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Self-assembled nanostructured materials for electronic and optoelectronic applicatons

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Nanostrukturierte Materialien verringern Größe von Lasern

Aus der Grundlagenforschung haben sich umfangreiche Fortschritte bei der Anwendung selbstorganisierender nanostrukturierter Materialien in Laserdioden ergeben. Während der genaueren Erforschung der zugrunde liegenden Phänomene ist den Partnern des NANOMAT-Projekts die Entwicklung einer Struktur gelungen, die Laserstrahlung mit einer Wellenlänge von 1,3µm emittiert und in absehbarer Zeit zur kommerziellen Verwendung zur Verfügung stehen könnte.

Industrielle Technologien

Das starke Interesse an selbstorganisierenden Halbleiter-Quantenpunkten wurde durch die Möglichkeit geweckt, sich ihre im Vergleich zu konventionellen Quantentöpfen überlegenen elektrischen und optischen Eigenschaften zunutze zu machen. Durch den Effekt der Verspannungsrelaxation, der beim Wachstum eines Halbleitermaterials auf der Oberfläche eines anderen auftritt, wenn beide leicht unterschiedliche Kristallgitter aufweisen, konnten Tröpfchen mit einem Durchmesser von ungefähr 10nm hergestellt werden. Im Fall von Indiumarsenid (InAs) auf Galliumarsenid (GaAs) können durch die Mechanismen der Selbstorganisation in hohem Maße einheitliche Quantenpunkte in einem einzelnen Wachstumsschritt erzeugt werden. Während des NANOMAT-Projekts stützten sich die Forscher bei der Herstellung der nanostrukturierten Materialien auf die Erfahrungen ihrer akademischen Partner. Zur Erprobung der Eignung dieser Materialien für den Einsatz in realen Anwendungen konnten sie zudem auf einige der modernsten Prüfeinrichtungen Europas zurückgreifen. Für den Einsatz in der Signalübertragung über große Entfernungen mit Glasfasernetzen müssen die hier verwendeten Halbleiterlaser bei Wellenlängen von 1,3µm arbeiten, da sich bei dieser Wellenlänge die Absorptionseffekte auf einem Minimum bewegen. Bei kommerziell verwendbaren Laserdioden muss der Schwellenstrom zum Schalten zudem so niedrig wie möglich sein. Die koordinierten Bemühungen der NANOMAT-Projektpartner konzentrierten sich auf die Verbesserung der Parameter von InAs/GaAs-Quantenpunkten durch behutsame Beeinflussung ihrer Wachstumsbedingungen. Gegen Ende der Laufzeit des NANOMAT-Projekts konnte eine Anordnung von Quantenpunkten vorgestellt und erprobt werden, die in der Lage ist, Laserstrahlung der Wellenlänge von 1,3µm mit dem niedrigsten bisher gemessenen Schwellenstrom zu emittieren. Diese Anordnung wurde bereits in den Prototypen einer Laserdiode integriert, die das Kernstück der Datenübertragungsnetze und der Hochgeschwindigkeits-Datenerfassungssysteme von Morgen bilden kann.

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