Optische Chips: Laser aus Germanium gepresst

Germanium soll die Konstruktion von Chips ermöglichen, in denen die Datenübertragung durch den Einsatz optischer Methoden revolutionär verbessert wird. Dafür muss man das Halbleitermaterial allerdings dazu bringen, Laserlicht auszusenden. Forscher des Schweizer Paul Scherrer Instituts arbeiten seit einiger Zeit an diesem Problem. Sie haben gezeigt, dass man Germanium mit einer äusseren Kraft verformen muss, damit es zu einem Lasermaterial wird. Man hofft nun, mit diesen Erkenntnissen bald wieder an das Mooresche Gesetz anschließen zu können.

Im Jahr 1965 hatte Intel-Gründer Gordon Moore die Regel aufgestellt, dass sich die Flächendichte von Transistoren auf Computerchips - und damit die Rechenleistung - etwa alle zwei Jahre verdoppelt. Trotz der steigenden Anzahl Transistoren in Computerchips und weiterer Fortschritte kann die Gesamtleistung der Prozessoren dem aber seit etwa einer Dekade nicht mehr in Gänze folgen. Einer der Gründe hierfür liegt darin, dass die modernen Chips mehrere Kerne haben, die mit herkömmlichen Verfahren nur relativ langsam miteinander kommunizieren.

"Tatsächlich kennt man einen Weg, wie diese Lücke geschlossen werden kann: Das Zauberwort heisst optische Datenübertragung zwischen den verschiedenen Kernen auf dem Chip", erklärte Hans Sigg, Forscher am Paul Scherrer Institut. "Das heisst, man würde die Information innerhalb eines Computerchips teilweise mithilfe von Lichtpulsen übertragen, was den Informationsfluss stark beschleunigen könnte." Dafür bräuchte man winzige Laser, die man in Chips einbauen könnte und die dort Lichtpulse aussenden würden. Diese sind aber bislang nicht verfügbar.

Nun konnte Siggs Forschungsteam zusammen mit Kollegen der ETH Zürich und des Politecnico di Milano zeigen, dass Germanium unter bestimmten Bedingungen als Lasermaterial dienen könnte. "Germaniumlaser könnten hier den Durchbruch bringen, weil Germanium sich gut mit Silizium kombinieren lässt, aus dem die Chips gebaut sind. Silizium selbst kann kein Licht aussenden, und es lässt sich kaum mit verfügbaren Lasermaterialien kombinieren", erklärte Sigg.

"Unsere Ergebnisse, sind einerseits ermutigend: Germanium verhält sich ähnlich wie traditionelle Lasermaterialien - damit ist die Möglichkeit von Lichtemission nicht ausgeschlossen", so Sigg. Er schränkte jedoch ein: "Die Balance zwischen Verstärkung und Verlust ist in den bislang untersuchten Germanium-Schichten noch so ungünstig, dass das Material die Bedingung für die Erzeugung von Laserlicht noch nicht erfüllt."

Dabei hat sich aber gezeigt, dass man dieser Bedingung umso näher kommt, je stärker man das Germanium mit einer äusseren Kraft verformt. Die Forscher hoffen, in einem Folgeprojekt die nötigen Bedingungen für das Germanium zu erreichen. Dazu werden sie eine neue Technologie nutzen, die es erlaubt, diese Verspannungen stark zu erhöhen.