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AG Experimentelle Nanophysik und Photonik

Forschung

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).

 

    Epitaxie von Nanostrukturen

    © Ag Kneissl

    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:

    • MOVPE von AlGaN und InAlGaN Quantenfilmen (QWs) für Lichtemitter im gesamten ultravioletten (UV) Spektralbereich. Herausforderungen sind vor allem neue Ansätze zur Defektreduktion dieser Halbleitermaterialien und die Analyse der strukturellen und optischen Eigenschaften der Quantenfilme.
    • Untersuchung neuer Ansätze zur effektiven Ladungsträgerinejktion in UV Lichtemittern. Dazu gehören Tunnel-Heteroübergänge und Distributed Polarization Doping von AlGaN-Schichtstrukturen.
    • Epitaxie von AlGaN Heterostrukturen auf unpolaren und semipolaren  Nitrid-Oberflächen für LEDs im ultravioletten Spektralbereich.
    • Wachstum von GaN Quantenpunkten für Einzelphotonemitter (SPE). In diesem Projekt werden verschiedene Ansätze zum Wachstum von GaN Quantenpunktstrukturen mittels MOVPE untersucht.

    Nanophotonische Bauelemente

    Probe und Probenhalter in einem Rasterelektronenmikroskop © Felix Noak

    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:

    • AlGaN-basierten Leuchtdioden (UV-LEDs)  im fernen ultravioletten Spektralbereich. Ziel ist es hoch-effiziente und leistungsstarke UV-LEDs im ultravioletten Spektralbereich zu realisieren. Einsatz finden diese Bauelemente beispielsweise bei der Reinigung von Trinkwasser, bei der medizinischen Diagnostik und in der Phototherapie. In Kooperation mit dem Ferdinand-Braun-Institut realisieren wir auch UV-LED Module, z.B. für Anwendungen in der Inaktivierung von Krankenhauskeimen (Charite), der Bekämpfung von Viren in Aerosolen, in der Gas-Sensorik und der Steuerung des Pflanzenwachstums.
    • Kantenemittierende Laserdioden im blau-violetten und fernen UV Spektralbereich für Anwendungen in der Quantentechnologie sowie der Raman- und Fluoreszenz-Spektroskopie.
    • Optische Mikrokavitäten für Einzelphotonen-Emitter (SPE) und Oberflächenemittierende Laserdioden (VCSELs)im ultravioletten Spektralbereich für Anwendungen in der Quantenkryptographie, Metrologie und kurzreichweitige Datenkommunikation.
    • Kombination von UV Lichtemittern mit integrierten photonische Schaltkreisen (UV-PICs) für Anwendungen in der Bio-Sensorik.

    Aktuelle Forschungsprojekte und Partner

    ICULTA 2023

    Die International Conference on UV LED Technologies & Applications - ICULTA ist ein Forum für die UV-LED-Gemeinschaft zum Austausch von Ideen und Ergebnissen zu hochaktuellen Themen.

    Collaborative Research Centre 787

    Der Sonderforschungsbereich 787 "Semiconductor Nanophotonics: Materialien, Modelle, Bauelemente" vereint drei komplementäre Forschungsbereiche, die auf die Entwicklung neuartiger photonischer und nanophotonischer Bauelemente abzielen.