Band Gap-Tunable (Mg, Zn)SnN2 Earth-Abundant Alloys with a Wurtzite Structure

纤锌矿晶体结构 材料科学 半导体 外延 光电子学 带隙 宽禁带半导体 发光二极管 光致发光 纳米技术 冶金 图层(电子)
作者
Naoomi Yamada,Mari Mizutani,Kaoru Matsuura,Masataka Imura,Hidenobu Murata,Junjun Jia,Fumio Kawamura
出处
期刊:ACS applied electronic materials [American Chemical Society]
卷期号:3 (11): 4934-4942 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acsaelm.1c00754
摘要

Herein, wurtzite-type MgSnN2–ZnSnN2 alloys (MgxZn1–xSnN2) are proposed as earth-abundant and band gap-tunable semiconductors with fundamental band gaps in the range of 1.5–2.3 eV. The alloys do not exhibit immiscibility, unlike the InN–GaN system, because the lattice mismatch between the endmembers is smaller than 1% in both a- and c-axis directions. The MgxZn1–xSnN2 alloys can be epitaxially grown on GaN(001) in the whole x range, and their fundamental band gap can be tuned from 1.5 to 2.3 eV with the increase in x from 0 to 1. Moreover, the MgxZn1–xSnN2 epilayers with x > 0.53 exhibit a green-light photoluminescence emission near room temperature, which indicates that they are direct-gap semiconductors. Direct-gap semiconductors with band gaps of 1.8–2.5 eV are eagerly anticipated for the development of green light-emitting diodes (LEDs) and top cells in high-efficiency tandem solar cells, though such wurtzite- or zincblende-type compounds that can be epitaxially integrated with conventional semiconductors are quite rare. Therefore, MgxZn1–xSnN2 alloys are attractive nitride semiconductors toward the development of green-LEDs and tandem solar cells.

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