研究人员在半导体中发现了一个被认为不可能的物理缺陷
- 研究人员展示了设计发光设备的全新视角。
- 钻石可用于制造比现有 LED 和激光器亮 100 倍的照明设备。
- 它可以制造用于 Li-Fi 的光源和用于量子互联网的发射器。
许多半导体器件通过在偏置电压下产生高密度的非平衡载流子来工作。这种载流子（电子和空穴）能够重组或改变半导体的性质，这种现象可用于光调制。
光的强度与电子和空穴的浓度以及它们复合的速度成正比。激光和 LED（用于高速互联网和激光打印机）等现代设备依赖于这个过程。
然而，不存在能够提供足够浓度的电子和空穴的半导体。 1960 年代，科学家想出了一个解决方案——包含两个或多个半导体的异质结构。
在这种异质结构中，半导体夹在两个带隙较大的半导体之间。通过这种方式，可以通过施加正向偏压将中间层的电子和空穴浓度增加到足够高的水平。这种效果称为超级注射 ，这就是现代 LED 和激光器的制造方式。
为了制造可行的异质结构，选择具有相同晶格周期的半导体很重要。这导致半导体之间界面处的缺陷更少，因此光源更亮。
与同质结构（由单一半导体制成）相比，这些异质结构难以制造。多年来，科学家们一直在尝试利用同质结构来构建光源，但一直没有取得任何成功。
同构中的超注射
近日，莫斯科物理技术研究所的研究人员发表了一篇论文，其中描述了设计发光器件的全新视角。
该论文表明，仅用一个半导体就可以实现超注入。最好的事情是它可以通过使用众所周知的、已经可用的半导体来完成。
参考：IOPSScience | DOI:10.1088/1361-6641/ab0569 | MIPT
目前，硅和锗半导体用于制造明亮的光源，支持低温下的超注入。然而，在氮化镓和金刚石的情况下，在室温下可能发生强烈的超注入。它们的效果可用于生产大众市场的设备。
同质结构和异质结构的说明|信用：MIPT
钻石中的超注射产生的浓度比假设的最终可能产生的浓度高 10,000 倍。因此，钻石可以作为紫外线发光二极管的基础，比之前最乐观的计算要亮数千倍。此外，其效果比现有的基于异质结构的半导体激光器和LED强100倍。
应用
该研究使得将高密度电子注入大体积成为可能，提高了电子注入效率，可以显着提高单光子源和基于金刚石的发光二极管的亮度。
据研究人员介绍，从二维材料到传统的宽带隙半导体，超注入可以发生在各种半导体中。
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这可以制造高效的紫色、紫外线、白色和蓝色 LED，以及用于 Li-Fi（光无线通信）的光源、用于早期疾病诊断的光学仪器、用于量子互联网的发射器和新型激光器.
工业技术