GIMLi13: Demonstration GaAs-basierter Nanoridge-Laser bei einer Wellenlänge von 1300 nm, vollständig prozessiert in einer CMOS-Fabrik auf 300 mm Si-Substraten

• Antragstellerin: Professorin Dr. Kerstin Volz
• Fachliche Zuordnung: Kommunikationstechnik und -netze, Hochfrequenztechnik und photonische Systeme, Signalverarbeitung und maschinelles Lernen für die Informationstechnik ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 550321162

Die Silizium (Si) Photonik ermöglicht die Miniaturisierung und Massenproduktion optischer Systeme unter Verwendung von CMOS-Technologie. Die kürzliche Demonstration eines III-V-Lasers, der vollständig in einer CMOS-Pilotlinie prozessiert wurde, unterstreicht dessen enormes Potential als kostengünstiger Integrationsansatz, da das III-V-Material direkt auf 300 mm Si-Substraten unter Verwendung von Nano-Ridge-Engineering aufgewachsen ist. Während das Auslesen der Bauelemente auf Wafer-Skala das Potential dieses einzigartigen Konzepts unterstreicht, unterstützt das derzeit verwendete Verstärkungsmedium nur Laseremissionen bei 1025 nm. Um die Vorteile der verlustarmen Si/SiO2-Wellenleiter in der Si-Photonik voll auszuschöpfen, ist es notwendig, die Emission auf 1300 nm zu erweitern, um Lichtabsorption in Si zu vermeiden. Dieses Projekt geht diese Herausforderung an, indem es neue Verstärkungsmaterialien auf Basis von GaAs untersucht, die bei 1300 nm emittieren, und dabei die aktuelle Verstärkerstruktur ersetzen und von den bestehenden Integrationsmodulen profitieren, die für die erste Bauelementdemonstration auf 300 mm Si entwickelt wurden. Das Forschungskonsortium wird das Wachstum verschiedener Verstärkungsmaterialien in einer Laborumgebung erforschen, um schnellen Fortschritt und Rückmeldung sicherzustellen. Das Material, das basierend auf struktureller und optischer Charakterisierung am vielversprechendsten erscheint, wird verwendet, um Bauelemente für eine Laserdemonstration herzustellen. Das Wachstum des besten Verstärkungsmaterials wird dann in die CMOS-Fertigung übertragen, um die Abscheidung und vollständige Bauelementherstellung auf 300 mm Si durchzuführen, sodass dann der CMOS-kompatible III-V-Laser bereit ist, in eine Si-Photonikplattform integriert zu werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Belgien
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Bernardette Kunert; Professor Dries Van Thourhout, Ph.D.