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F.A.Z. v. 29.9.1999

Blaue Laser zum Abtasten von Compact Discs

Bündelung vieler Lichtstrahlen / Größere Speicherkapazität / Betrieb bei Zimmertemperatur / Von Rainer Scharf


Die Informationsmenge, die man auf einer CD speichern kann, ist desto größer, je kurzwelliger das zum Abtasten benutzte Licht ist. Verwendet man blaues Licht statt des heute üblichen infraroten, so vervierfacht sich die Kapazität der CD. Der japanische Physiker Shuji Nakamura hat 1995 eine blaue Laserdiode aus dem Halbleitermaterial Galliumnitrid entwickelt, die sich für den Einbau in CD-Spielern und CD-Datenspeichern eignet. In dieser Diode wird das Laserlicht parallel zur Halbleiterschicht erzeugt. Das hat den Nachteil, dass das Licht beim Abstrahlen nicht optimal gebündelt ist. Ein jetzt vorgestellter blauer Halbleiterlaser strahlt hingegen stark gebündeltes Licht senkrecht zur Halbleiterschicht ab. Dadurch wird es möglich, auf einem Chip viele dieser Laser nebeneinander zu betreiben. Dies könnte die Geschwindigkeit, mit der die Informationen von einer CD gelesen werden, beträchtlich erhöhen.

Der neue Halbleiterlaser ist nur sechs tausendstel Millimeter dick und besteht aus einer, komplizierten Folge von Schichten die auf eine Unterlage aus Saphir auf gedampft wurden ("Science". Bd. 285, S. 1905). Das Herzstück des Lasers sind 52 Schichten aus Indium-Galliumnitrid, die sich durch ihren Indiumgehalt unterscheiden. Dort entsteht das blaue Licht. Doch es muss einige Male durch das lichterzeugende Material laufen, bevor es als intensive Strahlung nach oben aus der Schichtenfolge entweichen kann. Takao Someya und Yasuhiko Arakawa von der Universität Tokio haben hauchdünne Spiegel entwickelt, die das blaue Licht hinreichend lange festhalten.

Die Spiegel sind eine technische Meisterleistung, da sie mehr als 98 Prozent des Lichtes reflektieren können, obwohl sie nur wenige Lichtwellenlängen dick sind. Die zahlreichen dünnen Schichten. aus denen sie bestehen, enthalten verschiedene Materialien, die sich bei Erwärmung unterschiedlich stark ausdehnen. Deshalb besteht die Gefahr, dass die Spiegel beschädigt werden, wenn man den Laser bei Zimmertemperatur betreibt. Doch die japanischen Wissenschaftler haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sie erstmals im vergangenen Jahr Spiegelschichten herstellen konnten, die auch bei Zimmerternperatur stabil sind.

Regelmäßig angeordnete Halbleiterlaser, die blaues Licht senkrecht nach oben abstrahlen können, aufgenommen mit einem Rasterelektronenmikroskop.  Foto: Universität Würzburg

Nachdem der untere Spiegel und die lichterzeugenden Schichten auf der Saphiruntersage aufgebracht waren, wurden die Laserrohlinge zur Universität Würzburg transportiert, wo Alfred Forchel und Ralph Werner sie weiter bearbeiteten. Durch lonenbeschuss ätzten die Wissenschaftler aus der Materialoberfläche regelmäßig angeordnete Scheiben heraus, deren Durchmesser etwa ein Viertel der Dicke eines menschlichen Haares beträgt. Auf einen Ouadratzentimeter kommen ungefähr 60 000 dieser Mikrolaser. Wieder nach Japan zurückgebracht, erhielten die Laser ihre abschließende Verspiegelung.

Nachfolgende Experimente zeigten, dass die Laser alle Erwartungen erfüllen. Jeweils eine der winzigen Halbleiterscheiben auf der Saphirunterlage wurde von oben und unten mit zwei herkömmlichen Lasern bestrahlt. Während das Licht des einen Lasers die Halbleiterschichten in einen energiereichen Zustand brachte. regte das Licht des anderen den Mikrolaser zur Strahlung an. Bei ausreichender Energiezufuhr konnten die Wissenschaftler eine scharfe und brillante blaue Linie im Spektrum des Mikrolasers beobachten. Als Nächstes wollen die Forscher die blaue Laserstrahlung auch ohne optische Anregung, also nur mit elektrischer Energiezufuhr, erzeugen. Bis schließlich Halbleiterchips mit Tausenden von blauen Mikrolasern als Leseköpfe in CD-Spielern genutzt werden können, werden sicher noch einige Jahre vergehen. 
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