太赫茲技術作爲一門新興的科學技術，在安全檢測、物質識別、保密通訊、宇宙探測、高精度雷達、組織活檢、瞬態光譜研究等方面具有重要的應用前景，尋找合適的太赫茲源是太赫茲技術研究中的重點研究方向之一。其中，基於共振隧穿二極管（RTD）的太赫茲震盪源具有體積小、能量轉換效率高、波長連續可調、易於集成、室溫工作、可光電集成等優勢，成爲實現可實用太赫茲器件源的重要選擇。

近年來，氮化物憑藉其高飽和載流子漂移速率、高擊穿場強、高熱導率、耐輻射、更大範圍的可調禁帶寬度等優點，成爲國際上光電器件材料研究的熱點。基於氮化物的共振隧穿二極管被認爲是實現室溫大功率太赫茲振盪源的理想器件，是目前國際上RTD研究的熱點。然而，由於材料質量問題，藍寶石襯底上生長製備的RTD難以實現穩定工作，目前室溫可重複的結果僅限於少數自支撐GaN襯底上生長製備的RTD，更加廉價、利於商業集成的藍寶石襯底上生長的穩定RTD尚未見報道。同時由於缺陷和極化場的影響，器件本徵的輸運特性未得到細緻的研究。

近期，北京大學物理學院寬禁帶中心王新強、沈波課題組和中物院微太中心蘇娟、譚爲等合作，應用分子束外延法在藍寶石/GaN模板上成功實現了微分負阻室溫可重複的AlN/GaN RTD，並對它的電學特性進行了詳細的研究。在室溫下，該樣品表現出兩個穩定可重複的共振隧穿峯，電流峯谷比分別爲1.8和1.3， 峯值電流密度達到5kA/cm2和164 kA/cm2。通過變溫測試，在反向偏壓下發現一段負溫度係數的電流震盪區域，並結合理論計算證實此震盪結構源於費米能級依次與量子阱中不同束縛能級對齊產生的共振隧穿。在每個共振隧穿峯前，還觀察到了發射極積累層準連續態與量子阱中束縛能級共振隧穿引起的複製峯。在考慮極化場和能帶的非拋物性後，上述觀察到的共振隧穿現象與能帶計算結果一一得到了對應，理論與實驗符合得很好。值得說明的是，實驗中採用的勢壘厚度仍偏厚，而且尚未使用AlGaN勢壘，器件的性能尚存巨大提升空間。

該結果證實了在藍寶石襯底上生長氮化物進行共振隧穿精確控制的可能，爲實現氮化物共振隧穿結構提供了新的、更加廉價、易於集成的襯底選擇，並將大大推動基於藍寶石襯底甚至硅襯底上氮化物單片微波集成電路的發展。

相關工作在線發表在Advanced Electronic Materials（DOI: 10.1002/aelm.201800651）上，文章第一作者爲博士生王丁。