Lasern mit wenig Dimensionen

Bereits seit einiger Zeit stehen Halbleiterlaser aus Nanodrähten im Fokus. Sie lassen sich nicht nur extrem miniatu­risieren, sondern sind auch hocheffiziente Emitter. Das macht sie insbesondere für Anwendungen in der inte­grierten Nano­photonik sowie in der Nano­bio­techno­logie interessant. Es ist jedoch eine Heraus­forderung, die verschiedenen Eigen­schaften solcher Systeme zu vereinen, wie etwa Tempe­ratur­abhängig­keit, Wellenlänge und Bandbreite der emit­tierten Laser­strahlung. Ein Team japanischer Forscher hat nun erstmals an einzelnen Nanodrähten mit je fünfzig Quantenpunkten Lasing nachweisen können.

Eine besondere Herausforderung war dabei die Erzeugung der Nanodrähte mit genau den gewünschten Charakte­ristika. Die Forscher ließen die Drähte mit Hilfe von Abscheidung aus einer metall­organischen Dampf­phase auf einem Gallium­arsenid­substrat wachsen. Wie Raster­elektronen­mikroskop-Aufnahmen zeigten, entstanden dabei Nano­drähte mit einem hexagonalen Querschnitt, mit einem Durch­messer von rund 290 Nanometern und einer Höhe von 4,3 Mikrometern. In die Nanodrähte eingebettet waren fünfzig Quanten­punkte, die etwa 7 Nanometer hoch waren und einen Durch­messer von 45 Nanometern besaßen.

Diese Nanodrähte regten die Wissenschaftler mittels externer optischer Pulse an, wobei die Ein­strah­lungs­inten­sitäten zwischen 0,1 bis 560 Milliwatt pro Quadrat­zenti­meter lagen. Bei geringen Inten­sitäten sahen die Forscher nur einen einzelnen Lasing-Peak bei einer Wellen­länge von 918 Nano­metern. Bei stärkeren Inten­sitäten zeigten sich weitere Nebenpeaks bei benach­barten Wellen­längen. Die Forscher unter­suchten auch die Tempe­ratur­abhängig­keit ihrer Nanodrähte. Im Bereich von 7 bis 300 Kelvin zeigte sich dabei ein siebenfacher Anstieg der Grenz­inten­sität, ab der Lasing einsetzte.

Für die Zukunft erhoffen sich die Forscher, noch mehr Quanten­punkte in ihre Nano­drähte integrieren zu können und damit die Effizienz weiter zu steigern. 200 und noch mehr Quanten­punkte pro Nanodraht liegen bereits heute im Rahmen des Möglichen. Mit solchen Verbes­serungen könnten hoch­effiziente Minilaser in Reich­weite rücken, die sich nicht nur durch sehr geringe Leistungs­aufnahme auszeichnen, sondern auch je nach Anwendung maß­schneidern lassen.

Dirk Eidemüller

OD