| Περίληψη |
Τις τελευταίες δεκαετίες υπάρχει μια έντονη ερευνητική δραστηριότητα στη δημιουργία και το σχεδιασμό μικροκοιλοτήτων από νιτρίδια ημιαγωγών III-V. Ο λόγος είναι ότι επιτρέπουν την μελέτη θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων του μπλε φωτός με την ύλη, όταν οι ηλεκτρονικές καταστάσεις και το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο περιορίζονται σε μία διάσταση. Εάν τοποθετήσουμε σαν ενεργό υλικό ένα κβαντικό πηγάδι (QW), που εκπέμπει/απορροφάει στο ίδιο μήκος κύματος με τον τρόπο ταλάντωσης της μικροκοιλότητας που είναι ενσωματωμένο μέσα, τότε η ενέργεια "ταλαντεύεται" μεταξύ του φωτονίου της κοιλότητας και της γνωστής εξιτονικής κατάστασης. Εάν αυτή η σύζευξη είναι ταχύτερη από άλλες διεργασίες μέσα στη κοιλότητα τότε η διάκριση μεταξύ του φωτονίου και του εξιτονίου χάνεται, και νέα οιονεί-σωματίδια δημιουργούνται. Αυτές οι νέες καταστάσεις, για τις οποίες έχει καθιερωθεί η ονομασία "πολαριτόνια", αποτελούνται από μισή-ύλη και μισό-φως και περιγράφουν την αλληλεπίδραση μεταξύ εξιτονίων και φωτονίων με την ίδια ενέργεια και ορμή.
Παρόμοια με τις μικροκοιλότητες, οπτικά αντηχεία σε σχήμα μικροδίσκων έχουν βρεθεί επίσης να εμφανίζουν χαμηλές απώλειες και υψηλούς παράγοντες ποιότητας (Q-factors) λόγω του μικρού όγκου τους και χωρίς την ανάγκη κατασκευής καθρεφτών DBR. Στις κυκλικές κοιλότητες, όπως και στους μικροδίσκους, είναι γνωστό ότι μπορούν να διεγερθούν οι λεγόμενοι "Whispering Gallery Modes" τρόποι ταλάντωσης που είχαν παρατηρηθεί για πρώτη φορά από τον Λόρδο Rayleigh το 1878. Αυτοί οι τρόποι διέγερσης προσφέρουν τη δυνατότητα για την εξερεύνηση της ισχυρής σύζευξης, και ως εκ τούτου, είναι ιδανικοί υποψήφιοι για τη επίτευξη λέιζερ ακόμη χαμηλότερης κατανάλωσης.
Ο σκοπός αυτής της εργασίας ήταν ο σχεδιασμός και η κατασκευή μεμβρανών πάχους 3λc/2 από υψηλής ποιότητας AlGaN, χρησιμοποιώντας τη Φωτο-ηλεκτροχημική εγχάραξη (PEC etching) για την αφαίρεση ενός στρώματος InGaN, και η χρήση τους ως ενεργό υλικό στις μικροκοιλότητες. Η κεντρική ιδέα ήταν να ενσωματωθούν δύο σετ από 4 GaN/AlGaN QWs μέσα στις AlGaN μεμβράνες, στις περιοχές των μεγίστων του ηλεκτρικού πεδίου, για τη διερεύνηση της ισχυρής σύζευξης όταν αυτές τοποθετηθούν ανάμεσα σε δύο DBR καθρέφτες. Επιπλέον, έγινε μια πρώτη προσπάθεια για να κατασκευαστούν μικροδίσκοι διαφορετικών μεγεθών, με βάση την ίδια τεχνική, ώστε να γίνει εξερεύνηση των WGMs. H συγκέντρωση του ΑΙ στο AlGaN διατηρήθηκε σε χαμηλά επίπεδα ώστε να μειωθούν όσο το δυνατόν περισότερο οι αναντιστοιχίες στις πλεγματικές σταθερές μεταξύ των δυο υλικών. Η τεχνική ανάπτυξης των δειγμάτων ήταν η επίταξη με μοριακές δέσμες (ΜΒΕ) πάνω σε υποστρώματα c-GaN/c-Sapphire από την ομάδα CEA στη Γαλλία.
|
Nitride polariton structures with improved characteristics
