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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.
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)
Zur Vermeidung der schädigenden Alkali-Kieselsäure-Reaktion (AKR) in Betonbauwerken wird die Alkalireaktivität von Gesteinskörnungen getestet. Der 60°C-Betonversuch ermöglicht eine vergleichsweise schnelle Einschätzung nach fünf-monatiger Testdauer. Dazu wird die Dehnung von Betonprüfkörpern, die mit der zu testenden Gesteinskörnung hergestellt wurden, manuell alle 28 Tage gemessen. Ein alternatives, an der BAM in den vergangen Jahren entwickeltes Verfahren setzt Dehnungssensoren ein, um kontinuierlich und online zu messen. Ziel dieses MNPQ-Projektes war es ein Messmodul zu entwickeln, welches eine kontinuierliche Dehnungsmessung leicht handhabbar umsetzt. Das von der Firma Schleibinger Geräte Teubert und Greim GmbH und der BAM in Kooperation entwickelte Messmodul lässt sich entweder in die herkömmliche AKR-Prüftruhe, in einen Wärmeschrank oder einen eigens entwickelten Minireaktor einlagern. Die kontinuierliche berührungslose Dehnungsmessung mittels Wirbelstromsensoren hat sich als robust und leicht handhabbar herausgestellt. Im Rahmen des Projektes ausgeführte Messungen untersuchen Einflüsse von gegenüber dem konventionellen Test variierten Testparametern, wie u.a. der Prüfkörperzahl je Behälter und dem ausbleibenden Drehen der Prüfkörper während des Tests. Die kontinuierliche Erfassung von Schallemissionen und Ultraschallgeschwindigkeit erweist sich als interessante Option um ein umfassendes Bild der Schädigungs-, Expansions-, und Hydratationsvorgänge zu gewinnen. Der eingefügte Erfolgskontrollbericht stellt den Projektverlauf dar und zeigt Chancen des entwickelten Gerätes auf.