В СПбГУ раскрыли, как создаются материалы для оптоэлектроники нового поколения
Физики Санкт-Петербургского государственного университета исследовали, как формируются трёхмерные структуры на полупроводниковом сплаве индия-галлия нитрид. Это поможет разработать новое поколение оптоэлектронных устройств для электроники и связи.
Результаты исследования опубликованы в ACS Applied Nano Materials.
InGaN — это полупроводниковый материал, состоящий из нитрида галлия и индия. На его основе делают белые и синие светодиоды. Также он может использоваться для создания газовых сенсоров, элементов солнечных батарей, ячеек для синтеза водорода и других устройств.
Материал не используется повсеместно, так как сложно синтезировать слои InGaN из-за «разрыва растворимости». При этом явлении InGaN распадается на фазы InN и GaN. А интеграция с кремниевой платформой затруднительна из-за разных постоянных решёток у этих материалов.
Эту проблему можно решить, создавая материал прямо на поверхности кремния в сложной форме: нитевидных нанокристаллов, наноцветов и других. Такой способ синтеза сплава расширяет возможности применения этого материала для создания приборов.
Чтобы использовать этот метод наиболее эффективно, нужно понимать механизмы формирования трёхмерных наноструктур. Их определили физики Санкт-Петербургского университета совместно с исследователями из других научных учреждений.
Учёные смогли объяснить, как формируются трёхмерные структуры из материала InGaN. Это понимание поможет в создании нового поколения оптоэлектронных устройств.
В лаборатории СПбГУ уже разрабатывают прототипы различных приборов на основе таких соединений, — рассказал руководитель лаборатории новых полупроводниковых материалов для квантовой информатики и телекоммуникаций СПбГУ Родион Резник.
Он сотметил, что это соединение получают методом молекулярно-пучковой эпитаксии. Этот метод позволяет выращивать в сверхвысоком вакууме гетероструктуры с нужными свойствами. С помощью этого метода создают эффективные приборы нового поколения.
Синтез нитридных соединений методом молекулярно-пучковой эпитаксии на исследовательской установке занимает много времени, но в результате получается большая пластина. Её можно разделить на сотни маленьких частей, и каждая из них станет основой для прибора.
Мы синтезировали серию образцов наноструктур и исследовали их свойства на разных этапах роста. Для этого мы останавливали рост каждого образца на определённом этапе формирования наноструктуры, — отметил младший научный сотрудник лаборатории новых полупроводниковых материалов для квантовой информатики и телекоммуникаций СПбГУ, первый автор публикации Владислав Гридчин.
С помощью специального оборудования мы изучили физические свойства каждого образца. Это позволило нам понять, как формируются сложные InGaN наноструктуры и определить параметры для теоретического описания процесса роста.
