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Forschungszentrum Jülich

Optische Datenübertragung auf Chip-Level - Stand der Technik

29. März 2017, 10:54 Uhr | Markus Haller

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Interview: Aktueller Forschungsstand

Elektronik: Herr Prof. Dr. Grützmacher, mit Ihrer Forschungsgruppe haben Sie aktuell die Eigenschaften einiger Halbleitermaterialien verglichen, die als Lichtquellen zur optischen Datenübertragung auf Chip-Ebene geeignet sind. Können Sie die wichtigsten Ergebnisse kurz zusammenfassen?

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Prof. Dr. Grützmacher: In den letzten Jahren haben wir uns intensiv mit der Möglichkeit beschäftigt, eine Lichtquelle zu entwickeln, die kompatibel mit der gängigen Silizium-Technologie ist. Hier bieten sich Legierungen aus Elementen der vierten Hauptgruppe an, zu der auch Silizium gehört, da diese nicht zu unerwünschten n- oder p-Dotierungen führen. Für Halbleiter, die aus GeSn-Legierungen bestehen, hat man bereits in den 1980er Jahren eine direkte Bandlücke vorausgesagt. Das ist eine Grundvoraussetzung für die Entwicklung von optisch aktiven Bauelementen.

In den letzten Jahren ist es uns gelungen, ein Epitaxieverfahren zu entwickeln, um GeSn-Legierungen abzuscheiden, die einen Sn-Gehalt weit über der natürlichen Löslichkeit von Sn in Ge aufweisen. Dieses Material hat eine direkte Bandlücke und ist für die Herstellung optischer Bauelemente geeignet. Wir denken da in erster Linie an Leuchtdioden und Diodenlaser. Verschiedene Varianten von Leuchtdioden konnten wir bereits auf Basis von GeSn fertigen und auch ein optisch gepumpter Diodenlaser wurde schon demonstriert.

Die Leuchtdioden bestehen aus p- und n-leitenden Schichten und einer dazwischen eingebetteten aktiven Region, die aus einer GeSn-Schicht oder aus GeSn/SiGeSn-Multischichtstrukturen bestehen kann. Diese Leuchtdioden (LED) arbeiten bei Raumtemperatur. Die LED mit der Multischicht zeigt im Vergleich zu den Varianten mit einer reinen GeSn-Schicht eine deutlich hellere Lumineszenz. Dieses Verhalten kennt man auch aus den klassischen GaAs- oder GaN-basierten LED-Strukturen, allerdings steckt die Silizium-basierte SiGeSn-Technologie verglichen mit diesen klassischen Technologien noch in den Kinderschuhen.