«Невозможный» эффект суперинжекции в полупроводниках – открытие ученых МФТИ
В журнале Semiconductor Science and Technology опубликована статья, в которой представлена значимая научная работа исследователей из Московского физико-технического института (МФТИ). Они продемонстрировали, что эффект суперинжекции, ключевой механизм в функционировании лазеров и светодиодов, может быть успешно реализован в «чистых» полупроводниковых материалах при комнатной температуре. Этот прорыв открывает новые перспективы для разработки инновационных устройств, обладающих высокой эффективностью и доступностью.
Суперинжекция представляет собой процесс резкого увеличения концентрации электронов и «дырок» в полупроводниковой структуре. Этот феномен традиционно рассматривался как достижимый исключительно в гетероструктурах, состоящих из различных материалов, и при криогенных температурах. Однако недавние исследования команды под руководством Дмитрия Федянина показали, что аналогичные условия могут быть реализованы и в монокристаллических полупроводниках, таких как алмаз и нитрид галлия, при нормальных температурных условиях.
Команда исследователей на протяжении нескольких лет целенаправленно изучала свойства этих материалов, которые ранее считались малопригодными для использования в лазерах и светодиодах. В своей работе они создали «сэндвич»-структуру из алмазных слоёв с различными примесями и провели детальное моделирование распределения носителей заряда. Полученные результаты показали, что при оптимальном подборе толщины и состава слоёв можно достичь эффекта, аналогичного суперинжекции, что приводит к значительному увеличению концентрации носителей заряда в активной области примерно в 10 000 раз.
Такие структуры на основе алмаза обладают потенциалом для создания источников света с характеристиками, сопоставимыми с традиционными многослойными лазерами, но с более высокой яркостью и эффективностью. По оценкам МФТИ, данное открытие может привести к разработке ультрафиолетовых светодиодов с яркостью, превышающей предыдущие прогнозы в тысячи раз. Более того, аналогичный подход может быть успешно применён и к другим «чистым» полупроводниковым материалам, что значительно расширит возможности создания мощных и компактных лазерных и светодиодных устройств для широкого спектра применений.