Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit dem Wachstum von Gruppe-III-Nitrid Nanostrukturen mittels Metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE) und deren Anwendung in nanophotonischen Bauelementen. Das Ziel ist es die Bildung von Nanostrukturen auf atomarer Skala zu kontrollieren und damit die optoelektronischen Eigenschaften dieser Materialien masszuschneidern. Zur strukturellen, elektrischen und optischen Charakterisierung der Nanostrukturen stehen eine Reihe von Analysemethoden und Simulationstools zur Verfügung. Im Rahmen des Joint Lab "GaN Optoelectronics" mit dem Ferdinand-Braun-Institut (FBH) und in den Reinräumen des Nanophotonikzentrum (NPZ) werden verschiedenste nanophotonische Bauelemente hergestellt und charakterisiert. Unser besonderes Interesse gilt der Entwicklung von AlGaN-basierten UV-LEDs, UV-VIS Laserdioden und oberflächenemitterenden Laserdioden (UV-VCSEL), GaN-Quantenpunkt-basierte Einzelphotonemitter (SPE) und Photonisch Integrierte Schaltkreise im ultravioletten Spektralbereich (UV-PICs).
Unsere Forschungsarbeiten konzentrieren sich auf das technologisch relevante Materialsystem Galliumnitrid (GaN), Aluminiumnitrid (AIN) und Indiumnitrid (InN). Das Wachstum der Heterostrukturen, Quantenfilme und Quantenpunkte erfolgt mittels Metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE). Zur Charakterisierung der Nanomaterialien stehen ein Reihe von Analaysemethoden zur Verfügung, u.a. in-situ Spektroskopische Reflektometrie, hochauflösende Röntgenbeugung (HR-XRD), Rasterkraftmikroskopie (AFM), Rasterelektronenmikroskopie (SEM), Photolumineszensspektroskopie (PL), Transmission- & Reflexionsspektroskopie (PL) und Hall-Effekt-Messungen. Bei der Erforschung neuer Nanomaterialien interessieren wir uns vor allem für folgende Themen:
Der Bereich nanophotonische Bauelemente beschäftigt sich mit der Entwicklung von neuen Bauelementkonzepten für die Optoelektronik und Sensorik. Wir interessieren uns insbesondere für die Entwicklung von:
Jüngste Studien haben gezeigt, dass UVC-Lichtquellen im fernen Bereich (< 235 nm) zur Inaktivierung von multiresistenten Bakterien und luftgetragenen Viren ohne Schädigung der menschlichen Haut eingesetzt werden können. Obwohl die Entwicklung von Fern-UVC-LEDs noch in den Kinderschuhen steckt, wurden erste spektral reine 233 nm Bestrahlungssysteme bereits erfolgreich zur in vivo Inaktivierung von Keimen eingesetzt. Im Gegensatz zu konventionellen Ultraviolettquellen weisen UVC-LEDs kleine Formfaktoren auf, arbeiten mit moderaten Gleichspannungen, zeigen lange Lebensdauern und die Emissionswellenlänge kann exakt an die jeweilige Anwendung angepasst werden. Dieser Vortrag gibt einen Überblick über den Stand der Technik und die Aussichten für die Entwicklung von UVC-LED-Technologien mit Schwerpunkt auf Bauelementen, die bei 233 nm emittieren. Wir werden die verschiedenen Faktoren diskutieren, die die externe Quanteneffizienz (EQE) von UVC-LEDs beeinflussen, einschließlich der Rolle von Defekten und Punktdefekten in AlGaN-Materialien auf die Strahlende Rekombinationseffizienz (RRE) und die Verbesserung der Strominjektionseffizienz (CIE) in den aktiven Bereichen der AlGaN-Quantentöpfe. Wir werden auch einige Aspekte des Designs von UVC-Bestrahlungssystemen diskutieren, wie z.B. die Integration von Bandpassfiltern, und einen Ausblick auf zukünftige Fortschritte in der Bauelementtechnologie geben, einschließlich der Realisierung von UV-Mikro-LED-Arrays für eine verbesserte Lichtausbeute.
Dieser Beitrag wurde auf dem 1st International Congress on Far-UVC Science and Technology, Columbia University, New York City, vorgestellt.
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