В 1968 году стало ясно, что не одни советские физики работают над этим исследованием гетероструктур. Оказалось, что Алфёров и его команда всего лишь на месяц опередили исследователей из лаборатории IBM в своем открытии гетероструктуры типа Al xGa1- xAs. Кроме IBM в исследовательской гонке приняли участие такие монстры электроники и полупроводниковой физики, как компании Bell Telephone и RCA.
В лаборатории Н. А. Горюновой удалось подобрать новый вариант гетероструктуры – тройное соединение AlGaAs, что позволило определить популярную на сегодня в электронном мире гетеропару GaAs/AlGaAs.
К концу 1969 года советские ученые во главе с Алфёровым реализовали практически все возможные идеи управления электронными и световыми потоками в классических гетероструктурах на основе системы арсенид галлия – арсенид алюминия.
Кроме создания гетероструктуры, близкой по своим свойствам к идеальной модели, группа ученых под руководством Алфёрова создала первый в мире полупроводниковый гетеролазер, работающий в непрерывном режиме при комнатной температуре. Конкуренты из Bell Telephone и RCA предложили лишь более слабые варианты, базирующиеся на использовании в лазерах одиночной гетероструктуры pAlGaAs- pGaAs.
В августе 1969 года Алфёров совершил первую свою поездку в США на Международную конференцию по люминесценции в Ньюарке, штат Делавер. Ученый не отказал себе в удовольствии и выступил с докладом, в котором упомянул характеристики созданных лазеров на основе AlGaAs. Эффект от доклада Алфёрова превысил все ожидания – американцы намного отстали в своих исследованиях, и только специалисты из Bell Telephone спустя несколько месяцев повторили успех советских ученых.
На основе разработанной в 1970-х годах Алфёровым технологии высокоэффективных и радиационностойких солнечных элементов на основе гетероструктур AlGaAs/GaAs в Советском Союзе впервые в мире было организовано массовое производство гетероструктурных солнечных элементов для космических батарей. Когда подобные работы опубликовали американские ученые, советские батареи уже много лет использовались для различных целей. В частности, одна из таких батарей была установлена в 1986 году на космической станции «Мир». В течение многих лет эксплуатации она работала без существенного снижения мощности.
В 1970 году на основе идеальных переходов в многокомпонентных соединениях InGaAsP (предложенных Алфёровым) были сконструированы полупроводниковые лазеры, использующиеся, в частности, как источники излучения в волоконно-оптических линиях связи повышенной дальности.
В том же 1970 году Жорес Иванович Алфёров успешно защитил свою докторскую диссертацию, в которой обобщил исследования гетеропереходов в полупроводниках, преимущества использования гетероструктур в лазерах, солнечных батареях, транзисторах и т. д. За эту работу ученому была присуждена степень доктора физико-математических наук.
За небольшой срок Жорес Алфёров добился поистине феноменальных результатов. Его работы привели к бурному развитию волоконно-оптических систем связи. В следующем году ученому была присуждена первая международная награда – золотая медаль Баллантайна Франклиновского института в США (Филадельфия), которую в мире науки называют «малой Нобелевской премией». К 2001 году кроме Алфёрова аналогичной медалью были награждены только три советских физика – П. Капица, Н. Боголюбов и А. Сахаров.
В 1972 году ученый вместе со своими учениками-коллегами был удостоен Ленинской премии. В этом же году Жорес Иванович стал профессором Л ЭТИ, а в следующем – заведующим базовой кафедрой оптоэлектроники (ЭО) на факультете электронной техники ФТИ. В 1988 году Ж. И. Алфёров организовал в Санкт-Петербургском политехническом институте физико-технический факультет и стал его деканом.
Работы Алфёрова 90-х годов XX века были посвящены исследованиям свойств наноструктур пониженной размерности: квантовых проволок и квантовых точек.
10 октября 2000 года Нобелевский комитет по физике присудил Нобелевскую премию 2000 года Жоресу Ивановичу Алфёрову, Херберту Крёмеру и Джеку Килби за «их базовые работы в области информационных и коммуникационных систем». Конкретно Алфёров и Крёмер получили премию «за разработку полупроводниковых гетероструктур, которые используются в сверхбыстрых микроэлектронных компонентах и оптоволоконной связи».
Своими работами все три лауреата значительно ускорили развитие современной техники, в частности Алфёров и Крёмер открыли и разработали быстрые и надежные опто– и микроэлектронные компоненты, которые сегодня используются в самых различных областях.
Денежную премию в 1 млн долларов ученые разделили между собой в таких пропорциях: Джек Килби за свои работы в области интегральных схем получил половину премии, а другая половина была поровну разделена между Алфёровым и Крёмером.
В своей презентационной речи, произнесенной 10 декабря 2000 года, профессор Шведской королевской академии наук Торд Клесон проанализировал главные достижения трех великих ученых. Свою нобелевскую лекцию Алфёров прочитал 8 декабря 2000 года в Стокгольмском университете на отличном английском языке и без конспекта.
В 1967 году Жорес Алфёров женился на Тамаре Георгиевне Дарской, дочери известного актера. Его жена некоторое время работала под руководством академика В. П. Глушко в Москве. Влюбленные люди около полугода летали друг к другу из Москвы в Ленинград и обратно, пока Тамара не согласилась переехать в Ленинград.
В свободное от науки время ученый интересуется историей Второй мировой войны.
Уже в довольно позднем возрасте Алфёров начал свою карьеру политика. В 1989 году он был избран народным депутатом СССР, входил в Межрегиональную депутатскую группу. После развала Союза он не забросил свою политическую деятельность.
Осенью 1995 года знаменитый ученый был включен в качестве кандидата в общефедеральный список избирательного объединения «Всероссийское общественно-политическое движение “Наш дом – Россия”». По результатам голосования по общефедеральному округу он был избран депутатом российской Государственной думы второго созыва (с 1995 года), а через некоторое время стал членом комитета по образованию и науке (подкомитет по науке).
В 1997 году Алфёров был включен в состав Научного совета Совета безопасности Российской Федерации.
В 1999 году Жорес Иванович был избран депутатом Государственной думы РФ третьего созыва. Ученый был членом фракции КПРФ, наследницы КПСС, в которой Алфёров состоял с 1965 года по август 1991 года. Кроме того, ученый был членом бюро Ленинградского обкома КПСС в 1988–1990 годах, делегатом XXVII съезда КПСС.
В настоящее время Алфёров по-прежнему заядлый коммунист и атеист.
Из-под пера Алфёрова вышло более 350 научных статей, три фундаментальные научные монографии. Он имеет более 100 авторских свидетельств на изобретения. Ученый является главным редактором «Журнала технической физики».
В 1972 году Алфёров был избран членом-корреспондентом Академии наук СССР, в 1979 году – академиком, в 1990 году он стал вице-президентом АН СССР, в 1991 году – академиком Российской академии наук (РАН) и ныне является ее вице-президентом.
Параллельно Алфёров занимает должности председателя президиума Санкт-Петербургского научного центра РАН (с 1989 года), директора Центра физики наногетероструктур, председателя Международного фонда им. М. В. Ломоносова для возрождения и развития фундаментальных исследований в области естественных и гуманитарных наук, члена бюро отделения физических наук РАН, члена секции общей физики и астрономии отделения физических наук РАН, директора физико-технического института РАН (с 1987 года).
На всех своих должностях Алфёров занимает активную позицию. Его рабочий график расписан на месяц вперед.
Кроме Нобелевской премии ученый был награжден различными медалями и премиями, среди которых стоит выделить золотую медаль им. Стюарта Баллантайна Франклиновского института (США, 1971), премию «Хьюлетт-Паккард» Европейского физического общества, Международную премию симпозиума по арсениду галлия (1987), золотую медаль X. Велькера (1987), премию им. А. Ф. Иоффе РАН (1996), Общенациональную неправительственную Демидовскую премию РФ (1999), премию Киото за передовые достижения в области электроники (2001).