Spin photocurrent and spin transport in GaN-based heterostructures 

沈波教授

北京大学

Abstract:

Two-dimensional electron gas (2DEG) in GaN-based heterostructures is a typical Rashba spin-orbit coupling system, which is promising for the application in semiconductor spintronics, such as spin field effect transistors (Spin-FET). In this study, the spin splitting and spin transport properties of the 2DEG in GaN-based heterostructures and other GaN-based low-dimensional quantum structures have been investigated by means of helicity-dependent photocurrent measurements at room temperature. Spin-related photocurrent is detected under normal incidence of a circularly polarized laser with a Gaussian distribution. On one hand, spin-polarized electrons excited by the laser generate a diffusive spin polarization current, which leads to a vortex charge current as a result of reciprocal spin Hall effect. On the other hand, photo-induced spin-polarized electrons driven by a longitudinal electric field give rise to a transverse current via anomalous Hall Effect. Both of these effects originated from the Rashba spin-orbit coupling. By analyzing spin-related photocurrent varied with laser position, the contributions of the two effects are differentiated and the ratio of the spin diffusion coefficient (D) to photo-induced anomalous spin Hall mobility (m) = 0.08 V is extracted in the heterostructure at room temperature.

报告人简介:

沈波,男,1963年7月生,江苏扬州市人,北京大学物理学院教授,博士生导师、长江学者、国家杰出青年基金获得者、国家973计划项目首席科学家、国家863计划“半导体照明”重点专项总体专家组成员。1985年毕业于南京大学物理系,获学士学位,1988年毕业于中国科技大学物理系,获硕士学位,1995年毕业于日本东北大学材料科学研究所(IMR),获博士学位。曾任日本东京大学产业技术研究所(IIS)客座研究员,东京大学先端科技研究中心(RCAST)、千叶大学电子学与光子学研究中心客座教授,日本产业技术综合研究所(AIST) JSPS访问教授。1995年迄今一直从事III族氮化物 (又称GaN基) 宽禁带半导体材料、物理和器件研究,在GaN基异质结构MOCVD外延生长,强极化、高能带阶跃氮化物半导体载流子输运性质,GaN基功率电子器件和紫外光电探测器件研制等方面取得在国内外同行中有一定影响的重要进展;近年来带领其课题组在AlInN/GaN晶格匹配异质结构和Si衬底GaN基异质结构MOCVD外延生长,InGaN基材料MBE外延生长和p型掺杂、GaN基异质结构二维电子气自旋性质等方面取得了一系列进展。先后主持和作为核心成员参加国家973计划项目,国家863计划项目,国家自然科学基金重大、重点项目,教育部、北京市重点项目,以及军口项目等20多项科研课题,发表SCI收录论文200多篇,论文被引用超过2000次,先后在国际学术会议上做邀请报告10多次,获得/申请国家发明专利18件,多次担任国际学术会议程序委员会、组织委员会委员和分会主席,担任国内多个国家重点实验室、科学院重点实验室和国防重点实验室的学术委员会委员,先后获国家自然科学二等奖、江苏省科技进步一等奖和教育部科技进步一等奖。