Ученые МФТИ нашли «невозможный» феномен суперинжекции в полупроводниках

В журнале Semiconductor Science and Technology вышла статья исследователей МФТИ, в которой представлен новый способ реализации суперинжекции в «чистых» полупроводниках. Ранее добиться значительного увеличения концентрации носителей заряда — электронов и дырок — удавалось лишь в сложных структурах и при низких температурах, что сильно ограничивало практическое применение технологии.

Работа под руководством Дмитрия Федянина показала, что суперинжекцию можно реализовать при комнатной температуре в таких материалах, как алмаз (C) и нитрид галлия (GaN). Это открывает путь к созданию сверхэффективных приборов на основе простых полупроводников, что существенно расширяет их потенциал для массового внедрения.

Учёные сосредоточились на материалах, которые почти не используются в лазерных и светодиодных устройствах, например алмазах с контролируемыми примесями. Ранее уже было показано, что такие алмазы способны генерировать одиночные фотоны при обычной температуре, что открывает перспективы создания сверхбыстрых лазеров.

Федянин и Игорь Храмцов исследовали многослойные алмазные структуры с разным типом легирования и провели моделирование распределения носителей заряда. Рассчёты показали, что при правильном подборе толщины слоёв и их состава можно добиться эффекта, сходного с суперинжекцией: концентрация электронов в активной области возрастает на порядок по сравнению с традиционными подходами.

Моделирование также подтвердило, что такие алмазные структуры могут обеспечивать яркость и эффективность, сопоставимые с параметрами многослойных лазеров. По оценкам МФТИ, технология позволит создавать ультрафиолетовые светодиоды с яркостью, превышающей прежние прогнозы в тысячи раз.

Предложенный метод может быть применён и к другим «простым» полупроводниковам, обладающим похожими свойствами. Это делает перспективными мощные лазеры и светодиоды нового поколения для телекоммуникаций, медицины и промышленности.

Рекомендуем также:

1. Прогрев двигателя на холоде: семь привычек водителей, из-за которых авто быстро выходит из строя