren und GaAs/InGaAs/AlGaAs Flash-Speichern},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-20503},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2004},
  abstract  = {Im Rahmen dieser Arbeit wurden elektronische Bauelemente wie Feldeffekttransistoren, elektronische Speicherelemente sowie resonante Tunneldioden hinsichtlich neuartiger Transporteigenschaften untersucht, die ihren Ursprung in der Miniaturisierung mit Ausdehnungen kleiner als charakteristische Streul{\"a}ngen haben. Die Motivation der vorliegenden Arbeit lag darin, die Physik nanoelektronischer Bauelemente durch einen neuen Computercode: NANOTCAD nicht nur qualitativ sondern auch quantitativ beschreiben zu k{\"o}nnen. Der besondere Schwerpunkt der Transportuntersuchungen lag im nicht-linearen Transportbereich f{\"u}r Vorw{\"a}rtsspannungen, bei denen die Differenz der elektrochemischen Potentiale im aktiven Bereich der Bauelemente bei Weitem gr{\"o}ßer als die thermische Energie der Ladungstr{\"a}ger ist, da nur im nicht-linearen Transportbereich die f{\"u}r eine Anwendung elektronischer Bauelemente notwendige Gleichrichtung und Verst{\"a}rkung auftreten kann. Hierzu war es notwendig, eine detaillierte Charakterisierung der Bauelemente durchzuf{\"u}hren, damit m{\"o}glichst viele Parameter zur genauen Modellierung zur Verf{\"u}gung standen. Als Ausgangsmaterial wurden modulationsdotierte GaAs/AlGaAs Heterostrukturen gew{\"a}hlt, da sie in hervorragender struktureller G{\"u}te mit Hilfe der Molekularstrahllithographie am Lehrstuhl f{\"u}r Technische Physik mit angegliedertem Mikrostrukturlabor hergestellt werden k{\"o}nnen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde zun{\"a}chst ein Verfahren zur Bestimmung der Oberfl{\"a}chenenergie entwickelt und durchgef{\"u}hrt, das darauf beruht, die Elektronendichte eines nahe der Oberfl{\"a}che befindlichen Elektronengases in Abh{\"a}ngigkeit unterschiedlicher Oberfl{\"a}chenschichtdicken zu bestimmen. Es zeigte sich, dass die so bestimmte Oberfl{\"a}chenenergie, einen {\"a}ußerst empfindlichen Parameter zur Beschreibung miniaturisierter Bauelemente darstellt. Um die miniaturisierte Bauelemente zu realisieren, kamen Herstellungsverfahren der Nanostrukturtechnik wie Elektronenstrahllithographie und diverse {\"A}tztechniken zum Einsatz. Durch Elektronmikroskopie wurde die Geometrie der nanostrukturierten Bauelemente genau charakterisiert. Transportmessungen wurden durchgef{\"u}hrt, um die Eingangs- und Ausgangskennlinien zu bestimmen, wobei die Temperatur zwischen 1K und Raumtemperatur variiert wurde. Die temperaturabh{\"a}ngigen Analysen erlaubten es, die Rolle inelastischer Streuereignisse im Bereich des quasi-ballistischen Transports zu analysieren. Die Ergebnisse dieser Arbeit wurden dazu verwendet, um die NANOTCAD Simulationswerkzeuge soweit zu optimieren, dass quantitative Beschreibungen von stark miniaturisierten, elektronischen Bauelementen durch einen iterativen L{\"o}sungsalgorithmus der Schr{\"o}dingergleichung und der Poissongleichung in drei Raumdimensionen m{\"o}glich sind. Zu Beginn der Arbeit wurden auf der Basis von modulationsdotierten GaAs/AlGaAs Heterostrukturen eine Vielzahl von Quantenpunktkontakten, die durch Verarmung eines zweidimensionalen Elektronengases durch spitz zulaufende Elektrodenstrukturen realisiert wurden, untersucht. Variationen der Splitgate-Geometrien wurden statistisch erfasst und mit NanoTCADSimulationen verglichen. Es konnte ein hervorragende {\"U}bereinstimmung in der Schwellwertcharakteristik von Quantenpunktkontakten und Quantenpunkten gefunden werden, die auf der genauen Beschreibung der Oberfl{\"a}chenzust{\"a}nde und der Erfassung der realen Geometrie beruhen. Ausgehend von diesen Grundcharakterisierungen nanoelektronischer Bauelemente wurden 3 Klassen von Bauelementen auf der Basis des GaAs/AlGaAs Halbleitersystems detailliert analysiert.},
  subject      = {Galliumarsenid},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Roesch2003,
  author    = {R{\"o}sch, Matthias},
  title     = {Kopplung von kollektiven Anregungen in einlagigen und doppellagigen quasi-zweidimensionalen Elektronensystemen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-9892},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2003},
  abstract  = {Gegenstand dieser Arbeit ist die Kopplung von kollektiven Anregungen in einlagigen und doppellagigen quasi-zweidimensionalen Elektronensystemen. Es wurden verschiedene modulationsdotierte Proben auf Basis von GaAs mit Gate-Elektrode und Gitterkoppler pr{\"a}pariert, um bei variabler Elektronendichte die Plasmon-Anregungen mit Hilfe der Ferninfrarot-Spektroskopie zu studieren. Die Auswertung der experimentellen Daten erfolgte durch eine selbstkonsistente Berechnung des elektronischen Grundzustandes, der Plasmon-Anregungsenergien und der optischen Absorption des Elektronengases. Zur Bestimmung der Absorption wurde dabei auf Grundlage bestehender Ans{\"a}tze ein eigener Formalismus im Rahmen der Stromantwort-Theorie entwickelt. Somit gelangen der erstmalige Nachweis von optischen und akustischen Intersubband-Plasmonen in zweilagigen Elektronensystemen sowie eine detaillierte Analyse der Kopplung von Intersubband-Plasmonen an optische Phononen und an strahlende Gittermoden im Bereich der Rayleigh-Anomalie.},
  subject      = {Galliumarsenid},
  language  = {de}
}