Учёные Алфёровского университета разработали уникальный материал для создания лазеров и датчиков

Источник: Наука - ТАСС

Учёные Санкт-Петербургского национального исследовательского академического университета им. Ж. И. Алферова РАН, входящего в консорциум Центра компетенций НТИ "Фотоника", впервые в России смогли получить высококачественные кристаллы нитрида индия на кремнии. На основе нового материала возможно создание фотодетекторов ближнего инфракрасного диапазона, датчиков газа, устройств передачи информации на дальние расстояния по оптоволоконным линиям связи, устройств квантовых телекоммуникаций и фотонных интегральных схем, рассказали ТАСС в Центре компетенций НТИ "Фотоника".

"В этом году мы первыми в России научились синтезировать практически бездефектные кристаллы нитрида индия на дешевом кремнии. Это очень сложная технологическая задача, так как кремний не подходит для роста таких кристаллов. Однако использовать кремний дешевле, а значит и синтез кристаллов нитрида индия осуществляется не на дорогих подложках, обычно используемых для создания лазеров инфракрасного диапазона, а на доступном кремнии. Это самый распространенный материал на земле. Соотношение стоимости синтеза таких кристаллов дешевле в несколько раз", - рассказал научный сотрудник лаборатории эпитаксиальных нанотехнологий Алферовского университета Владислав Гридчин.

По словам ученого, основной трудностью в практическом применении нитрида индия является высокая концентрация дефектов и примесей в формируемых кристаллах. Поэтому долгое время считалось, что этот полупроводник обладает шириной запрещенной зоны (физический параметр материала) порядка 1,8-2,1 эВ. Ширина запрещенной зоны определяет основные свойства нитрида индия, например, длину волны излучаемого кристаллом света. "Для нитрида индия это очень важно, так как долгие годы исследователи считали этот параметр выше, чем он оказался в реальности - около 0,65 эВ. В нашей работе нам удалось приблизиться к фундаментальной ширине запрещенной зоны данного материала, что говорит о его крайне высоком качестве. Полученный результат является рекордным в России", - добавил Гридчин.

Как пояснили в Алфёровском университете, область применения приборов на основе таких кристаллов весьма широка. "0,65 эВ соответствует излучению порядка 2 микрометров, это инфракрасный свет. Он очень хорошо поглощается водой, а значит, полупроводниковые лазеры на основе нитрида индия можно использовать, например, в медицине. Излучение будет эффективно поглощаться тканями, при этом глубина проникновения лазерного луча будет минимальна, и нижние слои тканей получат меньший вред", - отметил Гридчин. Помимо этого, по словам ученого, такие лазеры можно использовать для создания датчиков газа. Также на основе разработанного материала можно создать и фотодатчики инфракрасного света, метеодатчики. Кроме того, переход к квантово-размерным структурам (размер которых обычно составляет единицы нанометров, что в 100 тыс. раз меньше человеческого волоса), таким как квантовые точки, позволит создавать эффективные лазеры для передачи информации по оптоволоконным линиям связи.