Höhere Speicherdichten mit 420 nm Laser:

Violetter Diodenlaser wird auch dem Digitaldruck nützen

Je kürzer die Wellenlänge, desto höher ist seine Energie: den violetten Halbleiterlaser suchen die Forscher wie den Stein der Weisen. Jetzt wurde der Schlüssel für noch höhere Speicherdichten und schärfere Farbdrucker in Freiburg gefunden.

Blaue Laser können deutlich mehr Daten als bisher auf CD und DVD speichern. Gegenüber dem roten Licht herkömmlicher Diodenlaser  lässt sich blaues Licht besser bündeln und die Informationen können dichter geschrieben werden.

Bald 20 GB auf einer DVD-Scheibe

Den großen Einfluss der Bündelung zeigt schon der Sprung von CD zur DVD. Während in herkömmlichen CD-ROM-Laufwerken Infrarotlaser mit einer Wellenlänge von 780 nm arbeiten, werden bei der DVD-Technik bereits kurzwellige Laser eingesetzt, die im sichtbaren roten Wellenlängenbereich bei 640 nm emittieren: So ist es möglich, statt nur 650 Megabyte wie bei einer CD-ROM bis zu 4,7 Gigabyte zu speichern. »Durch den Einsatz von blauen bzw. violetten Diodenlasern mit etwa 420 nm Wellenlänge ließe sich die Kapazität der DVD auf 20 Gigabyte steigern«, zeigt Prof. Dr. Joachim Wagner vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF die Vorzüge des neuartigen Lasers auf. Statt kurzer Spielfilme könnten dann auch mehrstündige Monumentalfilme auf einer einzelnen DVD gespeichert werden.

Viele Jahre scheiterte die Herstellung blauer Laser an Materialproblemen. Denn herkömmliche Halbleiter-Werkstoffe der Optoelektronik wie Galliumarsenid oder Galliumphosphid geben nur infrarotes oder rotes Licht ab. „Kurzwellige Leucht- und Laserdioden erfordern die Beherrschung eines anderen Halbleitermaterialsystems - das der Gruppe III-Nitride mit Galliumnitrid als prominentestem Vertreter“, erläutert Professor Wagner. Die Herstellung qualitativ hochwertiger einkristalliner Schichten, wie sie für Diodenlaser benötigt werden, ist bei Galliumnitrid jedoch sehr schwierig: Da es nicht als massiver Einkristall vorliegt, muss ein anderes Material - meist Saphir oder Siliziumkarbid - als Unterlage dienen, um den Kristall gezielt Schicht für Schicht wachsen zu lassen.

420 nm sind ein europäischer Durchbruch

Bisher stellt die japanische Firma Nichia als einziges Unternehmen blaue Laser her. Um das attraktive Zukunftsgeschäft mit kurzwelligen Halbleiterlasern nicht allein den asiatischen Anbietern zu überlassen, startete das Bundesforschungsministerium 1998 ein Verbundprojekt. Gemeinsam arbeiten Osram Opto Semiconductors in Regensburg, das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik in Freiburg, die Universitäten in Ulm und Stuttgart sowie die TU Braunschweig an der Entwicklung der ersten europäischen blauen Halbleiterlaserdioden. Mit Erfolg: Bereits im Juli 1999 präsentierten die Verbundpartner einen blauen Laser im Pulsbetrieb. »Dieses Jahr konnte der Verbund sogar einen Laser im Dauerbetrieb zeigen«, berichtet Wagner von den Ergebnissen des Projekts. Die Laserdiode erzeugt einen Lichtstrahl mit einer Wellenlänge von 420 nm.

Auf diesen Erfolgen wollen sich die Forscher jedoch nicht ausruhen. Sie planen insbesondere, die Lebensdauer des violetten Lasers zu steigern. Zudem soll der Wellenlängenbereich der Diodenlaser erweitert und die Ausgangsleistung gesteigert werden. Auch die Züchtung des Laser-Kristalls wollen die Forscher noch verbessern. Statt auf Saphir - so die Planungen - soll er künftig auf einem dünnen, freitragenden Galliumnitridfilm aufwachsen.

Neue Perspektiven für das Imaging

Die Anwendungsmöglichkeiten für die kurzwelligen Diodenlaser sind vielfältig. Die blauen Laser können nicht nur moderne Speichermedien wie CD und DVD beschreiben und lesen oder die Konzentration von Ozon und Kohlenwasserstoffen in der Raumluft quantitativ bestimmen. Auch das Laserfernsehen, das eines Tages Bilder in Kinoqualität ins Haus bringen soll, benötigt zuverlässige blaue Laserdioden.

„Zunächst wird der blaue Laser aber wohl den Markt der Laserdrucker erobern“, schätzt Alfred Lell von Osram Opto Semiconductors. Das kurzwellige Licht kann besser fokussiert werden und das steigert die Druckqualität. Zusammen mit neuen Herstellungsverfahren für Farbtoner ergeben sich faszinierende Aussichten für die Wiedergabe farbiger Bilder.

Roland Dreyer/FHG

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Die neue Laserdiode erzeugt einen violetten Lichtstrahl mit einer Wellenlänge von 420 nm. Damit werden nicht nur hochkapazitive Datenspeicher und TV-Laser-Projektionssysteme möglich. Auch für den farbigen Digitaldruck ist die bessere Fokussierbarkeit des violetten Lasers ein wichtiger Fortschritt.