Wissenschaftler der Technischen Universität Braunschweig haben erstmals einen organischen Halbleiterlaser gebaut, der Licht im ultravioletten Spektralbereich emittiert. Diese sehr kostengünstig herstellbaren Photonenquellen sollen zukünftig in Bereichen der Life-Sciences, etwa der Gen-und Proteinanalyse, eingesetzt werden.
Optoelektronische Bauelemente, die aus organischen Molekülen bestehen, haben in den letzten Jahren einen regelrechten Boom erfahren. Displays auf Basis so genannter OLEDs (organic light emitting diodes) erobern gegenwärtig Marktanteile und versprechen als Konkurrenz zu etablierten LCD- oder Plasmabildschirmen höhere Farbbrillianz, einen geringeren Energieverbrauch sowie niedrigere Herstellungskosten.
Die Braunschweiger Wissenschaftler, die auch an der Entwicklung der OLEDs arbeiten, nutzen die Tatsache, dass sich organische Moleküle ebenfalls zum Bau von Lasern eignen. Sie arbeiten zusammen mit Chemikern, Physikern und Elektrotechnikern in einem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Forscherverbund zur Herstellung organischer Dünnschicht-Laser. Im Rahmen dieses Projektes wurden bereits organische Laserstrukturen hergestellt, die den gesamten sichtbaren Spektralbereich abdecken – nicht aber den für viele Anwendungen hoch interessanten ultravioletten Spektralbereich.
“Panzersperren“ geben ultraviolettes Licht ab
Eine der größten Herausforderungen war es, ein hinreichend stabiles organisches Molekül zu finden, das Licht im UV-Bereich verstärken kann, so der Diplomingenieur Torsten Rabe vom Braunschweiger Institut für Hochfrequenztechnik. Zu diesem Zweck hat sich die Arbeitsgruppe mit der Firma Covion Organic Semiconductors in Frankfurt zusammengetan und einen geeigneten Kandidaten aus der Klasse der so genannten Spiro-Moleküle gefunden. Diese etwa zwei Nanometer kleinen Moleküle sehen aus wie winzige Panzersperren. Sie bilden beim Aufdampfen im Vakuum äußerst stabile dünne Filme. Darüber hinaus emittieren diese Moleküle bei optischer Anregung sehr effizient ultraviolettes Licht.
Die zusammen mit der Physikalisch Technischen Bundesanstalt (PTB) auf Plastikfolien hergestellten organischen UV-Laser senden Lichtpulse mit einer Leistung von bis zu 6,8 Watt aus. Dies reicht aus, um typische Biofluoreszenzmarker zur deutlich sichtbarer Lichtemission anzuregen. Die Wellenlänge der Laser kann über etwa 18 Nanometer zwischen 377,7 -395 Nanometer abgestimmt werden und lässt sich damit genau so einstellen, dass ein bestimmter Farbstoff das Licht optimal absorbieren kann. Das macht Fluoreszenzanalysen deutlich effizienter. Einen derart großen Wellenlängenabstimmbereich findet man bei anorganischen Laserdioden in diesem Spektralbereich nicht.
Immer tiefer ins UV
Zukünftig wollen die Forscher mit organischen Lasern noch tiefer ins UV vordringen. Sie haben sich außerdem zum Ziel gesetzt, in den kommenden zwei Jahren den ersten elektrisch betriebenen organischen Laser zu realisieren. „Weltweit ist das bisher noch niemandem gelungen. Die Voraussetzungen sind aber grundsätzlich vorhanden. Alle von uns verwendeten organischen Materialien sind in der Lage, elektrischen Strom zu leiten. OLEDs lassen sich ja auch elektrisch betreiben. Der Unterschied beim Laser ist dabei allerdings, dass die erforderlichen Ströme etwa zehntausendmal höher sind als bei OLEDs – bisher zuviel für organische Materialien. Da ist noch Forschungsarbeit zu leisten.“, erklärt Thomas Riedl, der Leiter der Arbeitsgruppe Organische und Anorganische Laser am Institut für Hochfrequenztechnik.
(idw – TU Braunschweig, 25.01.2005 – DLO)
