Optical properties of wurtzite GaN/AlN quantum dots grown on non-polar planes: the effect of stacking faults in the reduction of the internal electric field
研究了非极性GAN/AlN量子点的光发射特性。这些量子点内的堆垛层错的存在证明了在光致发光与温度和激发功率的依赖性。非极性量子点的电子结构和光学性质的理论模型，考虑到其现实的形状，提出了预测的内部电场的大幅减少，但持续的量子限制斯塔克效应，极性GAN/AlN量子点。模拟量子点内部的3单层堆垛层错的影响，其充当纤锌矿基质中的锌包合物，导致内部电场额外减少30%，并且更好地解释了观察到的光学特征。
2016-01-19 cond-mat.mes-hall
High efficiency deep-UV emission at 219 nm from ultrathin MBE GaN/AlN quantum heterostructures
半导体中低于250 nm（~5 eV）的深紫外（UV）光发射传统上由含高铝的AlGaN合金量子阱获得。它在这里示出，高品质的外延GaN GAN盘嵌入在AlN矩阵可以产生有效的光发射在219-235 nm（~5.7至5.3 eV）的光谱范围内，远高于GAN带隙（3.4 eV）的GaN。这些异质结构中的量子限制能大于传统半导体的带隙，这是由于大的带偏移而成为可能的。这些分子束外延生长的极端量子限制GAN/AlN异质结构在短至219 nm的波长下表现出高达40%的内量子效率。这些观察结果，连同工程师的带间光学矩阵元素，以控制在这种新的二元量子盘有源区的光子发射的方向的能力提供了独特的优势，合金AlGaN量子阱对应物的实现深紫外发光二极管和激光器。
2017-04-27 cond-mat.mes-hall
Polarization-mediated Debye-screening of surface potential fluctuations in dual-channel AlN/GaN high electron mobility transistors
提出了一种双沟道AlN/GAN/AlN/GAN高电子迁移率晶体管（HEMT）结构，并进行了模拟，证明了该结构可以抑制由于表面陷阱电荷引起的栅极延迟。利用双二维电子气（2DEG）通道，使得顶部2DEG用作屏蔽由表面俘获电荷引起的电势波动的等电位。底部沟道用作晶体管的调制沟道。两种设备建模方法已被执行作为一种手段，以指导设备的设计，并阐明设计和性能指标之间的关系。建模工作包括一个自洽的泊松-薛定谔解决方案的静电模拟以及流体动力学三维设备建模的三维静电，稳态和瞬态模拟。实验结果验证了HEMT的设计，从而同质外延生长在独立的GAN衬底和制造的同一晶片的双沟道和凹栅AlN/GAN HEMT已被证明。显着的脉冲门的性能已通过制造的HEMT通过栅极滞后比为0.86，最小的漏极电流崩溃，同时保持高水平的直流和射频性能。
2016-10-13 cond-mat.mes-hall
Excitonic properties of strained wurtzite and zinc-blende GaN/Al(x)Ga(1-x)N quantum dots
我们从理论上研究了应变纤锌矿（WZ）和锌锌矿（ZB）GAN/AlN量子点以及应变GAN/AlGaN量子点中的激子态。我们发现，应变场显着修改的GAN量子点的导带和价带边缘。压电场对WZ型GaN/AlN量子点的激子性质起主导作用，而对WZ型GAN/AlGaN量子点的影响较小，对ZB型GAN/AlN量子点的影响很小。结果表明，WZ GAN/AlN量子点的激子基态能量相对于体WZ GAN的能隙发生了红移.红移跃迁的辐射衰减时间很大，并且几乎呈指数增长，从高度为3 nm的量子点的6.6ns增加到高度为4.5nm的量子点的1100 ns。WZ GAN/AlGaN量子点的辐射衰减时间及其随量子点高度的增加均小于WZ GAN/AlN量子点。另一方面，ZB GAN/AlN量子点的辐射衰减时间为0.3 ns的数量级，并且几乎与量子点高度无关。我们的研究结果与现有的实验数据吻合得很好，可以用来优化GAN量子点的参数，提出光电应用。
2003-10-15 cond-mat.mes-hall
Ground State Resonant Two-Photon Transitions in Wurtzite GaN/AlN Quantum Dots
研究了纤锌矿GAN/AlN量子点在基态共振下的双光子跃迁速率。由于极性纤锌矿III族氮化物异质结构固有的电子-空穴分离，基态跃迁是双光子允许的。我们表明，这种内置的奇偶校验打破机制可以通过相干双光子激发单光子发射的确定性触发。单光子弛豫得到的辐射寿命与可用的时间分辨微光致发光实验吻合良好，表明所采用的基于8带k. p-波函数的计算框架的可靠性。从双光子过程可能的腔增强和非简并增强两个方面探讨了双光子单诱导辐射。
2019-06-04 cond-mat.mes-hall
Interaction of electrons with acoustic phonons in AlN/GaN resonant tunnelling nanostructures at different temperatures
在$T\geqslant 0$上，利用有限温度格林函数方法和Dyson方程，首次建立了多层氮化物基AlN/GAN纳米结构中电子与声学声子相互作用的理论。得到了描述电子与声学声子系统的哈密顿量的分量以及由于电子-声子相互作用而引起的电子谱移动的幅度。的电子光谱水平和声学声子的频谱的依赖关系被发现取决于在所研究的纳米结构中的内部势垒的位置。计算了不同温度值$T$的电子光谱和衰变率的温度漂移。
2021-01-19 cond-mat.mes-hall
Coherent tunneling in an AlGaN/AlN/GaN heterojunction captured through an analogy with a MOS contact
由于其宽带隙，III-N材料可以表现出从半导体类到介电类的行为。通过金属/AlGaN/AlN/GAN二极管和MOS接触之间的类比，我们利用这种双重性质，并显示一个直接的路径来捕获氮化物系统的能带图。然后，我们应用透明度计算来描述一个III-N异质结二极管的正向导电制度，并证明它实现了隧道二极管，在其常规肖特基势垒二极管的名称相反。排除了热电子发射，相反，相干电子隧穿方案允许考虑在室温和更高温度下的传输。
2017-05-09 cond-mat.mes-hall
Long-lived excitons in GaN/AlN nanowire heterostructures
GAN/AlN纳米线异质结构可以显示持续到室温的微秒量级的光致发光（PL）衰减时间。用Ge掺杂GAN纳米盘插入物可以将这些PL衰减时间减少两个数量级。这些现象解释的三维电场分布内的GAN纳米盘，它具有在几MV/cm的范围内的自发和压电极化的轴向分量，和径向压电贡献相关联的晶格应变的剪切分量。在低掺杂剂浓度下，在轴向和径向方向上都存在大的电子-空穴分离。相对较弱的径向电场（其比轴向场小大约一个数量级）通过掺杂被快速屏蔽。这种双向屏蔽导致电子下方的空穴的径向和轴向集中，因此，除了发光蓝移之外，PL衰减时间大幅减少。
2015-04-20 cond-mat.mes-hall
Repeatable Room Temperature Negative Differential Conductance in GaN/AlN Resonant Tunneling Diodes
采用分子束外延技术在市售GAN衬底（0001）面上生长了GAN/AlN双势垒共振隧穿异质结构。共振隧穿二极管的制作，室温下的电流-电压测量揭示了一个负微分电导区的存在下，正向偏压的峰值电流密度为~6.4 $kA/cm^2$和峰谷电流比为~1.3。反向偏置操作呈现出与异质结构中存在的极化场密切相关的特征导通阈值电压。一个分析静电模型的开发，以捕捉独特的功能极性异质结为基础的共振隧穿二极管的谐振和阈值电压的设计参数和极化场的函数。随后的测量证实了负电导的可重复性，并表明III族氮化物隧穿异质结构能够在室温下实现稳健的共振传输。
2016-06-26 cond-mat.mes-hall
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
Coupling of spontaneous emission from GaN/AlN quantum dots into silver surface plasmons
我们已经证明了表面等离子体激元诱导的自发发射率的变化，在紫外区在~ 375-380 nm，使用AlN/GAN量子点（QD）。使用时间分辨和连续波光致发光测量，AlN/GAN量子点的复合率被证明是增强时，自发发射共振耦合到金属表面等离子体模式。通过Ag-表面等离子体激元模式的激子复合过程被观察到比在正常QD自发发射中快多达3-7倍，并且强烈地依赖于发射波长和银厚度。
2004-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strain distribution in GaN/AlN superlattices grown on AlN/sapphire templates: comparison of X-ray diffraction and photoluminescence studies
本研究通过X射线衍射、光致发光和透射电子显微镜技术，系统研究了GaN/AlN超晶格中应变随阱/势垒厚度的变化规律，发现应变随厚度增加而减小，并利用密度泛函理论成功解释了量子限制斯塔克效应导致的发光峰能量降低。
2025-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Scaling and High-Frequency Performance of AlN/GaN HEMTs
测量了栅极长度为80-160 nm、宽度为100-300 μm的AlN GAN HEMT的小信号和大信号RF特性。与文献一致，电流增益截止频率和振荡的最大频率被发现与栅极长度和独立的栅极宽度的反比增加。第一次，输出功率和效率在X波段的高端被报道，并且与2 GHz的最佳报道相当，并且对栅极长度或宽度不敏感。这些结果表明，AlN/GAN HEMT可以进一步扩展，以获得更高的频率和更高的功率性能。
2017-07-27 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Dark and Bright Excitonic States in Nitride Quantum Dots
研究了氮化物基III-V族半导体GAN和AlN量子点中激子态的形成，包括库仑和交换作用。发现对于具有正晶场分裂的纤锌矿结构的GAN量子点（QDs）和具有零晶场分裂的GAN和AlN QDs，都发生暗激子形成，并且在约40 ° C处从暗激子转变为亮激子。在负晶场分裂的纤锌矿AlN量子点中，暗激子态和亮激子态之间的分裂非常小，在15 μ m左右消失。
2004-11-30 cond-mat.mes-hall
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
Assessment of AlGaN/AlN superlattices on GaN nanowires as active region of electron-pumped ultraviolet sources
在本文中，我们描述了400 nm长（88周期）的AlxGa 1-xN/AlN（0 < x < 0.1）量子点超晶格的设计和表征自组装GAN纳米线上的电子泵紫外光源的应用。纳米线上的GAN/AlN超晶格的光学性能进行了比较，与平面GAN/AlN超晶格的发射体GAN衬底上沿N极性和金属极性晶轴具有相同的周期性和厚度。纳米线样品是不太敏感的非辐射复合比平面层，达到内部量子效率（IQE）在室温下超过60%，即使在低注入条件下。IQE在更高的激发功率密度下保持稳定，最高可达50 kW/cm 2。我们证明，纳米线超晶格是足够长的收集电子-空穴对所产生的电子束与加速电压VA = 5千伏。在这样的VA下，从纳米线系综发射的光在恒定电子束激发下不显示任何猝灭的迹象（在分钟尺度上针对约8 kW/cm 2的激发功率密度进行测试）。改变点/势垒厚度比和点中的Al含量，纳米线的峰值发射可以在340至258 nm的范围内调谐。关键词：GAN，氮化铝，纳米线，紫外线
2019-11-29 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
High conductivity Polarization-induced 2D hole gases in Undoped GaN/AlN Heterojunctions enabled by Impurity Blocking Layers
高电导率的未掺杂GAN/AlN 2D空穴气体（2DHG），AlGaN/GAN 2D电子气体（2DEG）的p型对偶，为GAN中的空穴传输提供了有价值的见解，并实现了第一个GAN GHz RF p沟道FET。它们是向高速和高功率的宽带隙半导体互补电子器件迈出的重要一步。这些技术上和科学上相关的2D空穴气体被认为不像2DEG那样鲁棒，因为结构上类似的异质结构在$Δp_s >$ 7 × 10 $^{13}$ cm $^{-2}$上表现出空穴密度的宽变化和低迁移率。在这项工作中，我们发现，这些变化与不需要的掺杂杂质，如硅和氧从成核界面浮起有关。通过在AlN缓冲层中引入杂质阻挡层（IBL），我们消除了2D空穴气体密度和输运性质的可变性，从而在整个生长过程中将2DHG密度变化更严格地控制为$Δp_s \leq$ 1 x 10 $^{13}$ cm $^{-2}$，并且霍尔迁移率提高了3倍。与没有IBL的GAN/AlN结构相比，这些变化导致空穴电导率增加2- 3倍。
2021-06-30 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
A DFT Study on the Mechanical, Electronic, Thermodynamic, and Optical Properties of GaN and AlN Counterparts of Biphenylene Network
本研究通过DFT计算，揭示了BPN-GaN和BPN-AlN的电子、力学、热力学及光学性质，其中BPN-AlN稳定且带隙3.2 eV，两者具有紫外收集潜力。
2023-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Wurtzite Effects on Spin Splitting of GaN/AlN Quantum Wells
本文提出了一种新的机制（DeltaC 1-DeltaC 3耦合）来解释纤锌矿GAN的自旋分裂，这种机制源于纤锌矿的本征效应（能带折叠和结构反转不对称）。带折叠效应产生了两个导带（DeltaC 1和DeltaC 3），当kz接近反交叉区时，p波几率发生了巨大的变化。由DeltaC 1-DeltaC 3耦合和纤锌矿结构反转不对称性引起的自旋分裂能远大于传统的Rashba或Dresselhaus效应所估计的自旋分裂能。当我们将这种耦合应用到GAN/AlN量子阱中时，我们发现自旋分裂能可以通过电场敏感地控制。基于这一机理，我们提出了一种p波增强自旋极化场效应晶体管，由InxGa 1-xN/InyAl 1-yN制成，用于自旋电子学应用。
2005-10-31 cond-mat.mes-hall 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
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
Thermal boundary conductance in standalone and non-standalone GaN/AlN heterostructures predicted using machine learning interatomic potentials
本研究基于 DFT 训练的机器学习势与 NEMD，模拟独立及邻近多界面 GaN/AlN 异质结构，修正 TBC 预测并揭示界面邻近增强源于体相声子弹道输运。
2025-05-15 cond-mat.mes-hall
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
Quantum ratchet effects induced by terahertz radiation in GaN-based two-dimensional structures
在纤锌矿（0001）取向的GAN/AlGaN低维结构中观察和研究了太赫兹辐射激发的光电流效应。所示的结构表示线性量子棘轮。实验和理论分析表明，所观察到的光电流与GaN基异质结中缺乏反型中心有关。
2008-05-07 cond-mat.mes-hall
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
Hot electron energy relaxation in lattice-matched InAlN/AlN/GaN heterostructures: the sum rules for electron-phonon interactions and hot-phonon effect
采用介电连续介质（DC）模型和三维声子（3DP）模型，对晶格匹配的InAlN/AlN/GAN异质结构准二维沟道中超热电子的能量弛豫进行了理论研究.由于半空间和界面声子的电子功率耗散和能量弛豫时间计算作为电子温度$T_e$的函数，使用各种声子寿命值从实验中，然后与3DP模型的评估进行比较。3DP模型产生的结果与DC模型非常接近：在没有热声子或屏蔽的情况下，从3DP模型计算的功率损耗比DC功率耗散小5%，而稍大的3DP功率损耗（小于4%，声子寿命从0.1到1 ps）是在整个电子温度范围从室温到2500 K后，包括热-声子效应（HPE）和屏蔽。非常接近的结果也获得了能量弛豫时间与两个声子模型（在5%的偏差）。然而，3DP模型被发现低估了9%的HPE。恢复了Mori-Ando求和规则，证明了在纯声子发射过程中，除了与界面声子的散射足够弱，或者当施加简并模条件时，DC和3DP模型得到的功率耗散值一般是不同的，这也与Register的散射速率求和规则一致.我们用两种声子模型计算得到的能量弛豫时间在低电子温度（$T_e<$ 750 K）时有很大的下降，在高温时下降缓慢。弛豫时间的温度依赖性和高温弛豫时间$\sim$ 0.09 ps的计算结果与实验结果符合良好。
2014-12-10 cond-mat.mes-hall
A general solution to the Schrödinger-Poission equation for charged hard wall: Application to potential profile of an AlN/GaN barrier structure
本文给出了带电硬壁在基态完全屏蔽极限下抛物型薛定谔-泊松方程的一个与系统无关的一般形式。它是使用迭代和渐近边界条件数值求解。该解给出了能带弯曲与界面电荷密度之间的简单关系。我进一步发展的潜力和波函数的近似分析形式，精确解的基础上的属性。具体测试的有效性的假设导致的一般解决方案。被发现的基态的完全屏蔽的假设是一个限制，但是，一般的解决方案仍然提供了一个公平的近似帐户时，散装掺杂的潜力。一般的解决方案是进一步使用在一个简单的模型中的AlN/GAN势垒的电位分布，并给出了一个近似比较以及与完整的薛定谔-泊松方程的解决方案。
2010-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Voltage controlled terahertz transmission through GaN quantum wells
本文报道了在室温和低温下生长在蓝宝石衬底上的GAN量子阱在0.220- 0.325 THz频域的辐射透射测量结果。一个显着的增强的传输光束强度与施加的电压下的设备tests.For所涉及的物理现象的更深层次的理解，这些结果进行了比较与光传输的唯象理论下的电偏压有关的传输增强的二维电子气的微分迁移率的变化。
2011-05-16 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
High-efficiency spontaneous terahertz emission from electrically-excited plasmons in AlGaN/GaN two-dimensional electron gas
太赫兹科学技术的进步还有待于室温下高效率、高功率固态太赫兹光源的突破。二维电子气中的等离子体激元是一种很有前途的太赫兹辐射源有源介质。然而，还没有实现足以用于高功率操作的高壁插效率。在这里，我们报告的自发太赫兹发射可调的频率范围从0.3至2.5太赫兹通过电激发等离子体或等离子体极化激元模式在光栅栅耦合AlGaN/GAN 2DEG在7 K。通过调节光栅栅和2DEG之间的隧穿电子的能量（4.5 eV到0.5 eV），发现了从$10^{-6}$到$10^{-1}$的壁插效率。总发射功率虽然低于15 nW，但已经可以通过使用基于相同类型的2DEG的直接太赫兹场效应晶体管检测器来检测。研究结果表明，适当注入低能量、高电流密度的隧穿电子，可以获得高效率、高功率的太赫兹等离子体激元-极化激元发射。
2017-02-04 cond-mat.mes-hall
Terahertz intersubband absorption in non-polar m-plane AlGaN/GaN quantum wells
我们在m面AlGaN/GAN量子阱中展示了太赫兹子带间吸收（15.6-26.1 meV）。我们发现随着量子阱宽度的增加，峰值能量降低的趋势，与理论预期一致。然而，蓝移的跃迁能量高达14毫电子伏，观察到相对于计算值。这种蓝移被证明是随着电荷密度的降低而降低，因此归因于多体效应。此外，通过降低总片密度和插入将波函数与势垒中的电离杂质分离的未掺杂AlGaN层，获得了线宽的约40%减小（从大约8到5 meV）。
2014-06-06 cond-mat.mes-hall
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
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
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
Graphene on two-dimensional hexagonal BN, AlN, and GaN: Electronic, spin-orbit, and spin relaxation properties
我们研究了石墨烯在一系列二维六角氮化物绝缘体hXN，X = B，Al和Ga上的电子结构，采用DFT计算。采用基于量子力学的模型哈密顿量从邻近化石墨烯的低能Dirac能带中提取轨道参数和自旋轨道耦合（SOC）。虽然相称的hBN诱导约10 meV的交错电位进入狄拉克带，晶格匹配较少的hAlN和hGaN破坏狄拉克点少得多，给出低于100 $μ$ eV的交错间隙。接近的本征SOC令人惊讶地没有增加到远高于12 $μ$ eV的原始石墨烯值;它停留在（1-16）$μ$ eV的窗口中，强烈地取决于堆叠。然而，当增加硼基的原子序数时，Rashba SOC急剧增加，B、Al和Ga基氮化物的计算最大值分别为8、15和65 $μ$ eV。单个Rashba耦合也强烈依赖于堆叠，在夹层结构中消失，并且可以通过横向电场进行调谐。提取的自旋-轨道参数被用作输入自旋输运模拟的基础上切比雪夫展开的时间演化的自旋期望值，产生有趣的预测电子自旋弛豫。自旋寿命大小和各向异性强烈地依赖于特定的（hXN）/石墨烯/hXN系统，并且它们可以通过施加的外部电场以及石墨烯层中的载流子密度来有效地调谐。一个特别有趣的实验案例是石墨烯/hGaN，其中巨大的Rashba耦合被预测为诱导1-10 ns的自旋寿命，短到足以主导其他机制，并导致与传统半导体异质结构中观察到的相同的自旋弛豫各向异性：50%，这意味着面外自旋弛豫速度是面内自旋的两…
2021-02-17 cond-mat.mes-hall
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
Probing and modelling the localized self-mixing in a GaN/AlGaN field-effect terahertz detector
在GAN/AlGaN场效应太赫兹探测器中，定向光电流被映射在栅极电压和漏/源极偏压的二维空间中。研究发现，不仅光电流的大小，而且极性，可以调谐。一个准静态的自混合模型，考虑到局部太赫兹场提供了一个定量描述的探测器特性。强局域自混合被证实。因此，在亚微米尺度上设计太赫兹场的空间分布及其与场效应通道的耦合是非常重要的。
2012-03-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
Magneto-gyrotropic photogalvanic effects in GaN/AlGaN two-dimensional systems
在太赫兹辐射激发下，在（0001）取向GAN/AlGaN异质结中观察到了磁旋光电流效应和自旋电流效应。我们表明，自由载流子吸收的线性或圆偏振的太赫兹辐射在低维结构中的平面内磁场的存在下，导致光电流。这些光电流的自旋相关的现象的基础上的微观机制进行了讨论。分析了六角异质结构的磁旋效应和自旋电流效应的特性。
2007-09-27 cond-mat.mes-hall
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
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
Dielectric mismatch and shallow donor impurities in GaN/HfO2 quantum wells
本文研究了GAN/HfO $_2$量子阱中电子与杂质的结合能。该计算同时考虑由介电失配引起的所有能量贡献：（i）图像自能（即，电子与其像电荷之间的相互作用），（ii）电子与杂质之间的直接库仑相互作用和（iii）电子与杂质像电荷之间的相互作用。理论模型考虑了含时薛定谔方程的解，结果表明电子-杂质结合能的大小如何依赖于阱-势垒系统中杂质的位置。的势垒区中的大介电常数的作用是暴露与GAN/HfO $_2$与那些更典型的GAN/AlN系统的结果的比较，对于两种不同的限制制度：窄和宽的量子阱。
2014-10-15 cond-mat.mes-hall
Detection of incoherent broadband terahertz light using antenna-coupled high-electron-mobility field-effect transistors
基于太赫兹电磁波在场效应晶体管中自混合的直接太赫兹探测器的灵敏度正在提高，其噪声等效功率接近肖特基势垒二极管探测器的噪声等效功率。在这里，我们报告这样的探测器基于AlGaN/GAN二维电子气在77~K能够感测宽带和非相干太赫兹辐射。测量的光电流作为门电压的函数与自混合模型吻合得很好，光谱响应主要由天线决定。傅里叶变换光谱仪配备有为340、650和900 GHz频带设计的探测器，允许在0.1至2.0 THz的频率范围内进行太赫兹光谱学。该探测器在77 K时的光学灵敏度约为$1~\mathrm{pW/\sqrt{Hz}}$，与4.2 K时的商用硅测辐射热计相当。通过进一步提高灵敏度，室温探测器将在主动/被动太赫兹成像和太赫兹光谱学中找到应用。
2017-03-09 cond-mat.mes-hall
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
Towards bright and pure single photon emitters at 300 K based on GaN quantum dots on silicon
基于III族氮化物半导体的量子点（QD）由于其大的激子结合能而有希望在非低温温度下进行单光子发射。在这里，我们展示GAN量子点单光子发射器工作在300 K与$g^{(2)}(0) = 0.17 \pm 0.08$连续波激发下。在该温度下，达到高达$6\times10^6 \, \text{s}^{-1}$的单光子发射速率，同时保持$g^{(2)}(0) \leq 0.5$。我们的研究结果是GAN量子点嵌入在硅上生长的平面AlN层，代表了一个很有前途的途径，为未来的互连与光波导和腔。这些样品允许探索单光子源的关键性能指标的限制因素，例如亮度和单光子纯度。虽然高亮度是由大的激子结合能保证的，但单光子纯度主要受与双激子发射的光谱重叠的影响。因此，GAN量子点作为单光子发射体的性能取决于发射线宽和双激子结合能之间的平衡。我们确定发射能量超过4.2 eV的小型GAN量子点是未来室温应用的有希望的候选者，因为双激子结合能与约55 meV的平均发射线宽相当。
2020-01-27 cond-mat.mes-hall
Graphene and Some of its Structural Analogues: Full-potential Density Functional Theory Calculations
利用全势能密度泛函计算，我们研究了石墨烯及其一些结构类似物的结构和电子性质，即，SiC、GeC、BN、AlN、GAN、ZnO、ZnS和ZnSe的单层（ML）。虽然我们的计算证实了一些报道的结果基于不同的方法，我们的结果ZnSe，二维体积模量的ML-GeC，ML-AlN，ML-GaN，ML-ZnO和ML-ZnS和有效质量的载流子在这些二元单层是新的东西。随着目前合成技术的进步，这些新材料中的一些可能在不久的将来被合成用于纳米器件。
2013-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Extreme Terahertz Nonlinearity of AlGaN/GaN-based Grating-Gate Plasmonic Crystals
该研究提出利用光栅门等离激元晶体共振激发二维等离激元以增强太赫兹非线性，通过泵浦-探测技术观测到高达45%的相对透过率及超快弛豫，并建立非线性模型揭示机制，证明AlGaN/GaN在超快THz调制中具巨大潜力。
2025-03-04 cond-mat.mes-hall physics.optics
Frequency multiplication in Terahertz band using AlGaN/GaN plasmonic crystals
本文提出 AlGaN/GaN 等离子体晶体中的 rotonic plasmons，并利用栅极周期调制或短脉冲激发产生非线性参数共振，实现 RF-to-THz 倍频与可调谐紧凑太赫兹源。
2025-10-02 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Divergent phonon angular momentum driven by temperature and strain
本研究通过第一性原理计算，发现AlN、GaN及g-BN单层的声子角动量在低温或应变下可发散，为旋转激发的力学与热学调控提供了可能。
2022-09-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Epitaxial high-K AlBN barrier GaN HEMTs
在SiC衬底上外延生长AlBN/GaN异质结，利用极化诱导2DEG制备超薄势垒高电子迁移率晶体管，电流密度超0.25 A/mm，夹断电压-0.43 V，引入7% B将AlBN介电常数提升至16，展现超越现有GaN器件的潜力。
2025-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cs.SY
