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第一作者：王嘉

通訊作者：王嘉， Hiroshi Amano

通訊單位：名古屋大學

Hiroshi Amano，中文名天野浩，現任名古屋大學未來材料與系統研究所教授，中國工程院外籍院士，日本工程院院士，美國國家工程院院士，２０１４年獲諾貝爾物理獎。

王嘉，名古屋大學高等研究院特聘助理教授、材料與可持續性系統研究院特聘助理教授。

論文速覽

通過摻雜替代鎂（Mg）原子展示出p-型氮化鎵（GaN）以來，諸如藍色發光二極管等迅速而全面的發展，已顯著地塑造了我們的現代生活，并為實現更加碳中和的社會做出了貢獻。然而，GaN與Mg之間的相互作用的細節仍然大多未知。

本研究觀察到，通過在GaN上退火金屬Mg膜，可自發形成Mg插層的GaN超晶格。這是首次觀測到二維（2D）金屬嵌入半導體中，每個Mg單層被精確地嵌入到六角GaN的數個單層之間。該過程以間隙插層為表征，導致垂直于間隙層的大量單軸壓縮應變。因此，Mg插層的GaN超晶格中的GaN層表現出超過-10%的異常彈性應變（相當于超過20 GPa的應力），是薄膜材料中記錄的最高應變之一。應變改變了電子能帶結構，并顯著增強了壓縮方向上的空穴傳輸。

此外，Mg片誘導了GaN極性的周期性轉變，產生了由極化場誘導的凈電荷。這些特性為半導體摻雜和電導增強，以及納米材料和金屬-半導體超晶格的彈性應變工程提供了新的見解。

圖文導讀

圖1：Mg插層GaN超晶格的橫截面高角環形暗場掃描透射電子顯微鏡（HAADF-STEM）圖像。

圖2：由2D-Mg片誘導的極性轉變。

圖3：MiGs納米結構中高單軸壓縮應變的插層情況。

圖4：在n型和p型GaN上MiGs的電學性質。

總結展望

本研究的亮點在于首次觀測到二維金屬Mg插層嵌入GaN體半導體中，形成了具有異常彈性應變的超晶格結構。該發現不僅為理解GaN與Mg之間的相互作用提供了新的視角，也為半導體摻雜、電導增強以及納米材料的彈性應變工程提供了重要的科學依據。特別是，通過Mg插層誘導的極化場變化，為實現極化誘導的空穴摻雜提供了新的思路。

此外，研究還發現，通過退火處理，可在GaN中形成具有高彈性應變的MiGs結構，這種應變改變了電子能帶結構，并顯著增強了空穴的傳輸性能。這些發現有望推動高性能電子器件的發展，特別是在提高半導體器件的電導和載流子遷移率方面具有重要的應用潛力。

文獻信息

標題：Observation of 2D-magnesium-intercalated gallium nitride superlattices

期刊：Nature

DOI：10.1038/s41586-024-07513-x

原創文章，作者：計算搬磚工程師，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/06/13/95d0dfdd22/

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