VORTEIL
Vertikale Oberflächenemitter für Robuste Temperaturstabile Effziente Integrierte Lasersysteme
Kostengünstige und alltagstaugliche Laser
Die Erfindung des Lasers ermöglicht es, in zahlreichen Einsatzgebieten Licht anstelle klassischer Werkzeuge zu verwenden, was in zahlreichen Anwendungen enorme Vorzüge bietet. Die im Verbundprojekt VORTEIL erforschten Systeme können für so unterschiedliche Anwendungen wie die umweltschonende Reinigung von Oberflächen, den Ersatz von Zündkerzen in kraftstoffsparenden Motoren oder die Entfernung von unerwünschtem Haarwuchs mit Epilationsgeräten verwendet werden. Die spezifischen Vorteile des Lasers ermöglichen hier einen verminderten Res- sourceneinsatz, lange Standzeiten oder eine besonders schonende Behandlung.
Einem breiteren Einsatz des Lasers auch in einem „rauen“ Anwendungsumfeld stehen vor allem die Komplexität der Systeme und die sich daraus ergebenden hohen Kosten entgegen. Das Verbundprojekt VORTEIL bringt die Kompetenz führender deutscher Unternehmen und Forschungsinstitute zusammen, um die technologischen Grundlagen einer weitgehenden Integration von Funktionen und Komponenten (Strahlquelle, Kühlung, Optik etc.) zur Herstellung von Lasersystemen mit deutlich geringerem Produktionsaufwand zu erforschen. Der hohe Integrationsgrad macht die angestrebten Systeme zudem besonders kompakt und robust.
Hochintegrierte VCSEL Systeme
Die Technologie des „Vertical Cavity Surface Emitting Lasers“ (VCSEL) wird bereits erfolgreich bei niedrigen Leistungen z. B. in der Lasermaus oder zur Datenübertragung eingesetzt. Abbildung 2 zeigt den Aufbau eines solchen VCSELs, der aus mehr als hundert wenige Nanometer dünnen Schichten aufgebaut ist, die allerdings in einem einzigen Herstellungsschritt abgeschieden werden können. Einige dieser Schichten dienen der Lichterzeugung (rosa), andere bilden die zur Erzeugung des Laserlichts notwendigen Spiegel und ermöglichen die Strominjektion (grau). Die VCSEL-Technologie erlaubt es, bis zu einer Million komplette Laser auf einem einzigen Substrat und in einem einzigen Arbeitsgang herzustellen.
Die Skalierung dieser Systeme zu höheren Leistungen gelingt durch die Anordnung vieler VCSEL in einem dicht ge- packten Array (Abbildung 3). Diese Arrays werden mit Optiken und Strukturen zur Stromzufuhr und Wärmeabfuhr integriert, d. h. diese Strukturen werden bevorzugt bereits auf Waferebene hinzugefügt. Ziel des Projektes VORTEIL ist es, die Zahl der bis zu einem vollständigen Laserdiodenmodul (Abbildung 4) benötigten Unterkomponenten und Arbeitsschritte drastisch zu reduzieren. Diese neuartigen Module werden dann in konkrete Systeme zur Oberflächenreinigung und zur Motorzündung eingebaut und im Einsatz erprobt.
Die am Verbund beteiligten Unternehmen decken die komplette Wertschöpfungskette ab. Im Erfolgsfall sollen die Ergebnisse zügig bis zur Serienreife weiterentwickelt werden, so dass anschließend sowohl Komponenten als auch komplette Systeme in Deutschland gefertigt werden können. Die angestrebte deutliche Kostensenkung gegenüber dem Stand der Technik wird es ermöglichen, wesentlich breitere Anwendungsgebiete zu adressieren und den Einsatz des Lasers vermehrt aus speziellen Hochtechnologie-Nischen auch in alltägliche Anwendungen auszuweiten.
