Licht aus dem Nanodraht - Photonik

Licht aus dem Nanodraht

Dank eines neuen Verfahrens wachsen Nanodraht-Laser direkt auf Silizium-Chips. Damit ist eine Grundvoraussetzung für die künftige, schnelle und effiziente Datenverarbeitung mit Licht geschaffen.

Bild: Thomas Stettner, Philipp Zimmermann / TUM
Nanodrähte aus Gallium-Arsenid auf einer Silizium-Oberfläche

Immer kleiner, immer schneller, seit Beginn des Computerzeitalters verdoppelt sich die Leistung von Prozessoren durchschnittlich alle 18 Monate. Doch jetzt stößt die Miniaturisierung der Elektronik an physikalische Grenzen. Eine Steigerung der Leistung sei nur realisierbar, wenn man Elektronen durch Photonen ersetze, sagt Professor Jonathan Finley, Leiter des Walter-Schottky-Instituts der TU München (TUM)

Dr. Gregor Koblmüller vom Lehrstuhl für Halbleiter Quanten-Nanosysteme an der TUM hat nun zusammen mit Jonathan Finley ein Verfahren entwickelt, Nanodrahtlaser direkt auf Silizium-Chips abzuscheiden. Ihnen gelang es dabei, das Problem unterschiedlicher Gitterabstände und unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten bei der Verbindung eines III-V Halbleiters mit Silizium zu umgehen: Die Nanodrähte stehen aufrecht auf dem Silizium, die Grundfläche beträgt dadurch nur noch einige Quadratnanometer. Defekte können die Wissenschaftler so weitestgehend vermeiden.

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.

Die Grenze zwischen Galliumarsenid und Silizium reflektiere nicht genügend Licht. Sie hätten daher eine 200 Nanometer dünne Siliziumoxid-Schicht eingebaut, die auf das Silizium aufgedampft werde, erklärt Benedikt Mayer, Doktorand im Team von Koblmüller und Finley. In diese Spiegelschicht ließen sich dann feine Löcher ätzen, und in denen könne 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.

Derzeit produzieren die neuen Galliumarsenid Nanodraht-Laser infrarotes Licht mit einer fest vorgegebenen Wellenlänge und unter gepulster Anregung. Die Arbeiten seien eine wichtige Voraussetzung für die Entwicklung hochleistungsfähiger, optischer Komponenten für zukünftige Computer, resümiert Finley.

Das nächste Ziel steht bereits fest: Sie wollten eine Schnittstelle zum Strom zu schaffen, damit die Nanodrähte elektrisch betrieben werden können und keine externen Laser mehr benötigt würden, erläutert Koblmüller.

Originalveröffentlichungen:

[B. Mayer, L. Janker, B. Loitsch, J. Treu, T. Kostenbader, S. Lichtmannecker, T. Reichert, S. Morkötter, M. Kaniber, G. Abstreiter, C. Gies, G. Koblmüller, J. J. Finley, Monolithically Integrated High-beta Nanowire Lasers on Silicon, Nano Letters 16 (1) (2016), DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b03404]

[T. Stettner, P. Zimmermann, B. Loitsch, M. Döblinger, A. Regler, B. Mayer, J. Winnerl, S. Matich, H. Riedl, M. Kaniber, G. Abstreiter, G. Koblmüller, J. J. Finley, Coaxial GaAs-AlGaAs core-multishell nanowire lasers with epitaxial Gain control, Applied Physics Letters 108 (2016), DOI: 10.1063/1.4939549]

www.tum.de

 
© photonik.de 2016
Alle Rechte vorbehalten

XING

Folgen Sie PHOTONIK auch auf XING

Weitere Titel

Aktuelle Ausgabe
Cover
Ausgabe 04/2016

Photonik ist Fachorgan für:

Produkt-Highlight  -  Anzeige

Termine

04.10.2016 - 05.10.2016
Medtec Ireland
Details »
04.10.2016 - 04.10.2016
63. Heidelberger Bildverarbeitungsforum
Details »
10.10.2016 - 12.10.2016
Weiterbildung Optik

Modul: Technische Optik (Theoretischer Teil)

Details »