Optische Nachrichtenverarbeitung, TUM
Auf dem Weg zum optischen Computer
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Atom für Atom zum Nanodraht
Die Verbindung eines III-V Halbleiters mit Silizium erforderte einiges an Tüftelarbeit: "Die beiden Materialien haben unterschiedliche Gitterabstände und unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten. Das führt zu Spannungen", erläutert Koblmüller. "Dampft man zum Beispiel Galliumarsenid flächig auf Silizium auf, treten Defekte auf." Dem TUM-Team gelang es, dieses Problem zu umgehen: Die Nanodrähte stehen aufrecht auf dem Silizium, die Grundfläche beträgt dadurch nur noch einige Quadratnanometer. Defekte können die Wissenschaftler so weitestgehend vermeiden.
Doch 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. Um diese Bedingungen zu erfüllen, mussten die Forscher tief in die physikalische Trickkiste greifen: "Die Grenze zwischen Galliumarsenid und Silizium reflektiert nicht genügend Licht. Wir haben daher einen Extra-Spiegel eingebaut – eine 200 Nanometer dünne Siliziumoxid-Schicht, die auf das Silizium aufgedampft wird", erklärt Benedikt Mayer, Doktorand im Team von Koblmüller und Finley. "In die Spiegelschicht lassen sich dann feine Löcher ätzen, und in denen kann 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. "Dieser Prozess ist sehr elegant, weil wir die Nanodraht-Laser so direkt auf die Wellenleiter im Silizium Chip positionieren können", so Koblmüller.
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