Überblick

Vom hässlichen Entlein zum Schwan

Vor fünfzig Jahren wurde der Halbleiterlaser erfunden.

  • Dieter Bimberg
  • 05 / 2012 Seite: 25

Ohne Halbleiterlaser würde unser Alltag völlig anders ausschauen. Das weltverbindende Internet und vieles andere, was moderne Gesellschaften prägt, würde es nicht geben. Heutzutage basieren etwa 60 Prozent des Laserweltmarkts auf Diodenlasern, das entspricht einem Umsatz von etwa sieben Milliarden Dollar. Selten jedoch wurde eine Erfindung zunächst so mit Skepsis betrachtet und mit Häme kommentiert wie jene des Halbleiterlasers.

Die Geschichte des Halbleiterlasers ist geprägt von Irrtümern und Konfusion. Es ist die Geschichte eines Konzepts, für dessen Erfolg es immer neuer Anläufe bedurfte, und zwar über Jahrzehnte hinweg. Die Entwicklung des Halbleiterlasers ist ein Mus­ter­beispiel für interdisziplinäre Forschung mit langem Atem, für das Zusammenwirken von Materialwissenschaften mit unterschiedlichsten physikalischen Disziplinen, mit Computerentwicklung, Kommunikationstechnik und Maschinenbau. Es ist eine Geschichte, die uns lehrt, dass man nie aufgeben sollte.

1960 beobachtete Theodore Maiman stimulierte Emission zwischen elektronischen Übergängen von Chrom-Atomen in Al2O3 (Rubin) und bestätigte damit Einsteins Vorhersage aus dem Jahr 1917. Innerhalb von 18 Monaten wurden der aus dem Staunen nicht herauskommenden Weltöffentlichkeit weitere Laser präsentiert. Dazu zählten Festkörperlaser, z. B. auf YAG-Basis, sowie die ersten Gas- und Halbleiterlaser. Festkörper- und Gaslaser arbeiteten von Beginn an bei Zimmertemperatur. Ihr Anwendungspotenzial in der Forschung, von der Spektroskopie bis zur Kernfusion, war ebenso offensichtlich wie in der Material­bearbeitung –  vom Bohren kleinster Löcher in der Uhrenherstellung, über das Schweißen in der Auto­mobilfertigung, bis hin zum Härten der Zylinder von Dieselmotoren.

Halbleiterlaser hingegen funktionierten nur bei der Temperatur flüssigen Heliums, also bei 4,2 K. Ihre theoretischen Grundlagen legten von 1960 bis 1962 im Wesentlichen vier Arbeitsgruppen um Nicolay Basov vom Lebedev-Institut der Russischen Akademie der Wissenschaften, um Willard Boyle und David Thomas von den Bell Labs, um Georges Duraffourg vom CNET in Frankreich und um William Dumke von IBM. Die Idee war einfach: Man nehme einen pn-Übergang in einem Halbleiter (Homoübergang) und injiziere Ladungsträger, d. h. Elektronen von der n-Seite und Löcher von der p-Seite. Damit sind die beiden Grundvoraussetzungen für einen Laser erfüllt: ...

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