Extrem schmalbandiger Photodetektor für UV-Strahlung

Wissenschaftler aus dem Paul-Drude-Institut stellen zusammen mit Kollegen aus Indien und Spanien ein neues Bauelement vor

Um Gifte und Gefahrstoffe in der Luft rasch nachweisen zu können, werden oft Detektoren eingesetzt, die zurückgestreutes Licht im ultravioletten (UV) Spektralbereich analysieren. Jede Substanz weist eine Art optischen Fingerabdruck auf, der beispielsweise durch Anregung per Laser abgerufen wird. Dazu sind extrem schmalbandige Photodetektoren notwendig, die nur für bestimmte Wellenlängen empfindlich sind. Wissenschaftler des Paul-Drude-Instituts für Festkörperelektronik (PDI) haben kürzlich in Zusammenarbeit mit Kollegen aus Indien und Spanien solch einen Detektor für UV-Strahlung in der Fachzeitschrift Applied Physics Letters (Nr. 90, 091110) vorgestellt. Er hat eine Detektionsbandbreite von lediglich 6 Nanometern und ist damit fünfmal schmalbandiger als vergleichbare Photodetektoren. Hinzu kommt, dass der Detektor die Polarisation des Lichtes erkennen kann. Das hilft dabei, störende Hintergrundstrahlung herauszufiltern.

Das internationale Wissenschaftlerteam unter Leitung von Holger Grahn (PDI)  entwickelte den Detektor mithilfe einer photoempfindlichen Schicht aus nichtpolarem Galliumnitrid (GaN) auf einem Substrat aus Lithiumaluminat (LiAlO₂). Die aktive GaN-Schicht ist dabei nur 0,4 Mikrometer dick, ungefähr ein Zehntel des Durchmessers eines Staubkorns. Die GaN-Schicht wurde am PDI (Oliver Brandt) hergestellt, der Photodetektor wurde an der Universidad Politécnica de Madrid in Madrid, Spanien, (Carlos Rivera, Jose Luis Pau und Elias Muñoz) strukturiert und die Messungen wurden am Tata Institute of Fundamental Research in Mumbai, Indien, von Sandip Ghosh durchgeführt.

Der neue Detektor eignet sich für den Echtzeit-Nachweis von biologischen und chemischen Stoffen in der Luft, die mittels eines Laserstrahls zum Leuchten angeregt werden. Aus dem zurückgestrahlten Licht ermittelt der Detektor die optischen Fingerabdrücke der Substanzen. Um möglichst viele Stoffe auf einmal nachweisen zu können, bedarf es vieler kleiner photoempfindlicher Elemente, die alle jeweils exakt auf ganz bestimmte unterschiedliche Wellenlängen reagieren, also eine enge spektrale Bandbreite aufweisen. Das Element, das das internationale Team jetzt vorstellte, ist etwa nur so groß wie ein Stecknadelkopf und weist nur ultraviolette Strahlung mit einer Wellenlänge von 360 nm nach.

Quelle: Sandip Ghosh et al.: Very narrow-band ultraviolet photodetection based on strained M-plane GaN films. In: Applied Physics Letters 90, 091110 (2007).