Instytut Wysokich Ciśnień

One of the most formidable barriers in development of nitride-based optoelectronic devices: laser diodes (LDs) and light emitting diodes (LEDs) is high resistance of the metal/p-type nitride contact. The present date solutions are mostly based on Ni/Au contact still they are far from satisfactory. The situation requires basic investigations of the contact nature and technical implementation of new designs. Researchers from IHPP PAS applied complex ab initio and drift-diffusion calculation to elucidate contact nature. The results obtained include:

• elucidation of basic nature of the contact,
• evidence that in any metal/p-type GaN contact there exist tunneling barrier,
• explanation of the role of oxygen-ambient annealing during formation of the Ni-Au contact,
• new design, based on multilayer arrangement of deep acceptors, to achieve low resistance contact.

These results were published in the paper in Electronics vol. 14, p. 3309 (2025): Fundamentals of Metal Contact to p-Type GaN—A New Multilayer Energy-Saving Design Konrad Sakowski, Cyprian Sobczak, Pawel Strak, Stanislaw Krukowski

This study opens a new possibility of application of the new design by implantation formation of the low resistance electric contacts in the near future.

Domieszkowanie azotku galu (GaN) berylem od dawna budzi zainteresowanie ze względu na potencjalne zastosowania w elektronice i optoelektronice. We wcześniejszych pracach  sugerowano, że akceptor Be charakteryzuje się niższą energią jonizacji niż powszechnie stosowany magnez (Mg). Jednak dotychczasowe próby prowadziły głównie do otrzymania materiałów półizolujących, co wiązano z tzw. autokompensacją – skłonnością atomów Be do zajmowania, oprócz pozycji podstawieniowych w miejsce atomów Galu i dających stany akceptorowe, pozycji międzywęzłowych i tworzenia defektów donorowych.

Najnowsze prace wskazują, że domieszka Be może mieć złożony charakter dualny: występować jako akceptor płytki oraz głębszy akceptor polaronowy. Wyniki badań zespołu z Instytutu Wysokich Ciśnień PAN, przeprowadzonych we współpracy z Virginia Commonwealth University oraz University at Albany (USA), opublikowane w Journal of Applied Physics, potwierdzają tę hipotezę.

Pomiary efektu Halla dla warstw GaN:Be wykazały przewodnictwo typu p, nieprzekompensowane donorami, przy energii aktywacji akceptora ~0.40 eV, która wskazuje na głęboki, polaronowy charakter akceptora. Wyniki te dowodzą, że skuteczne domieszkowanie GaN berylem stanowi większe wyzwanie, niż wcześniej zakładano.

Badania sfinansowano z grantu NCN nr 2020/37/B/ST5/03746.

Szczegóły można znaleźć w publikacji: M. Zając i in., Journal of Applied Physics 138, 095705 (2025), https://doi.org/10.1063/5.0283055.

Obserwowana eksperymentalnie zależność pT^-3/2 w funkcji odwrotności temperatury dla warstw GaN:Be o różnej zawartości Be. Linie ciągłe przedstawiają dopasowania wyznaczające głęboki poziom akceptorowy akceptora Be dla T=0.

Złącza Josephsona stanowią istotny element komputerów kwantowych. Badacze z Laboratorium Epitaksji MBE opublikowali pracę w Nature Communications Materials pokazującą odkrycia o istotnym znaczeniu dla technologii ich wytwarzania. Zaprezentowane zostało nowe podejście do wzrostu warstw nadprzewodzącego azotku niobu (NbN) na podłożach GaN z wykorzystaniem techniki epitaksji z wiązek molekularnych z plazmą azotową (PAMBE) oraz indu jako surfaktanta. Zastosowanie indu podczas epitaksji umożliwiło uzyskanie cienkich warstw NbN o jakości odpowiedniej do zastosowań w złączach Josephsona. W pracy zademonstrowano pierwsze na świecie złącze Josephsona NbN/InAlN/NbN otrzymane metodą MBE. Złącza osiągnęły gęstość prądu krytycznego na poziomie 1 kA/cm².

Praca ta pokazuje, że technika MBE może zostać w pełni wykorzystana do integracji NbN z azotkami grupy III, co otwiera drogę do rozwoju nowego typu urządzeń.

Pełny artykuł A. Lachowski et al. NbN-based Josephson junctions grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy Commun Mater 6, 169 (2025) dostępny jest pod linkiem: https://www.nature.com/articles/s43246-025-00891-3

Z przyjemnością informujemy, że dr inż. Anna Kafar z naszego Instytutu została zaproszona do udziału w wizycie Młodych Polskich Naukowców w Joined Research Centre Ispra (JRC Ispra) we Włoszech, która odbyła się w dniach 24–26 czerwca 2025 r. Ośrodek JCR Ispra to trzeci co do wielkości ośrodek naukowy Komisji Europejskiej, założony w 1960 roku jako Nuclear Joint Research Centre. Obecnie odgrywa istotną rolę we wspieraniu polityki Unii Europejskiej poprzez badania naukowe w takich obszarach jak zrównoważony transport, przestrzeń kosmiczna, bezpieczeństwo i zmiany klimatu.

Wizyta została zorganizowana w ramach inicjatyw związanych z niedawno zakończoną Polską Prezydencją w Radzie Unii Europejskiej. Podczas spotkania, grupa dziesięciu młodych naukowców z Polski miała okazję zapoznać się z historią Centrum, zrozumieć jego funkcjonowanie oraz poznać różne możliwości współpracy naukowej.

Kampus JRC w Ispra to wyjątkowe środowisko badawcze, charakteryzujące się szerokim zakresem prowadzonych badań oraz najwyższej klasy infrastrukturą naukową.

Szczególne podziękowania kierujemy do Isabelli Cerutti za poświęcony czas podczas indywidualnego spotkania (job shadowing).

Więcej zdjęć z wizyty młodych polskich naukowców w Joint Research Centre Ispra (JRC Ispra) w link poniżej.