Meilenstein auf dem Weg zur grünen Laserdiode

Für Laser-Projektionssysteme braucht man neben blauem und rotem auch grünes Laserlicht, und zwar im so genannten „true green“ Spektralbereich von 515 bis 535 nm. Das für grünes Licht verwendete Materialsystem Indium-Gallium-Nitrid (InGaN) lieferte aber bei diesen Wellenlängen bislang nicht die nötige Kristallqualität für einen Laser.

Laserdioden sind kleine, leistungsstarke Lichtquellen, die sich zum Beispiel in DVD-Laufwerken finden. Für Projektoren sind sie hochinteressant: Genau wie LEDs liefern sie kontrastreiche Bilder mit hoher Farbtiefe, bringen aber erheblich mehr optische Leistung. Mit ihrem stark gebündelten Lichtstrahl erzeugen sie ohne Projektionsoptiken in allen Abständen und auf gekrümmten Flächen scharfe Bilder. Zudem sind sie modulierbar, das heißt, man kann ihre Helligkeit direkt regeln, ohne teure Mikrospiegel oder Mikrodisplays einzusetzen. Miniprojektoren mit Lasern sind schon heute nur wenige Zentimeter klein. Allerdings sind die heute eingesetzen grünen Laser noch relativ groß und teuer, weil sie neben einer infraroten Laserdiode einen optischen Kristall zur Konversion des Infrarotlichts in den grünen Spektralbereich (Frequenzverdopplung) benötigen. Da bietet der direkte grüne Laser Abhilfe.

Weltweit findet deshalb ein Wettlauf um direkt emittierende grüne Laserdioden mit Wellenlängen von über 515 nm statt. Erst dieses Jahr wurde die 500 nm Grenze überwunden. Das Problem ist das Materialsystem InGaN: Für grünes Licht über 515 nm braucht man hohe Indium-Anteile. Die aber verschlechtern die Kristallqualität und vermindern so die Effizienz der Lichterzeugung. Zusätzlich treten piezoelektrische Felder im Kristall auf. Die Forscher von Osram Opto Semiconductors konnten nun mit angepassten Epitaxieverfahren InGaN-Strukturen in Laserqualität herstellen. Der 515 nm Laser hat bei Raumtemperatur im Pulsbetrieb 50 Milliwatt optische Leistung und zeigt eine gute Temperaturbeständigkeit.

Die Ergebnisse demonstrieren, dass das Materialsystem InGaN die für grüne Laser nötigen hohen Leistungen liefern kann. Mobile Projektoren wie Handybeamer werden dadurch noch kleiner und leistungsstärker. Osram gehört zu Siemens Industry und entwickelt im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Projekts MOLAS effiziente Laserlichtquellen auf InGaN-Basis für mobile Projektionssysteme. (RN 2009.10.3)