9月7日消息，据Phys.org报道，东京理科大学小林笃志副教授领衔、联合东京大学与三重大学的研究团队，实现了首个在GaN衬底上外延生长的单晶极性钨锌矿氮化铌铝（NbAlN）薄膜，成果发表于《Advanced Materials》。

氮化铝（AlN）、氮化镓（GaN）等极性钨锌矿氮化物是现代功率与高频电子器件的核心材料。在AlN/GaN异质界面上，极化差异可在不故意掺杂的情况下形成高密度、高迁移率的二维电子气（2DEG），这是GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）的工作基础。铌通常形成金属型岩盐相NbN，能否将其嵌入AlN并保持长程钨锌矿结构此前并不清楚。

团队采用反应溅射外延，在GaN衬底上生长了铌含量11%—37%的NbAlN薄膜。铌含量25%以下的薄膜保持光滑表面及与GaN共格的钨锌矿结构，37%时表面明显粗化、晶体质量下降；X射线衍射显示面外晶格参数随铌含量系统增大。原子分辨扫描透射电镜观察23%铌、约25纳米厚的薄膜，证实其与GAN衬底保持相同的金属极性堆垛，并存在共格的铌富集纳米区域，晶格连续无晶界。

功能验证中，团队将NbAlN势垒层插入AlGaN/AlN/GaN参考结构：13纳米厚、含10%铌、775℃生长的NbAlN势垒使面电子密度从约5.1×10^12 cm^-2提升至1.7×10^13 cm^-2，增幅超三倍，室温迁移率1485 cm^2/V·s基本保留（参考结构为1690），80K下迁移率达6800 cm^2/V·s，与极化调控载流子的机制一致。后续工作将测量NbAlN极化常数与能带对齐，并制备晶体管验证器件性能。该成果确立了过渡金属极性氮化物半导体这一新材料家族，为GaN异质结构载流子设计扩展了选项。 （来源：Phys.org）