Hocheffizienter Laser für Siliziumchips

Die optische Datenübertragung ermöglicht deutlich höhere Datenraten und Reichweiten als gängige elektronische Verfahren, und benötigt gleichzeitig weniger Energie. In Rechen- und Datenzentren sind optische Leitungen daher bereits ab einer Länge von etwa einem Meter Standard.

Für die Zukunft sind optische Lösungen aufgrund der stetig steigenden Anforderungen für immer kürzere Strecken gefragt, um Daten von Board zu Board oder Chip zu Chip zu übertragen. Dies trifft insbesondere für Systeme der künstlichen Intelligenz (KI) zu, beispielsweise für autonomes Fahren, wo große Datenmengen innerhalb eines großen Netzwerks mit Sensoren transferiert werden müssen, um den Chip und Algorithmen zu trainieren.

„Was vorrangig fehlt, ist ein kostengünstiger Laser, der für das Erreichen sehr hoher Datenraten notwendig ist. Ideal wäre ein elektrisch gepumpter Laser, der mit der Silizium-basierten CMOS-Technologie kompatibel ist“, erklärt Prof. Detlev Grützmacher, Direktor am Peter Grünberg Institut (PGI-9) des Forschungszentrums Jülich.

„Einen solchen Laser könnte man dann einfach direkt bei der Chip-Fertigung ausformen, denn die gesamte Chip-Produktion beruht letztlich auf dieser Technologie.“

Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme des Germanium-Zinn-Lasers (links). Die nur wenige Mikrometer breite Germanium-Zinn-Schicht wird auf eine sogenannte Stressorschicht aus Siliziumnitrid und einen Aluminiumsockel zur besseren Wärmeableitung aufgebracht, und anschließend mit Siliziumnitrid ummantelt (rechts).

Vollständige Pressemitteilung:

https://www.fz-juelich.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/UK/DE/2020/2020-03-17-gesn-laser.html

Durch die Orientierung der Germamium-Zinn-Verbindung an den weiteren Atomabständen im Kristallgitter des Silizium-Nitrids entsteht eine Verspannung im eingebetteten Material, die im Endeffekt eine optische Verstärkung bewirkt.
Copyright: Forschungszentrum Jülich / Nils von den Driesch

Originalpublikation:

Ultra-low threshold continuous-wave and pulsed lasing in tensile strained GeSn alloys
Anas Elbaz, Dan Buca, Nils von den Driesch, Konstantinos Pantzas, Gilles Patriarche, Nicolas Zerounian, Etienne Herth, Xavier Checoury, Sébastien Sauvage, Isabelle Sagnes, Antonino Foti, Razvigor Ossikovski, Jean-Michel Hartmann, Frédéric Boeuf, Zoran Ikonic, Philippe Boucaud, Detlev Grützmacher, Moustafa El Kurdi
Nature Photonics (published online 16 March 2020), DOI: 10.1038/s41566-020-0601-5

Pressekontakt:

Dr. Regine Panknin
Pressereferentin, Forschungszentrum Jülich
E-Mail: r.panknin@fz-juelich.de

Tobias Schlößer
Pressereferent, Forschungszentrum Jülich
Tel.: 02461 61-4771
E-Mail: t.schloesser@fz-juelich.de

Das Forschungszentrum Jülich leistet wirksame Beiträge zur Lösung großer gesellschaftlicher Herausforderungen in den Bereichen Information, Energie und Bioökonomie. Es konzentriert sich auf die Zukunft der Informationstechnologien und -verarbeitung, komplexe Vorgänge im menschlichen Gehirn, den Wandel des Energiesystems und eine nachhaltige Bioökonomie. Das Forschungszentrum entwickelt die Simulations- und Datenwissenschaften als Schlüsselmethode der Forschung weiter und nutzt große, oft einzigartige wissenschaftliche Infrastrukturen. Dabei arbeitet es themen- und disziplinenübergreifend und nutzt Synergien zwischen den Forschungsgebieten.