W?hrend Computerchips Jahr für Jahr kleiner und schneller werden, bleibt bisher eine Herausforderung ungel?st: Das Zusammenbringen von Elektronik und Photonik auf einem einzigen Chip. Zwar gibt es Bauteile wie MikroLEDs als Einzelchips und Wellenleiter als winzige Glasfaserkabel, aber die ben?tigten Materialien sind zu unterschiedlich für einen harmonierenden Chip. Ein neuartiges ?tzverfahren k?nnte jetzt der entscheidende Durchbruch für das Vereinen von optoelektronischen Lichtquellen und photonischen Lichtleitern sein. Im Projekt OptoGaN arbeiten daher Forschende der Friedrich-Schiller-Universit?t Jena und der Technischen Universit?t Braunschweig an por?sem Galliumnitrid. Das Vorhaben ?Hoch-integrierte mikrophotonische Module in Nitrid-Technologien“, kurz OptoGaN, wird vom Bundesforschungsministerium mit rund 600.000 Euro für drei Jahre gef?rdert.?

Für die starke deutsche Photonik-Industrie lohnt es sich in den n?chsten Jahren, besonders aufmerksam nach Jena und Braunschweig zu schauen. Die gemeinsame Idee der beteiligten Forschungsgruppen bietet vielfache Anwendungsm?glich?keiten, sind sich die Wissenschaftler sicher. Drei dieser Ideen wollen die Projektpartner gemeinsam mit je einem Start-up als Demonstratoren realisieren. Diese kommen dann Technologien wie Wellenleitern, neuromorphen Computern und dem Ionenfallen-Quanten?computer des ?Quantum Valley Lower Saxony“ zugute.?

Doch wie kann das Einsatzgebiet dieser neuen Technologie aussehen? Um etwa die Ionen des Quantencomputers zu manipulieren, braucht es aktuell noch gro?e Lasersysteme. Wenn nun immer mehr Quantenbits im Computer zusammenrechnen sollen, muss dieses Lasersystem deutlich kleiner werden – bestenfalls nur noch Chipgr??e haben. Das Standardmaterial Siliziumdioxid für Wellenleiter auf Chips absorbiert allerdings genau die kritischen Lichtwellenl?ngen. Hier k?nnte das por?se Galliumnitrid durch seinen niedrigen Brechnungsindex eine Alternative anbieten und das ma?geschneiderte Licht verlustarm ans einzelne Ion bringen.?

Komplement?re Expertise im Umgang mit Galliumnitrid

Hinter dem por?sen Halbleiter steht ein neues selektives ?tzverfahren, das elektrisch leitf?hige Bereiche in Luft-gefüllte Kan?le – Poren – umwandelt. Der entsprechende elektrische Kontrast wird vorher durch Ionenimplantation durch Masken realisiert. Sogar dreidimensionale Wellenleiter mit komplexer optischer Lichtführung werden so denkbar. Da Galliumnitrid und der Prozess mit den bisherigen Verfahren zur Herstellung von LEDs und Laserdioden kompatibel ist, wird es m?glich werden, integrierte elektronische und photonische Schaltkreise zu realisieren.?

Um die innovativen Halbleiterkan?le zur Lichtleitung realisieren zu k?nnen, bringen die Forschenden aus Jena und Braunschweig komplement?re Expertisen und Spezialger?te zusammen. Denn das hier angewandte ?tzverfahren hat sowohl eine elektronische als auch eine chemische Komponente. Zun?chst stellen die Braunschweiger Forschenden das Grundmaterial Schicht für Schicht her. Anschlie?end reist der Halbleiterchip nach Jena zur Ionenimplantation. Dabei dotieren die Forschenden aus Jena den Chip und ver?ndern gezielt seine elektronischen Eigenschaften. Zuletzt muss der Chip dann zurück nach Braunschweig, wo der chemische ?tzprozess die endgültige, por?se Struktur formt.?