Determination of the Gate Breakdown Mechanisms in p-GaN Gate HEMTs by Multiple-gate-sweep Measurements
本文采用一种新的基于多栅扫描的方法研究了p-GaN栅AlGaN/GAN HEMT的栅击穿机理。首次在同一器件中分别观察和识别了三种不同的击穿机制：金属/p-GaN结击穿、p-GaN/AlGaN/GAN结击穿和钝化相关击穿。该方法是确定击穿机理的有效方法。通过扫描电子显微镜（SEM）进一步证实了不同的BD机制。最后，测量和比较了三种BD机制的温度依赖性。该分析方法也用于具有不同钝化材料的器件，并显示其适用性。
2020-09-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Experimental determination of the valence band offsets of $ZnGeN_2$ and $ZnGe_{0.94}Ga_{0.12}N_2$ with $GaN$
在$ZnGeN_2/GaN$异质界面处具有近似$1.4 eV$价带偏移的预测的II型交错能带对准启发了用于高性能光电子学中的应用的新颖的基于能带工程的$III-N/ZnGeN_2$异质结构的器件设计。我们报告金属有机化学气相沉积生长的$(ZnGe)_{1-x}Ga_{2x}N_2$，$x = 0$和$0.06$，和$GaN$使用X射线光电子能谱之间的价带偏移的测定。发现$ZnGeN_2$的价带位于$GaN$的$1.45-1.65 eV$之上。这一结果与第一性原理密度泛函理论计算的势分布和准粒子自洽GW计算的带边态相对于势的预测值吻合得很好。对于$(ZnGe)_{0.94}Ga_{0.12}N_2$，测定值为$1.29 eV$，$~10-20\%$低于$ZnGeN_2$。$ZnGeN_2$和$GaN$之间的大带偏移的实验测定提供了有前途的替代解决方案，以解决纯III族氮化物基结构和器件所面临的挑战。
2021-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Determination of the carrier diffusion length in GaN from cathodoluminescence maps around threading dislocations: fallacies and opportunities
我们从理论和实验两方面研究了与GAN{0001}表面相交的刃形位错应变场中激子的漂移、扩散和复合。我们计算并测量了温度在10到200 K之间的位错露头周围的高光谱阴极发光图。与通常的看法相反，阴极射线发光强度对比度仅受激子扩散的微弱影响，但主要是由位错露头处的压电场中的激子解离引起的。因此，发光图中位错周围黑点的延伸不能用于确定激子扩散长度。然而，阴极射线发光的能量对比，反映了当地的带隙变化的位错应变场，不敏感地依赖于激子扩散长度，因此使其实验测定。
2019-09-06 cond-mat.mtrl-sci
Fermi level and bands offsets determination in insulating (Ga,Mn)N/GaN structures
用分子束外延方法制备了一系列不同Mn浓度x的GAN/Ga_（1-x）Mn_xN/GAN（模板）双层膜，通过非接触电反射法测量了与GaN有关的Franz-Keldysh振荡，并通过周期分析确定了（Ga，Mn）N中的费米能级位置。结果表明，（Ga，Mn）N的费米能级被钉扎在带隙中间，耗尽层的厚度可以忽略不计。对于x > 0.1%，费米能级位于价带上方约1.25 - 1.55 eV，这非常接近但明显低于Mn相关的Mn 2 +/Mn 3+杂质带。累积的数据使我们能够估计Mn相关的带偏移在（Ga，Mn）N/GAN界面。发现（Ga，Mn）N的带隙变化在绝对尺度上主要发生在价带，其值为-0.028 ± 0.008 eV/% Mn。带隙中间的强费米能级钉扎、Mn相关杂质带内没有载流子导电性以及良好的均匀性使得（Ga，Mn）N能够作为半绝缘缓冲层用于GaN基异质结构中的应用。
2017-12-16 cond-mat.mtrl-sci
Determination of Burgers-vector directions of threading edge dislocations in GaN by phase-contrast microscopy
Japan Fine Ceramics Center（日本精细陶瓷中心）；Mie University（三重大学）；Ceramic Forum Co., Ltd（陶瓷论坛有限公司）
本研究利用相衬显微镜，通过明暗衬度排列逆时针旋转90°确定GaN穿透刃位错的Burgers矢量方向，并经TEM验证，提供了一种无损光学方法。
2026-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Comprehensive determination of Burgers vectors of threading dislocations in GaN substrates by combining reflection and transmission synchrotron-radiation x-ray topography
研究通过结合反射和透射同步辐射X射线拓扑学确定GaN衬底中位错的伯格斯矢量，利用反射和透射模式图像分析位错的伯格斯矢量，包括边缘型和混合型位错，并发现一对反向伯格斯矢量的螺型位错。
2026-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Enhancement of spontaneous emission in a quantum well by resonant surface plasmon coupling
使用时间分辨的光致发光测量，在In $_{0.18}$ Ga $_{0.82}$ N/GAN量子阱（QW）中的复合率被证明是大大增强时，自发发射共振耦合到银表面等离子体。增强的自发发射进入表面等离子体激元的速率比正常QW自发发射快92倍。基于费米黄金法则的计算表明，这种增强对银的厚度非常敏感，并且表明更大的增强对于更靠近表面金属涂层的量子阱是可能的。
2002-04-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
MnAs overlayer on GaN(0001)-(1x1) - its growth, morphology and electronic structure
在GAN（0001）-（1x 1）表面上用分子束外延生长的MnAs层中，观察到晶粒的自发形成。用共振光电子能谱原位研究了体系的电子结构。揭示了MnAs的价带态密度及其随层厚的变化。
2004-10-28 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast carrier relaxation in GaN, In_(0.05)Ga_(0.95)N and an In_(0.05)Ga_(0.95)/In_(0.15)Ga_(0.85)N Multiple Quantum Well
室温下，波长非简并超快泵浦/探测测量进行GAN和InGaN外延层和InGaN多量子阱结构。载流子弛豫动力学作为激发波长和强度的函数进行了研究。由于载流子再分布和量子阱捕获的光谱分辨亚皮秒弛豫被发现敏感地依赖于泵浦激发的波长。此外，对于高于100微J/cm 2阈值的泵浦强度，所有样品都表现出由受激发射（SE）引起的额外发射特征。在泵浦-探测数据中，SE被证明为加速弛豫（< 10 ps），从根本上改变了载流子的重新分布。一旦SE和载流子重新分布完成，GAN和InGaN外延层的慢弛豫高达1 ns，MQW样品为660 ps，表明载流子通过自发发射复合。
2002-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
AlGaN/GaN asymmetric graded-index separate confinement heterostructures designed for electron-beam pumped UV lasers
我们提出了一个未掺杂的AlGaN/GAN分别限制异质结设计为电子束泵浦的紫外激光器的研究。讨论了自发极化和压电极化对载流子扩散的影响，并将阴极发光的结果与电子模拟的能带结构和电子轨迹的Monte Carlo计算结果进行了比较。使用非对称渐变折射率单独限制异质结构（GRINSCH）显著改善了载流子收集。梯度层避免了异质结构中极化差异引起的势垒，并用作应变过渡缓冲区，其降低了有源区的镶嵌性和自发发射的线宽。
2021-03-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Unique opportunity to harness polarization in GaN to override the conventional power electronics figure-of-merits
由于大的击穿电场，宽带隙半导体如SiC、GAN、Ga 2 O 3和金刚石基功率器件是下一代功率开关应用的焦点。面积比导通电阻和击穿电压之间的单极折衷关系经常被用来比较各种材料之间的性能限制。GAN材料系统由于其在GAN、AlN、InN、AlxInyGaN合金中突出的自发和压电极化效应以及插入适当异质结的灵活性而具有独特的优势，从而显著地拓宽了器件设计空间。
2015-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Free-carrier screening of polarization fields in wurtzite GaN/InGaN laser structures
采用自洽紧束缚方法研究了纤锌矿GAN/InGaN量子阱激光器中自由载流子对宏观偏振场的屏蔽作用。我们表明，高载流子浓度实验发现在氮化物激光器结构有效地筛选内置的自发和压电极化场，从而诱导一个“无场”的带剖面。我们的结果解释了一些迄今为止令人困惑的实验数据氮化物激光器，如异常高的激光激发阈值和发射蓝移增加激发能级。
1998-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Spontaneous polarization and piezoelectric constants of III-V nitrides
自发极化，动态玻恩电荷，和压电常数的III-V族氮化物AlN，GAN，和InN的研究从头开始使用贝里相位方法在固体中的极化。的压电常数被发现是10倍以上，比传统的III-V和II-VI的，和可比的ZnO。与常规III-V族化合物不同的其他性质是压电常数的符号（如II-VI族化合物中的正）和非常大的自发极化。
1997-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Luminescence associated with stacking faults in GaN
基面层错是纤锌矿半导体中一类重要的光学活性结构缺陷。纤锌矿基体的2 H堆积向3C锌-尖晶石堆积的局部偏离在基质晶体的间隙中诱导束缚态，导致激子的局域化。由于这些平面缺陷的二维性质，堆垛层错充当量子阱，引起具有特征能量的激子的辐射跃迁。因此，发光光谱法能够检测到，即使是一个单一的堆垛层错，否则完美的纤锌矿晶体。本文综述了GAN中与层错相关的发光特性。与不同类型的堆垛层错的发射能量以及可以转移这些能量的因素进行了讨论。在这种情况下，量子限制的斯塔克效应在这些锌-铌酸盐/纤锌矿异质结，这是从纤锌矿GAN的自发极化的结果，强调的重要性。本文的讨论扩展到纤锌矿基体中的锌-锰链段。此外，其他因素影响的发射能量和线宽的堆垛层错相关的峰，以及在室温下获得的结果进行了解决。本文中提出的考虑也可以转移到其他纤锌矿半导体。
2014-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectricity in Polar ScAlN/GaN Epitaxial Semiconductor Heterostructures
采用分子束外延技术在单晶GAN衬底上生长了晶格匹配度为18%ScAlN/GAN异质结构，并观察到了室温铁电性。外延膜具有光滑的表面形貌和高结晶度。脉冲电流-电压测量证实了在几种测量条件下以及在多个样品中这种铁电/半导体结构中的稳定且可重复的极化切换。在室温下测得的矫顽场值为Ec~0.7 MV/cm，对于~100 nm厚的ScAlN层，剩余极化Pr~10 μC/cm 2。这些值基本上低于通过溅射沉积的可比较的ScAlN控制层。重要的是，MBE ScAlN的矫顽场小于GAN的临界击穿场，为低电压铁电开关提供了潜力。GAN上ScAlN的低矫顽场铁电性预示着具有外延集成铁电/半导体异质结构的新形式的电子和光子器件的可能性，该异质结构利用GAN电子和光子半导体平台，其中底层半导体本身表现出自发和压电极化。
2021-05-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
The trigonal structure as a reference to access the spontaneous polarization of wurtzite crystals
用第一性原理计算方法研究了纤锌矿型III-V族氮化物XN（X=Al，Ga，In）和II-VI族氧化物YO（Y=Be，Zn）的自发极化.现代的处理方法将这个量定义为所研究的系统和适当的参考状态之间的偏振差。我们证明，三角结构可以作为参考，以确定纤锌矿材料的自发极化。我们比较了目前的值与广泛已知的锌的文献报道的结果，发现一个非常好的协议。结果表明，电子极化的贡献大于离子极化的贡献。此外，我们再现了先前研究中报道的纤锌矿GAN的自发极化的实验值。为了做到这一点，我们计算的自发极化的每一种类型的层错使用周期性的超细胞和贝里相位方法。这种理论分析得出的值与实验测量值几乎相同。
2022-10-31 cond-mat.mtrl-sci
First-principles prediction of structure, energetics, formation enthalpy, elastic constants, polarization, and piezoelectric constants of AlN, GaN, and InN: comparison of local and gradient-corrected density-functional theory
采用平面波超软赝势方法，在交换相关泛函的LDA（局域密度）和GGA（广义梯度）近似下，从密度泛函理论中的第一性原理预测了氧化锌和纤锌矿III-V族氮化物AlN、GAN和InN的许多不同的体性质。除了结构和凝聚力，我们还研究了形成hoppies（预测缺陷溶解度和表面稳定性的关键成分），自发极化和压电常数（纳米结构建模的中心参数）和弹性常数。我们的研究证实了这两种密度泛函方法在描述III-V族氮化物（以及母种N $_2$、Al、Ga和In）的不同性质方面的相对优点，并使我们得出结论，与高精度技术（如多投影仪超软赝势或现代全电子方法）相关联的GGA近似在III-V族氮化物的研究中是优选的。
2000-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Polarization-balanced design of AlN/GaN heterostructures: Application to double-barrier structures
反型区和耗尽区通常形成在掺杂引线（包覆层）与极性异质结构（如AlN/GAN和其他氮化物化合物）的有源区之间的界面处。耗尽区的能带弯曲形成势垒，严重阻碍垂直电子输运。这可能会破坏量子级联激光器和共振隧穿二极管等器件的性能。在这里，我们介绍了极化平衡和极化平衡设计的概念：一个结构是极化平衡时，所施加的偏置匹配的电压降所产生的自发和压电场。设计为在该偏置下工作的器件具有偏振平衡设计。这些概念提供了一个系统的方法来避免耗尽区的形成。作为一个测试案例，我们考虑的AlN/GAN双势垒结构的设计与Al $_{\tilde{x}}$ Ga $_{1-\tilde{x}}$ N引线。为了指导我们的努力，我们得出一个简单的关系所产生的极性效应，平均合金成分的有源区，和合金浓度的引线的固有电压降。极化平衡设计确保了无偏结构的基态的良好填充，而对于有效排空有源结构的偏置结构，其去除了耗尽势垒。
2011-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Structural and effective charge determination for planar-zigzag beta-poly(vinylidene fluoride)
本文提出了一种铁电聚合物的结构和极化的计算方法，具体地说，是聚偏氟乙烯或（-CH $_2$ -CF $_2$ -）$_n$的β相。文献中描述了两种结构：一种含有未扭曲的碳骨架（平面-锯齿形），另一种含有交替偏转的-CF $_2$ -基团。以前的研究表明，这些偏转计算的弹性性能没有显着的影响。我们采用广义梯度近似下的密度泛函理论来寻找平面锯齿结构的弛豫原子位置。弛豫结构与X射线研究结果吻合较好。此外，我们还计算了自发极化和玻恩有效电荷的这种结构使用贝里相位的方法。自发极化与其他密度泛函理论研究结果一致。与无机铁电材料中的有效电荷相比，有效电荷相当小，并且在-CH $_2$ -和-CF $_2$ -部分之间显示出少量的电荷转移。
2004-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Clarification of the Spontaneous Polarization Direction in Crystals with Wurtzite Structure
本文澄清了纤锌矿结构晶体中自发极化方向的长期混淆，通过回顾外电场实验和原子级扫描透射电镜图像，证明金属极性晶胞对应向上的极化矢量，纠正了传统认知。
2025-05-06 cond-mat.mtrl-sci
Electroluminescence and current-voltage measurements of single (In,Ga)N/GaN nanowire light-emitting diodes in the nanowire ensemble
我们提出的电致发光（EL）以及电流-电压（I-V）行为的单一的，独立的（In，Ga）N/GAN纳米线（NW）发光二极管（LED）在一个未经处理的，自组装的合奏分子束外延生长的组合分析。在配备有显微操作器和发光检测系统的扫描电子显微镜中获得数据。单NW光谱由来自不同量子阱的发射线组成，并且光谱的宽度随着峰值发射能量的降低而增加。相应的I-V特性可以用修正的Shockley方程很好地描述。这种测量方法的主要优点是可以将单个NW LED的EL强度与该NW中的实际电流密度相关联。通过这种方式，可以研究作为单个NW LED中电流的函数的外部量子效率（EQE）。单个NW和集成器件的EQE特性的比较允许相当准确地确定工作集成LED中的发射NW的实际数量及其各个NW中的相应电流密度。该信息对于NW集合装置的有意义和全面的表征是决定性的，使得这里采用的测量方法成为非常强大的分析工具。
2019-08-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Energetics, electronic structure and electric polarization of basal stacking faults in wurtzite GaN and ZnO
本文利用 DFT 结合修正 Becke-Johnson 泛函研究纤锌矿 GaN 和 ZnO 中基面堆垛层错的能量、电子结构与极化性质，揭示其带隙降低及极化参数变化趋势。
2023-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Strain and crystal field splitting inversion in III-Nitrides
自90年代以来，纤锌矿相III族氮化物（AlN，GAN，InN）由于其在光电子学中的成功应用而引起了人们极大的兴趣。在本文中，我们进行了全面的研究AlN，GAN和InN的结构弹性和电子性质的混合和传统的密度泛函理论，提出了比较的特点，三个化合物。我们进行了直接比较的电子结构的功能，包括顶部价带的反转与负晶场分裂和它的关系的AlN系统上的受主掺杂的挑战。通过确定弹性常数和杨氏模量，我们提供了一个简单的模型来连接与参数$u$相关的变形能和有效晶场分裂，显示了内部应变和晶场分裂之间的直接关系。
2021-08-24 cond-mat.mtrl-sci
Precise structure and polarization determination of Hf0.5Zr0.5O2 with electron ptychography
本研究利用多层电子叠层成像技术精确确定了HZO薄膜的原子结构，证实正交相具有约34 μC/cm2的铁电极化，并揭示了晶界处极化抑制和氧空位择优分布对极化的影响，为铁电器件设计奠定基础。
2024-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
General aspects of the vapor growth of semiconductor crystals - a study based on DFT simulations of the NH3/NH2 covered GaN(0001) surface in hydrogen ambient
使用最近获得的吸附能对表面吸附物质和本体之间的电子电荷转移的依赖性来分析半导体的气相生长[Krukowski等人，J.Appl.Phys.114（2013）063507，Kempisty等人，ArXiv 1307.5778（2013）]。采用从头计算方法研究了GAN（0001）表面在富氨条件下的物理性质，即表面被NH3分子和NH 2自由基的混合物覆盖.费米能级分别钉扎在NH3分子和NH 2自由基完全覆盖的价带最大值（VBM）和导带最小值（CBM）。对于约25%单层（ML）的氨的交叉含量，费米能级是unpinned。结果表明，氢的吸附能依赖于在散装的非钉扎费米能级的掺杂，即为这个覆盖。表面结构，热力学和机械稳定性标准的定义和比较。通过测定氢分子的脱附能来检查这种表面的覆盖的机械稳定性。热力学稳定性分析表明，初始平衡氢蒸气分压急剧增加的NH3含量，以实现交叉NH3/NH 2覆盖，即非钉扎费米能级条件。在这种条件下，实验上可达到的压力的整个范围属于表明半导体晶体的气相生长主要发生在表面的非钉扎费米能级，即平坦带。因此，大多数物质的吸附能取决于本体中的掺杂，这是解释半导体晶体的生长和掺杂对本体中的掺杂的依赖性的可能分子方案的基础
2013-11-19 cond-mat.mtrl-sci
Configuration determination for chiral and polar crystals by anisotropic NMR shift
本文提出利用NMR位移各向异性确定手性和极性晶体构型的方法，通过位移张量非对角分量提取手性或极性，适用于三斜、单斜和三方结构，并借助实例和理论评估实现绝对构型确定。
2023-11-13 cond-mat.mtrl-sci
Polarization spontaneous and piezo: fundamentals and their implementation in ab initio calculations
本文重新审视了自发极化和压电极化的基础理论，建立了自发极化的局部模型，并利用 ab initio 计算验证了其在 wurtzite 和 zinc blende 氮化物极化预测中的正确性。
2024-11-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
