Hochbrilliante GaN Laserdioden

• Antragsteller: Professor Dr. André Strittmatter
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391920327

Sichtbare LEDs und Laserdioden werden aus Gruppe-III-Nitridmaterialien durch Epitaxiemethoden hergestellt. Sie haben bereits durch ihre verbreitete Nutzung für Beleuchtung und Projektion unseren Alltag verändert. Hoch-brilliante GaN-basierte Hochleistungslaserdioden könnten Entladungslampen und ineffiziente Lasersysteme auch bei Großbildschirmen, -projektoren und weiteren Lichtsystemen ersetzen sowie bei Freistrahl- oder Unterwasserkommunikationssystemen. Um hochbrilliante GaN-basierte Laser herzustellen, muss das konventionelle, auf interner Totalreflexion beruhende Kantenemitterdesign ersetzt werden durch eine vertikale Struktur zur Modenexpansion. Dadurch wird ein breiteres optisches Nahfeld erreicht das schmalere Fernfeldwinkel für das Emissionsprofil ergibt. Gleichzeitig muss der Wellenleiter für die Modenausdehnung die Emission in den Grundmode stabilisieren, indem höhere Moden durch die geschickte Einstellung des Gewinns und Verlusts diskriminiert werden. Dieses gemeinsame NSFC-DFG Projekt zielt auf die Entwicklung von hoch-brillianten (In,Al,Ga)N-Hochleistungslaserdioden unter Nutzung des Konzeptes photonischer-Kristalle (PBC). Die Projektverantwortlichen sind Prof. André Strittmatter von der Abteilung Halbleiterepitaxie der Otto-von-Guericke Universität (OvGU) und Prof. Cunzhu Tong vom Changchun Institut für Optik, Feinmechanik und Physik (CIOMP) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften. Beide PI haben einen starken Hintergrund über PBC-Laser und sich komplementäre Erfahrungen in der Simulation, Nitrid-Wachstum und -charakterisierung, und Bauelementherstellung.Für das optimale optische und elektrische Design der PBC-Struktur selbst und der gesamten Laserstruktur ist Grundlagenforschung notwendig. Die erfolgreiche Verwirklichung des Designs hängt kritisch von den verfügbaren Materialkombinationen im Gruppe-III-Nitrid System ab. Insbesondere muss eine Materialstudie zu mechanischen Verspannungen, elektrischer Leitfähigkeit und optischen Verlusten für die PBC-Sektion durchgeführt werden. HiBGaN kombiniert das akkumulierte und komplementäre Wissen beider Seiten indem jede Aufgabe entsprechend den spezifischen Stärken jeder Gruppe verteilt werden. Die deutsche Seite hat besondere Fähigkeiten im Wachstum von gitterangepassten Nitridmaterialien, die für dicke, verlustarme, GaN-basierte PBC-Designs Voraussetzung sind. OvGU wird daher für das epitaktische Wachstum und Charakterisierung der Laserstruktur verantwortlich sein. Die chinesische Seite wird verantwortlich sein für das Design der der PBC-Strukturen, die Herstellung und Charakterisierung von PBC-Lasern. Es sind gegenseitige Forschungsaufenthalte vereinbart, um Studenten auszubilden, Expertenwissen auszutauschen und eine Langzeitpartnerschaft zwischen beiden Institutionen zu initieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Dr. Cunzhu Tong