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News: Blue Chips im Kommen

Bei Halbleiterlasern gibt es eine neue Entwicklung - die "Blauen". Verglichen mit den gegenwärtig auf dem Markt befindlichen Halbleiterlasern wird Licht mit kürzerer Wellenlänge verwendet. Mit ihrer Hilfe können deshalb mehr Daten auf CDs untergebracht und Computerdisplays und Drucker verbessert werden. Das große Problem war bisher ihre kurze Lebensdauer. Nunmehr haben japanische Wissenschaftler eine wichtige Komponente verbessert, wodurch eine kommerzielle Produktion der blauen Laser in den Bereich des Möglichen rückt. Dieses ging aus einer Präsentation auf der Optik- und Elektronikkonferenz Photonics West hervor, die Ende Januar 1998 stattfand.
Eine Laserdiode stellt man gewöhnlich her, indem man eine feste Substratbasis zunächst mit Atomen einer Halbleiterlegierung beschickt und dann zusätzliche Legierungsschichten hinzufügt. Diese elektronische Struktur leitet die positiven und negativen Ladungen so, daß bei der Rekombination Licht entsteht. Momentan stehen kommerziell vor allem rote Halbleiterlaser zur Verfügung (mit minimal ca. 635 nm Wellenlänge).

Blaue Halbleiterlaser basieren momentan etweder auf ZnSe- oder auf GaN-Verbindungen. Bei den sehr effizienten blauen Halbleiterlasern mit GaN tritt das Problem auf, daß kein Substrat existiert, welches etwa die gleiche Gitterkonstante hat. Durch diese Differenzen in den Gitterkonstanten der verschiedenen Schichten kommt es zu Versetzungen und Stapelfehlern in hoher Dichte. Die Laserdioden besitzen eine schlechte strukturelle Qualität und können leicht vertikal brechen. Selbst wenn die Laser anfangs funktionieren, brennen sie doch schnell aus.

Im letzten Oktober präsentierten Shuji Nakamura und seine Kollegen von Nichia Chemical Industries in Tokushima, Japan, eine neue Technik, um vertikale Risse zu verhindern. Sie erzeugten eine dünne Schicht Galliumnitrid (GaN) auf einer Saphirbasis, brachten eine Siliciumdioxid-Schicht über das GaN auf, und fügten dann weitere GaN-Schichten hinzu. Das Siliciumdioxid verhindert, daß sich Risse im GaN vertikal ausdehnten – es zwang sie statt dessen, sich parallel zur Oberfläche auszubreiten.

Obwohl blaue Laser auf Saphirbasis bisher schon Tausende von Stunden ohne ein Zeichen des Ausbrennens funktionierten, wird versucht, die Lebensdauer noch zu erhöhen. Die Saphirbasis leitet die beim Betrieb entstehende Hitze schlecht ab, und dadurch könnte nach einiger Zeit ein Ausbrennen ausgelöst werden. Um die Langlebigkeit der blauen Laser sicherzustellen, erzeugten Nakamura und seine Kollegen eine dickere GaN-Schicht auf dem Saphir und schnitten den Halbedelstein dann weg. So blieb als Basis für die Laserherstellung nur das GaN, welches deutlich bessere thermische Eigenschaften aufweist. Wie Nakamura auf der Konferenz berichtete, zeigt der Testbetrieb bisher gute Ergebnisse.

„Dies ist eine äußerst wichtige Entwicklung“, sagt Larry Coldren von der University of California, Santa Barbara. Er glaubt, daß die neuen Geräte viel länger einsetzbar sind als existierende blaue Laser.

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