В журнале Semiconductor Science and Technology вышла работа исследователей МФТИ, где они представили новый способ достижения суперинжекции в «чистых» полупроводниках. Ранее этот эффект — резкий рост концентрации электронов и дырок — удавалось получить лишь в сложных многослойных структурах и при низких температурах, что сильно ограничивало его применение.
Команда под руководством Дмитрия Федянина показала, что суперинжекцию можно реализовать при комнатной температуре в алмазе (C) и нитриде галлия (GaN). Это открытие открывает путь к созданию высокоэффективных приборов на базе простых полупроводников и делает их использование значительно более доступным.
Учёные сосредоточились на материалах, редко применяемых в лазерной технике, включая алмазные структуры с примесями. Ранее было известно, что такие алмазы способны излучать одиночные фотоны при комнатной температуре, что рассматривается как основа сверхбыстрых лазерных технологий.
Дмитрий Федянин и Игорь Храмцов исследовали многослойные алмазные конструкции с различными типами легирования и провели численное моделирование распределения носителей заряда. Оно показало, что при правильно подобранной толщине слоёв и составе можно добиться эффекта, близкого к суперинжекции: концентрация электронов в активной зоне возрастает на порядок по сравнению с обычными схемами.
По результатам моделирования такие алмазные структуры способны обеспечивать яркость и эффективность, сопоставимую с традиционными многослойными лазерами. В МФТИ отмечают, что технология может привести к созданию ультрафиолетовых светодиодов с рекордной интенсивностью — выше прежних прогнозов в тысячи раз.
Авторы считают, что аналогичный подход можно распространить и на другие простые полупроводники с похожими свойствами. Это позволит упростить производство мощных лазерных и светодиодных систем, расширив их применение в телекоммуникациях, медицине и промышленности.
Рекомендуем также: