This work describes Shubnikov–de Haas (SdH) measurements in Al0.22Ga0.78N/AlN/GaN/AlN heterostructures. Our experiments coupled with the analysis of the Hall data at various temperatures confirm the formation of a two-dimensional electron gas (2DEG) at the AlN/GaN interface. A beating pattern in the SdH oscillations is also observed and attributed to a zero-field spin splitting of the 2DEG first energy subband. The values of the effective spin-orbit coupling parameter and zero-field spin-split energy are estimated and compared with those reported in the literature. We show that zero-field spin-split energy tends to increase with increasing sheet electron density and that our value (12.75 meV) is the largest one reported in the literature for GaN-based heterostructures.

1.
M.
Asif Khan
,
J. N.
Kuznia
,
J. M.
Van Hove
,
N.
Pan
, and
J.
Carter
,
Appl. Phys. Lett.
60
,
3027
(
1992
).
2.
Z.
Fan
,
C.
Lu
,
A. E.
Botchkarev
,
H.
Tang
,
A.
Salvador
,
O.
Aktas
,
W.
Kim
, and
H.
Morkoc
,
Electron. Lett.
33
,
814
(
1997
).
3.
U. K.
Mishra
,
Y. -F.
Wu
,
B. P.
Keller
,
S.
Keller
, and
S. P.
DenBaars
,
IEEE Trans. Microwave Theory Tech.
46
,
756
(
1998
).
4.
N.
Maeda
,
T.
Saitoh
,
K.
Tsubaki
,
T.
Nishida
, and
N.
Kobayashi
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 2
38
,
L799
(
1999
).
5.
W.
Knap
,
H.
Alause
,
J. M.
Bluet
,
J.
Camassel
,
J.
Young
,
M.
Asif Khan
,
Q.
Chen
,
S.
Huant
, and
M.
Shur
,
Solid State Commun.
99
,
195
(
1996
).
6.
W.
Knap
,
S.
Contreras
,
H.
Alause
,
C.
Skierbiszewski
,
J.
Camassel
,
M.
Dyakonov
,
J. L.
Robert
,
J.
Yang
,
Q.
Chen
,
M.
Asif Khan
,
M. L.
Sadowski
, and
S.
Huant
,
Appl. Phys. Lett.
70
,
2123
(
1997
).
7.
O.
Ambacher
,
B.
Foutz
,
J.
Smart
,
J. R.
Shealy
,
N. G.
Weimann
,
K.
Chu
,
M.
Murphy
,
A. J.
Sierakowski
,
W. J.
Schaff
,
L. F.
Eastman
,
R.
Dimitrov
,
A.
Mitchell
, and
M.
Stutzmann
,
J. Appl. Phys.
87
,
334
(
2000
).
8.
F.
Bernardini
,
V.
Fiorentini
, and
D.
Vanderbilt
,
Phys. Rev. B
56
,
R10024
(
1997
).
9.
I.
Zutic
,
J.
Fabian
, and
S.
Das Sarma
,
Rev. Mod. Phys.
76
,
323
(
2004
).
10.
N.
Thillosen
,
Th.
Schäpers
,
N.
Kaluza
,
H.
Hardtdegen
, and
V. A.
Guzenko
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
022111
(
2006
).
11.
S. A.
Wolf
,
D. D.
Awschalom
,
R. A.
Buhrman
,
J. M.
Daughton
,
S.
von Molnár
,
M. L.
Roukes
,
A. Y.
Chtchelkanova
, and
D. M.
Treger
,
Science
294
,
1488
(
2001
).
12.
C.
Kurdak
,
N.
Biyikli
,
U.
Ozgur
,
H.
Morkoc
, and
V. I.
Litvinov
,
Phys. Rev. B
74
,
113308
(
2006
).
13.
P. D.
Dresselhaus
,
C. M. A.
Papavassiliou
,
R. G.
Wheeler
, and
R. N.
Sacks
,
Phys. Rev. Lett.
68
,
106
(
1992
).
14.
K.
Tsubaki
,
N.
Maeda
,
T.
Saitoh
, and
N.
Kobayashi
,
Appl. Phys. Lett.
80
,
3126
(
2002
).
15.
I.
Lo
,
J. K.
Tsai
,
W. J.
Yao
,
P. C.
Ho
,
L. –W.
Tu
,
T. C.
Chang
,
S.
Elhamri
,
W. C.
Mitchel
,
K. Y.
Hsieh
,
J. H.
Huang
,
H. L.
Huang
, and
W. –C.
Tsai
,
Phys. Rev. B
65
,
161306
(
2002
).
16.
N.
Tang
,
B.
Shen
,
K.
Han
,
F. -C.
Lu
,
F. -J.
Xu
,
Z. -X.
Qin
, and
G. -Y.
Zhang
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
172113
(
2008
).
17.
W. Z.
Zhou
,
T.
Lin
,
L. Y.
Shang
,
L.
Sun
,
K. H.
Gao
,
Y. M.
Zhou
,
G.
Yu
,
N.
Tang
,
K.
Han
,
B.
Shen
,
S. L.
Guo
,
Y. S.
Gui
, and
J. H.
Chu
,
J. Appl. Phys.
104
,
053703
(
2008
).
18.
N.
Tang
,
B.
Shen
,
M. J.
Wang
,
K.
Han
,
Z. J.
Yang
,
K.
Xu
,
G. Y.
Zhang
,
T.
Lin
,
B.
Zhu
,
W. Z.
Zhou
, and
J. H.
Chu
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
172112
(
2006
).
19.
S.
Schmult
,
M. J.
Manfra
,
A.
Punnoose
,
A. M.
Sergent
,
K. W.
Baldwin
, and
R. J.
Molnar
,
Phys. Rev. B
74
,
033302
(
2006
).
20.
N.
Thillosen
,
S.
Cabanas
,
N.
Kaluza
,
V. A.
Guzenko
,
H.
Hardtdegen
, and
Th.
Schäpers
,
Phys. Rev. B
75
,
241311
(R) (
2006
).
21.
H.
Cheng
,
N.
Biyikli
,
U.
Ozgur
,
C.
Kurdak
,
H.
Morkoc
, and
V. I.
Litvinov
,
Physica E
40
,
1586
(
2008
).
22.
E. B.
Olshanetsky
,
Z. D.
Kvon
,
S.
Sassine
,
J. C.
Portal
,
H. I.
Cho
, and
J. H.
Lee
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
242112
(
2008
).
23.
W.
Weber
,
S. D.
Ganichev
,
S. N.
Danilov
,
D.
Weiss
,
W.
Prettl
,
Z. D.
Kvon
,
V. V.
Belkov
,
L. E.
Golub
,
H. -I.
Cho
, and
J. -H.
Lee
,
Appl. Phys. Lett.
87
,
262106
(
2005
).
24.
V. I.
Litvinov
,
Phys. Rev. B
68
,
155314
(
2003
).
25.
I.
Lo
,
W. T.
Wang
,
M. H.
Gau
,
S. F.
Tsay
, and
J. C.
Chiang
,
Phys. Rev. B
72
,
245329
(
2005
).
26.
A. F.
Brana
,
C.
Diaz–Paniagua
,
F.
Batallan
,
J. A.
Garrido
,
E.
Munoz
, and
F.
Omnes
,
J. Appl. Phys.
88
,
932
(
2000
).
27.
D. G.
Seiler
and
A. E.
Stephens
, in
Landau Level Spectroscopy
, edited by
G.
Landwehr
and
E. I.
Rashba
(
North-Holland
,
Amsterdam
,
1991
), Vol.
2
, p.
1031
.
28.
D. R.
Leadley
,
R. J.
Nicholas
,
J. J.
Harris
, and
C. T.
Foxon
,
Semicond. Sci. Technol.
4
,
885
(
1989
).
29.
H.
Celik
,
M.
Cankurtaran
,
A.
Bayrakli
,
E.
Tiras
, and
N.
Balkan
,
Semicond. Sci. Technol.
12
,
389
(
1997
).
30.
E.
Tiras
,
M.
Cankurtaran
,
H.
Celik
,
A. B.
Thoms
, and
N.
Balkan
,
Superlattices Microstruct.
29
,
147
(
2001
).
31.
S.
Acar
,
S. B.
Lisesivdin
,
M.
Kasap
,
S.
Ozcelik
, and
E.
Ozbay
,
Thin Solid Films
516
,
2041
(
2008
).
32.
S. B.
Lisesivdin
,
A.
Yildiz
,
S.
Acar
,
M.
Kasap
,
S.
Ozcelik
, and
E.
Ozbay
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
102113
(
2007
).
33.
S. B.
Lisesivdin
,
S.
Acar
,
M.
Kasap
,
S.
Ozcelik
,
S.
Gokden
, and
E.
Ozbay
,
Semicond. Sci. Technol.
22
,
543
(
2007
).
34.
S. B.
Lisesivdin
,
A.
Yildiz
,
S.
Acar
,
M.
Kasap
,
S.
Ozcelik
, and
E.
Ozbay
,
Physica B
399
,
132
(
2007
).
35.
I.
Lo
,
W. C.
Mitchel
,
M.
Ahoujja
,
J. -P.
Cheng
,
A.
Fathimulla
, and
H.
Mier
,
Appl. Phys. Lett.
66
,
754
(
1995
).
36.
S.
Birner
,
S.
Hackenbuchner
,
M.
Sabathil
,
G.
Zandler
,
J. A.
Majewski
,
T.
Andlauer
,
T.
Zibold
,
R.
Morschl
,
A.
Trellakis
, and
P.
Vogl
,
Acta Phys. Pol. A
110
,
111
(
2006
).
37.
J. A.
Garrido
,
J. L.
Sanchez–Rojas
,
A.
Jimenez
,
E.
Munoz
,
F.
Omnes
, and
P.
Gibart
,
Appl. Phys. Lett.
75
,
2407
(
1999
).
38.
E. A.
de Andrada e Silva
,
Phys. Rev. B
46
,
1921
(
1992
).
39.
Y. A.
Bychkov
and
E. I.
Rashba
,
J. Phys. C
17
,
6039
(
1984
).
40.
N.
Tang
,
B.
Shen
,
Z. W.
Zheng
,
J.
Liu
,
D. J.
Chen
,
J.
Lu
,
R.
Zhang
,
Y.
Shi
,
Y. D.
Zheng
,
Y. S.
Gui
,
C. P.
Jiang
,
Z. J.
Qiu
,
S. L.
Guo
,
J. H.
Chu
,
K.
Hoshino
,
T.
Someya
, and
Y.
Arakawa
,
J. Appl. Phys.
94
,
5420
(
2003
).
41.
T. H.
Sander
,
S. N.
Holmes
,
J. J.
Harris
,
D. K.
Maude
, and
J. C.
Portal
,
Phys. Rev. B
58
,
13856
(
1998
).
42.
Th.
Schäpers
,
G.
Engels
,
J.
Lange
,
T.
Klocke
,
M.
Hollfelder
, and
H.
Lüth
,
J. Appl. Phys.
83
,
4324
(
1998
).
43.
J.
Luo
,
H.
Munekata
,
F. F.
Fang
, and
P. J.
Stiles
,
Phys. Rev. B
41
,
7685
(
1990
).
44.
B.
Das
,
S.
Datta
, and
R.
Reifenberger
,
Phys. Rev. B
41
,
8278
(
1990
).
45.
K. S.
Cho
,
T. -Y.
Huang
,
H. -S.
Wang
,
M. -G.
Lin
,
T. -M.
Chen
,
C. -T.
Liang
, and
Y. F.
Chen
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
222102
(
2005
).
You do not currently have access to this content.