Ученые МФТИ обнаружили «невозможный» феномен суперинжекции в полупроводниках

В журнале "Semiconductor Science and Technology" была опубликована статья исследовательской группы из Московского физико-технического института (МФТИ), представляющая инновационный метод суперинжекции в "чистых" полупроводниковых материалах. Этот метод, основанный на значительном увеличении концентрации носителей заряда (электронов и дырок), ранее был ограничен сложными структурами и низкими температурами, что существенно снижало его практическое применение.

Под руководством Дмитрия Федянина исследование продемонстрировало возможность реализации суперинжекции при комнатной температуре в алмазе (C) и нитриде галлия (GaN). Это открытие открывает новые перспективы для разработки сверхэффективных устройств на основе чистых полупроводниковых материалов и значительно расширяет возможности их массового внедрения.

Группа исследователей изучала материалы, редко используемые в лазерах и светодиодах, такие как алмазоподобные материалы с примесями. Ранее было установлено, что такие алмазы способны генерировать одиночные фотоны при комнатной температуре, открывая новые возможности для создания сверхбыстрых лазеров.

Дмитрий Федянин и Игорь Храмцов исследовали «сэндвич»-структуры из алмазных слоев с различными примесями и провели математическое моделирование распределения носителей заряда в этих структурах. Моделирование показало, что при оптимальной комбинации толщины слоев и их состава можно достичь эффекта, аналогичного суперинжекции, что приводит к увеличению концентрации электронов в активной области на порядок по сравнению с традиционными методами.

Результаты моделирования также продемонстрировали, что такие алмазные структуры обладают сопоставимой яркостью и эффективностью по сравнению с традиционными многослойными лазерами. По оценкам МФТИ, данное открытие позволит создавать сверхъяркие ультрафиолетовые светодиоды с интенсивностью, превышающей предыдущие прогнозы в тысячи раз.

Этот подход имеет потенциал для успешного применения к другим «простым» полупроводниковым материалам с аналогичными свойствами. Это сделает мощные лазерные и светодиодные устройства более доступными и востребованными в разнообразных областях, включая телекоммуникации, медицину и промышленное производство.