Einleitung		Halbleiterlaser zeichnen sich durch eine kleine Bauweise, einen niedrigen Preis, hohe Zuverlässigkeit, hervorragenden Wirkungsgrad und eine elektronische Modulierbarkeit bis hin zu höchsten Bitraten aus. Anwendungen finden Halbleiterlaser als Sendeelemente in der optischen Nachrichtentechnik, bei der optischen Datenspeicherung (CD, DVD), als Pumpquellen für Festkörperlaser und Faserverstärker und in der Materialbearbeitung. In den Arbeitsgruppen von Dr.-Ing. Rainer Michalzik und Prof. Dr. Peter Unger in der Abteilung Optoelektronik wird die Technologie der Halbleiterlaser weiterentwickelt mit dem Ziel, die Eigenschaften dieser Bauelemente zu verbessern und vielversprechende Anwendungsfelder zu erschließen. Dies wird insbesondere durch neuartige Bauelementvarianten erreicht, die ihre Ausgangsleistung senkrecht zur Halbleiteroberfläche abstrahlen — sogenannte oberflächenemittierende Halbleiterlaser. Beispiele für solche Anwendungen sind optische Bussysteme in Computern mit höchstem Datendurchsatz, kompakte optische Sensoren, sowie Rot-Grün-Blau-Lichtquellen für Projektionsdisplays. Die Forschungsarbeiten werden im Rahmen von öffentlich finanzierten Forschungsverbünden durchgeführt, in denen eine enge Kooperation mit der Industrie gegeben ist.
	Vertikallaserdioden		Vertikallaserdioden (vertical-cavity surface-emitting lasers — VCSELs, gesprochen “Wixels”) sind miniaturisierte Laser mit charakteristischen Dimensionen von nur etwa einem Hundertstel Millimeter. Es handelt sich um vollständig integrierte Bauelemente bestehend aus zwei hochreflektierenden Spiegeln sowie einer dazwischen befindlichen aktiven Zone, in der die Lichterzeugung stattfindet. Die Funktionalität der vielen Einzelschichten wird während des Kristallwachstums bestimmt, welches mittels hochkomplexer Vakuumanlagen im Reinraum des Mikroelektronik-Technikums in der Universität West ermöglicht wird. Zum Laserbetrieb wird ein elektrischer Strom mit einer Stärke von nur wenigen Milliampere durch das Bauelement geleitet, wozu eine Spannung von etwa 2 Volt erforderlich ist. Abbildung 1 zeigt beispielhaft eine hochauflösende Aufnahme eines VCSELs, in dessen Oberfläche ein sehr feines Gitter geätzt wurde. Mittels dieser Technik gelang es weltweit erstmalig, Bauelemente mit weitgehend linearer Polarisation herzustellen, was für viele Anwendungsbereiche von großer Bedeutung ist. Als besonders interessant erweist sich die bei den VCSELn einfach ermöglichte Anordnung der Laser in ein- oder zweidimensionalen Matrizen. Abb. 1 (links): Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme eines VCSELs mit integriertem Oberflächengitter zur Erzeugung linear polarisierter Strahlung. Abb. 2 (rechts): Oberflächenmattierende Lasermatrix bestehend aus 8x8 unabhängig zu betreibenden Bauelementen. In Abbildung 2 ist eine Matrix bestehend aus insgesamt 64 Lasern dargestellt, die unabhängig voneinander betreibbar sind. Das Halbleiterstück weist nur eine Fläche von 2 x 2 mm² auf. Es wurde in der Arbeitsgruppe gezeigt, dass jeder Laser mittels Strommodulation digitale optische Datensignale mit 10.000.000.000 gesendeten Bit pro Sekunde erzeugen kann. Das abgebildete Array kann also bei voller Ansteuerung eine Datenmenge erzeugen, die 10 Millionen gleichzeitig geführten Telefongesprächen entspricht. Die Forschungsaktivitäten der Arbeitsgruppe stehen in enger Kooperation mit der U-L-M photonics GmbH, die als Start-Up Unternehmen im Jahre 2000 aus der Abteilung Optoelektronik hervorging.
	Halbleiter- Scheibenlaser		Abb. 3: Schematischer Aufbau eines Halbleiter-Scheibenlasers mit resonatorinterner Frequenzverdopplung zur Erzeugung von gelb–orangem Laserlicht bei einer Wellenlänge von 589 nm. Im Gegensatz zum VCSEL ist bei einem Halbleiter-Scheibenlaser nur einer der beiden Resonatorspiegel in den Halbleiterchip integriert. Als zweiter Spiegel dient ein externer dielektrischer Hohlspiegel. Der Halbleiterchip wird durch eine Hochleistungs-Laserdiode optisch gepumpt. Das System läßt sich zu höheren Ausgangsleistungen skalieren, indem man die optisch gepumpte Chipfläche entspechend vergrößert. Durch den langen Resonator und die Krümmung des externen Spiegels kann nicht nur eine hohe optische Ausgangsleistung, sondern auch eine hervorragende Strahlqualität des emittierten Laserlichts erzielt werden. Ein weiterer Vorteil des Halbleiter-Scheibenlasers besteht in der Möglichkeit, frequenzverdoppelnde Kristalle in den Laserresonator einzubringen. Auf diese Weise lassen sich kompakte und effiziente Laserlichtquellen für den sichtbaren Spektralbereich herstellen. In der Abteilung Optoelektronik wurde mit einem solchen System erstmalig gelb–orange Lichtemission bei einem Halbleiter-Scheibenlaser realisiert. Neben spektroskopischen Anwendungen eignen sich diese Lichtquellen besonders zur Erzeugung von rotem, grünem und blauem (RGB) Licht für den Einsatz in Projektionsdisplays. Abb. 4 (links): Fotografie eines Halbleiter-Scheibenlasers mit gelb–oranger Emission. Abb. 5 (rechts): Rote, grüne und blaue (RGB) Laser sind ideale Lichtquellen für Projektionsdisplays.
	Ansprechpartner		Universität Ulm Abteilung Optoelektronik Prof. Dr. Peter Unger Dr.-Ing. Rainer Michalzik Albert-Einstein-Allee 45 89081 Ulm Tel.: +49 (0)731 50 - 26054, -26048 Fax.: +49 (0)731 50 - 26049 Internet: http://www-opto.e-technik.uni-ulm.de/

			V.i.S.d.P.: Prof. Dr. Peter Unger Technische Fragen bitte an den Webmaster Januar 2004