@phdthesis{Zeller2011,
  author    = {Zeller, Wolfgang},
  title     = {Entwicklung und Charakterisierung von Hochleistungslaserdioden bei 980 nm Wellenl{\"a}nge},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-73409},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {Ziel der Arbeit war die Entwicklung von lateral gekoppelten DFB-Halbleiterlasern f{\"u}r Hochleistungsanwendungen. Besonderes Augenmerk war dabei auf hohe COD-Schwellen und schmale Fernfeldverteilungen gerichtet. Ausgehend von einem LOC-Design wurden Simulationsrechnungen durchgef{\"u}hrt und ein neues Epitaxiedesign mit einer 2.5 μm dicken LOC, in welcher die aktive Schicht asymmetrisch positioniert ist, entwickelt. Durch die asymmetrische Anordnung der aktiven Schicht kann die im Falle von lateral gekoppelten DFB-Lasern sehr kritische Kopplung der Lichtmode an das modenselektive Gitter gew{\"a}hrleistet werden. Zudem reichen die Ausl{\"a}ufer der Lichtmode in diesem Design weiter in den Wellenleiter hinab als dies bei herk{\"o}mmlichen Wellenleitern der Fall ist, so dass sich die Fernfeldeigenschaften der Laser verbessern. Die Fernfeldverteilungen solcher Laser weisen Halbwertsbreiten von 14° in lateraler und nur 19° in transversaler Richtung auf. Im Vergleich mit Standardstrukturen konnte die Ausdehnung des transversalen Fernfeldes also um mehr als 50 \% reduziert werden. Außerdem ergibt sich eine nahezu runde Abstrahlcharakteristik, was die Einkopplungseffizienz in optische Systeme wie Glasfasern oder Linsen signifikant verbessert. Unter Ausnutzung der entwickelten Epitaxiestruktur mit asymmetrischer LOC wurde ein neues Lateraldesign entwickelt. Es handelt sich hierbei um Wellenleiterstege welche im Bereich der Facetten eine Verj{\"u}ngung aufweisen. Durch diese wird die optische Mode tief in die 2.5 μm dicke Wellenleiterschicht gef{\"u}hrt, welche sie in transversaler Richtung komplett ausf{\"u}llt. Durch den gr{\"o}ßeren Abstand der Lasermode vom Wellenleitersteg ergibt sich zudem eine deutliche schw{\"a}chere laterale F{\"u}hrung, so dass sich die Mode auch parallel zur aktiven Schicht weiter ausdehnt. Die Lichtmode breitet sich folglich {\"u}ber eine deutlich gr{\"o}ßere Fl{\"a}che aus, als dies bei einem gleichbleibend breiten Wellenleitersteg der Fall ist. Die somit signifikant kleinere Leistungsdichte auf der Laserfacette ist gleichbedeutend mit einem Anstieg der COD-Schwelle der Laser der im Einzelnen von den jeweiligen Designparametern von Schicht- und Lateralstruktur abh{\"a}ngig ist. Außerdem bewirkt die in lateraler und transversaler Richtung deutlich schw{\"a}chere Lokalisation der Mode eine weitere Abnahme der Halbwertsbreiten der Laserfernfelder. Durch die im Vergleich zu herk{\"o}mmlichen Laserstrukturen schw{\"a}chere Lokalisation der Lichtmode im Bereich der Facetten ergeben sich {\"a}ußerst schmale Fernfelder. Ein 1800 μm langer Laser, dessen Stegbreite {\"u}ber 200 μm hinweg auf 0.4 μm verringert wurde, zeigt Halbwertsbreiten von 5.2° in lateraler und 13.0° in transversaler Richtung. Damit sind die Fernfelder dieser Laser bedeutend kleiner als die bislang vorgestellter Laserdioden mit LOC. Die Geometrie der Taperstrukturen bestimmt, wie vollst{\"a}ndig sich die Mode in den unteren Wellenleiterbereich ausbreiten kann und nimmt damit Einfluss auf die Laserfernfelder. Im CW-Modus durchgef{\"u}hrte Messungen an Lasern mit Taperstrukturen zeigen maximale Ausgangsleistung von 200 mW bevor die Laser in thermisches {\"U}berrollen {\"u}bergehen. Bei einer Ausgangsleistung von 185 mW betr{\"a}gt das Seitenmodenunterdr{\"u}ckungsverh{\"a}ltnis 33 dB. Im gepulsten Modus (50 ns Pulsdauer, 1MHz Wiederholungsrate) betriebene Laser zeigen hohe COD-Schwellen von mehreren hundert bis hin zu 1600 mW, die eine deutliche Abh{\"a}ngigkeit von der Endbreite der Taperstrukturen zeigen: Mit abnehmender Taperbreite ergibt sich eine starke Zunahme der COD-Schwelle. An einem 1800 μm langen Laser mit 200 μm langen Taperstrukturen die eine Endbreite von 0.3 μm aufweisen konnte eine COD-Schwelle von 1.6 W nachgewiesen werden. Im Gegensatz zu anderen Ans{\"a}tzen, die ebenfalls longitudinal und lateral mono-modige DFB-Laser mit hohen Ausgangsleistungen zum Ziel haben, kann jedoch bei dem hier pr{\"a}sentierten Konzept aufgrund des Einsatzes von lateralen DFB-Gittern auf eine Unterbrechung des epitaktischen Wachstums verzichtet werden. Dies vereinfacht die Herstellung der Schichtstrukturen deutlich. Die hier vorgestellten Konzepte sind mit weiteren {\"u}blichen Vorgehensweisen zur Herstellung von Hochleistungslaserdioden, wie z.B. speziellen Facettenreinigungs- und Passivierungsverfahren oder Materialdurchmischung im Facettenbereich, kombinierbar. Zudem kann das hier am Beispiel des InGaAs/GaAs Materialsystems entwickelte Konzept auf alle zur Herstellung von Halbleiterlaserdioden {\"u}blichen Materialsysteme {\"u}bertragen werden und er{\"o}ffnet so eine v{\"o}llig neue, material- und wellenl{\"a}ngenunabh{\"a}ngige M{\"o}glichkeit Abstrahlcharakteristik und Ausgangsleistung von Laserdioden zu optimieren.},
  subject      = {DFB-Laser},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Kistner2011,
  author    = {Kistner, Caroline},
  title     = {Optische Spektroskopie an elektrisch kontaktierten Mikros{\"a}ulenresonatoren},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-67462},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2011},
  abstract  = {Der große Fortschritt der Halbleitertechnologie erm{\"o}glichte es in den letzten Jahren quantenoptische Ph{\"a}nomene nicht mehr nur ausschließlich an Atomen, sondern auch in einer Festk{\"o}rpermatrix zu beobachten. Von besonderem Interesse sind dabei Ph{\"a}nomene der Licht-Materie-Wechselwirkung im Kontext der Quantenelektrodynamik in Kavit{\"a}ten. Die {\"a}ußerst aktive Forschung auf diesem Gebiet r{\"u}hrt daher, dass diese Ph{\"a}nomene bei der Realisierung neuartiger Lichtquellen f{\"u}r die Quanteninformationstechnologie ben{\"o}tigt werden. Die Verwirklichung von solchen speziellen Lichtquellen auf Halbleiterbasis besitzt entscheidende Vorteile im Hinblick auf die praktische Anwendbarkeit aufgrund der potentiell hohen Skalierbarkeit und Effizienz. Jedoch kann die erforderliche Licht-Materie-Wechselwirkung nur in qualitativ sehr hochwertigen Halbleiterstrukturen mit quasi nulldimensionalem Ladungstr{\"a}ger- und Lichteinschluss erfolgen. Hierbei wurden in den letzten Jahren enorme technologische Fortschritte bei der Prozessierung von Mikrokavit{\"a}ten mit Quantenpunkten in der aktiven Schicht sowie bei der Beobachtung der gew{\"u}nschten Licht-Materie-Wechselwirkung erzielt. Allerdings erfolgten diese Untersuchungen in erster Linie an optisch mithilfe eines externen Lasers angeregten Strukturen, wohingegen f{\"u}r die Praxis ein elektrischer Betrieb w{\"u}nschenswert ist. Die f{\"u}r die elektrische Anregung von solchen Mikrostrukturen notwendige Kontaktierung kann dar{\"u}ber hinaus zur effizienten Manipulation der Emissionseigenschaften der Quantenemitter mittels eines elektrischen Feldes eingesetzt werden. Vor diesem Hintergrund werden im Rahmen dieser Arbeit die optischen und elektrischen Eigenschaften von kontaktierten Quantenpunkt-Mikros{\"a}ulenkavit{\"a}ten eingehend untersucht. Ausgangspunkt dieser Mikrokavit{\"a}ten sind planare Schichtstrukturen auf der Basis von GaAs und AlAs mit InGaAs-Quantenpunkten mit variierendem Indiumgehalt in der aktiven Schicht. Der Schwerpunkt der Untersuchungen lag hierbei auf vertikal elektrisch kontaktierten Mikros{\"a}ulenresonatoren, deren Aufbau vertikal emittierenden Laserdioden {\"a}hnelt. Die Besonderheit der neuartigen Kontaktierung liegt darin, dass aufgrund der Strominjektion durch die Seitenw{\"a}nde im oberen Bereich des Mikros{\"a}ulenresonators die Facette der Struktur frei von jeglichem absorbierenden Material gehalten wird. Hierdurch kann eine effiziente Lichtauskopplung gew{\"a}hrleistet werden. Des Weiteren wurde auch ein Verfahren zur seitlichen Kontaktierung von undotierten Mikros{\"a}ulenresonatoren entwickelt und optimiert, was eine spezielle Manipulation der Quantenpunktemission in einem lateralen elektrischen Feld erlaubt. Als Untersuchungsmethode wird bei allen Experimenten in erster Linie die Mikrolumineszenzspektroskopie bei tiefen Temperaturen verwendet und durch die Methode der Photostromspektroskopie sowie Autokorrelationsmessungen erster und zweiter Ordnung erg{\"a}nzt ...},
  subject      = {Galliumarsenidlaser},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Gessler2016,
  author    = {Geßler, Jonas},
  title     = {Reduktion des Modenvolumens von Mikrokavit{\"a}ten im Regime der schwachen und starken Kopplung},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-144558},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2016},
  abstract  = {Ziel dieser Arbeit war die Reduktion des Modenvolumens in Mikrokavit{\"a}ten. Ein klei-nes Modenvolumen ist f{\"u}r die St{\"a}rke der Licht-Materie-Wechselwirkung wesentlich, weil dadurch z.B. die Schwelle f{\"u}r koh{\"a}rente Lichtemission gesenkt werden kann [1]. Der Purcell-Faktor, ein Maß f{\"u}r die Rate der spontanen Emission, wird durch ein mi-nimales Modenvolumen maximiert [2, 3]. Im Regime der starken Kopplung steigt mit Abnahme des Modenvolumens die Rabi-Aufspaltung und damit die maximale Tempe-ratur, bei der das entsprechende Bauteil funktioniert [4, 5]. Spektrale Eigenschaften treten deutlicher hervor und machen die Funktion der Struktur stabiler gegen{\"u}ber st{\"o}-renden Einfl{\"u}ssen. Der erste Ansatz, das Modenvolumen einer Mikrokavit{\"a}t zu reduzieren, zielte darauf, die Eindringtiefe der optischen Mode in die beiden Bragg-Spiegel einer Mikrokavit{\"a}t zu minimieren. Diese h{\"a}ngt im Wesentlichen vom Kontrast der Brechungsindizes der alternierenden Schichten eines Bragg-Spiegels ab. Ein maximaler Kontrast kann durch alternierende Schichten aus Halbleiter und Luft erreicht werden. Theoretisch kann auf diese Weise das Modenvolumen in vertikaler Richtung um mehr als einen Faktor 6 im Vergleich zu einer konventionellen Galliumarsenid/Aluminiumgalliumarsenid Mikro-kavit{\"a}t reduziert werden. Zur Herstellung dieser Strukturen wurden die aluminiumhal-tigen Schichten einer Galliumarsenid/Aluminiumgalliumarsenid Mikrokavit{\"a}t voll-st{\"a}ndig entfernt und so der Brechungsindexkontrast maximiert. Die Schichtdicken sind dabei entsprechend anzupassen, um weiterhin die Bragg-Bedingung zu erf{\"u}llen. Die Herstellung einer freitragenden Galliumarsenid/Luft-Mikrokavit{\"a}t konnte so erfolg-reich demonstriert werden. Die Photolumineszenz der Bauteile weist diskrete Reso-nanzen auf, deren Ursache in der begrenzten lateralen Gr{\"o}ße der Strukturen liegt. In leistungsabh{\"a}ngigen Messungen kann durch ausgepr{\"a}gtes Schwellenverhalten und auf-l{\"o}sungsbegrenzte spektrale Linienbreiten Laseremission nachgewiesen werden. Wegen der Abh{\"a}ngigkeit der photonischen Resonanz vom genauen Brechungsindex in den freitragenden Schichten eignen sich die vorgestellten Strukturen auch zur Bestimmung von Brechungsindizes. Alternativ kann die photonische Resonanz durch Einbringen verschiedener Gase in die freitragenden Schichten abgestimmt werden. Beides konnte mit Erfolg nachgewiesen werden. Der Nachteil dieses Ansatzes liegt vor allem darin, dass ein elektrischer Betrieb der so gefertigten Strukturen nicht m{\"o}glich ist. Hier bie-tet der zweite Ansatz eine bestm{\"o}gliche L{\"o}sung. Das alternative Konzept f{\"u}r den oberen Bragg-Spiegel einer konventionellen Galli-umarsenid/Aluminiumgalliumarsenid Mikrokavit{\"a}t ist das der Tamm-Plasmonen. Der photonische Einschluss wird hier durch einen unteren Bragg-Spiegel und einem d{\"u}n-nen oberen Metallspiegel erreicht. An der Grenzfl{\"a}che vom Halbleiter zum Metall bil-den sich die optischen Tamm-Plasmonen aus. Dabei kann der Metallspiegel gleichzei-tig auch als elektrischer Kontakt genutzt werden. Die Kopplung von Quantenfilm-Exzitonen an optische Tamm-Plasmonen wird in dieser Arbeit erfolgreich demons-triert. Im Regime der starken Kopplung wird mittels Stark-Effekt eine vollst{\"a}ndige elektro-optische Verstimmung, d.h. vom Bereich positiver bis hin zur negativen Ver-stimmung, des Quantenfilm-Exzitons gegen{\"u}ber der Tamm-Plasmonen Mode nachge-wiesen. Die Messungen best{\"a}tigen entsprechend des reduzierten Modenvolumens (Faktor 2) eine erh{\"o}hte Rabi-Aufspaltung. Dabei sind die spektrale Verschiebung und die Oszillatorst{\"a}rke des Quantenfilm-Exzitons konsistent mit der Theorie und mit Li-teraturwerten. Der wesentliche Nachteil des Ansatzes liegt in der maximalen G{\"u}te, die durch den großen Extinktionskoeffizienten des Metallspiegels limitiert ist.},
  subject      = {Galliumarsenidlaser},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Albert2012,
  author    = {Albert, Ferdinand},
  title     = {Vertikale und laterale Emissionseigenschaften von Halbleiter-Quantenpunkt-Mikroresonatoren im Regime der schwachen und starken Licht-Materie-Wechselwirkung},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-93016},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2012},
  abstract  = {Die vorliegende Arbeit besch{\"a}ftigt sich mit der Licht-Materie-Wechselwirkung in Quantenpunkt-Mikroresonatoren und deren vertikalen und lateralen Emissionseigenschaften. Quantenpunkte sind nanoskopische Strukturen, in denen die Beweglichkeit der Ladungstr{\"a}ger unterhalb der de-Broglie-Wellenl{\"a}nge eingeschr{\"a}nkt ist, wodurch die elektronische Zustandsdichte diskrete Werte annimmt. Sie werden daher auch als k{\"u}nstliche Atome bezeichnet. Um die Emissionseigenschaften der Quantenpunkte zu modifizieren, werden sie im Rahmen dieser Arbeit als aktive Schicht in Mikros{\"a}ulenresonatoren eingebracht. Diese bestehen aus einer GaAs lambda-Kavit{\"a}t, die zwischen zwei Braggspiegeln aus alternierenden GaAs und AlAs Schichten eingefasst ist. Diese Resonatoren bieten sowohl eine vertikale Emission {\"u}ber Fabry-Perot Moden, als auch eine laterale Emission {\"u}ber Fl� ustergaleriemoden. Die Licht-Materie-Wechselwirkung zwischen den Resonatormoden und lokalisierten Ladungstr{\"a}gern in den Quantenpunkten, genannt Exzitonen, kann in zwei Regime unterteilt werden. Im Regime der starken Kopplung wird der spontane Emissionsprozess in einem Quantenpunkt reversibel und das emittierte Photon kann wieder durch den Quantenpunkt absorbiert werden. Die theoretische Beschreibung der Kopplung eines Exzitons an die Resonatormode erfolgt {\"u}ber das Jaynes-Cummings Modell und kann im Tavis-Cummings Modell auf mehrere Emitter erweitert werden. Ist die D{\"a}mpfung des Systems zu gross, so befindet man sich im Regime der schwachen Kopplung, in dem die Emissionsrate des Quantenpunkts durch den Purcell-Effekt erh{\"o}ht werden kann. In diesem Regime k{\"o}nnen Mikrolaser mit hohen Einkopplungsraten der spontanen Emission in die Resonatormode und niedrigen Schwellpumpstr{\"o}men realisiert werden. Zur Charakterisierung der Proben werden vor allem die Methoden der Mikro-Elektrolumineszenz und der Photonenkorrelationsmessungen eingesetzt.},
  subject      = {Drei-F{\"u}nf-Halbleiter},
  language  = {de}
}