Quantenkaskadenlaser (QCLs) sind die einzigen kompakten Quellen für kohärente Terahertz (THz) Strahlung und daher interessant für verschiedene Anwendungen wie Ganzkörperscanner im Bereich der Sicherheitstechnik, oder Spektroskopie zur Untersuchung von Materialeigenschaften. Bei dieser Arbeit wurde ein neues Resonatorkonzept für THz QCLs, nämlich ein supraleitender Niob (Nb) "Double-Metal" (DM) Disk Resonator, untersucht. Die Wellenleiterverluste dominieren in DM Resonatoren, welche hauptsächlich auf Absorption von THz Strahlung in den Metallschichten zurückzuführen sind. Um diese zu verringern, werden die üblichen Gold oder Kupfer Schichten des DM Wellenleiters durch Niob ersetzt, das unterhalb der kritischen Temperatur (9.2 K) supraleitend ist. Ein QCL besteht aus einem "Superlattice", welches die Elektronen in Wachstumsrichtung einschränkt. Die Energie der Elektronen wird dadurch quantisiert und Subbänder entstehen, welche die Laserzustände des aktiven Mediums bilden. Es wird ein resonantes Phononen Design verwendet wobei der untere Laser Level von longitudinalen optischen (LO) Phononen entleert wird. Ein DM Disk Resonator wurde gewählt, wobei sich die aktive Zone zwischen zwei Metallschichten befindet, welche das Licht vertikal führen. Der Disk Resonator bietet gutes laterales Führungsverhalten mittels totaler interner Reflexion an den Facetten.<br />Wir untersuchten, ob die Nb Schichten des Wellenleiters bei den Bedingungen, die innerhalb eines THz QCLs während des Betriebes herrschen, supraleitend sind und wie sich das auf das Betriebsverhalten bezüglich emittiertem Licht, Strom-Spannungs Charakteristik und spektralem Verhalten auswirkt. Simulationen ergeben geringere Wellenleiterverluste und einen höheren "Confinement" Faktor, verglichen mit Au Wellenleitern. Wir prozessierten Nb Schichten auf einem semi-isolierenden Substrat, welche bei der Temperatur von flüssigem Helium (4.2 K) supraleitend sind. Wir fabrizierten THz QCLs mit Nb DM Disk Resonatoren und charakterisierten sie bei der Temperatur von flüssigem Helium. Die QCLs haben eine geringere Ausgangsleistung im Vergleich zu Proben mit Au Fabry-Perot Resonatoren. Das kann auf den unterschiedlichen Resonatortyp und das, die Supraleitung zerstörende, Aufbrechen der Cooper Paare durch THz Photonen zurückgeführt werden.<br />Auch mit normal leitenden Nb Schichten funktioniert der QCL.
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Quantum cascade lasers (QCLs) are the only compact sources for coherent terahertz (THz) radiation and therefore interesting for various applications like body scanners in the field of security technology, or spectroscopy for the investigation of material properties. In this theses, a novel cavity concept for THz QCLs, namely a superconducting niobium (Nb) double-metal (DM) disk resonator, is investigated. The waveguide losses are dominating in DM resonators, which are mainly due to absorption of the THz radiation in the metal layers. In order to lower these, the commonly used gold or copper layers of the DM waveguide are replaced by niobium, which is superconducting below the critical temperature (9.2 K).<br />A QCL consists of a superlattice, confining the electrons in growth direction. The electron energy gets quantized and subbands emerge, providing the laser levels of the active medium. A resonant phonon design is used, where the lower laser level is depopulated by longitudinal optical (LO) phonons. A DM disk resonator was chosen, where the active region is arranged in between two metal layers, confining the light vertically. The disk resonator provides high lateral confinement by total internal reflection at the facets. We investigated, if the niobium layers of the waveguide are superconducting at the conditions present inside a THz QCL during operation and how the performance of the device in terms of emitted light, current-voltage characteristics and spectral behaviour, is affected. Simulations show lower waveguide losses and a higher confinement factor, compared to Au waveguides. We processed Nb layers on a semi-insulating substrate, which are superconducting at liquid helium temperature (4.2 K). We fabricated THz QCLs with Nb DM disk resonators and characterized them at liquid helium temperature. The devices show lower output power compared to samples with Au Fabry-Perot waveguides.<br />This can be attributed do the different resonator type and the breaking of cooper pairs by THz photons, destroying superconductivity.<br />Nevertheless, even with normal conducting Nb layers, the QCL is lasing.