Leuchttransistor statt Leuchtdiode

1962 stellten wir die rote Leuchtdiode vor. Das war das erste elektronische Bauelement aus Galliumarsenid, also einem Verbund aus zwei verschiedenen Halbleitermaterialien. Heute kommen diese Materialien überall in der Elektronik zum Einsatz - in LEDs, in Transistoren, in Laserchips, und so weiter.

Man darf ihn getrost einen Pionier nennen: Nick Holonyak Jr., Physikprofessor an der Universität von Illinois in Urbana-Champaign. Denn die rote LED aus Galliumarsenid, die er vor über 40 Jahren erfand, funkelt heute munter durch den Alltag: als Anzeigelämpchen in Fernsehern und HiFi-Anlagen, als Rücklicht von Fahrrad und Auto, als Display in Zügen und Bussen. Das reicht eigentlich als Lebenswerk, sollte man meinen. Doch Holonyak Jr. hatte noch keine Lust auf Ruhestand und tat sich mit zwei anderen Forschern zusammen - um nun die Weiterentwicklung seiner LED zu präsentieren: den LET. Das steht für "Light Emitting Transistor", auf deutsch Licht aussendender Transistor. Holonyak:

Das ist ein extrem schneller Transistor, der wie ein gewöhnlicher elektronischer Transistor schaltet, dabei aber zusätzlich noch ein Lichtsignal aussendet. Es kommen also zwei Signale gleichzeitig aus unserem Transistor - ein elektrisches und ein optisches. Soweit ich weiß, sind wir die ersten, die das bei einem Transistor geschafft haben.

Was aber bringt den LET zum Leuchten? Im Grunde ist es derselbe Prozess, der auch eine LED erstrahlen lässt, eine Leuchtdiode: Bei dieser trennt eine elektrische Spannung die elektrischen Ladungen im Halbleiter voneinander, und zwar in negative Elektronen und positive Löcher. Kurz darauf plumpsen die Elektronen wieder in die Löcher zurück, wobei sie Energie verlieren und einen Lichtstrahl aussenden. Rekombination, so nennt der Fachmann diesen Prozess. Nun spielt sich diese Rekombination auch in jedem Transistor ab - und zwar an der sogenannten Basis. Hier fallen ebenfalls Elektronen in Löcher. Bislang aber schenkte die Fachwelt diesem Umstand kaum Beachtung. Warum eigentlich nicht, dachte sich Holonyak - und baute einen Transistor, bei dem besonders viele Elektronen in Löcher fallen und der deshalb bei jedem Schaltprozess ein deutliches Infrarotsignal von sich gibt. Für die Elektronik der Zukunft verspricht das so einiges:

Fasst man ultraschnelle Bauteile auf einem Chip zusammen, so sind diese Bauteile heute durch elektrische Leiterbahnen verbunden. Diese Leiterbahnen werden immer kleiner und stoßen so allmählich an ihre Grenzen, etwa weil sie zu heiß werden. Deshalb denken die Leute schon länger darüber nach, die Signalübertragung optisch zu machen, also mit Licht. Genau dafür wäre unser Transistor sehr geeignet. Schließlich erzeugt er beim Schalten automatisch ein optisches Signal, mit dem sich dann andere Transistoren ansteuern ließen. Ich weiß zwar noch nicht so genau, wie weit wir mit dieser Idee kommen. Bislang stecken wir noch in einem frühen Stadium. Und bevor wir wissen, ob was daraus wird, dürfte noch einige Zeit vergehen: zwei Jahre, fünf Jahre oder auch zehn Jahre.

Der LET könnte nicht nur dafür sorgen, dass die Signale deutlich schneller zwischen den Transistoren auf einem Chip hin- und herfließen. Er soll auch der Kommunikation zwischen verschiedenen Chips auf die Sprünge helfen. Auch für den künftigen Mobilfunk verspricht der Leuchttransistor einiges - und zwar höhere Frequenzen und damit höhere Bandbreiten, etwa für ein drahtloses Internet. Nick Holonyak Jr. jedenfalls gibt auf seine alten Tage noch mal so richtig Gas:

Wir müssen keine neue Fertigungstechnologie erfinden. Die heutige Technologie zur Massenproduktion von LEDs und Laserchips ist sehr ausgereift. Und im Prinzip taugt sie auch zur Fertigung unserer Leuchttransistoren. Also ich bin mir sicher: In den nächsten Jahren werden wir eine Menge Aktivitäten von einer Menge von Forschern überall auf den Welt erleben.