Исследователи из МФТИ открыли в полупроводниках эффект, ранее считавшийся невозможным

Эффект суперинжекции лежит в основе производства современных лазеров и светодиодов. Он был открыт Жоресом Алферовым и Гербертом Кремером в середине прошлого века. Суперинжекция создается в том случае, если разместить полупроводник с меньшей шириной запрещенной зоны между двумя полупроводниками с большей шириной запрещенной зоны. Тогда при пропускании тока через такую структуру в центральном полупроводнике концентрация электронов и дырок будет на порядок выше, чем в окружающих - соответственно, и светить прибор будет ярче. До настоящего момента считалось, что суперинжекция возможна только в структурах, состоящих из двух и более полупроводников.

Доказать обратное удалось ученым из Московского физико-технического института — Игорю Храмцову и Дмитрию Федянину. Они выяснили, что для достижения суперинжекции достаточно использовать лишь один материал, причем можно использовать большинство известных полупроводников.

«Если в случае кремния и германия для суперинжекции требуются криогенные температуры, что ставит под вопрос ценность этого эффекта, то в таких материалах как алмаз и нитрид галлия сильная суперинжекция может наблюдаться уже при комнатной температуре», — отметил Дмитрий Федянин.

Это означает, что данный эффект можно использовать в создании устройств для массового рынка. Например, на основе алмаза можно создать ультрафиолетовые светодиоды, которые будут светить в тысячи раз ярче, чем предполагалось ранее.

«Удивительно, но эффект суперинжекции в алмазе в 50–100 раз сильнее того, который сегодня используется в большинстве полупроводниковых светодиодов и лазеров на основе гетероструктур», — подчеркнул Игорь Храмцов.

Благодаря тому, что суперинжекция может наблюдаться в структурах на основе большинства известных полупроводников, этот эффект открывает новые возможности для создания высокоэффективных синих, фиолетовых, ультрафиолетовых и белых светодиодов; источников излучения для оптической передачи данных по воздуху (Li-Fi); новых видов лазеров; передатчиков для квантового интернета; а также оптических устройств для ранней диагностики заболеваний.

Отметим, что исследование поддержано грантом Российского научного фонда.