Design, fabrication and characterization of photonic crystals for cavity quantum electrodynamics enhanced devices
Autor (es)
Prieto González, IvánEntidad
UAM. Departamento de Física de Materiales; Instituto de Microelectrónica de Madrid (IMM)Fecha de edición
2014-06-13Materias
Nanofotónica - Tesis doctorales; Cristales - Propiedades ópticas - Tesis doctorales; FisiónNota
Tesis doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Física de Materiales: Fecha de lectura: 13-06-2014Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.
Resumen
In this thesis, photonic crystals with embedded quantum nanostructures were
used to achieve enhanced devices for cavity quantum electrodynamics experiments.
We have developed several fabrication procedures to obtain state{of{the{
art photonic crystal microcavities. Several applications have been demonstrated
along the course of this thesis. Some of them are presented in this manuscript.
First, near{thresholdless laser operating at room temperature was demonstrated
in a system consisting of a L9{photonic crystal microcavity with embedded single
layer of high density of InAsSb/GaAs quantum dots. Second, a methodology
was presented to study the strong coupling between quantum nanostructures and
cavity modes with high quality factor and low volume by means of nite di erence
time domain. Third, three di erent approaches have been proposed towards
the deterministic coupling of a single quantum dot with a photonic crystal microcavity
mode. Results are based on the development of a strategy either to
fabricate PCMS in spectral and spatial speci c positions or to specify those positions
where the QDs have to be nucleated. To fabricate PCMs in speci c positions
we have developed a fabrication procedure of photonic crystal microcavities with
metallic marks, achieving an accuraccy in the spatial positioning better than 50
nm. Molecular beam epitaxial re{growth of pre{patterned photonic crystal microcavities
in a incomplete GaAs slab have been designed, fabricated and tested
to demonstrate their capability to integrate one or several isolated QDs. Finally,
an enhanced external quantum e ciency in solar cells was demonstrated through
the use of a photonic crystal. En esta tesis, se ha utilizado cristales fotónicos con nano{estructuras cuánticas
para conseguir fabricar dispositivos mejorados para experimentos de electrodinámica
cuántica en cavidades. Hemos desarrollado varios procesos de fabricación
para obtener microcavidades de cristal fotónico en el estado del arte. Varias
aplicaciones han sido demostradas durante el curso de esta tesis. Algunas de
ellas son presentadas en este manuscrito. En primer lugar, un laser quasi{sin{
umbral a temperatura ambiente ha sido demostrado en un sistema que consiste
en una cavidad de cristal fotónico con una única capa de puntos cuánticos de
InAsSb/GaAs de alta densidad. En segundo lugar, se presenta una metodología
para estudiar el acoplamiento fuerte entre nanostructuras cuánticas y modos de
cavidad con alto factor de calidad y bajo volumen modal mediante diferencias fi-
nitas en el dominio temporal.
En tercer lugar, se proponen tres aproximaciones para la obtención de un sistema
de punto cuántico acoplado de forma determinista con un modo de cavidad
de cristal fotónico. Los resultados están basados en el desarrollo de una estrategia,
bien de la fabricación de cavidades de cristal fotónico en posiciones específicas
emitiendo en determinadas longitudes de onda, bien especificando el lugar donde
se tienen que nuclear los puntos cuánticos. Para fabricar las cavidades de cristal
fotónico en posiciones espeíficas hemos desarrollado un procedimiento de fabricación
que hace uso de marcas metálicas de alineamiento, y hemos demostrado
precisiones en el posicionamiento mejores que 50 nm. Se han conseguido cavidades
fabricadas en una lámina incompleta y luego recrecidas mediante la técnica de
crecimiento por haces moleculares y se ha demostrado su potencial para incorporar
uno o varios puntos cuánticos posicionados. Finalmente, hemos demostrado
una mejora en la e ciencia cuántica de células solares mediante el uso de cristales
fotónicos
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