Reaktive Ionenätzanlage
Final Report Abstract
Die beschaffte Ionenätzanlage ist ein zentraler Bestandteil unserer Halbleiterprozessierung geworden. Durch den Einsatz der vielfältig vorhandenen Ätzgase ist ein schneller Prozesswechsel zwischen den von uns verwendeten Materialien, AlInGaAs, AlInGaP und AlInGaN, möglich. Durch geeignete Variation zwischen den physikalischen und den chemischen Komponenten lassen sich steile Ätzflanken mit hohem Aspektverhältnis erreichen. Zum Einsatz kommt die Ätzanlage vor allem in der Prozessierung unserer oberflächenemittierenden Laser. Hierbei werden aus den p-DBR Spiegelpaaren, bestehend aus AlGaAs Kombinationen, kreisrunde Mesen mit einer Höhe von 3µm heraus präpariert. Dank der integrierten Laser Interferometrie zur Endpunktdetektion, kann hier präzise am Beginn der aktiven AlGaInP Zone gestoppt werden. Bei von uns neu entwickelten VCSEL mit Doppelspiegelstrukturen, sowie elektrisch betriebenen Halbleiterscheiben-Lasern ist eine Ätztiefe von über 10µm mit einer sehr guten Flankensteilheit erreicht worden. Erst dadurch sind diese neuen Entwicklungen überhaupt realisierbar. Ein weiteres Forschungsfeld in dem die Ätzanlage im Einsatz ist, ist die Integration von photonischen Bauelementstrukturen (Wellenleiter und Strahlteiler) für quantenoptische Anwendungen auf einem GaAs basierten Chip. Hierzu werden die Strukturen nach einem Elektronenlithographieschritt heraus präpariert. Besonderes Augenmerk liegt hier auf der Rauigkeit der Seitenflächen der Wellenleiter, die zu Streuverlusten der zu führenden Einzelphotonen führen würde. Auch hier wurde durch die geeignete Wahl der Prozessgaskombination bei der Tiefätzung eine Seitenpassivierung der Wellenleiter bei gleichzeitiger steiler Seitenflanke erreicht. Somit konnte auf einem GaAs Chip eine Strahlteileroperation im Verhältnis 50/50 demonstriert werden. In der Quantenpunktforschung beschäftigt sich das Institut auch mit der positionierten Abscheidung von Halbleiterquantenpunkten um eine gezielteren Bauteilprozess zu ermöglichen. Hierzu wird das Substrat vorstrukturiert um Nukleationskeime für das Quantenpunktwachstum zu erzeugen. Hierzu werden flache Löcher mit einem Durchmesser von wenigen 100nm und einer Tiefe von wenigen 10 nm in das Substrat geätzt. Nur wenn die Seitenwände dieser Löcher einen gewissen Winkel (Ausbilden von spezifischen Kristallfacetten) aufweisen, können die QP innerhalb der Löcher abgeschieden werden. Auch dies kann durch die geeignete Wahl der Ätzgase mit der ICP-RIE erreicht werden.
Publications
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Fabrication and optical characterization of large scale membrane containing InP/AlGaInP quantum dots. Nanotechnology 26, 235201 (2015)
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Monolithic on-chip integration of semiconductor waveguides, beamsplitters and single-photon sources. J. Phys. D: Appl. Phys. 48 085101 (2015)
K. D Jöns, U. Rengstl, M. Oster, F. Hargart, M. Heldmaier, S. Bounouar, S. M Ulrich, M. Jetter and P. Michler
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On-chip beamsplitter operation on single photons from quasi-resonantly excited quantum dots embedded in GaAs rib waveguides. Appl. Phys. Lett. 107, 021101 (2015)
U. Rengstl, M. Schwartz, T. Herzog, F. Hargart, M. Paul, S. L. Portalupi, M. Jetter and P. Michler
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Photonische Schaltkreise mit Einzelphotonenquellen. Photonik 6, 58 (2015)
U. Rengst, M. Schwartz, M. Jetter und P. Michler
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Defect reduced selectively grown GaN pyramids as template for green InGaN quantum wells. Phys. Status Solidi B 253, No. 1, 67–72 (2016)
J. Wagner, C. Wächter, J. Wild, M. Müller, S. Metzner, P. Veit, G. Schmidt, M. Jetter, F. Bertram, J. Zweck, J. Christen, and P. Michler
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Generation, guiding and splitting of triggered single photons from a resonantly excited quantum dot in a photonic circuit. Optics Express Vol. 24, 3089-3094 (2016)
M. Schwartz, U. Rengstl, T. Herzog, M. Paul, J. Kettler, S. L. Portalupi, M. Jetter, and P. Michler
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Photonic integrated circuits with on-chip singlephoton emitters. Laser Photonics 1 (2016)
U. Rengst, M. Schwarz, M. Jetter und P. Michler
