Optoelektroniktechnologien verbessern Position der EU in der Welt
Kristalline (epitaktische) SiGe-Legierungen sind in Asien und den Vereinigten Staaten Gegenstand intensiver Forschung und Entwicklung. Sie ebnen den Weg zu neuartiger Photonik und Elektronik einschließlich Hochgeschwindigkeitstransistoren und Infrarotdetektoren (IR). Um die Wettbewerbsfähigkeit der EU auf diesem wachsenden Feld zu bewahren, initiierten Wissenschaftler das EU- finanzierte Projekt PIOS ("Photonic integration on silicon germanium"). Die Forscher konzentrierten sich auf das relativ neue MHAH-Verfahren (Multiple Hydrogen Annealing for Heteroepitaxy, Mehrfach-Wasserstoffglühen für Heteroepitaxie), das die Herstellung qualitativ sehr hochwertiger Ge-Schichten, integriert in eine Si-Komplementärmetalloxid-Halbleiterplattform (CMOS), ermöglicht. Sie wendeten das Verfahren zur Züchtung von SiGe-Multiquantentopfstruktruen (MQW) an. Buchstäblich kleine Topfstrukturen aus Materialschichten, die "Töpfe", grenzen die Bewegung der Ladungsträger (z. B. der Elektronen oder Löcher) in eine Richtung senkrecht zu den Schichten ein. Quantentöpfe ermöglichen die Steuerung des Energieumwandlung in Licht gewünschter Wellenlängen. Erfolgt die Steuerung oder Modulation über ein externes elektrisches Feld (über den quantenbegrenzten Stark-Effekt, QCSE), entsteht ein Elektroabsorptionsmodulator. PIOS wendete per MHAH gezüchtete SiGe-MQW-Strukturen und den Stark-Effekt zur Produktion stark reagierender Photodetektoren und leistungsstarker Elektroabsorptionsmodulatoren an. Überdies ermöglichte die SEG-Prozedur (selective area epitaxial growth, SEG) das Züchten der SiGe-Schichten auf mit herkömmlichen Si-CMOS-Prozessen vergleichbare Art. Die Wissenschaftler setzten auch das Epitaxieverfahren ein, um Ge-Halbleiter-Nanokristalle in einer leitenden Si-Matrix wachsen zu lassen, was einen großen Vorteil gegenüber der Erzeugung in einem Isolator hat, wie es typischerweise in anderen Untersuchungen der Fall war. Überdies stellte das Team Si-Nanokristalle mittels kostengünstiger Hochdurchsatz-Laserablation her, womit Materialien für eine Vielzahl optoelektronischer Bauelemente geschaffen und diese in neuartige Photodetektorkonzept eingebunden werden können. Die PIOS-Verfahren und Bauelemente werden voraussichtlich großen Einfluss auf die europäische Optoelektronikindustrie und deren Wettbewerbsposition auf dem wachsenden globalen Markt ausüben. Neuartige Elemente zur preiswerten und sehr schnellen Telekommunikation, für spektroskopische Vor-Ort-Diagnosesysteme und zur maschinellen Bildverarbeitung für die Fahrzeugindustrie im Sinne der Projektergebnisse werden dafür sorgen, dass die EU-Bürgerinnen und Bürger von dieser Fülle an neuen Möglichkeiten profitieren werden.
