Silizium zum Leuchten bringen
Ein rudimentärer Laser aus Silizium
Laser und LED aus Silizium wären in der Nachrichtentechnik nützlich, könnten insbesondere teurere Bauelemente aus III/V-Halbleitern ersetzen und ließen sich zusammen mit einem Schaltkreis auf einem Chip unterbringen. Ein kleiner Schritt hin zum einem Silizium-Laser ist ein optisch gepumptes Bauelement – ein Wellenleiter aus Silizium – der sich mittels stimulierter Raman-Streuung zum Leuchten bringen lässt.
Elementares Silizium ist als Rohmaterial für Optohalbleiter und somit auch für Laser zunächst ungeeignet. Erst mit so allerhand Tricks lässt sich die Sache zum Leuchten bringen, beispielsweise in Nanokristallen – nachteilig ist hier die aufwendige Herstellung. Günstig für technische Anwendungen wäre es, statt exotischer Strukturen Aufbauten aus Silizium zu verwenden, welche sich im Zuge eines üblichen CMOS-Herstellungsprozesses auf Siliziumchips formen lassen; das Fernziel wäre ein elektrisch gepumpter Laser für den Betrieb im Dauerstrich.
Einer Arbeitsgruppe des im kalifornischen Santa Clara ansässigen Halbleiter-Platzhirschs Intel gelang ein wesentlicher Schritt in Richtung Silizium-Optoelektronik. Sie pumpten einen Wellenleiter aus Silizium mit infrarotem Licht einer Wellenlänge von 1536 Nanometern und stimulierten das Material zur Raman-Streuung, das Silizium leuchtete mit einer Wellenlänge von 1670 Nanometern. Die Ursache dieses Energieverlusts ist die inelastische Streuung des Photons im Festkörper. Hierbei überwanden sie ein Hindernis: Freie Ladungsträger, die von der Zwei-Photonen-Absorption herrühren, schwächen sowohl Pumpstrahl als auch Raman-Signal, Abhilfe schafft eine quer zum Wellenleiter eingebaute, eine in Sperrrichtung gepolte p-i-n-Diode, ihr elektrisches Feld räumt auf.
Die Forscher berichten ihre experimentellen Ergebnisse in der Ausgabe vom 6. Januar 2005 der Zeitschrift Nature, der Artikel erschien zunächst online und wird erst später gedruckt. Zuvor gelang es einer anderen Arbeitsgruppe, mit einer acht Meter langen Glasfaser ein Lichtsignal um 11 Dezibel mittels stimulierter Raman-Streuung zu verstärken.
