Optoelektronische Bauelemente

Im Bereich der Optoelektronik entwickeln wir Photodetektoren und Halbleiterlaser schwerpunktmäßig für den infraroten Spektralbereich (Wellenlängen > 1,5 µm).

Im Bereich der Infrarot-Detektoren liegt der Fokus auf Matrix- und Einzeldetektoren im mittleren Infrarot (MWIR, 3 – 5 µm) und im langwelligen Infrarot (LWIR, 8 – 12 µm) auf Basis von InAs/GaSb-Typ-II-Übergittern. Zur Steigerung der Leistungsfähigkeit werden Bauelemente mit Heteroübergängen entwickelt, welche im Vergleich zu herkömmlichen Bauelementen mit Homoübergang deutliche Vorteile in Bezug auf Dunkelstrom und Rauschverhalten bieten.

Für Anwendungen, die die Detektion äußerst schwacher optischer Signale erfordern, entwickeln wir hochempfindliche Avalanche-Photodioden (APDs) mit interner Signalverstärkung. Dies tun wir sowohl für den solar-blinden ultravioletten Spektralbereich unterhalb 280 nm als auch im kurzwelligen Infrarot (SWIR, 0,9 – 1,7 µm), wofür wir AlGaN- bzw. InGaAs-APDs optimieren.

Auf dem Gebiet der Infrarot-Halbleiterlaser für Emissionswellenlängen im Bereich 2 – 11 µm stehen am Fraunhofer IAF GaInAs/AlInAs/InP-basierte Quantenkaskadenlaser sowie optisch gepumpte Halbleiterscheibenlaser auf Basis der Gruppe III-Antimonide im Mittelpunkt. Gegenstand aktueller Forschung und Entwicklung sind die Steigerung der Ausgangsleistung und der Leistungseffizienz bei gleichzeitigem Erhalt der Strahlqualität. Neben der Optimierung der epitaktischen Halbleiterschichtstrukturen selbst steht dabei auch die effiziente Entwärmung der Bauelemente durch eine verbesserte Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) im Fokus.

Ein weiterer Forschungsschwerpunkt im Bereich Optoelektronik ist die Erweiterung der Funktionalitäten der Halbleiterlaser, zum Beispiel durch die Integration der Chips in externe Resonatoren in Form kompakter Lasermodule. So lassen sich spektral schnell abstimmbare Lasersysteme realisieren, deren Anwendungspotenzial wir mithilfe von Funktionsdemonstratoren in den Bereichen der Spektroskopie, der chemischen Sensorik oder auch in Sicherheitsanwendungen aufzeigen.