Auf dem Weg zum Silizium-Laser

Italienische Wissenschatler haben möglicherweis einen Methode gefunden, um optoelektronische Komponenten wie etwa Diodenlaser aus Silizium zu fertigen. Die Wissenschaftler haben vielversprechende optische Eigenschaften an einem Gemisch aus Silizium-Nanokristallen und Siliziumdioxid gemessen. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie jetzt in der neuen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature (Optical gain in silicon nanocrystals, Nature Vol. 408, 23. November 2000, S. 440)

Optische Netzwerke erlauben eine sehr viel schnellere Datenübertragung als elektronische Netze – allerdings müssen die elektrischen Signale mit Hilfe optoelektronsicher Baueelmente in Lichtsignale gewandelt werden. Silizium, der Grundstoff für die gängige CMOS-Technologie, ist ein so genannter indirekter Halbleiter und daher nicht zur effizienten Umwandlung von elektrischen Signalen in Licht geeignet. Daher verwendet man in der Optoelektronik verschiedene Halbleiter wie Galliumarsenid oder Germanium. Die direkte Integration dieser Halbleiter in Silizium-Bauelemente ist allerdings außerordentlich schwierig, da die Halbleiter verschieden große Gitter bilden.

Seit 1990 ist bekannt, dass sich die Lichtemission des Siliziums verbessert, wenn aus dem Material kleinste Stücke mit nur wenigen Nanometern Durchmesser geformt werden, da in dieser Größenordnung quantenmechanische Effekte wirken. Lorenzo Pavesi und seine Kollegen nutzten die Vorteile der so genannten "quantum size effects". Sie stellten Nanopartikel aus reinem Silizium her, indem sie Siliziumdioxid mit energiereichen Ionen beschossen. Die Partikel mit nur drei Nanometer Durchmesser sind in dem Siliziumdioxid eingebettet.

Eine Bestrahlung mit ultraviolettem Laserlicht ließ die Partikel rot glühen. Ein zweiter Laserstrahl mit der gleichen Wellenlänge wie das emittierte Licht gewann beim Durchtritt durch die Probe an Helligkeit. Dies zeigt, dass der für Laser charakteristische Prozess der angeregten Emission stattfand. Die Forscher sind optimistisch, dass sich aus diesem Material eine Slizium-Laserdiode herstellen lässt. (wst)