Полупроводниковые излучатели – лазеры, оптические усилители, светодиоды, вошли в нашу жизнь, обеспечивая работу волоконо-оптической связи, интернета, мобильной телефонии, являясь важной частью приборов для обработки материалов, для научных исследований, для медицинских и косметологических применений. Физики, химики, технологи ищут новые материалы и разрабатывают новые структуры, эффективно излучающие в различных областях электромагнитного спектра.
Хорошо известны высокоэффективные светодиоды и лазеры на основе нитридов элементов третьей группы Периодической системы элементов Д.И. Менделеева - GaN, AlN и их тройных соединений, излучающие от зеленого до ультрафиолетового диапазонов, а также широкополосные светодиоды белого света, обеспечившие прорыв в практическом применении полупроводниковых излучающих устройств. За изобретение эффективных голубых светоизлучающих диодов, позволившее создать яркие и экономичные источники белого света, японские физики Исаму Акасаки, Хироси Амано и Сюдзи Накамура были награждены Нобелевской премией по физике в 2014 году.
Продвижение светодиодов и лазеров на основе нитридов в длинноволновом направлении, в инфракрасный диапазон для оптической обработки и передачи информации, может оказаться успешным с использованием нитрида индия - полупроводника с узкой шириной прямой запрещенной зоны (менее 0.7 эВ), малой эффективной массой и высокой подвижностью электронов. Этот полупроводник долгое время считался загадочным, нестабильным материалом. Исследователи в Институте физики микроструктур РАН, совершенствуя технологию получения нитрида индия, изучая его свойства, совместно с коллегами из Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе, изменили отношение к этому полупроводнику, показав перспективу создания на его основе эффективных источников излучения для диапазона длин волн 1.5-2 мкм.
В эпитаксиальных гетероструктурах на основе нитрида индия впервые достигнуто стимулированное (вынужденное) излучение в диапазоне длин волн 
=1.66 - 1.9 мкм при оптической накачке. Этот результат получен в Институте физики микроструктур РАН – филиале Федерального исследовательского центра Институт прикладной физики РАН благодаря развитию нанотехнологии молекулярно-пучковой эпитаксии нитрида индия и применению современных спектроскопических методов. Реализация стимулированного излучения с низким порогом возбуждения из монокристаллического нитрида индия является важным шагом в создании эффективных лазеров и оптических усилителей ближнего инфракрасного диапазона, оптимального для телекоммуникаций.
 |
Рис 1. Гетероструктура InN на сапфире: а) изображение слоев структуры в электронном микроскопе; б) схема гетероструктуры; в) значения показателя преломления для отдельных слоев; г) рассчитанная оптическая локализация моды TE0 на длине волны 1,65 мкм. |
 |
Рис. 2. а) Установка молекулярно-пучковой эпитаксии, на которой были выращены лазерные гетероструктуры на основе InN; б) схема оптического возбуждения лазерной генерации; в) спектры стимулированного инфракрасного излучения при различных мощностях накачки. |
B.A. Andreev, K.E. Kudryavtsev, A.N Yablonskiy, D.N. Lobanov, P.A. Bushuykin, L.V. Krasilnikova, E.V. Skorokhodov, P.A. Yunin, A.V. Novikov, V.Yu Davydov, Z.F. Krasilnik. Towards the indium nitride laser: obtaining infrared stimulated emission from planar monocrystalline InN structures. Scientific Reports 8, 9454 (2018).
