Violettes Laserlicht für optische Superspeicher
Wissenschaftler im mehreren deutschen Forschungs-Institutionen arbeiten an der ersten europäischen Laserdiode mit kurzwelligem Licht.
Die erste europäische violette Laserdiode entsteht in einem Verbundprojekt deutscher Forscher. Über die Arbeit der Wissenschaftler informierte gestern das Fraunhofer Institut für angewandte Festkörperphysik in Freiburg.
Gegenüber den herkömmlichen roten Diodenlasern haben blaue einen entscheidenden Vorteil: Sie strahlen Licht mit deutlich kürzerer Wellenlänge aus. Deshalb lässt es sich besser bündeln und die Informationen können dichter geschrieben werden. Welchen großen Einfluss die Bündelung des Lichts hat, zeigt bereits der Sprung von CD zur DVD. Während in herkömmlichen CD-ROM-Laufwerken Infrarotlaser mit einer Wellenlänge von 780 Nanometern arbeiten, werden bei der DVD-Technik kurzwelligere Laser eingesetzt, die rotes Licht mit 640 Nanometer emittieren: So ist es möglich, statt nur 650 Megabyte wie bei einer CD-ROM auf einer Schicht bis zu 4,7 Gigabyte zu speichern.
"Durch den Einsatz von blauen beziehungsweise violetten Diodenlasern mit etwa 420 Nanometer Wellenlänge ließe sich die Kapazität der DVD auf 20 Gigabyte steigern", zeigt Joachim Wagner vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik die Vorzüge des neuen Lasers auf. Statt kurzer Spielfilme könnten dann auch mehrstündige Monumentalfilme auf einer einzelnen DVD gespeichert werden.
Doch lange Jahre scheiterte die Herstellung blauer Laser an Materialproblemen. Denn herkömmliche Halbleiter-Werkstoffe der Optoelektronik wie Galliumarsenid oder Galliumphosphid geben nur infrarotes oder rotes Licht ab. "Kurzwellige Leucht- und Laserdioden erfordern die Beherrschung einer anderen Halbleitergruppe, deren prominentester Vertreter Galliumnitrid ist", erläutert Wagner. Die Herstellung hochwertiger einkristalliner Schichten, wie sie für Diodenlaser benötigt werden, ist bei Galliumnitrid jedoch sehr schwierig: Da es nicht als massiver Einkristall vorliegt, muss ein anderes Material – meist Saphir oder Siliziumkarbid – als Unterlage dienen, um den Kristall gezielt Schicht für Schicht wachsen zu lassen.
Bisher stellt die japanische Firma Nichia als einziges Unternehmen blaue Laser her. Um das Zukunftsgeschäft mit den kurzwelligen Halbleiterlasern nicht allein der asiatischen Konkurrenz zu überlassen, startete das Bundesforschungsministerium im Jahr 1998 ein Verbundprojekt. Gemeinsam arbeiten neben dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik die Firma Osram Opto Semiconductors in Regensburg und die Universitäten in Ulm und Stuttgart sowie die TU Braunschweig an der Entwicklung der ersten europäischen blauen Halbleiterlaserdioden. Das Konsortium kann erste Erfolge vorweisen: Bereits im Juli 1999 präsentierten die Partner einen blauen Laser im Pulsbetrieb. "Dieses Jahr konnte der Verbund sogar einen Laser im Dauerbetrieb zeigen", berichtet Wagner von den Projekt-Ergebnissen. Die Laserdiode erzeugt einen Lichtstrahl mit einer Wellenlänge von 420 Nanometern.
Die Forscher planen schon ein Nachfolgeprojekt. "Wir wollen die Laserdiode noch weiter verbessern. Insbesondere die Lebensdauer im Betrieb soll gesteigert werden", nennt der Wissenschaftler die neuen Ziele. Außerdem sollen der Wellenlängenbereich der Diodenlaser erweitert und die Ausgangsleistung erhöht werden. Auch die Züchtung des Laser-Kristalls wollen die Forscher noch optimieren. Statt auf Saphir soll er künftig auf einem dünnen, freitragenden Galliumnitridfilm aufwachsen.
Die Anwendungsmöglichkeiten für die kurzwelligen Diodenlaser sind vielfältig. Neben DVDs mit hohen Speicherdichten benötigt auch das Laserfernsehen, das eines Tages Bilder in Kinoqualität ins Haus bringen soll, zuverlässige blaue Laserdioden. "Zunächst wird der blaue Laser aber wohl den Markt der Laserdrucker erobern", schätzt Alfred Lell von Osram Opto Semiconductors. Das kurzwellige Licht kann besser fokussiert werden und steigert die Druckqualität. Marktforscher sagen den kurzwelligen Halbleitern ein rasantes Wachstum voraus. Doch bis die Winzlinge tatsächlich in großen Stückzahlen und kostengünstig produziert werden können, ist noch einige Entwicklungsarbeit nötig. (thd)
