Intensive wellenleitergebundene Terahertz-Strahlenquelle auf InN-Basis

• Antragsteller: Professor Dr. Oliver Ambacher; Privatdozent Dr.-Ing. Frank Schwierz; Privatdozent Dr. Markus Walther
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 165521999

Zielsetzung des beantragten Projektes ist die Entwicklung intensiver, breitbandiger Terahertz (THz)-Strahlungsquellen basierend auf der photoinduzierten Oberflächenemission an epitaktisch gewachsenen Indium-Nitrid (InN) Oberflächen und deren Integration in THz-Wellenleiter zur hochempfindlichen THz-Spektroskopie. Aufgrund der charakteristischen Materialeigenschaften von InN (starke optische Absorption, geringe Bandlücke und außergewöhnliche Bandstruktur) wird von diesem Halbleitersubstrat eine wesentlich intensivere THz-Emission als von allen bisher verwendeten Oberflächenemitter-Materialien erwartet. Es besitzt damit ein enormes Potential für den Einsatz sowohl in labortechnischen als auch industrietauglichen Terahertz-Spektroskopie Systemen. Die physikalischen Mechanismen, die zu der erhöhten THz-Emission von InN-Oberflächen führen sind gegenwärtig jedoch noch weitgehend unverstanden und sollen im Rahmen dieses Projektes im Detail untersucht und die gewonnenen Erkenntnisse zur Steigerung der Effektivität InN-basierter THz-Quellen genutzt werden . Die von uns verfolgte Strategie zur Entwicklung leistungsstarker THz-Emitter basiert auf einer engen interdisziplinären Zusammenarbeit mit den drei Eckpfeilern InN-Herstellung, numerische Simulation und experimentelle Charakterisierung. Zunächst werden durch gezielte Wachstumsvariationen der InN-Schichten und mit Hilfe von numerischen Simulationen des Ladungsträgertransports die kritischen Materialparameter, die zu einer effektiven THz-Emission von InN-Oberflächen führen, identifiziert. Zur Charakterisierung der Oberflächen werden begleitende THz-Experimente durchgeführt. In weiteren Arbeitsschritten wird die Auskopplung der THz-Strahlung aus dem Halbleiter optimiert, etwa durch Anlegen starker Magnetfelder oder die gezielte Mikrostrukturierung der Oberfläche.Zur technologischen Umsetzung sollen die optimierten THz-Oberflächenemitter schließlich in THz-Parallel-Platten Wellenleiter integriert werden um die darin mögliche starke Konzentrierung der Felder etwa für hochempfindliche THz-spektroskopische Anwendungen zu nutzen. Es werden damit erstmals leistungsfähige, kompakte und breitbandige THz-Meßsysteme basierend auf den hier entwickelten InN-Oberflächenemittern realisiert, die im Gegensatz zu konventionellen THz- Emittern aufgrund der geringen Bandlücke von InN auch mit modernen, leistungsstarken und kostengünstigen fs-Faserlasern mit Anregungswellenlängen von 1060 nm bzw. 1550 nm betrieben werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen