Integrierte Nanodraht Laser auf SOI-basierten photonischen Schaltkreisen

• Antragsteller: Professor Dr. Jonathan J. Finley; Privatdozent Dr. Gregor Koblmüller
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 328158280

Dieses Vorhaben knüpft direkt an aktuelle Errungenschaften der Antragsteller an, um positions-kontrolliert III-V Halbleiter Nanolaser auf Silizium-basierte nanophotonische Schaltkreise zu integrieren und deren Kopplung mit der photonischen Umgebung und untereinander zu erforschen. Dabei fokussieren wir uns auf vertikal integrierte (In)GaAs-(In)AlAs basierte Nanodrähte mit durchstimmbarer Bandlücke und einer Emissions-Wellenlänge, welche auf die für die optische Telekommunikation relevante Bandbreite von 1.2-1.55 µm (nahes Infrarot) abzielt. Ein essenzieller und noch kaum erforschter Beitrag ist hier insbesondere die Optimierung der optischen Verstärkung (Gain) sowie der Ladungsträgerdynamik unter Ausnutzung von niedrig-dimensionalen Heterostrukturen, elastischer Verspannung und Dotierung der Nanodraht-Laser. Hier gilt es wesentliche Faktoren, wie die zeit- und frequenz-abhängige Ladungsträger-Relaxation, Erholung der optischen Verstärkung (gain recovery), Anschaltverhalten, etc. zu untersuchen sowie wichtige Beiträge der nicht-strahlenden Auger Rekombination zu ermitteln. Hier kommen Methoden wie ultraschnelle Anregungs-Auslese (Pump-Probe) Spektroskopie, temperatur-abhängige Messungen der Schwell-(threshold) Charakteristik und assoziierte Simulationen zum Einsatz. Optimierte Nanodraht-Laserstrukturen werden in weiterer Folge auf Prototypen von Silizium-auf-Isolator (SOI) photonischen Schaltkreisen monolithisch integriert und deren optische Kopplung zum darunterliegenden Schaltkreis (Wellenleiter) und deren Umgebung untersucht. Anhand dieser Prototypen werden wir Phänomene des Self-injection-Locking und der optischen Wechselwirkung zwischen einzelnen Nanodraht-Laser untersuchen, um Wege für künftige funktionale optische Schaltkreise anhand von monolithisch integrierten Nanolasern zu ebnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich, USA
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Privatdozent Dr. Markus Döblinger; Professor Dr. Alexander Efros, Ph.D.; Professor Lincoln Lauhon, Ph.D.; Professorin Dr. Kathy Lüdge; Professor Dr. Julian Stangl