Alternativer Strahler
Aus Germanium lassen sich Laser aufbauen.
Physik Journal – Aus Germanium lassen sich Laser aufbauen.
Mit der steigenden Rechenleistung von Mikrochips wächst auch der Bedarf an Bandbreite. In absehbarer Zukunft werden elektronische Schaltungen diese Anforderungen nicht mehr erfüllen können. Mit Lasern wären deutlich höhere Datenraten erreichbar. Dafür müssten sich elektronische und optische Komponenten aber in die Siliziumtechnologie integrieren lassen. In Telekommunikationssystemen arbeiten Laser aus teuren Materialien (z. B. Galliumarsenid), die in einem langwierigen Prozess separat zu fertigen und auf Siliziumchips zu setzen sind. Wissenschaftlern vom Massachusetts Institute of Technology ist es im Labor gelungen, aus Germanium einen integrierten Laser zu entwickeln.
Germanium ist kompatibel zur Siliziumtechnologie der Halbleiterindustrie und lässt sich daher problemlos in Fertigungslinien integrieren. Aufgrund der indirekten Bandlücke eignet es sich aber zunächst nicht für Laser. Materialien wie Galliumarsenid besitzen eine direkte Bandlücke, sodass ein Elektron beim Sprung vom Leitungs- ins Valenzband spontan ein Photon emittiert. Bei Germanium kann ein Elektron im Leitungsband auf ein tieferes Niveau fallen, ohne ein Photon zu emittieren. Die frei werdende Energie erwärmt das Kristallgitter.
Damit Elektronen im Leitungsband Energie nur durch die Emission eines Photons abgeben können, haben die Forscher das Germanium mit Phosphor dotiert, der mit seinen Außenelektronen (eines mehr als Germanium) das niedrigere Energieniveau im Leitungsband auffüllt. Dadurch müssen überzählige angeregte Elektronen ins energetisch höhere Niveau. Springen sie von dort ins Valenzband, emittieren sie ein Photon. Damit die Hürde zwischen den beiden Energieniveaus im Leitungsband sinkt, dehnten die Wissenschaftler das Germanium. Dieses Verfahren ist in der Fertigung von PC-Prozessoren inzwischen Standard.
Das Labormuster arbeitet bei Raumtemperatur und emittiert zwischen 1590 und 1610 nm. Die Forscher pumpen es mit einigen Dutzend Mikrojoule pro Puls.
Michael Vogel
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KP
