Недалек тот день, когда мы увидим гигантский взлет потенциальных возможностей лазерной технологии. Важный шаг в этом направлении сделали физики из Голландии и США. Их работа открывает новые возможности по миниатюризации полупроводниковых лазеров и применению их в быстродейcтвующих компьютерах и линиях связи.

Группа ученых из Технического университета Эйндховена (Нидерланды) и Университета штата Аризона (США) продемонстрировала самый тонкий в мире полупроводниковый лазер. Результаты исследований опубликованы в интернет-журнале Optics Express (Lasing in metal-insulator-metal sub-wavelength plasmonic waveguides

Спектр излучения нанолазера с толщиной полупроводникового слоя в (90 ± 20) нм при температуре 10 К и токе накачки 200 мкА. На врезке показаны спектры излучения в тех же температурных условиях при токе 55 (синяя линия), 65 (зеленая) и 75 (красная) мкА.

Минимальные линейные размеры лазеров, как считается, определяются длиной волны излучения (см. дифракционный предел); если принять ее за 1500 нм и учесть показатель преломления, который в случае полупроводникового материала можно считать равным трем, окажется, что ширина (длина, высота) активного элемента должна превышать 250 нм.

Авторы рассматриваемой работы показали, что это ограничение можно обойти, используя в конструкции лазера сочетание полупроводников, диэлектриков и металлов. Ученые создали двойную гетероструктуру (см. рисунок ниже) на основе фосфида индия InP и арсенида индия-галлия InGaAs толщиной около 80 нм, по бокам которой были расположены слои диэлектрика — нитрида кремния — толщиной 20 нм. Затем на подготовленные таким образом поверхности активного элемента было нанесено серебряное покрытие.

Сформированная структура исправно функционировала при температурах около 10 К; теперь исследователи пытаются найти способ получить лазерное излучение при комнатной температуре. «Мы первыми преодолели ограничение на размеры нанолазеров, —говорит руководитель работы проф. Аризонского Университета Цунь-Чжэн Нин (Cun-Zheng Ning). — Это важное достижение; перед нанолазерами открываются серьезные перспективы в электронике и медицине».

Проф. Цунь-Чжэн Нин в лаборатории наноэлектроники

Изображение полупроводникового слоя нанолазера, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа; масштабная полоска — 1 мкм (иллюстрация из журнала Optics Express).

Евгений Биргер