2.3. Нанолазеры

Нанолазеры — это полупроводниковые наногетероструктуры, где приставка «нано-» говорит только о размере, нанометр равен 10 в степени - 9 метра. Сама гетероструктура - это монокристалл, для создания которого используются два различных по своему химическому составу материала: в полупроводник вставлен чужеродный слой так, что граница между разными материалами является бездефектной. Дальнейший прогресс в развитии полупроводниковых лазеров был связан с кванторазмерными эффектами в тонких пленках, поскольку прогресс в снижении ключевого показателя эффективности, порогового тока, фактически остановился. Это обусловлено тем, что область потенциальных носителей заряда в узкозонном слое оставалась достаточно толстой. Однако если этот слой сделать достаточно тонким, то электрон будет испытывать интерференцию (взаимодействовать с другими пучками электронов), подобно свету на тонкой бензиновой пленке. На практике это приводит к увеличению мощности светового потока геторолазера, что создает возможность его использования в устройствах хранения данных. Появление новых физических свойств у нанолазера приводит к возможности записи на CD больших объемов информации (рис.2.3).

Рис. 2.3. Принципиальная схема нанолазера.

Промышленные лазеры на гетероструктурах пока остаются «полосковыми», то есть излучение в них происходит параллельно плоскости поверхности (горизонтально). Несмотря на хорошие показатели этих лазеров - большую мощность (12 Вт, 100 мкм апертура), большую плотность мощности (40 МВт/см2) и доступность для получения на различных подложках, будущее записывающих устройств все же за вертикальными лазерами (свет распространяется вертикально вверх, перпендикулярно плоскости). Физика здесь та же самая, но отражательная способность должна быть значительно выше. Эти лазеры температурно стабильны, хорошо интегрируются, поскольку могут быть очень маленькими (до микронных размеров). Кроме того, они достаточно дешевы.

Вертикальный лазер геометрически работает, как световод, только с идеальным качеством спектра, узкой диаграммой направленности, высокой эффективностью. Можно создавать матрицы, устанавливая много лазеров на пластину. Однако вертикальные лазеры пока коммерчески доступны только на GaAs (арсенид галия).

Уже реализован вертикальный лазер в ультрафиолетовом диапазоне, который нужен для оптической записи. Такой лазер имеет оптическую накачка, но обнадёживающие результаты достигнуты при токовой (инжекционной) накачке. Это реализация вертикального лазера на основе широкозонного материала GaN, в который вставлены ряды плотных массивов очень маленьких квантовых точек InGaN. Перед учеными встала задача оптимизации работы самой установки. Прорыв в этой области связан с российскими учеными лаборатории Жореса Алферова в 1993 г. удалось впервые создать лазер на квантовых точках и достигнуть большого прогресса в его совершенствовании. Лазер на квантовых точках стал более мощным. Основным преимуществом таких лазеров является возможность создания на их основе сложных оптоэлектронных интегральных схем на одном кристалле.