AMO, CNST und RWTH entwickeln monolithisch integrierte CMOS-kompatible Perowskit-Laser mit niedrigsten Pumpschwellen
Forschern der AMO GmbH, der RWTH Aachen und des Centers für Nanoscience and Technology (eine Abteilung des Italienischen Instituts für Technologie) ist es gelungen in Siliziumnitrid-photonische Schaltkreise integrierte Perowskit Mikrodisk Laserquellen zu entwickeln. Diese optisch gepumpten Laser haben eine Pumpschwelle von 4.7 µJcm-2, und übertreffen damit alle anderen CMOS-kompatiblen Laser. Diese Ergebnisse wurden kürzlich in der Fachzeitschrift Nano Letters publiziert (DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b02811).
Diese Laser basieren auf Halbleitern mit einer direkten Bandlücke – Metall-Halid Perowskiten, welche direkt aus der Lösung prozessiert werden. Im Gegensatz zu den III-V Materialien, die in etablierten Lichtquellen benutzt werden, können Perowskite auf beliebigen Substraten durch Aufschleudern und Tempern bei niedrigen Temperaturen hergestellt werden. Im Gegensatz zu III-V Materialien auf Silizium, die hohe nichtstrahlende Rekombinationsverluste aufweisen, zeigen Perowskite starke optische Verstärkungen. Dadurch eignet sich dieses Material für die monolithische Integration von optoelektronischen Bauelementen auf Siliziumsubstraten, was zu einer erheblichen Kostenreduzierung bei integrierten photonischen Systemen führt, da die Kosten hierfür von den Montagekosten der externen Laserquellen dominiert werden.
Perowskite sind aufgrund ihrer hohen chemischen Sensitivität nicht kompatibel mit den grundlegenden Fabrikationsprozessen in der Halbleitertechnik, was die weitere Entwicklung von Perowskit-basierten photonischen Bauelementen bis jetzt entscheidend erschwerte. Forschern der AMO gelang es nun diese Hürde zu überwinden, und den ersten skalierbaren optischen Lithographieprozess zu entwickeln.
Diese Forschungsarbeiten wurden durch das Marie Sklodowska-Curie Projekt Nr. 643238 (Synchronics) und das Projekt Nr. 688166 (Plasmofab) im Rahmen des Horizon 2020 Forschungs- und Innovationsprogramms der Europäischen Kommission gefördert.
