{"id":{"repo_id":"freiburg-diss","oai_identifier":"oai:freidok.uni-freiburg.de:1678"},"canonical_url":"https://search.dev.ndltd.org/etd/freiburg-diss/oai:freidok.uni-freiburg.de:1678","repository":{"repo_id":"freiburg-diss","name":"University of Freiburg","base_url":"https://freidok.uni-freiburg.de/oai/oai2.php"},"display":{"title":"Kurzwellige Diodenlaser auf der Basis der Gruppe III-Nitride","abstract":"Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden die elektrischen, optischen und thermischen Eigenschaften von Laserdioden auf der Basis der Gruppe III-Nitride mit einer Emissionswellenlänge um 405 nm und geätzten Spiegelfacetten untersucht. Insbesondere wurde auf Einflüsse eingegangen, die sich aus dem verwendeten Materialsystem und der Notwendigkeit des Wachstums auf Fremdsubstrat ergaben. Ein zentraler Punkt war die Untersuchung der Injektion der Löcher und Elektronen in die InGaN-Quantenfilme mit Hilfe unterschiedlicher Mg- und Si-Dotierprofile. Hierbei zeigte sich, dass vor allem die Mg-Dotierprofile sehr sorgfältig eingestellt werden müssen. Ist die Mg-Konzentration in der Nähe des aktiven Bereichs zu gering, so ist die effiziente Injektion der Löcher in den aktiven Bereich nicht gewährleistet. Ist die Mg-Konzentration zu hoch, so kommt es zu einer verstärkten, temperaturabhängigen Rückdiffusion der Mg-Atome in die InGaN-Quantenfilme und somit zu einer verringerten Lumineszenzausbeute, da durch die Mg-Atome nichtstrahlenden Rekombinationszentren geschaffen werden. Bei weiteren Untersuchungen zeigte sich, dass aufgrund der hohen elektrischen Verlustleistungen und der schlechten Ableitung der entstehenden Verlustwärme aus dem aktiven Bereich heraus bei der physikalischen Beschreibung der Lasereigenschaften thermische Effekte mit einbezogen werden müssen. Diese starke Selbstaufheizung der Laserdioden kann auch bei sehr kleinen Tastverhältnissen und kurzen Pulslängen nicht vernachlässigt werden. Im dritten zentralen Bereich wurden Variationen der vertikalen Struktur der Laserdioden untersucht. Bei einer Variation der Anzahl der Quantenfilme ergab sich die geringste elektrischen Verlustleistung an der Schwelle bei einer Laserstruktur mit drei Quantenfilmen. Indem identische Laserschichtenfolgen auf Saphir-Substrat und GaN-Quasisubstrat aufgewachsen wurden, konnte der Einfluss der Reduktion der Defektdichte der aufgewachsenen Schichten von 2×109 cm-2 auf 1×108 cm-2 auf die Laserparameter untersucht werden. Durch die Reduktion der Defektdichte konnte die durchschnittliche elektrische Verlustleistung an der Schwelle um ca. 40 % verringert werden, was vor allem auf eine Reduktion der defektassistierten Rekombination zurückzuführen ist.","abstract_html":"Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden die elektrischen, optischen und thermischen Eigenschaften von Laserdioden auf der Basis der Gruppe III-Nitride mit einer Emissionswellenlänge um 405 nm und geätzten Spiegelfacetten untersucht. Insbesondere wurde auf Einflüsse eingegangen, die sich aus dem verwendeten Materialsystem und der Notwendigkeit des Wachstums auf Fremdsubstrat ergaben. Ein zentraler Punkt war die Untersuchung der Injektion der Löcher und Elektronen in die InGaN-Quantenfilme mit Hilfe unterschiedlicher Mg- und Si-Dotierprofile. Hierbei zeigte sich, dass vor allem die Mg-Dotierprofile sehr sorgfältig eingestellt werden müssen. Ist die Mg-Konzentration in der Nähe des aktiven Bereichs zu gering, so ist die effiziente Injektion der Löcher in den aktiven Bereich nicht gewährleistet. Ist die Mg-Konzentration zu hoch, so kommt es zu einer verstärkten, temperaturabhängigen Rückdiffusion der Mg-Atome in die InGaN-Quantenfilme und somit zu einer verringerten Lumineszenzausbeute, da durch die Mg-Atome nichtstrahlenden Rekombinationszentren geschaffen werden. Bei weiteren Untersuchungen zeigte sich, dass aufgrund der hohen elektrischen Verlustleistungen und der schlechten Ableitung der entstehenden Verlustwärme aus dem aktiven Bereich heraus bei der physikalischen Beschreibung der Lasereigenschaften thermische Effekte mit einbezogen werden müssen. Diese starke Selbstaufheizung der Laserdioden kann auch bei sehr kleinen Tastverhältnissen und kurzen Pulslängen nicht vernachlässigt werden. Im dritten zentralen Bereich wurden Variationen der vertikalen Struktur der Laserdioden untersucht. Bei einer Variation der Anzahl der Quantenfilme ergab sich die geringste elektrischen Verlustleistung an der Schwelle bei einer Laserstruktur mit drei Quantenfilmen. Indem identische Laserschichtenfolgen auf Saphir-Substrat und GaN-Quasisubstrat aufgewachsen wurden, konnte der Einfluss der Reduktion der Defektdichte der aufgewachsenen Schichten von 2×109 cm-2 auf 1×108 cm-2 auf die Laserparameter untersucht werden. Durch die Reduktion der Defektdichte konnte die durchschnittliche elektrische Verlustleistung an der Schwelle um ca. 40 % verringert werden, was vor allem auf eine Reduktion der defektassistierten Rekombination zurückzuführen ist.","abstract_has_math":false,"creators":["Sommer, Frank"],"institution":null,"degree_name":null,"degree_level":null,"degree_discipline":null,"degree_department":null,"school":null,"contributors":["Wagner, Joachim"],"advisors":[],"committee_chairs":[],"committee_members":[],"year":null,"date_issued":"","date_published":null,"updated_at":"2026-07-24T02:22:22Z","subjects":["InGaN","Defektdichte","Selbstaufheizung","Mg Diffusion","defect density","self heating"],"languages":[],"rights":[],"rights_urls":[],"identifier_entries":[]},"links":{"outbound_url":"https://freidok.uni-freiburg.de/data/1678","outbound_label":"Repository record","outbound_source":"source_url"},"metadata_groups":[{"id":"people","label":"People","entries":[{"key":"dc:contributor","label":"Contributor","values":["Wagner, Joachim"]},{"key":"dc:creator","label":"Author","values":["Sommer, Frank"]}]},{"id":"academic_context","label":"Academic Context","entries":[{"key":"dc:type","label":"Dc Type","values":["DoctoralThesis"]}]},{"id":"subjects_keywords","label":"Subjects and Keywords","entries":[{"key":"dc:subject","label":"Dc Subject","values":["InGaN","Defektdichte","Selbstaufheizung","Mg Diffusion","defect density","self heating"]}]},{"id":"additional","label":"Additional Metadata","entries":[{"key":"dc:description.abstract","label":"Abstract","values":["Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden die elektrischen, optischen und thermischen Eigenschaften von Laserdioden auf der Basis der Gruppe III-Nitride mit einer Emissionswellenlänge um 405 nm und geätzten Spiegelfacetten untersucht. Insbesondere wurde auf Einflüsse eingegangen, die sich aus dem verwendeten Materialsystem und der Notwendigkeit des Wachstums auf Fremdsubstrat ergaben. Ein zentraler Punkt war die Untersuchung der Injektion der Löcher und Elektronen in die InGaN-Quantenfilme mit Hilfe unterschiedlicher Mg- und Si-Dotierprofile. Hierbei zeigte sich, dass vor allem die Mg-Dotierprofile sehr sorgfältig eingestellt werden müssen. Ist die Mg-Konzentration in der Nähe des aktiven Bereichs zu gering, so ist die effiziente Injektion der Löcher in den aktiven Bereich nicht gewährleistet. Ist die Mg-Konzentration zu hoch, so kommt es zu einer verstärkten, temperaturabhängigen Rückdiffusion der Mg-Atome in die InGaN-Quantenfilme und somit zu einer verringerten Lumineszenzausbeute, da durch die Mg-Atome nichtstrahlenden Rekombinationszentren geschaffen werden. Bei weiteren Untersuchungen zeigte sich, dass aufgrund der hohen elektrischen Verlustleistungen und der schlechten Ableitung der entstehenden Verlustwärme aus dem aktiven Bereich heraus bei der physikalischen Beschreibung der Lasereigenschaften thermische Effekte mit einbezogen werden müssen. Diese starke Selbstaufheizung der Laserdioden kann auch bei sehr kleinen Tastverhältnissen und kurzen Pulslängen nicht vernachlässigt werden. Im dritten zentralen Bereich wurden Variationen der vertikalen Struktur der Laserdioden untersucht. Bei einer Variation der Anzahl der Quantenfilme ergab sich die geringste elektrischen Verlustleistung an der Schwelle bei einer Laserstruktur mit drei Quantenfilmen. Indem identische Laserschichtenfolgen auf Saphir-Substrat und GaN-Quasisubstrat aufgewachsen wurden, konnte der Einfluss der Reduktion der Defektdichte der aufgewachsenen Schichten von 2×109 cm-2 auf 1×108 cm-2 auf die Laserparameter untersucht werden. Durch die Reduktion der Defektdichte konnte die durchschnittliche elektrische Verlustleistung an der Schwelle um ca. 40 % verringert werden, was vor allem auf eine Reduktion der defektassistierten Rekombination zurückzuführen ist.","In the present thesis the electrical, optical and thermal properties of group III-nitride based laser diodes with etched mirror facets emitting at a wavelength around 405 nm were studied. In particular influences resulting from the applied material system and the need of growing on foreign substrates were dealt with. A key point was the investigation of the injection of holes and electrons into the InGaN quantum wells by means of different Mg and Si doping profiles. Especially the Mg doping profiles have to be adjusted carefully. If the Mg concentration close to the InGaN quantum wells is too low the efficient injection of the holes into the active region is not ensured. A Mg concentration which is too high leads to an increasing temperature dependent diffusion of Mg atoms into the InGaN quantum wells and consequently to a decreasing luminescence yield as a result of the creation of non-radiative recombination centers by the Mg atoms. Further investigations showed that due to the large injected electrical power and a poor dissipation of the resulting heat out of the active region thermal effects have to be included to the characterization of the laser properties. This strong self heating of the laser diodes cannot be neglected even by use of low duty cycles and pulse lengths. Furthermore, variations of the vertical structure of the laser diodes were investigated. Varying the number of quantum wells <br>the electrical power injected at threshold was lowest for a laser structure with three quantum wells. By growing identical laser structures on sapphire substrates and GaN templates the influence of reducing the defect density of the epitaxial layers from 2×109 cm-2 to1×108 cm-2 was studied. As a result of reducing the defect density the electrical power injected at threshold was decreased by about 40 % which could be attributed to the reduction of the defect-related recombination."]},{"key":"dc:format.medium","label":"Dc Format Medium","values":["application/pdf"]},{"key":"dc:title","label":"Title","values":["Kurzwellige Diodenlaser auf der Basis der Gruppe III-Nitride","Short-wavelength laser diodes based on group III-nitrides"]}]}],"canonical_facts":{"dc:contributor":["Wagner, Joachim"],"dc:creator":["Sommer, Frank"],"dc:description.abstract":["Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden die elektrischen, optischen und thermischen Eigenschaften von Laserdioden auf der Basis der Gruppe III-Nitride mit einer Emissionswellenlänge um 405 nm und geätzten Spiegelfacetten untersucht. Insbesondere wurde auf Einflüsse eingegangen, die sich aus dem verwendeten Materialsystem und der Notwendigkeit des Wachstums auf Fremdsubstrat ergaben. Ein zentraler Punkt war die Untersuchung der Injektion der Löcher und Elektronen in die InGaN-Quantenfilme mit Hilfe unterschiedlicher Mg- und Si-Dotierprofile. Hierbei zeigte sich, dass vor allem die Mg-Dotierprofile sehr sorgfältig eingestellt werden müssen. Ist die Mg-Konzentration in der Nähe des aktiven Bereichs zu gering, so ist die effiziente Injektion der Löcher in den aktiven Bereich nicht gewährleistet. Ist die Mg-Konzentration zu hoch, so kommt es zu einer verstärkten, temperaturabhängigen Rückdiffusion der Mg-Atome in die InGaN-Quantenfilme und somit zu einer verringerten Lumineszenzausbeute, da durch die Mg-Atome nichtstrahlenden Rekombinationszentren geschaffen werden. Bei weiteren Untersuchungen zeigte sich, dass aufgrund der hohen elektrischen Verlustleistungen und der schlechten Ableitung der entstehenden Verlustwärme aus dem aktiven Bereich heraus bei der physikalischen Beschreibung der Lasereigenschaften thermische Effekte mit einbezogen werden müssen. Diese starke Selbstaufheizung der Laserdioden kann auch bei sehr kleinen Tastverhältnissen und kurzen Pulslängen nicht vernachlässigt werden. Im dritten zentralen Bereich wurden Variationen der vertikalen Struktur der Laserdioden untersucht. Bei einer Variation der Anzahl der Quantenfilme ergab sich die geringste elektrischen Verlustleistung an der Schwelle bei einer Laserstruktur mit drei Quantenfilmen. Indem identische Laserschichtenfolgen auf Saphir-Substrat und GaN-Quasisubstrat aufgewachsen wurden, konnte der Einfluss der Reduktion der Defektdichte der aufgewachsenen Schichten von 2×109 cm-2 auf 1×108 cm-2 auf die Laserparameter untersucht werden. Durch die Reduktion der Defektdichte konnte die durchschnittliche elektrische Verlustleistung an der Schwelle um ca. 40 % verringert werden, was vor allem auf eine Reduktion der defektassistierten Rekombination zurückzuführen ist.","In the present thesis the electrical, optical and thermal properties of group III-nitride based laser diodes with etched mirror facets emitting at a wavelength around 405 nm were studied. In particular influences resulting from the applied material system and the need of growing on foreign substrates were dealt with. A key point was the investigation of the injection of holes and electrons into the InGaN quantum wells by means of different Mg and Si doping profiles. Especially the Mg doping profiles have to be adjusted carefully. If the Mg concentration close to the InGaN quantum wells is too low the efficient injection of the holes into the active region is not ensured. A Mg concentration which is too high leads to an increasing temperature dependent diffusion of Mg atoms into the InGaN quantum wells and consequently to a decreasing luminescence yield as a result of the creation of non-radiative recombination centers by the Mg atoms. Further investigations showed that due to the large injected electrical power and a poor dissipation of the resulting heat out of the active region thermal effects have to be included to the characterization of the laser properties. This strong self heating of the laser diodes cannot be neglected even by use of low duty cycles and pulse lengths. Furthermore, variations of the vertical structure of the laser diodes were investigated. Varying the number of quantum wells <br>the electrical power injected at threshold was lowest for a laser structure with three quantum wells. By growing identical laser structures on sapphire substrates and GaN templates the influence of reducing the defect density of the epitaxial layers from 2×109 cm-2 to1×108 cm-2 was studied. As a result of reducing the defect density the electrical power injected at threshold was decreased by about 40 % which could be attributed to the reduction of the defect-related recombination."],"dc:format.medium":["application/pdf"],"dc:subject":["InGaN","Defektdichte","Selbstaufheizung","Mg Diffusion","defect density","self heating"],"dc:title":["Kurzwellige Diodenlaser auf der Basis der Gruppe III-Nitride","Short-wavelength laser diodes based on group III-nitrides"],"dc:type":["DoctoralThesis"]},"updated_at":"2026-07-24T02:22:22Z"}