Nonpolar p-GaN/n-Si heterojunction diode characteristics: A comparison between ensemble and single nanowire devices
研究了整体和单个p-GaN纳米线和n-Si异质结器件的电学和光电二极管特性。发现单纳米线p-GaN/n-Si器件的理想因子比整体纳米线器件的理想因子低约三倍。除了p-GaN纳米线中的深能级陷阱之外，由于在系综纳米线器件中Mg掺杂剂的不均匀性而导致的缺陷态归因于高理想因子的起源。光伏模式的集成纳米线器件的填充因子高达60%的改善与填充因子高达30%的单纳米线器件。在470 nm处，发现光导模式下的单纳米线器件的响应率增强了五个数量级。单纳米线器件的增强的光响应也证实了由于p-GaN纳米线中的缺陷态而导致的光电导。
2016-05-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Noise Measurements of High-Speed, Light-Emitting GaN Resonant-Tunneling Diodes
我们在这里报告的第一个RF噪声测量的两个设计的n掺杂GAN/AlN双势垒共振隧穿二极管（RTD），每个具有室温下的负微分电阻（NDR）和强近紫外光发射。测量是用一个标准的，非隔离的RF接收器和校准是使用替代电阻/冷热辐射测量技术，其工作在正微分电阻（PDR）区域，但不是NDR区域。一个高品质的InGaAs/AlAs双势垒RTD被用作控制样品，并显示散粒噪声抑制下降到$Γ\approx$ 0.5的PDR区域，如预期的。GAN/AlN RTD在PDR区表现出散粒噪声的增强和抑制，但在光发射的阈值偏置区没有明显的散粒噪声突然增强的迹象。这支持了这样的假设，即发光所需的空穴是由电子（齐纳）带间隧穿产生的，而不是碰撞电离。此外，$Γ\sim$ 0.34的最小散粒噪声因子表明GAN/AlN RTD的作用类似于三势垒器件。
2018-06-25 cond-mat.mes-hall eess.SP
High Current Density 2D/3D Esaki Tunnel Diodes
二维材料如过渡金属二硫属化物与体半导体的集成为基于2D/3D异质结的新颖器件结构提供了有趣的机会，而没有任何晶格匹配的限制。通过利用GAN/MoS 2异质结处有利的能带对准，通过将大面积、Nb掺杂的p型MoS 2转移到重n掺杂GAN上来展示江崎带间隧道二极管。在MoS 2/GAN非外延隧道二极管中测量到446 A/cm 2的峰值电流密度，具有可重复的室温负微分电阻、1.2的峰谷电流比和最小的滞后。在齐纳模式（反向偏压）下在-1V偏压下测量到1 kA/cm 2的高电流密度。GAN/MoS 2隧道结也通过将MoS 2处理为体半导体来建模，并且发现在2D/3D界面处的静电在解释实验观察到的器件特性方面是至关重要的。
2016-06-02 cond-mat.mes-hall physics.ins-det
Comment on "Direct Measurement of Auger Electrons Emitted from a Semiconductor Light-Emitting Diode under Electrical Injection: Identification of the Dominant Mechanism for Efficiency Droop" [Phys. Rev. Lett. 110, 177406 (2013)]
在最近的一封信[物理。110，177406（2013）]，提出了从正向偏置InGaN/GAN发光二极管（LED）的GAN p帽发射的电子的光谱研究，作者在电子能量分布曲线（EDC）中观察到至少两个不同的峰，其间隔约1.5eV，并得出结论，对较高能量峰值的唯一可行解释是LED有源区中的俄歇复合。我们提出了全带蒙特卡罗模拟表明，在所测量的内分泌干扰物的较高能量的峰值可能是不相关的载流子分布在有源区。这并不意味着俄歇复合以及可能的俄歇诱导的泄漏在LED下降中起着可忽略的作用，而是俄歇特征不能从在所研究的LED结构上执行的实验中恢复。我们讨论，作为所观察到的内分泌干扰物的另一种解释，载流子加热的电场中的能带弯曲区域。
2013-05-28 cond-mat.mes-hall
Design of GaN White Light Emitting Diode through Envelope Function Analysis and Combined k.p-Transfer Matrix Method
在本文中，我们提出了一个包络函数分析，以设计一个白色量子阱发光二极管的发射光谱。纳米异质结，我们正在处理的是一个多量子阱，由三个单量子阱不同的厚度周期。借助于6 × 6的Luttinger哈密顿量，我们采用k.p微扰法和转移矩阵法相结合的方法，解析地得到了电子和空穴的波函数。在特定的基组下，利用包络函数近似方法得到了这些波函数。虽然相邻的价电子带已经被精确地研究，导带近似为抛物线。斯托克斯位移的影响也被考虑在内。带间原子跃迁的偶极矩矩阵元素通过电子和空穴包络函数之间的相关性进行评估，对于两个正交极化。这简化了光致发光强度的计算。在引入压电极化内场和自发极化内场的情况下，研究了空穴/电子波函数的空间变化。我们从理论上建立了一个高效的InGaN红色发光体的可能性，导致在红色，绿色和蓝色发光二极管的发射均匀的发光，通过调整材料成分，潜在的斜率，和厚度。
2009-03-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Index-antiguiding in narrow-ridge GaN-based laser diodes investigated by measurements of the current-dependent gain and index spectra and by self-consistent simulation
窄（1.5 μm）脊波导InGaN多量子阱激光二极管的阈值电流密度及其横向远场图形的形状强烈地依赖于脊波导的刻蚀深度。这两种效应都可以归因于强烈的指数反引导。通过测量与电流有关的增益和折射率谱，在阈值附近实验确定了反导引因子R = 10的值。器件性能的模拟自洽解决薛定谔-泊松方程和方程的电荷传输和波导。假设载流子引起的折射率变化与实验确定的反导因子相匹配，则理论上可以再现所测得的高阈值电流和具有浅脊的激光器的远场图案的形状。
2016-03-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The effect of the three-dimensional strain variation on the emission properties of light-emitting diodes based on (In,Ga)N/GaN nanowires
在基于N-极性（In，Ga）N/GAN纳米线的发光二极管（LED）的电致发光（EL）光谱中，我们观察到了一个双峰结构。两个峰的相对强度随注入电流以一种特殊的方式演化。空间和光谱分辨EL图证实了光谱中存在两个主要跃迁，并表明它们是由大多数单个纳米LED发射的。为了阐明这种效应的物理起源，我们对平面LED和NW-LED的应变、电场和电荷密度分布进行了理论计算。在此基础上，我们还模拟了这些器件的EL光谱，表现出双峰结构的N极性异质结，无论是在NW和平面的情况下。相反，当模拟Ga极性平面LED时，没有观察到该特征。我们发现双峰结构的物理根源是N极性异质结构的第一个和最后一个量子阱中发生的较强的量子限制斯塔克效应。只有在NW-LED的情况下才能看到的相对峰值强度随注入电流的奇特演变归因于NWs的自由侧壁处的弹性弛豫引起的三维应变变化。因此，这项研究提供了重要的见解的工作原理的N-极性LED的基础上，平面和NW异质结构。
2017-03-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large excitonic binding energy in GaN based superluminescent light emitting diode on naturally survived sub-10 nm lateral nanowires
我们展示了一种新的方法，纳米线形成的自然选择过程中，在沸腾的磷酸湿法化学蚀刻。观察到，在湿法蚀刻期间自然形成了小于10 nm的线横向尺寸和700 nm或更长的长度。通过蚀刻时间控制尺寸变化，其中根本原因是附近的晶体学六边形蚀刻坑的合并。涉及激子的发射过程被发现是有效的，并导致增强的发射特性。激子结合能通过使用量子限制而增强，由此强制电子-空穴波函数的更大重叠。幸存的纳米线几乎是无缺陷的，具有约45 meV的大激子结合能和输出电致发光光的小温度变化。我们已经观察到这些纳米线上形成的LED的超发光行为。在电流密度达到400 A/cm 2之前，没有可观察到的效率下降。因此，本工作提供了一种创新的和成本效益的方式形成的纳米线上的器件制造，并证明了立即实现的性能增强。
2015-03-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Simulation of Optimum values of device parameters to attain Peak to Valley current Ratio (PVCR) in Resonant tunneling diodes (RTD)
根据RTD的有效质量和势垒高度，提出了实现最高PVCR的最佳阱宽、势垒宽度和间隔层宽度的关系。最佳的间隔层被发现是与相应的有限量子阱的束缚态的de-Broglie波长的一半。提出的最佳参数的关系可以用来设计RTD的基础上，任何两个适当的材料，以获得最高的PVCR。研究了掺杂浓度对PVCR和峰值电流的影响。作为案例研究，我们考虑了GaAs/Ga 0.7Al 0.3As和GAN/Ga 0.7Al 0.3N RTD。使用基于传输矩阵方法的隧穿系数获得的电流密度考虑到由于材料中的介电常数的变化而引起的阱和势垒区中的电场的变化。
2020-05-07 cond-mat.mes-hall
Demonstration of Forward Inter-band Tunneling in GaN by Polarization Engineering
我们报告的GAN带间隧道结显示正向隧穿特性的设计，制造和表征。我们已经实现了非常高的正向隧穿电流（153 mA/cm 2，在10 mV，和17.7 A/cm 2的峰值电流）的极化工程GAN/InGaN/GAN异质结二极管等离子体辅助分子束外延生长。我们还报告了可重复的负微分电阻带间三族氮化物隧道结的观察，峰谷电流比（PVCR）在室温下为4。在这项工作中实现的正向电流密度满足典型的多结太阳能电池的电流驱动要求。
2011-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fighting Broken Symmetry with Doping: Toward Polar Resonant Tunneling Diodes with Symmetric Characteristics
氮化物半导体中共振隧穿输运的最新证明导致了利用这种量子输运机制用于实际应用的巨大努力。然而，在极性半导体中，固定极化电荷和移动自由载流子之间的相互作用导致不对称的输运特性。在这里，我们调查的可能性，使用简并掺杂接触层屏蔽内置的极化场和恢复对称的谐振注入。由于高掺杂浓度，GAN/AlN共振隧穿二极管（RTD）在两种偏置极性下均观察到负微分电导。此外，我们的分析模型揭示了通过均匀掺杂实现的最小共振隧穿电压的下限，由于掺杂剂的溶解度限制。电荷存储动态阻抗测量也进行了研究，表明在接近平衡的条件下，极性RTD的行为有效地作为平行板电容器。这些机制是完全再现我们的分析模型，提供了一个理论框架，在极性共振隧穿器件的设计和分析。
2023-03-15 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Current path in light emitting diodes based on nanowire ensembles
采用分子束外延技术，在Si衬底上自诱导生长（In，Ga）N/GAN纳米线，制备了发光二极管（LED）。电子束感应电流分析，阴极发光以及偏置的$μ$ -光致发光光谱，透射电子显微镜，和电气测量表明，这种LED的电致发光是由并联操作的单个NW LED的各个电流密度的差异，即由在合奏LED的电流路径的不均匀性。此外，光电特性导致的结论，这些纳米线表现出N极性和（In，Ga）N量子阱态的纳米线受到非零量子限制斯塔克效应。
2012-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Impact of random alloy fluctuations on the carrier distribution in multi-color (In,Ga)N/GaN quantum well systems
在这项工作中，我们研究的影响，随机合金波动的电子和空穴分布在有源区的（In，Ga）N/GAN多量子阱基发光二极管（LED）。为此，采用原子紧束缚模型来解释微观水平上的合金波动，并且由此产生的紧束缚能量景观形成漂移扩散模型的输入。在这里，量子校正通过本地化景观理论，我们表明，当忽略合金无序我们的理论框架产生类似的商业软件包，采用自洽的薛定谔-泊松漂移扩散求解结果。类似于文献中的实验研究，我们专注于多量子阱系统，其中三个阱中的两个具有相同的In含量，而第三个阱的In含量不同。通过改变这种量子阱结构中阱的顺序，并观察不同发射波长的相对辐射复合率，我们（i）可以深入了解这种系统中载流子的分布，（ii）可以将我们的发现与实验中观察到的趋势进行比较。我们的结果表明，载流子的分布显着依赖于量子阱微结构的处理。当包括随机合金波动和量子校正的模拟中，计算出的相对辐射复合率作为良好的排序的函数的趋势与以前的实验研究是一致的。广泛采用的虚晶近似的结果与实验数据相矛盾。总的来说，我们的工作突出了在（In，Ga）N/GAN多量子阱系统中载流子输运的仔细和详细的理论描述的重要性，以最终指导基于III-N的LED结构的有源区的设计。
2022-09-23 cond-mat.mes-hall
Strong Band-Edge Light Emission from InGaAs RTDs: Evidence for the Universal Nature of Resonant- and Zener- Co-Tunneling
报道了室温n型单极性掺杂In0.53Ga0.47As/AlAs双势垒共振隧穿二极管（DBRTD）在In0.53Ga0.47As带边1650 nm附近的强发光。的发射特性是非常相似的，最近在GAN/AlN DBRTD中观察到的，这两者都表明，发射的机制是跨间隙电子空穴复合通过共振和齐纳共隧穿的电子，后者的机制产生所需的孔。分析表明，由于相对较小的带隙，齐纳隧穿概率可以在这种In0.53Ga0.47As/AlAs DBRTD大，是一种机制，可能被忽视了在长期的文献。共隧穿的普遍性最好地由凯恩隧穿概率中的因子（EG）2/F支持，该因子在In0.53Ga0.47As和GAN DBRTD的峰值电压处几乎相同。
2018-04-20 cond-mat.mes-hall
Defeating Broken Symmetry with Doping: Symmetric Resonant Tunneling in Noncentrosymetric Heterostructures
极性异质结中的共振隧穿输运与几何贝里相产生的极化场密切相关。在这些结构中，量子限制的结果不仅在一个离散的电子光谱，而且在内置的极化电荷表现出破坏反转对称沿运输方向。因此，电子相对于电流方向经历高度不对称的量子干涉效应。通过采用掺杂来对抗对称性破缺，我们确定性地控制通过GAN/AlN共振隧穿二极管的共振传输，并实验证明了在非中心对称双势垒电位的对称共振隧穿注入的恢复。
2023-03-15 cond-mat.mes-hall
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
Depth Control of Room-Temperature Quantum Emitters in Gallium Nitride
Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）
该研究针对GaN量子发射器光子提取效率低于模拟值的问题，通过插入低温GaN中间层实现了精度60 nm以下的任意深度量子发射器控制，为GaN中腔增强量子发射奠定了关键基础。
2026-08-27 cond-mat.mes-hall physics.optics
Absence of quantum-confined Stark effect in GaN quantum disks embedded in (Al,Ga)N nanowires grown by molecular beam epitaxy
平面（Al，Ga）N基深紫外发光二极管的几个关键问题可以通过利用纳米线异质结构来克服，表现出高的结构完美性和改善的光提取。本文研究了用等离子体辅助分子束外延方法在Si（111）衬底上生长的GAN/（Al，Ga）N纳米线系综的自发发射。纳米线包含嵌入在长（Al，Ga）N纳米线段中的单个GAN量子盘，这对于有效的光提取至关重要。这些量子盘被发现在出乎意料的高能量下表现出强烈的发射，即显著高于GAN带隙，并且几乎与盘的厚度无关。深入调查的实际结构和组成的纳米线揭示了自发形成的Al梯度沿和跨纳米线，导致在一个复杂的核/壳结构与Al缺乏的核心和富铝壳连续变化的Al含量沿整个长度的（Al，Ga）N段。这种沿纳米线生长轴的组成变化引起壳的极化掺杂，导致盘中的简并电子气，从而屏蔽内置电场。高载流子密度不仅导致出乎意料的高跃迁能量，而且辐射寿命仅弱地依赖于温度，导致GAN量子盘的相对高的内部量子效率直到室温。
2019-08-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Nanometre scale monitoring of the quantum confined stark effect and emission efficiency droop in multiple GaN/AlN quantum disks in nanowires
我们报告了一个详细的研究的强度依赖的光学性质的单个GAN/氮化铝量子阱（QOLD）嵌入到GAN纳米线（NW）。在扫描透射电子显微镜（STEM）中用高空间分辨率阴极发光（CL）研究了QNO 3的结构和光学性质。通过用纳米级电子束以跨越3个数量级的电流激发量子阱，观察到光发射中的强非线性（能量偏移）。特别是，我们发现，能量转移的量取决于发射率和QDisk形态（大小，沿NW和壳厚度的位置）。对于较厚的量子点（> 4 nm），随着量子点发射强度的增加，量子点发射能量发生蓝移。这被解释为量子阱内部入射电子束激发的载流子密度增加的结果，其屏蔽了内部电场，从而降低了这些量子阱中存在的量子限制斯塔克效应（QCSE）。对于更薄的QCSE（<3 nm），蓝移几乎不存在，与在这样的尺寸下可忽略的QCSE一致。对于中等大小的QCSE，存在一个电流阈值，高于该阈值，能量转移，标志着从未屏蔽到部分屏蔽的QCSE的过渡。从阈值，我们估计的寿命在未屏蔽的制度。这些观察结果表明，与直觉相反，高能量的电子最终可以表现为单个电子空穴对发生器。此外，当我们将电流从1 pA增加到10 pA时，发光效率下降超过一个数量级。这种发光效率的降低是在氮化物基2D发光二极管中观察到的效率下降的表现，这是一种暂时归因于俄歇效应的现象。
2016-05-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
