Spontaneous nucleation and growth of GaN nanowires: Fundamental role of crystal polarity
本文通过实验证明，在无缺陷的AlN层上，GaN纳米线自发形成且必然为N极性，而Al极性表面不形成Ga极性纳米线，极性反转由Si_xN诱导，对理解生长机制和器件应用具有重要意义。
2024-01-30 cond-mat.mtrl-sci
Single-Crystal N-polar GaN p-n Diodes by Plasma-Assisted Molecular Beam Epitaxy
采用等离子体辅助分子束外延技术在单晶N极性GAN体晶片上实现了N极性GAN p-n二极管。电流-电压特性显示出高质量的整流和电致发光特性，具有高开/关电流比和带间光子发射。测得的电致发光光谱主要是强的近带边发射，而深能级发光被大大抑制。非常低的位错密度导致高的反向击穿电场。低漏电流N极二极管在偏振工程光子和电子器件中开辟了几个潜在的应用。
2017-06-08 cond-mat.mtrl-sci
MOCVD growth of N-polar GaN on on-axis sapphire substrate: impact of AlN nucleation layer on GaN surface hillock density
本文报道了用金属有机物化学气相沉积（MOCVD）法在名义上同轴（0001）蓝宝石衬底上生长N极性GAN时，生长条件对表面小丘密度的影响。通过优化的高温AlN成核层和在GAN过生长中使用铟表面活性剂，实现了小丘密度的大幅度降低。结果，小丘密度从1000个小丘/cm $^{-2}$减少到170个小丘/cm，减少了五分之一以上。所得GAN薄膜的晶体质量和表面形貌的特征在于高分辨率X射线衍射和原子力显微镜，并发现是相对不受缓冲条件。它还表明，较小的表面特征的密度是不受AlN缓冲条件。
2017-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Luminescent N-polar (In,Ga)N/GaN quantum wells grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy at high temperature
通过等离子体辅助分子束外延在约650 °C的常规生长温度下在独立GAN衬底上制备的N极性（In，Ga）N/GAN量子阱即使在10 K下也不表现出任何可检测的发光。在本工作中，我们研究了在730 °C恒温下生长在Ga和N极性GAN衬底上的（In，Ga）N/GAN量子阱。这种异常高的温度导致Ga极性样品的In掺入消失。相比之下，量子阱的In含量为20%和突变界面上形成的N-极性GAN。此外，这些量子阱表现出空间上均匀的绿色发光带至室温，但观察到该带的强度强烈淬灭与温度。依赖于温度的光致发光瞬态表明，这种热猝灭与高密度的非辐射Shockley-Read-Hall中心具有大的电子和空穴捕获系数有关。
2017-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Growth mechanisms of GaN on the O-terminated ZnO(000-1) surfaces
利用第一性原理计算研究了1 ML-GaN在O极性ZnO（000-1）界面结构上的稳定性。计算结果表明，在O-极性ZnO（000-1）界面上的1 ML-GaN最稳定的结构是N-极性。然而，我们已经发现，吸附原子动力学的O-终止的ZnO（000-1）表面上的结果显示Ga极性。我们发现，改变生长在ZnO（000-1）表面上的GAN晶体极性的关键是生长温度。我们认为，在合适的低温和化学计量比生长条件下，在O端ZnO（000-1）表面生长Ga极性GAN晶体的最佳初始生长条件。实验结果表明，在衬底温度低于300 ℃时，用PLD法在ZnO（000-1）衬底上生长的GAN具有Ga极性，这与理论计算相一致
2006-03-04 cond-mat.mtrl-sci
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
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
Record negative photoconductivity in N-polar AlGaN/GaN quantum-well heterostructures
Fujitsu Limited（富士通株式会社）
本研究发现将GaN/AlN超晶格背势垒引入N极性AlGaN/GaN量子阱异质结构可诱导从正光电导向负光电导转变，其光电导产率超85%且在高温下稳定，为开发光电逻辑门等器件提供新途径。
2025-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Self-regulated charge transfer and band tilt in nm-scale polar GaN films
迄今为止，Bernardini、Fiorentini和Vanderbilt（PBFV）的通用极化已被广泛用于解决III-V族氮化物半导体中的极性问题，但氮化物材料和光电子器件的性能的改进受到限制。对纳米尺度[0001] GAN薄膜电子结构的第一性原理计算表明，这些薄膜的内部电场和能带倾斜与PBFV的预测方向相反.另外，确定了跨膜的固有自调节电荷转移限制跨膜的静电电势差，这使得局部导带能量最小值（在Ga端接表面处）近似等于局部价带能量最大值（在N端接表面处）。发现这种效应发生在厚度大于~ 4 nm的膜中。
2006-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Emission of Linearly Polarized Single Photons from Quantum Dots Contained in Nonpolar, Semipolar, and Polar Sections of Pencil-Like InGaN/GaN Nanowires
同质外延生长的GAN纳米线的一种类似于橄榄枝的形态被利用用于制造薄的共形intragrawire InGaN纳米壳，其在非极性、半极性和极性晶体区域中托管量子点。所有三种量子点类型都表现出具有窄发射线宽和高度线性光学偏振的单光子发射。主晶体区域强烈影响单光子波长和发射寿命，对于非极性和半极性量子点达到亚纳秒时间尺度。局域化网站的InGaN潜在的景观，最有可能引起铟波动的InGaN纳米壳层，被确定为单光子发射的驱动机制。在此报道的类纳米晶InGaN纳米壳是第一个能够承载所有三种类型的单光子源的单一纳米结构，因此，是集成到未来光子电路中的可调谐量子光器件的有前途的构建块。
2017-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Nonlinear charge transport in highly polar semiconductors: GaN, AlN, InN and GaAs
在本文中，我们提出了一个收集的结果集中在掺杂的直接带隙反带高极性III族氮化物半导体（GAN，AlN，InN）和GaAs的瞬态和稳态的输运性质，通过使用非线性量子动力学理论的基础上的非平衡统计系综形式主义（NESEF）计算。在本文中，这些结果进行了比较，计算usingMonteCarlo模拟和实验测量。在中到高电场存在下，考虑了n型和p型材料在不同温度和载流子浓度下的非线性量子动力学理论计算结果与MonteCarlo计算结果和实验数据之间的一致性非常好，从而令人满意地验证了NESEF。
2021-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Influence of Fröhlich polaron coupling on renormalized electron bands in polar semiconductors. Results for zincblende GaN
本文发展了一种计算极性半导体导带最低或价最高电子能量$\mathbf{k}n$的零点和热重整化电子能量\ni的简单方法。我们使用绝热近似，包括一个虚加宽参数$iδ$，以抑制密度泛函积分中的噪声。Fröhlich极化子方法提供了有问题的光学声子模式的贡献的解析表达式。我们用它来校正从绝热近似获得的重整化。测试计算是针对18x 18x 18集成栅格的锌掺杂GAN进行的。对于导带最小值的零点能移，弗罗里希修正的量级为-0.02 eV，对于价带最大值的零点能移，弗罗里希修正的量级为+0.03 eV;对于3.28 eV带隙的重整化，弗罗里希修正的量级为-0.05 eV，这是总零点重整化的-0.15 eV的一个重要部分。
2016-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Elimination of basal-plane stacking faults in semipolar/nonpolar GaN and light emitting diodes heteroepitaxially grown on sapphire substrates
高质量的半极性和非极性GAN在实现高性能GaN基光电子器件中是至关重要的，然而，实现无基底平面堆垛层错（BSF）的大面积晶片一直是非常具有挑战性的。在这项工作中，我们报告了一种方法来制备大面积，无堆叠故障（SF-自由）半极性GAN（4英寸）蓝宝石衬底。BSF形成的根本原因是在半极性和非极性异质外延期间出现N极性（000-1）面。利用动力学Wulff图的概念，我们成功地抑制了GAN（000-1）面的出现，从而消除了（000-1）基面上产生的层错。通过透射电子显微镜、阴极发光和低温光致发光表征证实了这一结果。此外，具有良好特性的InGaN发光二极管已经在蓝宝石衬底上的无SF半极性（20-21）GAN上制备。我们的工作开辟了一个新的见解异质外延生长的非极性/半极性GAN，并提供了一种方法，生产无SF-free的非极性/半极性GAN材料在大面积的晶圆，这将创造新的机会，在GAN光电和微电子研究。
2018-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Effects of the built-in electric field on free and bound excitons in a polar GaN/AlGaN/GaN based heterostructure
该研究通过低温发光光谱和多种实验方法，探究了内建电场对GaN/AlGaN/GaN异质结构中激子行为的影响，发现电场缩短激子寿命，屏蔽后恢复体寿命，并估算了Mott密度。
2025-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Polar optical phonon states and their dispersive spectra of a wurtzite nitride superlattice with complex bases: transfer-matrix method
基于介电连续介质模型和传输矩阵方法，研究了具有任意层复基底的纤锌矿GaN基超晶格中完全极性光学声子态.证明了在具有$n$层复合基底的纤锌矿氮化物SL中可能存在$2^n$型声子模。得到了纤锌矿GAN/Al $_{x}$ Ga $_{1-x}$ N SL结构中这些模式的声子态解析解及其色散方程。对三层GAN/Al $_{0.15}$ Ga $_{0.85}$ N/AlN复合基底SL进行了数值计算。结果表明，在三层GAN/Al $_{0.15}$ Ga $_{0.85}$ N/AlN复合基底超晶格中，只存在一种界面光学（IO）声子模和四种准受限（QC）声子模。复杂基底超晶格中声子模的色散谱扩展为一系列频带。观察到了QC模退化为IO模的行为。本文的理论方案和数值计算结果对于分析纤锌矿GaN基复合基底超晶格中完全声子模的色散谱及其极化效应是十分有用的。
2011-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Propagation-mediated amplification of \{11\={2}0\}-biased inversion domain boundary alignment in polarity-mixed GaN lateral overgrowth
Kyung Hee University（庆熙大学）
研究探讨了在极性混合的GaN横向生长中，\{11\={2}0\}-偏向倒置域边界对齐的传播介导放大机制，通过统计分析和模拟验证了其对齐偏置的形成过程。
2026-03-31 cond-mat.mtrl-sci
InN and GaN/InN monolayers grown on ZnO {0001}
采用等离子体辅助分子束外延（PAMBE）技术在氧极性（O）（000-1）和锌极性（Zn）（0001）氧化锌（ZnO）衬底上生长了InN和GAN/InN薄膜。利用反射高能电子衍射（RHEED）原位和原子力显微镜（AFM）非原位研究了生长速率（GR）和衬底极性对InN和GAN/InN生长模式和表面形貌的影响。在InN的沉积过程中，从二维到三维（2D-3D）的生长模式的转变，观察到在RHEED。弛豫临界厚度随着GR的减小而增加，并且在O-ZnO上从0.6 ML（GR：1.0 ML/s）变化到1.2 ML（GR：0.2 ML/s），在Zn-ZnO上从1.2 ML（GR：0.5 ML/s）变化到1.7 ML（GR：0.2 ML/s）。GAN在1.2 ML和1.5 ML厚InN上的弛豫临界厚度分别在O-ZnO上接近于零，在Zn-ZnO上接近于1.6 ML。
2018-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Role of polarity in the growth of cubic GaN within silicon inverted pyramids
Simon Fraser University（西蒙菲莎大学）；Hyperlume（海普卢姆）
通过OMVPE在硅倒金字塔模板上选择性生长GaN，发现极性导致四重对称模板中立方GaN的对称性降为二重，并观察到两种极性反转界面结构，为微LED等小器件中避免极性反转界面提供了指导。
2026-07-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Temperature-Dependent Emission Polarization in GaN Defect-Based Quantum Emitters
本研究针对基于GaN缺陷的量子发射器本征特性尚不明确的问题，探究了集成固体浸没透镜的该类单光子发射器的温度依赖发射偏振特性，发现10K-300K区间PL保持线偏振、中温区偏振方向微转，分析了机制并给出研究路线图。
2025-05-18 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Nanostructure analysis of InGaN/GaN quantum wells based on semi-polar-faced GaN nanorods
我们展示了一系列InGaN/GAN双量子阱纳米结构元件。我们在（0001）方向的蓝宝石衬底上生长了一层2 μm的未掺杂GAN模板。在顶部沉积100 nm的SiO2薄膜作为掩模图案层。然后用300 nm铝层覆盖该层作为阳极氧化铝（AAO）孔图案层。在草酸腐蚀之后，我们通过反应离子腐蚀将孔图案从AAO层转移到SiO2层。最后，我们利用金属有机化学气相沉积法生长出尺寸约为1.5 μm的GAN奈米棒。然后在GAN纳米棒衬底的半极性面上生长了两层InGaN/GAN双量子阱。然后，我们研究了GAN纳米棒半极性表面上形成的InGaN/GAN量子阱的特性。我们报告了以下研究结果：首先，使用具有重复孔图案的SiO2，我们能够生长直径约为80-120 nm的高质量GAN纳米棒;其次，光致发光（PL）测量使我们能够识别半极性面上InGaN/GAN量子阱的法布里-珀罗效应。我们计算了量子阱的腔厚度与获得的PL测量。最后，高分辨率TEM图像使我们能够研究GAN纳米棒上InGaN/GAN量子阱的晶格结构特征，并确定晶格结构中存在的影响GAN纳米棒生长机制的穿透位错。
2016-12-14 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Measurement of the variable surface charge concentration in gallium nitride and implications on device modeling and physics
我们已经评估了在GAN/AlGaN/GAN异质结的表面的界面陷阱态（Dit）的密度由先前描述的门控范德堡实验，以及由UV辅助门控范德堡方法，在这篇文章中描述。所获得的Dit值比表面施主理论假设的低约两个数量级，并且比补偿GAN中的极化表面电荷所需的低三个数量级。以前的实验研究使用各种其他技术报告类似的低Dit值。因此，我们得出结论，可变的midgap表面电荷是不负责的二维电子气的形成，并且不能补偿GAN中的大的表面极化电荷。一个尚未解释的极化自补偿（PSC）表面电荷必须调用占实验。提供了一些关于拟议PSC收费的物理性质的意见。
2019-02-23 cond-mat.mtrl-sci
N-polar GaN p-n junction diodes with low ideality factors
采用等离子体辅助分子束外延技术在单晶N极性GAN体衬底上实现了高质量的N极性GAN p-n二极管。室温下的电流-电压特性表明，在4 V时，开/关电流比高达10^11，理想因子为1.6。当温度升高到200 ℃时，表观理想因子逐渐接近2.在如此高的温度下，Shockley-Read-Hall复合时间估计为0.32-0.46 ns。测得的电致发光光谱主要是由一个强大的近带边发射，而深能级和受体相关的发光被大大抑制。在没有场板的情况下，实现了2.4MV/cm的相对高的反向击穿场。这项工作表明，N极性GAN二极管的质量现在接近其最先进的Ga极性对应物。
2022-05-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Anisotropic structural and optical properties of a-plane (11-20) AlInN nearly-lattice-matched to GaN
我们报道了与GAN晶格匹配的a面（11-20）AlInN层的外延生长。与c面取向的外延层不同，a面Al_{1-x} In_{x} N不能同时在两个面内方向上与GAN晶格匹配。我们研究了温度对铟掺入的影响，并在760^{o}C的生长温度下获得了近晶格匹配的Al_{0.81} In_{0.19} N。我们概述了一个程序来检查面内晶格失配使用高分辨率X射线衍射，并评估应变和临界厚度。偏振分辨的光学透射率测量的Al_{0.81} In_{0.19} N外延层揭示了一个带隙的差异约140毫电子伏之间（电场）E_parallel_c [0001]轴和E_vertical_c的条件与室温光致发光峰值为3.38 eV强极化与E_parallel_c，在很好的协议与应变相关的能带结构计算。
2011-06-21 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
Electronic and Optical Properties of Functionalized GaN (10-10) Surfaces using Hybrid-Density Functionals
小分子配体在半导体表面的吸附是一种可能的途径来修饰这些表面，使得它们可以用于生物传感和光电子器件。在这项工作中，我们进行密度泛函理论计算的电子和光学性质的GAN-（10 $\bar1$ 0）表面的小配体。从研究的锚基团，我们表明，巯基引入状态的GAN带隙。然而，这些状态不是光学活性的，至少对于这些完美的表面。这意味着需要考虑更真实的表面，以表明表面改性如何增强GAN非极性表面的光学特性。
2018-10-22 cond-mat.mtrl-sci
AlN interlayer to improve the epitaxial growth of SmN on GaN (0001)
报道了用分子束外延技术在Ga极性GAN（0001）模板上原位外延生长SmN薄膜的研究。使用X射线光电子能谱学，我们发现，Ga偏析在生长的第一阶段的表面。我们发现，有关Ga表面偏析的问题，可以简单地通过生长几个单层的氮化铝开始SmN生长之前抑制。这导致通过X射线衍射评估的SmN薄膜的结晶度的显著改善。
2016-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Computing Equilibrium Shapes of Wurtzite Crystals: The Example of GaN
晶体形态对于基于低维纳米材料的器件的设计和功能是重要的。平衡晶体形状（ECS）是这方面的关键量。它是由表面能，这是很难获得实验，但通常可以很好地预测的第一原理方法。不幸的是，这对于纤锌矿晶体的极性和半极性表面来说并不一定如此。通过扩展的武尔夫建设的概念，我们证明，ECS仍然可以得到这类材料。以GAN为例，我们根据化学势确定了不同的晶体形状，从而揭示了实验观察到的GAN纳米结构。
2015-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Experimental demonstration of a Two-Dimensional Hole Gas (2DHG) in a GaN/AlGaN/GaN based heterostructure by optical spectroscopy
本文结合多种光谱学技术与数值模拟，首次在具有微米级 AlGaN 层的 GaN/AlGaN/GaN 异质结构中光学演示了二维空穴气的存在，并揭示了其光致发光复合机制。
2023-12-20 cond-mat.mtrl-sci
First-principles band alignment engineering in polar and nonpolar orientations for wurtzite AlN, GaN, and B$_x$Al$_{1-x}$N alloys
Arizona State University（亚利桑那州立大学）
本文通过密度泛函理论等方法计算了B$_x$Al$_{1-x}$N在不同取向下的能带对齐，发现低xB$_x$Al$_{1-x}$N/AlN具有近零价带对齐，高xB$_x$Al$_{1-x}$N则呈现I型或II型对齐，为高电子迁移率晶体管和紫外发光二极管设计提供指导。
2025-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Interface recombination in Ga- and N-polar GaN/(Al,Ga)N quantum wells grown by molecular beam epitaxy
我们探索并系统地比较了用等离子体辅助分子束外延（PA-MBE）在独立GAN $(0001)$和GAN $(000\bar{1})$上生长的GAN/（Al，Ga）N多量子阱（MQW）的形貌、结构和光学性质。不同极性的样品被发现是可比的，在它们的形态和结构的完美性，并表现出基本相同的量子阱宽度和Al含量。无论晶体取向，激子在10 K的多量子阱中的衰减主要是辐射和光致发光（PL）的能量遵循量子限制斯塔克效应（QCSE）为不同的量子阱宽度。一个突出的自由到绑定的过渡，涉及界面浅施主，然而，可见的N-极性多量子阱。在室温下，相比之下，在所有样品中的激子衰减是占主导地位的非辐射复合发生在点缺陷，大概是位于底部QW接口的Ca或VN。值得注意的是，在室温下，N极性多量子阱比Ga极性多量子阱表现出更高的PL强度和更长的衰减时间。这种提高的内部量子效率归因于内部电场的有利取向，其有效地降低了界面陷阱态对少数载流子的捕获率。
2022-05-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-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
Nanoscale Effects on Heterojunction Electron Gases in GaN/AlGaN Core/Shell Nanowires
对GAN/AlGaN核壳结构的六边形和三角形截面纳米线异质结电子气的电子性质进行了理论研究。我们发现，在纳米尺度下，非极性六方晶系在六角处呈现出简并的准一维电子气，在较低的掺杂下过渡到以核为中心的电子气。相比之下，极性三角形核/壳纳米线的极性面或一个单一的准一维电子气的极性面相对的角落，取决于终止的极性面上的非简并电子气。更一般地说，我们的研究结果表明，在封闭的纳米系统中的电子气体是定性的不同，从他们的散装同行。
2011-06-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Investigation of nitrogen polar p-type doped GaN/AlxGa(1-x)N superlattices for applications in wide-bandgap p-type field effect transistors
本论文研究了N极性调制掺杂p-AlGaN/GAN超晶格的MOCVD生长及其电学性质。空穴层电荷密度和迁移率作为SL中的p型掺杂剂Mg的浓度和SL周期数的函数进行了研究。进行室温霍尔测量以确定空穴迁移率和薄层电荷密度。当空穴密度随着SL周期数的增加而增加时，空穴迁移率基本上不受影响，对于Mg调制掺杂为7.5e18 cm-3的N极性SL，在同时具有6.5e13 cm-2的高空穴密度时，空穴迁移率高达18 cm 2/Vs。对于可比较的均匀掺杂的Ga极性SL样品，测量到11 cm 2/Vs的迁移率。还报道了GAN/AlGaN材料系统的最低薄层电阻为5 kOhm/sq。测试结构的晶体管也被制造来研究这些SL结构的适用性，其中平面器件导致5 mA/mm的电流，并且FinFET结构导致超过100 mA/mm的电流。
2019-10-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Quantum-Confined Stark Effect in polar and nonpolar Wurtzite InN/GaN Heterostructures: Influence on Electronic Structure and Compensation by Coulomb Attraction
本文系统地分析了极性和非极性纤锌矿-InN/GAN量子点的电子结构及其由于本征场引起的量子限制Stark效应而引起的电子结构变化。这是通过将连续弹性理论与经验紧束缚模型相结合来描述这些氮化物系统中的弹性和单粒子电子性质来实现的。在此基础上，采用多体处理方法确定了光吸收谱。光学跃迁的效率取决于库仑相互作用和量子限制斯塔克效应之间的相互作用。我们引入了一个有效的限制势，它代表了电子结构的影响下的固有极化场和计算所需的库仑相互作用的强度，以减少电子和空穴的分离。
2013-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic defect-induced ferromagnetism and transport in Gd-doped GaN two-dimensional electron gasses
在这里，我们报告的稀土Gd掺杂的磁性和磁输运的GAN二维电子气（2DEGs）的影响。样品通过等离子体辅助分子束外延生长，并由AlN/GAN异质结构组成，其中Gd在极化诱导的2DEG内进行δ掺杂。在这些Gd掺杂的2DEG中观察到铁磁性，其居里温度高于室温，并且各向异性自发磁化倾向于平面外（c轴）取向。在高达50 kOe的磁场下，面内配置的磁化强度保持小于面外配置的磁化强度，这表明交换耦合自旋沿极c轴锁定。具有最低Gd浓度（2.3 $\times$ $10^{14}$ cm $^{-2}$）的样品在5 K下表现出41.1 $μ_B/Gd^{3+}$的饱和磁化强度，这表明单独的Gd离子自旋（7 $μ_B$）不能解释磁化强度。令人惊讶的是，没有任何Gd生长的对照样品显示不一致的磁性;在一些对照样品中观察到弱铁磁性，而在其他样品中观察到顺磁性。铁磁2DEG不表现出异常霍尔效应;霍尔电阻随磁场非线性地变化，但不跟踪磁化，这表明铁磁相和2DEG内的导带电子之间缺乏耦合。
2015-11-21 cond-mat.mtrl-sci
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
On the Origin of Carrier Loss in Mg-Doped N-Polar GaN
North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）；Adroit Materials
研究发现Mg掺杂N极GaN中载流子损失主要由中性$(V_N-3Mg_{Ga})^0$复合物的形成引起。
2025-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A 5.7 THz GaN/AlGaN quantum cascade detector based on polar step quantum wells
我们报告的GAN/AlGaN量子级联探测器工作在太赫兹光谱范围。该器件通过金属有机化学气相沉积在c-蓝宝石衬底上生长，并依赖于极性GAN/AlGaN台阶量子阱。有源区厚度在微米范围内。结构、电学和光学研究证明了合成氮化物材料的高结构质量。该探测器在10 μ m周期光栅表面法向辐照下，在10 K温度下，光电流峰值为5.7 THz（23.6 meV），响应度为0.1 mA/W。光电流持续到20 K。
2022-04-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
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
Plasmonic switching in Au functionalized GaN nanowires in the realm of surface plasmon polatriton propagation: A single nanowire switching device
报道了Au纳米颗粒功能化半导体GAN（Au-GaN）纳米线的光响应，用于使用532激发的光开关。采用催化剂辅助化学气相沉积技术生长了宽带隙GAN纳米线，并通过化学方法进行了Au功能化。Au-GaN纳米线显示出Au纳米团簇在550 nm附近的表面等离子体共振（SPR）模式以及GAN在365 nm附近的特征带。观察到的光学开关的Au-GaN纳米线的子带隙激发532 nm的表面等离子体激元辅助传输的电子在系统中的可能作用。在不存在使用325 nm激发的光开关的情况下，排除了带传导的作用，325 nm激发的能量高于室温下GAN的约3.4 eV（365 nm）的报道带隙。随着粒子间的分离，有限量的Au的带间贡献起着重要的作用。开关器件也成功地测试了一个单一的GAN纳米线功能化与金纳米团簇。对于单个GAN纳米线中的载流子的表面等离子体激元辅助电输运，测量到0.05欧姆-cm的电阻率值。
2015-08-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Geometrically-Controlled Microscale Patterning and Epitaxial Lateral Overgrowth of Nitrogen-Polar GaN
提出一种结合 KOH 各向异性湿法刻蚀几何图形化与保向外延再生长的两步法，实现氮极性 GaN 平滑合并并降低穿位错密度。
2024-02-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Tuning Electrical and Thermal Transport in AlGaN/GaN Heterostructures via Buffer Layer Engineering
在过去十年中，基于氮化镓（GAN）的宽带隙III-V材料系统的进展已经成为实现高功率和高频电子器件的主要驱动力。由于AlGaN/GAN界面处的高导电性二维电子气（2DEG）基于内置极化场（非掺杂）并且被限制在非常小的厚度，因此其载流子与其掺杂对应物相比表现出高得多的迁移率。在这项研究中，我们表明，这种异质结构的材料还提供了独特的能力，操纵电输运分开从热输运通过检查全悬浮AlGaN/GAN隔膜的不同GAN缓冲层厚度。值得注意的是，我们表明，$100$纳米薄GAN层可以大大阻碍热流而不电输运退化，并且在基于2DEG的异质结构中观察到热电优值（$\it zT$）的显著改善（~ $4$ x）。我们还观察到最先进的热电功率因子（$4-7\times$ $10^{-3}$ $\,Wm^{-1}K^{-2}$）在室温下）在该材料系统的2DEG。这种显着的调谐行为和热电增强，阐述了在这里第一次在基于极化的异质结构，是实现的，因为电子是在异质结构的界面，而声子的材料系统内。这些结果突出了在III-V族材料中使用2DEG用于片上热传感和能量收集的潜力。
2018-02-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen Surfactant Assisted Coherent Growth of GaN on ZnO Substrate
自从GAN在发光二极管（LED）领域取得巨大成功以来，纤锌矿基异质结器件的研究引起了人们极大的兴趣。在可能的异质结构材料候选者中，在廉价且晶格匹配的ZnO衬底上的高质量GAN薄膜在商业上和技术上都是理想的。然而，ZnO极性表面的能量远低于GAN极性表面的能量。因此，固有的润湿条件禁止这样的异质结构。结果，获得了较差的晶体质量和3D生长模式。为了极大地改变异质结构的生长模式，我们建议使用氢作为表面活性剂，证实了我们的第一性原理计算。稳定H涉及的表面配置和接口的调查，与新开发的算法的帮助下。通过应用H $_2$的实验吉布斯自由能，我们还预测了H的温度和化学势，这对我们的策略的实验实现至关重要。这种新方法将首次使在ZnO衬底上生长高质量GAN薄膜成为可能。我们相信我们的新策略可以降低制造成本并提高GAN基器件的晶体质量和效率。
2017-10-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
Surface energy calculations from Zinc blende (111)/(-1-1-1) to Wurtzite (0001)/(000-1):a study of ZnO and GaN
纤锌矿结构（000 - 1）/（000-1）表面的绝对表面能是确定重要能源材料薄膜生长模式的关键。然而，由于计算非对称键合表面原子的悬挂键能的固有困难，表面能仍有待解决。在本研究中，我们使用赝氢钝化方法来估计悬挂键能，并计算ZnO和GAN的极性表面。这些计算是基于从一组四面体簇或简单的伪分子得到的伪化学势，使用密度泛函理论方法。同时我们得到的纤锌矿ZnO和GAN的（000-1）/（000-1）表面的表面能显示出较高的自发光。提出了一种新的I族和VII族元素底面钝化方案的楔形结构计算方法，计算了纤锌矿ZnO极性表面的绝对表面能，并与上述方法进行了比较。这些计算和比较可以为上述材料的晶体生长提供重要的见解，从而导致半导体器件的显著性能增强。
2015-10-30 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
