Один из ключевых эффектов, который используют при создании лазеров и светодиодов, как выяснилось, может работать и в «чистых» полупроводниках — хотя раньше это считалось невозможным. Об этом сообщают физики из Московского физико‑технического института в статье в журнале Semiconductor Science and Technology, передаёт РИА Новости.
Речь идёт о суперинжекции — резком увеличении концентрации электронов и «дырок» в определённой области полупроводника. Этот эффект лежит в основе работы большинства современных полупроводниковых лазеров. До сих пор считалось, что он возможен только в структурах из разных по составу материалов, а для кремния и германия — только при криогенных температурах, что серьёзно ограничивает практическое применение.
Команда Дмитрия Федянина показала, что в таких материалах, как алмаз и нитрид галлия, аналогичный эффект можно получить уже при комнатной температуре. По его словам, это открывает путь к созданию устройств массового рынка на основе «чистых» полупроводников. Исследователи несколько лет изучают экзотические материалы, редко используемые в светодиодах и лазерных источниках.
Ранее физики уже показали, что алмазы с примесями могут служить источниками одиночных фотонов при комнатной температуре, а также использовали материал для наждачной бумаги при разработке сверхбыстрых лазеров. В новой работе Федянин и Игорь Храмцов рассмотрели «сэндвич» из алмазных слоёв с разными типами примесей и рассчитали распределение носителей заряда.
Моделирование показало, что при достаточном числе слоёв и правильно подобранной ширине возникает эффект, аналогичный суперинжекции: концентрация электронов в активной области возрастает примерно в 10 тысяч раз по сравнению с ожидаемыми значениями. При этом расчёты показывают, что такие структуры на основе алмаза могут не только не уступать обычным многослойным лазерам, но и превосходить их по яркости и эффективности.
По оценке МФТИ, открытие позволит создавать ультрафиолетовые светодиоды, яркость которых будет в тысячи раз выше ранних прогнозов. Аналогичный подход можно применять и к другим «простым» полупроводникам со схожими свойствами, что в перспективе сделает мощные лазерные и светодиодные источники более доступными.
Читайте также: