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One of the most significant limitations for the quantum efficiency of group III-nitride based light emitters is the spatial electron-hole separation due to the quantum-confined Stark effect (QCSE). To overcome this problem, Hönig et al. [1] proposed a novel concept, the Internal-Field-Guarded-Active-Region Design (IFGARD), which suppresses the QCSE for wurtzite crystals in the [0001] direction. Here, we show how encapsulating the active region by additional guard layers results in a strong reduction of the built-in electric field in c-plane wurtzite nanostructures. Even more importantly, we demonstrate the first experimental evidence for the successful realization of an IFGARD structure based on GaN/AlN heterostructures embedded in GaN nanowires. By means of power-dependent and time-resolved µ-photoluminescence (µ-PL) we experimentally proof the validity of the unconventional IFGARD structure. We managed to tune the emission of 4-nm-thick GaN nano-discs up to 3.32 eV at low excitation powers, which is just 150 meV below the bulk GaN bandgap. Our results demonstrate an almost complete elimination of the QCSE in comparison to conventional structures which show approximately 1 eV red-shifted emission. The suppression of the QCSE results in a significant increase of the radiative exciton decay rates by orders of magnitude and demonstrates the potential of IFGARD structures for future light sources based on polar heterostructures.
[1] Hönig et al., Phys. Rev. Applied 7, 024004 (2017)
Recently, we suggested an unconventional approach [the so-called Internal-Field-Guarded-Active-Region Design (IFGARD)] for the elimination of the crystal polarization field induced quantum confined Stark effect (QCSE) in polar semiconductor heterostructures. And in this work, we demonstrate by means of micro-photoluminescence techniques the successful tuning as well as the elimination of the QCSE in strongly polar [000-1] wurtzite GaN/AlN nanodiscs while reducing the exciton life times by more than two orders of magnitude. The IFGARD based elimination of the QCSE is independent of any specific crystal growth procedures. Furthermore, the cone-shaped geometry of the utilized nanowires (which embeds the investigated IFGARD nanodiscs) facilitates the experimental differentiation between quantum confinement- and QCSE-induced emission energy shifts. Due to the IFGARD, both effects become independently adaptable.
ln den letzten Jahren wurden diverse Prüfverfahren und Methoden entwickelt, um die Leistungsfähigkeit von Beton bzw. Bindemittel hinsichtlich des Widerstands gegenüber betonaggressiven Einwirkungen beurteilen zu können. Ein wesentliches Ziel von Prüfverfahren zur Beurteilung der Dauerhaftigkeit von Baustoffen ist, die im Laufe der Nutzungsdauer zu erwartenden Einwirkungen auf den Baustoff realitätsnah abzubilden. Dazu sind die Prüfparameter auf die im jeweiligen Anwendungsbereich vorherrschenden Umgebungs- und Randbedingungen anzupassen. Daneben sind auch die Bewertungskriterien individuell unter Berücksichtigung der im Einzelfall geforderten Nutzungsdauer eines Bauwerks festzulegen. Eine systematische Zuordnung von adäquaten Prüfverfahren bzw. Prüfparametem und Bewertungskriterien für die verschiedenen Anwendungsbereiche im Betonbau, in denen betonaggressive Einwirkungen auftreten, ist mit Ausnahme von Einzelfällen bislang nicht vorhanden. Daneben stellt sich in der Praxis immer wieder das Problem, das Angriffspotenzial der Umgebung eines Bauwerks (prüftechnisch) zu erfassen und zu bewerten.
Der Hauptausschuss Baustofftechnik des DBV hat daher den Arbeitskreis „Chemischer Angriff auf Beton“ beauftragt, dieses Merkblatt zu erarbeiten, das auf Basis von einschlägigen Erfahrungen der Baupraxis und wissenschaftlichen Erkenntnissen Grundsätze und bewährte Methoden zur Beurteilung der Einwirkungs- und Widerstandsseite beim chemischen Angriff auf Beton aufzeigt und diesbezüglich Hinweise für verschiedene Anwendungsbereiche im Betonbau liefert.