科研 | “超注入”可在同质结中产生，为开发光源开辟了新前景

近日，俄罗斯莫斯科物理技术学院（MIPT）的研究人员发现“超注入”可在同质结中产生，同质结仅由一种材料组成。

“超注入”的物理效应构成了现代发光二极管（LED）与激光器的基础。数十年来，科学家们相信这种效应仅在半导体异质结中发生。而异质结，是指由两种或者更多的半导体材料组成的结构。因此，这项发现为开发光源开辟了全新的前景。

双异质结激光器

图片来源：维基百科

莫斯科物理技术学院的伊戈尔·基拉穆索夫（Igor Khramtsov）和德米特里·费佳宁（Dmitry Fedyanin）的发现，令物理学家们发现，仅用一种材料也可以实现超注入。此外，大多数已知的半导体都可以使用。

费佳宁博士表示：“以硅和锗为例，超注入需要低温，这使得人们对于这个效应的效用产生了怀疑。但是，在金刚石或者氮化镓中，强烈的超注入，甚至可以在室温条件下产生。”

这意味着，这种效应可用于创造大众市场的器件。据该研究论文称，超注入在金刚石二极管中生成的电子浓度，比以前认为是最终可能实现的电子浓度，要高一万倍。因此，金刚石成为了紫外线LED的基础，这种紫外线LED比最乐观的理论预测结果明亮几千倍。基拉穆索夫指出：“令人吃惊的是，金刚石中的超注入效应比大多数基于异质结的大众市场半导体LED和激光器强50到100倍。”

物理学家们强调，超注入现象可在各种半导体中实现，从传统的宽带隙半导体到新型二维材料。这将为设计高效的蓝光、紫光、紫外光和白光LED，以及用于光学无线通信（Li-Fi）的光源、新型激光器、量子网络的发射机和诊断疾病所用的光学器件，开辟新的前景。

基于LED的可见光通信系统(图片来源IMDEA Networks)