Silizium-Chips kommunizieren mit Licht

Einem Forscherteam des Forschungszentrums Rossendorf (FZR) ist es gelungen, die Lichtemission von Silizium-Leuchtdioden bei der Wellenlänge von 1.100 Nanometern um den Faktor 1.000 zu steigern. Damit kann erstmals die Kommunikation zwischen Silizium-Chips mit Licht realisiert werden.

Die Bauelemente basieren auf Silizium-Dioden, in die hochenergetische Atome (Ionen) hineingeschossen werden (Ionen-Implantation). Diese Atome modifizieren das Silizium in der Art und Weise, dass die Lichtemission exorbitant ansteigt. Das bisher größte Problem war jedoch, dass im Halbleiter erzeugtes Licht nur zu wenigen Prozent aus der Leuchtdiode austritt, der Rest von über 95 Prozent war gewissermaßen gefangen.

Die Forscher des FZR haben dieses Problem durch einen neuartigen Silizium-Mikroresonator, eine Art Miniaturspiegel gelöst. Der Resonator erhöht die Lichtausbeute bei einer gewünschten Wellenlänge und macht sie wesentlich gerichteter. Wegen der weit fortgeschrittenen Siliziumtechnologie wäre es ein großer Durchbruch, wenn Lichtquellen für die optische Datenübertragung auf der Basis von Silizium-Chips nicht nur rechnen, sondern auch gleich ihre Ergebnisse mit Lichtgeschwindigkeit an eine andere Stelle übertragen könnten.

Der US-Chipriese Intel arbeitet in seinen Forschungslabors bereits intensiv an einer optischen Verbindungstechnik auf Basis von Silizium. Silizium-Lichtquellen wären weit kostengünstiger in der Herstellung als andere Materialien und könnten auf einem Siliziumchip mit elektronischen Komponenten angesteuert werden. Das Mikroresonator-Konzept des FZR hat die Effizienz der Silizium-Leuchtdioden beträchtlich gesteigert, wobei die theoretischen Grenzen bei weitem noch nicht ausgereizt sind.