Silicon-to-Light

Der Forschungsschwerpunkt der Nachwuchsgruppe „Silicon-to-Light“ ist die Entwicklung von effizienten, auf Silizium basierenden oder mit Silizium kompatiblen Mikro-Lichtquellen. Effizienzbegrenzende Faktoren werden gründlich analysiert und verschiedene Konzepte der Nanostrukturierung und Materialmodifizierung im nanoskopischen Bereich kommen zum Einsatz, um eine Effizienzerhöhung zu erreichen.

Letztendlich soll versucht werden, einen elektrisch gepumpten, auf Silizium basierenden Laser mit durchstimmbarer Emissionswellenlänge zu realisieren.
Eine derartige Lichtquelle hat das Potenzial, die auf Silizium basierenden elektronischen Chips zu revolutionieren, indem schnelle Lichtpulse anstelle der konventionellen langsameren Spannungspulse zur Kommunikation zwischen verschiedenen Bauelementen der Chips verwendet werden. Dies würde eine neue Generation ultraschneller Computerprozessoren erlauben.

Es werden mehrere Ansätze für die effiziente Lichtemission und nichtlineare optische Frequenz-umwandlung in siliziumbasierten Materialien verfolgt:

• Zum einen soll auf Si/Ge Vielfachschichtsysteme und Seltenen-Erden-Ionen, die in nanokristallhaltigen Matrizen eingebettet sind,  als siliziumkompatible emittierende Systeme zurückgegriffen werden. Eine Erhöhung der Lumineszenzeffizienz soll dabei durch die Verwendung einer mikro- und nanophotonischen Strukturierung z.B. in Form von Mikrokavitäten in photonischen Kristallen erreicht werden. Um nichtlineare optische Effekte in Silizium zu verstärken, wird der Einfluss von  gezielt eingebrachten Verzerrungen des Kristallgitters oder einer Porosität des Siliziums studiert.
• Zusätzlich wird versucht, die nichtlinearen optischen Eigenschaften von Polymeren mit den exzellenten Wellenleitereigenschaften von Silizium im infraroten  Spektralbereich zu einer Wellenleiter-Hybridarchitektur zu kombinieren.