Metalorganic Chemical Vapor Deposition of AlScN Thin Films and AlScN/AlN/GaN Heterostructures
The Ohio State University（俄亥俄州立大学）
本文通过MOCVD生长了AlScN薄膜及AlScN/AlN/GaN异质结构，实现了最高约13%的Sc掺入，并证实其在界面处形成2DEG通道，为HEMT等高性能电子器件提供了有前途的材料。
2025-10-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
GaN/AlN Quantum Dots for Single Qubit Emitters
我们从理论上研究了$c$平面GAN/AlN量子点的电子性质，重点研究了它们作为未来量子通信系统中单偏振光子源的潜力。在八带k.p理论的框架下，我们计算了量子点的光学带间跃迁及其偏振特性。我们表明，在基面的量子点约束势的各向异性（例如量子点伸长或应变各向异性）导致一个显着的线性极化的基态和激发态过渡。外部施加的单轴应力可以用于诱导基态跃迁的线性偏振以发射单偏振光子，或者甚至用于补偿由结构伸长引起的偏振。
2008-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Predicting the Energetic Stabilization of Janus-MoSSe/AlN Heterostructures: A DFT Study
University of Brasília（巴西利亚大学）
本研究通过DFT计算探究Janus-MoSSe与AlN薄片的堆积机制，用ILJ势得到不同界面下-35.5至-17.5 meV的堆积能，发现MoS面接触的SeMoS/AlN异质结能量最稳定，且带隙适合光伏应用。
2020-08-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of doping on the intersubband absorption in Si- and Ge-doped GaN/AlN heterostructures
在本文中，我们研究了GAN/AlN异质结构（平面和纳米线）的带间和子带特性，其结构设计为在短波长红外区域吸收，特别是在1.55微米。我们比较了掺杂的GAN部分与Si和Ge的效果，我们讨论了自由载流子屏蔽与掺杂密度和阱/纳米盘尺寸的变化。我们观察到，纳米线异质结构始终呈现较长的光致发光衰减时间比他们的平面对应物，这支持存在一个平面内的压电场相关的应变张量的剪切分量，导致横向电子空穴分离。我们报告子带间吸收覆盖1.45微米至1.75微米，使用Ge掺杂的量子阱，具有相当的性能，充分研究的Si掺杂的平面异质结构。我们还报告了可比的子带间吸收Si和Ge掺杂的纳米线异质结构，表明掺杂剂的选择是不是观察子带间现象的固有障碍。此外，我们计算了由于许多体效应的子带间吸收的光谱位移作为掺杂浓度的函数。
2017-08-08 cond-mat.mtrl-sci
MBE-grown 232-270 nm Deep-UV LEDs using Monolayer thin Binary GaN/AlN quantum heterostructures
采用单层（ML）GAN/AlN量子结构作为有源区，实现了电注入深紫外（UV）发射。通过等离子体辅助分子束外延（PAMBE）控制GAN层的厚度来调整发射波长。对于工作在232 nm、246 nm和270 nm的三种不同发光二极管（LED），实现了具有窄半高全宽（FWHM）的单峰值发射光谱。232 nm（5.34 eV）是迄今为止报道的使用GAN作为发光材料并采用偏振诱导掺杂的最短EL发射波长。
2017-01-27 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
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
Weak antilocalization and zero-field electron spin splitting in AlGaN/AlN/GaN heterostructures with a polarization induced two-dimensional electron gas
在AlGaN/AlN/GAN二维电子系统中，载流子密度由持续光电导效应控制，利用量子干涉对电导的修正，研究了自旋轨道耦合.所有研究的样品表现出弱的反局域化功能与自旋轨道场约1.8 mT。从弱反定域测量中提取的零场电子自旋分裂能与费米波矢成线性关系，有效线性自旋轨道耦合参数为5.5 × 10 ^{-13} eV·m。从我们的测量中提取的自旋轨道时间在本实验的载流子密度范围内从0.74到8.24 ps变化。
2006-08-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Visualising highly localised luminescence in GaN/AlN heterostructures in nanowires
利用扫描透射电子显微镜（STEM）在光谱成像模式下对GAN纳米线中GAN/AlN量子盘（QDiscs）的光学性质进行了纳米尺度空间分辨阴极发光（nanoCL）研究。对于QDisc区域中的电子束激发，由于GAN和AlN之间的高带隙差，发光信号高度局部化，空间延伸低至5 nm。这允许在相邻QDisc的发射之间进行区分，并且用于证明在纳米线侧壁上无意地生长的约3 nm厚和20 nm长的棒（量子棒，QRod）的横向夹杂物的存在。这些结构，也观察到的STEM暗场成像，被证明是光学活性的nanoCL，发射在类似的，但通常较短，相对于大多数QDiscs的波长。
2015-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Illumination and annealing characteristics of two-dimensional electron gas systems in metal-organic vapor-phase epitaxy grown AlGaN/AlN/GaN heterostructures
研究了两种不同Al组分（x=0.15和x=0.25）的AlGaN/AlN/GAN异质结的持续光电导（PPC）效应。利用Shubnikov-de Haas和Hall测量方法研究了AlN/GAN异质界面处形成的二维电子气。利用光学照射，我们能够将Al 0.15 Ga 0.85 N/AlN/GAN样品的载流子密度从1.6 × 10 ^{12} cm^{-2}增加到5.9 × 10 ^{12} cm^{-2}，同时在T = 1.6 K时电子迁移率从9540 cm 2/Vs增加到21400 cm 2/Vs。在这两个样品中的持续光电流表现出强烈的依赖于照明波长，是最高的接近带隙和降低在较长的波长。PPC效应对于长于530 nm的照明波长变得相当弱，并且在光谱的红外区域（>700 nm）中显示出具有初始负光电导的更复杂的响应。Al0.25Ga0.75N/AlN/GAN和Al0.15Ga0.85N/AlN/GAN样品在390 nm照射下的最大PPC效率分别为0.011%和0.005%。在光照后，可以通过退火样品来降低载流子密度。在20-280 K温度范围内研究了PPC效应的退火特性。我们发现，在280 K退火是不足以完全恢复的载流子密度。事实上，即使在室温下，PPC效应也发生在这些样品中。比较两种样品的测量结果，Al0.25Ga0.75N/AlN/GAN样品具有较大的光照响应，并显示出较小的恢复与…
2006-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Stress distribution at the AlN/SiC heterointerface probed by Raman spectroscopy
我们用物理气相沉积法生长了AlN/4 H-SiC和AlN/6 H-SiC异质结构，并对异质界面进行了纳米级的表征。此外，我们调查的空间应力和应变分布在这些异质结构使用共焦拉曼光谱。我们测量的光谱位移的各种振动拉曼模式的异质界面和沿整个深度的4 H-和6 H-SiC层。使用较早的实验预测的声子变形势常数，我们确定的应力张量分量在SiC作为从AlN/SiC异质界面的距离的函数。尽管SiC的晶格参数小于AlN的晶格参数，但是SiC层在异质界面处是压缩应变的。当异质结构从生长冷却到室温时，SiC和AlN的不同热膨胀系数解释了这种违反直觉的行为。的压应力值是最大的异质界面，接近一个GPa，并放宽到平衡值的尺度上的几十微米的异质界面。
2020-11-27 cond-mat.mtrl-sci
The role of intrinsic atomic defects in a Janus MoSSe/XN (X = Al, Ga) heterostructure: a first principles study
本文通过第一性原理计算研究Janus MoSSe/g-AlN异质结构中本征原子缺陷的作用，发现该异质结构稳定且带隙为1.627 eV，空位缺陷可在带隙内引入局域态，为调控电子性质和设计纳米电子器件提供了新途径。
2024-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Extremely low energy ARPES of quantum well states in cubic-GaN/AlN and GaAs/GaAlAs heterostructures
量子阱异质结构已被广泛用于实现各种光学和电子器件。为了进一步改进和开发它们的潜力，需要对它们的电子结构有基本的了解。到目前为止，最常用的实验技术，为这一目的一直是全光学光谱方法，然而，一般是在动量空间平均。角分辨光电子能谱学（ARPES）可以获得额外的信息，它测量电子结构与动量分辨率。在这里，我们报告使用极低能量的ARPES（光子能量$\sim$ 7 eV），以增加其深度灵敏度和访问掩埋的QW状态，分别位于3 nm和6 nm的表面下的GaN/AlN和GaAs/AlGaAs异质结。我们发现在GaN/AlN中确实可以观察到量子阱态，但由于表面粗糙度高，不能观察到量子阱态的能量色散。另一方面，GaAs/AlGaAs量子阱态埋得太深，以至于不能被极低能量的ARPES探测到。由于样品表面较平坦，GaAs/AlGaAs的ARPES谱在动量空间中表现出明显的特征，这些特征可以重新传导到QW结构最表层的能带结构。我们的研究结果提供了重要的信息所需的样品的性质进行极低能量的ARPES实验的电子状态埋在半导体异质结构。
2021-05-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Strain-stress study of AlxGa1-xN/AlN heterostructures on c-plane sapphire and related optical properties
本文采用同步辐射高分辨X射线衍射和倒易空间映射技术，系统地研究了在c面蓝宝石衬底上用金属有机物化学气相沉积法生长的AlxGa 1-xN/AlN薄膜的应力和应变。AlxGa 1-xN外延层的c面表现出压缩应变，而a面表现出拉伸应变。双轴应力和应变被发现增加与Al成分，虽然晶格失配之间的AlxGa 1-xN和缓冲层AlN变小。的横向相干长度的减少和增加的边缘和螺旋位错被视为AlxGa 1-xN的组合物是从GAN到AlN的变化，表现出明确的依赖性的AlxGa 1-xN的Al含量上的晶体性质。外延层的带隙略低于预测值，这是由于a轴上的拉伸应变效应大于c轴上的压缩应变。的AlxGa 1-xN样品的拉曼特性表现出的声子峰与Al组合物的移位。还讨论了应变对外延层光学声子能量的影响。这里讨论的技术可以用于研究其他类似的材料。
2019-05-10 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
UV Photosensing Characteristics of Nanowire-Based GaN/AlN Superlattices
我们已经表征了单个GAN纳米线的光电探测能力，将20个周期的AlN/GAN：Ge轴向异质结封装在AlN壳中。透射电子显微镜证实周围的异质结构的额外的GAN壳的情况下。在没有表面导电沟道的情况下，异质结构的引入导致暗电流的降低和光敏性的增加。不同的单纳米线的暗电流的大小的一个显着的分散体是由于纳米线与位移纳米盘的聚结，减少了异质结构的有效长度。在电流路径中较大数量的有源纳米盘和AlN势垒导致较低的暗电流和较高的光敏性，并且提高了纳米线对照明强度变化的灵敏度（提高的线性度）。此外，我们观察到的光电流的持久性，这是由于整个结构的电阻的变化，特别是GAN茎和帽部分。因此，时间响应与暗电流无关。
2017-06-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Cross-plane thermal conductivity of GaN/AlN superlattices
由交替的GAN/AlN外延层组成的异质结构代表了用于主动冷却和节能闪电的最先进器件的构建块。深入了解这些结构的热传导对于改善未来应用的热管理至关重要。在这里，作为层的厚度的函数的GAN/AlN超晶格的交叉平面（垂直于样品的表面）的热导率通过采用$3ω$ -方法建立。此外，相互扩散的作用在界面上的声子散射被考虑在建模和数据处理。据发现，跨平面的外延异质结构的热导率可以被驱动到低至5.9 W/（m $\cdot$ K）的值与那些报道的非晶薄膜相媲美，从而打开广泛的前景，优化热管理III族氮化物为基础的外延多层膜。
2021-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Fractional-Monolayer 2D-GaN/AlN Structures: Growth Kinetics and UVC-emitter Applications
Ioffe Institute（约费研究所）；Lebedev Physical Institute（列别捷夫物理研究所）；Peking University（北京大学）
研究0.75至2单层厚度的GaN/AlN量子阱基本特性，用等离子体激活分子束外延生长，改变厚度或镓氮通量比，监测生长模式，用模型描述分数单层量子阱，该结构有望作强紫外C发射体。
2026-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Heat transfer enhancement of N-Ga-Al semiconductors heterogeneous interfaces
本文利用基于机器学习势的分子动力学模拟，研究了AlxGa(1-x)N过渡层浓度与厚度对GaN-AlN界面热导的影响，发现元素掺杂通过促进声子能量重分布提升ITC，但受体热阻增加制约，为热设计提供了指导。
2024-10-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Oxygen Incorporation in the MBE growth of ScxGa1-xN and ScxAl1-xN
采用二次离子质谱（SIMS）技术对分子束外延（MBE）生长的两种含钪氮化物半导体多层异质结构：ScxGa 1-xN/GAN和ScxAl 1-xN/AlN中的碳和氧杂质浓度进行了测定。在富含金属的条件下在具有高达28原子百分比的Sc含量的GaN-SiC模板衬底上生长的ScxGa 1-xN/GAN异质结构中，发现氧浓度低于1 × 1019/cm 3，其增加与钪含量直接相关。在富氮条件下在Sc含量高达26原子百分比的AlN-Al 2 O3模板衬底上生长的ScxAl 1-xN-AlN异质结构中，发现氧浓度在1019至1021/cm 3之间，再次与Sc含量直接相关。增加的氧和碳在钪合金层的沉积期间出现。
2019-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Dual Optical Marker Raman Characterization of Strained GaN-channels on AlN Using AlN/GaN/AlN Quantum Wells and 15N Isotopes
这项工作表明，嵌入在AlN基质中的高应变GAN量子阱与受控的氮同位素浓度的组合能够实现拉曼光谱的双标记方法。通过结合这些技术，我们证明了在研究垂直方向上的应变的有效性。这种技术将能够精确探测异质结构中掩埋有源层的特性，并且可以在未来扩展到垂直器件，例如用于光发射器和电力电子器件的垂直器件。
2015-01-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A nonlinear metasurface combining telecom-range intersubband transitions in GaN/AlN quantum wells with resonant plasmonic antenna arrays
我们在超窄GAN/AlN多量子阱异质结构中实现并研究了一种利用子带间跃迁的非线性超颖表面。由于巨大的能带偏移，该结构在1.55 $μ$ m附近的电信窗口中提供谐振跃迁。这些异质结构功能化与等离子体天线阵列，其特征在于交叉极化共振在这些近红外波长和它们的第二谐波。这种非线性超颖表面允许在垂直入射下产生大量的二次谐波，这对于下面没有多量子阱结构的天线阵列是完全不存在的。虽然二次谐波最初仅辐射到量子阱的平面中，但是等离子体激元元件的适当几何布置允许将二次谐波光重定向为自由空间辐射，其垂直于表面发射。
2021-05-20 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Robust Aluminum Nitride Passivation of Silicon Carbide with Near-Surface Quantum Emitters for Quantum Computing and Sensing Applications
Howard University（霍华德大学）；University of Maryland, College Park（马里兰大学帕克分校）；Laboratory for Physical Sciences（物理科学实验室）
本研究利用氮化铝钝化硅碳化物表面，有效去除表面态并恢复缺陷的光学性质，同时发现界面处的新缺陷具有独特的自旋和光学特性。
2026-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Tunable magnetic anisotropy, Curie temperature and band alignment of two-dimensional ferromagnet VSiSnN4 via non-volatile ferroelectrical control
本研究通过第一性原理计算，利用AlN铁电层的极化反转，实现了VSiSnN4/AlN异质结构中磁各向异性、居里温度（204K至284K）及能带排列的非易失调控，为低功耗数据存储与逻辑器件提供新途径。
2024-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Screening of the quantum-confined Stark effect in AlN/GaN nanowire superlattices by Germanium doping
我们报道了在AlN/GAN纳米线异质结构中极化诱导的内部电场的静电屏蔽，其中锗掺杂的GAN纳米盘嵌入AlN势垒之间。以高于$10^{20}\,\text{cm}^{-3}$的浓度掺入锗使GAN纳米盘的光致发光发射能量转移到更高的能量，伴随着光致发光衰减时间的减少。同时，发射能量的厚度依赖性偏移显著降低。尽管施主浓度高，但没有观察到光致发光特性的劣化。
2014-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Intersubband optical absorption in the GaN/AlN qunatum wire with donor-doping
本文研究了施主掺杂下圆柱形GaN/AlN量子线与量子点的子带间光吸收，发现量子线因自由运动态密度导致吸收低于量子点，揭示了纳米结构对光电器件光学性质的影响。
2025-03-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Depletion-mode N-polar AlN-based high electron mobility transistors with improved on/off ratios
Nagoya University（名古屋大学）；Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院微电子研究所）
本文报道了基于N极AlN的高电子迁移率晶体管，具有5.2nm的GaN通道厚度，实现了高达10000的开/关比，通过突变的AlN/GaN异质结构和改进的栅极泄漏实现。
2026-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Acoustically-driven surface and hyperbolic plasmon-phonon polaritons in graphene/h-BN heterostructures on piezoelectric substrates
石墨烯中的表面等离子体激元与极性基底中的表面声子强烈耦合，导致杂化表面等离子体激元-声子极化激元（SPPP）。我们证明，表面声波（SAW）可以用来发射传播SPPP在石墨烯/h-BN异质结构的压电基板上，如AlN，SAW诱导的表面调制作为一个动态的衍射光栅。与裸石墨烯/AlN系统相比，通过引入h-BN膜大大提高了光耦合的效率。h-BN中间层不仅显著改变了SPPP的分散性，而且还提高了它们的寿命。SPPPs的强化与石墨烯中诱导的较高载流子迁移率以及与h-BN和AlN表面声子的耦合有关。除了表面声子，双曲声子出现在多层h-BN膜的情况下，导致杂化双曲等离子体-声子极化激元（HPPPs），也介导的SAW。这些结果为工程SAW基石墨烯/h-BN等离子体器件和覆盖中红外到太赫兹范围的超材料铺平了道路。
2018-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Tight-binding branch-point energies and band offsets for cubic InN, GaN, AlN and AlGaN alloys
从经验紧束缚能带结构出发，计算了InN、GAN和AlN的锌掺杂相的分支点（BP）能量和由此产生的价带偏移（VBO）.此外，GAN和AlN的BPs的方向依赖性进行了讨论，使用Tersoff的格林函数方法。然后，我们将展示如何获得的BPs的二元半导体合金内的带对角表示的相干势近似（CPA），并将此方法应用到立方AlGaN合金。由此产生的频带偏移显示出良好的协议，从文献中获得的实验和理论数据。我们的研究结果可以用来确定在等价的异质结构，涉及纯立方III族氮化物或AlGaN合金的任意浓度的能带排列。
2013-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Coaxial Nanowire Resonant Tunneling Diodes from non-polar AlN/GaN on Silicon
利用等离子体辅助分子束外延技术在n-Si（111）衬底上生长AlN/GAN核壳纳米线异质结，制备了共振隧穿二极管。通过使用同轴几何形状，这些装置利用非极性（m平面）纳米线侧壁。器件建模预测非极性取向应增强共振隧穿相比，极性结构和AlN双势垒将导致更高的峰谷电流比相比，AlGaN的障碍。电测量合奏的纳米线显示负微分电阻只出现在低温下。单个纳米线的测量结果显示，在室温下，峰值电流密度为5*10^5 A/cm^2时，纳米线的微分电阻为负。
2012-03-23 cond-mat.mtrl-sci
AlGaN/AlN Stranski-Krastanov quantum dots for highly efficient electron beam pumped emitters: The role of miniaturization and composition to attain far UV-C emission
针对传统紫外消毒灯的健康风险，研究了AlGaN/AlN Stranski-Krastanov量子点向远紫外-C波段的拓展，分析了Al含量和尺寸微型化的影响，获得约50%内量子效率，指出了功率效率提升方向。
2023-05-25 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Powerful and Tunable THz Emitters Based on the Fe/Pt Magnetic Heterostructure
在这项工作中，我们报告了我们的研究在Fe/Pt磁性异质结构的太赫兹辐射。我们已经进行了全面的调查太赫兹发射Fe/Pt磁性异质结构，采用时域太赫兹光谱。我们发现，通过适当调整的Fe或Pt层的厚度，可以大大提高这种类型的异质结构的太赫兹发射。我们进一步证明了新设计的多层（Pt/Fe/MgO）$_n$（n=3）发射的THz场强可以达到~1.6 kV/cm，这与偏压为4 kV/cm的传统GaAs天线的值相当，100微米GaP和2 mm ZnTe。首次证明了太赫兹波的强度和光谱可以通过施加在图案化Fe/Pt磁性异质结构上的磁场来调节。因此，这些研究结果有望新的方法来制造强大的和可调谐的太赫兹发射器的磁性异质结构的基础上。
2016-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Unusually high-density 2D electron gases in N-polar AlGaN/GaN heterostructures with GaN/AlN superlattice back barriers grown on sapphire substrates
本研究在蓝宝石衬底 N 极性 AlGaN/GaN 异质结中引入 GaN/AlN 超晶格背势垒，实现 1.4×10^14 cm^-2 的超高二维电子气密度和 264 Ω/sq 的低方块电阻。
2025-01-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Effect of extended defects on AlGaN QDs for electron-pumped UV-emitters
本研究揭示了AlGaN/AlN QD超晶格中双峰发射的起源，发现其与垂直传播的锥状缺陷及位错引起的强剪切应变有关，缺陷内量子点尺寸和成分的差异导致了双峰性。
2023-10-06 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Self-assembly of well-separated AlN nanowires directly on sputtered metallic TiN films
我们展示了氮化铝纳米线的自组装形成的分子束外延溅射TiN膜蓝宝石。这种衬底的选择允许在1180 °C的极高温度下生长。与以前的报道相反，纳米线被很好地分离，并且没有明显的聚结。这一成就是由足够的Al吸附原子在衬底和纳米线的侧壁上的扩散。在阴极射线发光光谱中观察到的近带边发射证明了纳米线的高结晶质量。纳米线低聚结的关键因素是TiN膜，椭圆偏振光谱和拉曼光谱表明TiN膜是化学计量的。它的金属性质将有利于光电子器件采用这些纳米线作为基础的（Al，Ga）N/AlN异质结构在深紫外光谱范围内发射。
2019-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Fabrication of quantum emitters in aluminium nitride by Al-ion implantation and thermal annealing
本研究通过铝离子注入和热退火在氮化铝中制备量子发射体，发现发射体密度随注量增加，600°C退火在最大注量下获得最佳产率，揭示了空位形成机制的关键作用。
2023-10-31 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
Optically Pumped AlGaN Double Heterostructure Deep-UV Laser by Molecular Beam Homoepitaxy: Mirror Imperfections and Cavity Loss
我们展示了第一个光泵浦的子300 nm紫外激光结构生长的等离子体辅助分子束外延单晶体氮化铝。用AlN/AlGaN异质结制备的边发射激光器结构具有多模发射，峰值增益在~284 nm。考虑到电注入连续波深紫外AlGaN激光二极管的目标，以及实现足够光学增益的固有材料挑战，激光二极管的光学腔损耗应最小化。我们推导出一个表达式来量化的影响，包括倾斜和表面粗糙度的法布里-珀罗腔的光学镜损耗的反射镜的缺陷。结果表明，光学缺陷损耗是端面粗糙度均方根值和端面倾斜角的超线性函数，并且与主激射模式的波长平方成反比。这突出了器件工艺优化的重要性，因为法布里-珀罗腔耦合到较低的波长。
2021-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Shubnikov-de Haas oscillations in coherently strained AlN/GaN/AlN quantum wells on bulk AlN substrates
该研究在体AlN衬底上的相干应变AlN/GaN/AlN量子阱中观察到SdH振荡，揭示了未掺杂与δ掺杂结构的能带占据差异，并直接测量了2DEG关键参数，为氮化物异质结构设计提供基础。
2025-02-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Charging of quantum emitters in hexagonal boron nitride - graphene heterostructures due to electrostatic screening
本研究揭示了hBN/石墨烯异质结构中静电屏蔽导致缺陷电荷态改变，并表明可通过栅极电压克服重取向能垒，实现电学控制量子发射体。
2025-01-22 cond-mat.mtrl-sci
High performance THz emitters based on ferromagnetic/nonmagnetic heterostructures
本文报道了一种基于铁磁（FM）和非铁磁（NM）异质结构的具有优良性能的THz辐射源。飞秒激光束首先在NM/FM双层膜中激发自旋电流，然后通过逆自旋霍尔效应产生瞬态电荷电流，从而产生THz辐射。从我们的薄膜叠层发射的宽带THz波具有超过500 μ m厚的ZnTe晶体（标准THz发射器）的峰值强度。我们的器件对入射激光束的偏振不敏感，这表明了抗噪声特性。相比之下，太赫兹波的偏振是完全可控的外部磁场。我们还在柔性衬底上制作了性能良好的器件，并证明了器件可以由低功率激光驱动。与低成本和大规模生产的薄膜叠层溅射生长方法一起，所提出的太赫兹发射器可以容易地应用于各种太赫兹设备。我们的研究还指出了另一种方法来表征与NM/FM双层自旋电子器件。
2016-10-22 cond-mat.mtrl-sci
Strained GaN Quantum-Well FETs on Single Crystal Bulk AlN Substrates
我们报告的第一个实现的分子束外延生长应变GAN量子阱场效应晶体管的单晶体AlN衬底。所制造的双异质结构FET表现出超过2 X 10^13/cm 2的二维电子气（2DEG）密度。欧姆接触的2DEG沟道形成n+ GAN MBE再生长过程中，与0.13欧姆-毫米的接触电阻。拉曼光谱使用的量子阱作为光学标记揭示了量子阱中的应变，和应变弛豫的再生长的GAN接触。65 nm长的矩形栅器件的直流漏电流驱动为2.0 A/mm，峰值非本征漏电流为250 mS/mm，小信号射频性能达到fT~120 GHz。DC和RF性能表明，体AlN衬底为应变量子阱氮化物晶体管提供了一个有吸引力的替代平台，用于未来的高电压和高功率微波应用。
2016-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Significant impact of Al1-xGaxN interlayer on GaN/AlN thermal boundary conductance
Department of Mechanical Engineering, University of Utah（犹他大学机械工程系）
本研究通过第一性原理计算发现，AlGaN中间层显著降低GaN/AlN界面热边界导热性，且S型Al组成过渡可提升导热性。
2026-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Structural and Electronic Properties of Defective AlN/GaN Hybrid Nanostrutures
由于其广泛的应用前景，原子级薄的二维异质结构引起了人们的广泛关注。在这项工作中，使用第一性原理计算，我们研究了平面AlN/GaN混合异质结的结构和电子特性的存在下，在其界面上的空位。我们的结果表明，一个单一的空位，由铝或镓原子的去除产生，产生类似的电子能带结构的带隙内的局域态。我们还观察到了一个强大的磁性行为。另一方面，氮空位诱导形成具有降低的整体磁化的中间带隙状态。我们还研究了通过卷起这些异质结形成的纳米管。我们观察到，管的曲率并没有显着影响其母AlN/GaN异质结的电子和磁性。对于扶手椅状管，从直接到间接带隙的过渡被观察到作为一个结果，从二维到准一维的改变系统的几何形状。AlN/GaN缺陷晶格所呈现的磁性特征使它们成为开发新的自旋电子技术的良好候选者。
2020-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Room temperature single-photon superfluorescence from a single epitaxial cuboid nano-heterostructure
当一组相同的发射体在空间上的距离远小于它们发射的光的波长时，单光子超辐射可以出现，并且其特征在于形成自发发射光的超辐射状态，其速率与发射体的数量成线性比例。这种集体现象仅在少数纳米材料系统中得到证明，所有这些系统都需要低于10K的温度。在这里，我们合理地设计了一种单一的胶体纳米材料，它具有多个（几乎）相同的发射器，这些发射器不受其他系统（如分子聚集体）中通常抑制室温超辐射的波动的影响。具体而言，通过结合分子动力学，原子电子结构计算，模型哈密顿方法，我们表明，面对异质结构纳米立方体模仿个人准二维纳米片，可以作为强大的发射器需要实现超辐射现象在室温下。利用逐层胶体生长技术合成纳米立方体，我们证明了单光子超荧光通过单粒子时间分辨光致发光测量在室温下。在单个纳米立方体中对超辐射和亚辐射状态的这种强有力的观察打开了超快单光子发射器的大门，并通过超辐射级联提供了一条纠缠多光子状态的途径。
2021-04-13 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Highly polarized single photon emitter from intrinsic localized excitons in a WSe2/CrSBr heterostructure
本研究提出WSe2/CrSBr二维半导体-磁体异质结方案，利用磁邻近效应产生高偏振、可被面内及面外磁场调控的局域激子单光子发射体。
2024-09-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
XHEMTs on Ultrawide Bandgap Single-Crystal AlN Substrates
本文提出基于单晶AlN衬底的XHEMT，通过赝晶GaN沟道实现强载流子限制，克服传统GaN HEMT的位错和热阻问题，在10 GHz下达到5.92 W/mm输出功率和65%效率，适用于下一代射频电子。
2025-06-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Van der Waals heterostructure mid-infrared emitters with electrically controllable polarization states and spectral characteristics
现代红外（IR）显微镜、通信和传感系统需要对光的光谱特性和偏振态进行控制。通常，这些系统需要级联多个滤波器、偏振光学器件和旋转组件来操纵光，这不可避免地增加了它们的尺寸和复杂性。在这里，我们报告的两个终端中红外（中红外）发射器与电控光谱和偏振特性。我们的器件是由两个背靠背的pn结形成堆叠各向异性发光材料，黑磷和黑砷磷与二硫化钼。通过控制晶体学取向和工程异质结的能带分布，两个结的发射表现出不同的光谱范围和偏振方向;更重要的是，这两个电致发光（EL）单元可以独立激活，这取决于所施加的偏压的极性。此外，我们表明，当操作我们的发射器的极性切换脉冲模式下，其EL表现出广泛的光谱覆盖范围的特点，包括整个第一中红外大气窗口，和电可调的光谱形状。我们的研究结果为开发光发射器领域的突破性技术提供了基础。
2022-10-25 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Impact of ALD-Deposited Ultrathin Nitride Layers on Carrier Lifetimes and Photoluminescence Efficiency in CdTe/MgCdTe Double Heterostructures
本研究评估ALD沉积的SiNx、AlN、TiN超薄氮化物层对CdTe/MgCdTe双异质结构的钝化效果，证实其可提升载流子寿命、减少表面复合，指出SiNx是提升CdTe太阳能电池效率的潜在钝化材料。
2024-08-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Effect of the nanowire diameter on the linearity of the response of GaN-based heterostructured nanowire photodetectors
纳米线光电探测器的研究，因为它们与灵活的电子产品的兼容性，或用于实现芯片上的光学互连。这种器件的特点是光电流增益很小，但其光响应与光功率呈次线性关系。在这里，我们提出了一个单纳米线光电探测器显示线性响应紫外线照明的研究。它们的结构由结合AlN/GAN/AlN异质结构的GAN纳米线组成，其产生内部电场。的异质结构的活动被证实的整流行为的电流-电压特性在黑暗中，以及由光响应的幅度和线性的不对称性。在反向偏置（GAN帽部分上的负偏置）下，当纳米线直径低于特定阈值（$\approx$ 80 nm）时，检测器与撞击光功率线性地表现，这对应于由于侧壁处的费米能级钉扎而导致的纳米线茎的总耗尽。在只有部分耗尽的纳米线的情况下，它们的非线性是由它们的中心导电通道的直径在照明下的非线性变化来解释的。
2019-04-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
N-polar GaN/AlN resonant tunneling diodes
采用等离子体辅助分子束外延技术在单晶N极性GAN衬底上实现了N极性GAN/AlN共振隧穿二极管。室温下的电流-电压特性揭示了一个负微分电导（NDC）区，在正向偏压为~8 V时，峰值隧穿电流为6.8 $\pm$ 0.8 kA/cm $^2$。在~ $-$ 4 V处测得极化感生阈值电压。用与金属相反的极化场很好地解释了这些谐振和阈值电压。极性对应物，确认RTD的N极性。当器件在NDC区偏置时，在外部电路中产生电子振荡，证明了共振隧穿现象的鲁棒性。与金属极性RTD相比，N极性结构的发射极位于共振隧穿腔的顶部。因此，这种器件架构开辟了通过共振隧穿注入$-$与III族氮化物半导体无缝连接$-$的可能性，为探索新的器件物理提供了一条途径。
2020-10-06 cond-mat.mtrl-sci
Nanometer Scale Spectral Imaging of Quantum Emitters in Nanowires and Its Correlation to Their Atomically Resolved Structure
我们报告的光谱成像在紫外到可见光范围内的纳米尺度分辨率的紧密包装的GAN/AlN量子盘在单独的纳米线使用改进的定制阴极发光系统。我们证明了测量单个量子发射体的全光谱特征的可能性，这些发射体小至1 nm，彼此之间仅相隔几纳米，并且能够将它们的光学特性与它们的尺寸相关联，用原子分辨率测量。量子盘尺寸和发射波长之间的直接相关性提供了量子限制斯塔克效应的证据，该量子限制斯塔克效应导致厚于2.6 nm的盘的发射低于体GAN带隙。借助于模拟，我们表明，在所研究的量子盘的内部电场是小于预期的量子阱的情况下。我们显示了一个明确的分散的证据，不同的量子盘的发射波长相同的大小，但不同的位置沿导线。这种分散系统相关的AlN壳涂层的线的直径的变化，并因此归因于相关的应变沿线的变化。目前的工作开辟了道路的量子限制在紧密堆积的量子发射极的基础研究和表征的光电子器件呈现载流子局域化的纳米尺度。
2012-09-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical Damage Threshold and THz Generation Efficiency of (Fe,CoFeB)/(Ta,Pt) Spintronic Emitters
利用飞秒脉冲激发铁磁/铁磁自旋异质结构，利用逆自旋霍尔效应产生THz脉冲.相比之下，超快退磁/再磁化的贡献非常微弱。来自自旋电子THz发射器的最高可能的THz信号强度受到相应异质结构的光学损伤阈值的限制。即使在损伤阈值之前，太赫兹产生效率也不随激发通量而饱和。研究了双层（Fe，CoFeB）/（Pt，Ta）FM/NM自旋电子异质结构在800 nm亚50 fs放大激光脉冲泵浦下产生THz的优化性能。其中，CoFeB/Pt是最佳的THz源组合。优化的FM/NM自旋电子异质结的石英衬底上，具有α-相Ta作为的氧化层，显示出最高的损伤阈值相比，与Pt，无论其生成效率。石英衬底上的Fe/Ta异质结构的损伤阈值为~85 GW/cm 2。
2021-04-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Bias-controlled spectral response in GaN/AlN single-nanowire ultraviolet photodetectors
我们提出了一个嵌入式GAN/AlN超晶格的GAN单纳米线紫外光电探测器的研究。异质结构的尺寸和掺杂分布被设计成这样一种方式，即正或负偏压的应用导致从GAN/AlN超晶格或从GAN基的光生载流子的收集的增强，分别由电子束-感应电流测量证实。在正/负偏压下，器件在紫外A（$\approx$ 330-360 nm）/ B（$\approx$ 280-330 nm）光谱窗口中显示出增强的响应。的结果是解释的光电流测量与扫描透射电子显微镜观察相同的单根纳米线，和半经典模拟的应变和能带结构在一个和三个维度的相关性。
2017-10-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Near- and mid-infrared intersubband absorption in top-down GaN/AlN nano- and micropillars
我们提出了一个系统的研究自顶向下处理GAN/AlN异质结子带间光电应用。在电感耦合等离子体中，将含有显示近红外或中红外子带间吸收的量子阱超晶格的样品蚀刻成纳米柱和微柱阵列。我们研究了这一过程对晶体结构和应变状态、带间发射和子带间吸收的影响。值得注意的是，柱间距明显小于（$\leq1/3$）的子带间波长，子带间吸收的幅度不减少，即使当90%的材料被蚀刻掉，并获得类似的线宽。这同样适用于带间发射。相反，对于子带间吸收波长量级的柱间距，子带间吸收被折射效应和光子晶体模式所掩盖。所提出的结果是第一步，对微米和纳米结构的第三族氮化物器件依赖于子带间跃迁。
2018-10-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Achieving high-performance polarization-independent nonreciprocal thermal radiation with pattern-free heterostructures
University of Houston（休斯顿大学）
本文提出无图案多层异质结构，利用磁光和磁性Weyl半金属材料实现极化无关的非互易热辐射，通过帕累托优化提升性能。
2025-12-30 cond-mat.mtrl-sci math.OC physics.app-ph
Near-infrared intersubband photodetection in GaN/AlN nanowires
子带间光电子器件依赖于半导体异质结构中量子限制电子能级之间的跃迁，这使得能够在1-30 $μ$ m波长窗口中以皮秒响应时间进行红外（IR）光电探测。将纳米线作为活性介质可以实现对器件的电截面和光吸收截面的独立控制。此外，纳米线异质结构中的三维载流子限制为调整载流子弛豫时间开辟了新的可能性。然而，GaAs纳米线的结构缺陷和表面敏感性的产生，迄今阻碍了纳米线子带间器件的制备。在这里，我们报告的第一个演示子带间的光电探测在纳米线，使用GAN纳米线含有GAN/AlN超晶格吸收在1.55 $μ$ m。光谱光电流测量与8带k $\cdot$ p计算的电子结构的组合支持解释的结果，在这些极短的周期超晶格子带间的光电探测。我们观察到的光电流与入射照明功率的线性依赖关系，这证实了子带间过程的表面状态的不敏感性，并强调了具有大的表面体积比的架构是如何适合作为子带间光电探测器。我们的光电流特性的分析指出了路线的器件性能的改善。这是第一个基于纳米线的子带间光电探测器代表了一项技术突破，为强大的器件平台铺平了道路，该平台具有超快、超灵敏度光电探测器和具有更高热稳定性的高效量子级联发射器的潜力。
2019-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
