Quantenpunkt-Membran-basierter oberflächen-emittierender Laser mit externem Resonator im Wellenlängenbereich 650 bis 760 nm

• Antragsteller: Dr. Uwe Brauch; Professor Dr. Peter Michler
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 215130055

Trotz der enormen Erfolge von Halbleiterscheibenlaser in Bezug auf die erreichbaren Wellenlängen und die Ausgangsleistungen, konnte das volle Potenzial der Halbleitermaterialien noch nicht in Bauteilstrukturen realisiert werden. Zum Beispiel ist es im AlGaInP-Materialsystem prinzipiell möglich Bauelemente in einem Wellenlängenbereich zwischen 500 und 900 nm herzustellen. Bis heute arbeiten Halbleiterlaser basierend auf diesen Materialien aber nur im Wellenlängenbereich zwischen 630 und 680 nm effizient und zuverlässig. Ein Grund dafür ist, dass diese Bauelemente auf GaAs Substraten hergestellt werden. Die laseraktiven Schichten aus AlGaInP müssen nun gitterangepasst, bzw. mit nur einer leichten Gitterfehlanpassung zu GaAs abgeschieden werden um Versetzungen und Fehlstellen zu vermeiden, die eine Laseraktivität verhindern würden. Diese Wachstumsvoraussetzung schränkt aber die mögliche Materialzusammensetzung des AlGaInP ein und begrenzt somit de Wellenlängen auf den oben genannten sichtbaren roten Spektralbereich. Für Halbleiterscheibenlaser ist dieses gitterangepasste Wachstum noch dramatischer, da zusätzlich zu der laseraktiven Zone noch ein dielektrischer Spiegel aus Halbleiterschichten hergestellt werden muss. Dieser muss nun zwingend gitterangepasst zu dem Substrat abgeschieden werden, was auch hier wieder die Materialzusammensetzung deutlich einschränkt.In dem Vorgängerprojekt konnten wir erfolgreich das Konzept eines Membranscheibenlasers demonstrieren um die eben genannten Limitationen zu überwinden. In diesem Projekt wollen wir nun einen Schritt darüber hinausgehen und einen Hochleistungs-Kurzpuls-Halbleiter-Membranscheibenlaser entwickeln in einem Spektralbereich zwischen 650 und 760 nm um das volle Potenzial dieser Technik zu demonstrieren. Dieser Wellenlängenbereich ist besonders attraktiv für die Fluoreszenzbildgebung in der Biophotonik und der photodynamischen Therapie in der Medizin auf Grund der großen Eindringtiefe diese Lichts in Gewebe. In diesem optische Fenster im roten/nah-infraroten Spektralbereich ist di Absorption von Wasser, bzw. Hämoglibin gering. Mit solch einer Lichtquelle würde der Weg zu einer zielgenauen Photomedizin geebnet in der sehr räumlich begrenz Tumore mittels photo-sensitiven Chemikalien eliminiert werden können. Des Weiteren wird mit dieser Lichtquelle die immer noch bestehende Wellenlängenlücke zwischen den Standard Halbleiterlasern im roten Wellenlängenbereich und den Titan-Saphir Lasern mit einem kompakten, billigen Bauelement geschlossen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Thomas Graf; Dr. Michael Jetter