Intel und UCSB stellen kontinuierlichen Hybrid-Silizium-Laser vor
Der Silizium-Laserchip von Intel und der Universität von Kalifornien (UCSB) ist einfach herzustellen, kostengünstig und könnte die Silizium-Photonik revolutionieren.
Siliziumchips mit Photonen statt Elektronen als Informationsträger sollen einmal schneller, billiger und leistungsfähiger sein als bisherige CMOS-Elektronik. Wie man Licht in Silizium leitet, moduliert und verstärkt, ist bekannt, doch die Lichterzeugung blieb bislang ein ungelöstes Problem. Mit der Vorstellung eines kontinuierlich strahlenden Hybrid-Lasers auf Silizium mit herkömmlichen Produktionstechnken soll das gelöst sein. Dieses Kunststück gelang Intel und der Universität von Kalifornien (UCSB) und soll zu Terabit-Raten mit Photonen führen.
Die Forscher umgingen das Problem der schlechten Lichtausbeute in Silizium, indem sie zu Indium-Phosphid griffen, einem Lichterzeuger mit relativ hoher Ausbeute. Eine Schicht aus Indium-Phosphid und der darunterliegenden Silizium-Struktur bilden einen Hybrid-Laser, der das Licht verstärkt und die Photonen direkt in Silizium einkoppelt. Für die Versorgung des Laserchips genügt Strom zur Indium-Phosphid-Schicht.
Zwei Halbleiter mit verschiedener Kristallstruktur zusammenzusetzen, ist nicht einfach. Intel und UCSB gelang das mit einem Sauerstoffplasma bei niedrigen Temperaturen, das eine Oxidschicht aus etwa 25 Atomen auf den Oberflächen der beiden Materialien bildet. Die Schichten werden erhitzt und dann zusammengedrückt. Die Oxidschicht ist gewissermaßen der Klebstoff für die beiden Materialien.
Die Siliziumstruktur besteht aus eng nebeneinander liegenden Stegen, auf der die Indium-Phosphid-Schicht liegt. Das Indium-Phosphid erzeugt Licht, das als quergedämpfte Welle in den Siliziumsteg gelangt. Dessen obere und untere Endfläche bildet die Spiegel des Laser-Resonators. Das Indium-Phosphid ist das verstärkende Medium, aus dem die Photonen in den Resonator gelangen. Der Laser wird also optisch gepumpt.
Wenn viele Siliziumstege nebeneinander liegen, kann man mit einem Herstellungsprozess pro Steg einen Laser herstellen. Mit einem Lichtmodulator pro Wellenleiter und dahinter liegender Einkopplung in einen gemeinsamen Lichtleiter kann der Photonenleiter mit Terabit-Rate Realität werden. Wie steinig der Weg zur Serienproduktion noch ist, kann derzeit wohl noch niemand abschätzen. Da Intel und UCSB die Produktionstechnik der neuen Laserstruktur aus einem einzigen Chip aber als beherrschbar herausstellen, machen sich die Beteiligten offenbar berechtigte Hoffnungen. (jr)
