В печи при 1100 °C, где плавится алюминий, лежит бутерброд из полупроводниковых слоёв толщиной в десятки нанометров. Его достают, подносят лазер, и слои вспыхивают синим светом, как ни в чём не бывало. Это не фокус, а результат работы с квантовыми ямами — тонкими слоями нитрида индия-галлия, где электроны заперты, как пассажиры в лифте между этажами. Раньше считалось, что такой нагрев разрушает эти слои: атомы индия разбегаются, свет гаснет. Манчестерские физики надели на ямы бронежилет из нитрида алюминия и проверили, выдержит ли он.

Бронежилет оказался не просто щитом, а умным щитом. Плёнка AlN толщиной 56 нанометров (в 20 раз тоньше человеческого волоса) не дала алюминию просочиться внутрь и смешаться с индием. После каждого отжига от 500 до 1100 °C с шагом 100 °C и выдержкой 60 секунд образец светился на одной и той же длине волны 455 нм. Более того, ширина линии излучения даже немного сузилась, что говорит об улучшении однородности состава. Интенсивность света сначала падала, потом снова росла: дефекты, которые гасили свечение, отжигались и исчезали.

Самое удивительное произошло при слабой накачке после отжига при 1000 °C. Эффективность излучения квантовых ям выросла в 30 раз: с 2,18% до 66,02%. Моделирование кинетики носителей показало, что внутри ям образовались наноскопические области, богатые индием. Они действуют как термодинамический щит: захватывают электроны и дырки, не давая им встретиться с дефектами и погибнуть без света. Эквивалентное время жизни носителей почти не изменилось: 9,88 нс после 500 °C и 9,89 нс после 1000 °C при сфокусированном возбуждении. Значит, ямы не просто выжили, а стали работать лучше.

Профиль состава, снятый масс-спектрометрией вторичных ионов, подтвердил: пять квантовых ям сохранились с периодом 11,68 нм и без заметной диффузии алюминия внутрь. Это первая демонстрация того, что тонкий слой AlN в сочетании с быстрым отжигом позволяет сохранить квантовые ямы InGaN даже при 1100 °C, где раньше ожидали катастрофическую деградацию. Полученные данные о кинетике носителей дают количественную основу для проектирования термостойких светоизлучающих приборов.

Бронежилет из нитрида алюминия выдержал испытание огнём. Светодиоды и лазеры на основе нитрида галлия теперь можно смелее отправлять в высокотемпературные этапы производства, не боясь потерять их активный слой. А квантовые ямы, пережившие жерло вулкана, продолжают светить синим — как пассажиры лифта, которые не только доехали до верхнего этажа, но и вышли оттуда отдохнувшими.