En upptäckt av två forskare vid Energy Department's National Renewable Energy Laboratory (NREL) kan hjälpa utvecklingen av nästa generations halvledarenheter.

Forskarna, Kwangwook Park och Kirstin Alberi, experimenterade med att integrera två olika halvledare i en heterostruktur genom att använda ljus för att modifiera gränssnittet mellan dem. Vanligtvis, de halvledarmaterial som används i elektroniska enheter väljs utifrån sådana faktorer som att ha en liknande kristallstruktur, gitterkonstant, och termiska expansionskoefficienter. Den nära matchningen skapar ett felfritt gränssnitt mellan lagren och resulterar i en högpresterande enhet. Möjligheten att använda olika klasser av halvledare kan skapa ytterligare möjligheter för att designa nya, högeffektiva enheter, men bara om gränssnitten mellan dem kan formas på rätt sätt.

Park och Alberi bestämde att ultraviolett (UV) ljus som appliceras direkt på halvledarytan under heterostrukturtillväxt kan modifiera gränssnittet mellan två lager. Deras papper, "Skräddarsy heterovalent gränssnittsbildning med ljus, " dyker upp i Vetenskapliga rapporter .

"Det verkliga värdet av detta arbete är att vi nu förstår hur ljus påverkar gränssnittsbildningen, som kan vägleda forskare i att integrera en mängd olika halvledare i framtiden, "Sa Park.

Forskarna undersökte detta tillvägagångssätt i ett modellsystem bestående av ett lager av zinkselenid (ZnSe) odlat ovanpå ett lager av galliumarsenid (GaAs). Med hjälp av en 150-watts xenonlampa för att belysa tillväxtytan, de bestämde mekanismerna för ljusstimulerad gränssnittsbildning genom att variera ljusintensiteten och gränssnittsinitieringsförhållandena. Park och Alberi fann att UV-ljuset förändrade blandningen av kemiska bindningar vid gränssnittet genom fotoinducerad desorption av arsenikatomer på GaAs-ytan, vilket resulterar i en större andel bindningar mellan gallium och selen, som hjälper till att passivera det underliggande GaAs-skiktet. Belysningen gjorde det också möjligt för ZnSe att odlas vid lägre temperaturer för att bättre reglera elementär blandning vid gränsytan. NREL-forskarna föreslog att noggrann applicering av UV-belysning kan användas för att förbättra de optiska egenskaperna hos båda skikten.