Technische Universität München
Siliziumchip mit integriertem Laser
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Doch wie wird ein Nanodraht zum Laser?
Um kohärentes Licht zu erzeugen, müssen die Photonen am oberen und unteren Ende des Drahts reflektiert werden, wodurch sich der Lichtpuls verstärkt, bis er die gewünschte Leistung erreicht hat.
Um diese Bedingungen zu erfüllen, mussten die Forscher tief in die physikalische Trickkiste greifen: »Die Grenze zwischen Galliumarsenid und Silizium reflektiert nicht genügend Licht. Wir haben daher einen Extra-Spiegel eingebaut – eine 200 Nanometer dünne Siliziumoxid-Schicht, die auf das Silizium aufgedampft wird«, erklärt Benedikt Mayer, Doktorand im Team von Koblmüller und Finley. »In die Spiegelschicht lassen sich dann feine Löcher ätzen, und in denen kann man mittels Epitaxie Atom für Atom, Schicht für Schicht Halbleiter-Nanodrähte züchten.«
Erst wenn die Drähte über die Spiegelfläche herausragen, dürfen sie in die Breite wachsen – solange bis der Halbleiter dick genug ist, damit Photonen in ihm hin und her flitzen und die Aussendung weiter Lichtteilchen anregen können. »Dieser Prozess ist sehr elegant, weil wir die Nanodraht-Laser so direkt auf die Wellenleiter im Silizium Chip positionieren können«, so Koblmüller.
Grundlagenforschung auf dem Weg in die Anwendung
Derzeit produzieren die neuen Galliumarsenid-Nanodraht-Laser infrarotes Licht mit einer fest vorgegebenen Wellenlänge und unter gepulster Anregung. »In Zukunft wollen wir die Emissionswellenlänge sowie weitere Laserparameter gezielt verändern, um die Lichtausbreitung unter kontinuierlicher Anregung im Silizium-Chip und die Temperaturstabilität noch besser steuern zu können«, ergänzt Finley.
Erste Erfolge hat das Team soeben veröffentlicht. Und das nächste Ziel steht bereits fest: »Wir wollen eine Schnittstelle zum Strom zu schaffen, damit wir die Nanodrähte elektrisch betreiben können und keine externen Laser mehr benötigen«, erläutert Koblmüller.
»Die Arbeiten sind eine wichtige Voraussetzung für die Entwicklung hochleistungsfähiger optische Komponenten für zukünftige Computer«, resümiert Finley. »Wir konnten zeigen, dass eine Fertigung von Siliziumchips mit integrierten Nanodraht-Lasern möglich ist.«
Die Forschung wurde gefördert mit Mitteln der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) durch das TUM Institute for Advanced Study, den Excellenzcluster Nanosystems Initiative Munich (NIM) und die International Graduate School of Science and Engineering (IGSSE) der TUM sowie von IBM über ein Internationales Doktoranden-Programm.
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