III族氮化物AlN、GaN和InN的谱带参数的一致性

氮化物中硅DX中心的自补偿效应

Self-compensation by silicon $DX$ centers in ultrawide-bandgap nitrides

研究揭示硅在宽禁带氮化物中通过捕获电子实现自补偿，限制自由电子浓度，影响掺杂激活效率。

III族氮化物的应变和晶场分裂反转

Strain and crystal field splitting inversion in III-Nitrides

自90年代以来，纤锌矿相III族氮化物（AlN，GAN，InN）由于其在光电子学中的成功应用而引起了人们极大的兴趣。在本文中，我们进行了全面的研究AlN，GAN和InN的结构弹性和电子性质的混合和传统的密度泛函理论，提出了比较的特点，三个化合物。我们进行了直接比较的电子结构的功能，包括顶部价带的反转与负晶场分裂和它的关系的AlN系统上的受主掺杂的挑战。通过确定弹性常数和杨氏模量，我们提供了一个简单的模型来连接与参数$u$相关的变形能和有效晶场分裂，显示了内部应变和晶场分裂之间的直接关系。

AlN、GaN和InN的结构、能量学、形成焓、弹性常数、极化和压电常数的第一性原理预测：局部和梯度校正的密度泛函理论的比较

First-principles prediction of structure, energetics, formation enthalpy, elastic constants, polarization, and piezoelectric constants of AlN, GaN, and InN: comparison of local and gradient-corrected density-functional theory

采用平面波超软赝势方法，在交换相关泛函的LDA（局域密度）和GGA（广义梯度）近似下，从密度泛函理论中的第一性原理预测了氧化锌和纤锌矿III-V族氮化物AlN、GAN和InN的许多不同的体性质。除了结构和凝聚力，我们还研究了形成hoppies（预测缺陷溶解度和表面稳定性的关键成分），自发极化和压电常数（纳米结构建模的中心参数）和弹性常数。我们的研究证实了这两种密度泛函方法在描述III-V族氮化物（以及母种N $_2$、Al、Ga和In）的不同性质方面的相对优点，并使我们得出结论，与高精度技术（如多投影仪超软赝势或现代全电子方法）相关联的GGA近似在III-V族氮化物的研究中是优选的。

生长温度与AlN摩尔分数对分子束外延生长的四元III族氮化物层中In掺入及性能的影响

Effect of the growth temperature and the AlN mole fraction on In incorporation and properties of quaternary III-nitride layers grown by molecular beam epitaxy

该研究探究了生长温度和AlN摩尔分数对等离子体辅助分子束外延生长的四元III族氮化物InₓAlᵧGa₁₋ₓ₋ᵧN层中In掺入及性能的影响，明确了In掺入的变化规律与材料结构、光学特性的关联。

氮化铝（AlN）的光致变色性及点缺陷电荷态对光吸收的影响

Photochromism and influence of point defect charge states on optical absorption in aluminum nitride (AlN)

在这项工作中，我们研究了AlN在1.5 - 5.5 eV范围内的吸收特性，以及由紫外线（UV）照射引起的亚稳态吸收变化（光致变色），以及在2 - 4 eV的照射或升高的温度下的初始状态的恢复。在4.7 eV处，UV辐照导致吸收系数从110 cm $^{-1}$降低至55 cm $^{-1}$，而在可见光范围内，吸收系数从低于5 cm $^{-1}$的值增加至~35 cm $^{-1}$。用平行和垂直于光轴的两个线性偏振进行测量，可以确定2.6、2.8、3.4、4.0、4.5和4.8 eV处的几个不同吸收带。在2.6 eV和3.4 eV处的能带识别靠近价带的缺陷能级，而在2.8 eV处的能带峰值与导带相关。光致变色允许在两个相关的光谱范围内控制光的吸收，因为UV吸收的减少和可见光吸收的增加与切换相同缺陷的电荷状态有关。

用于混合光子电路的氮化硅衬底上氮化铝的生长

Growth of Aluminum Nitride on a Silicon Nitride Substrate for Hybrid Photonic Circuits

氮化铝（AlN）是一种新兴的集成量子光子学材料，具有优良的线性和非线性光学特性。特别地，其二阶非线性极化率$χ^{(2)}$允许单光子产生。采用直流磁控溅射法在氮化硅衬底上制备了氮化铝薄膜。的薄膜已被其特征在于使用X射线衍射，光学反射计，原子力显微镜，和扫描电子显微镜。通过优化氮氩比和磁控直流电源的沉积工艺，提高了薄膜的结晶性能。X射线衍射测量证实了高质量c轴取向薄膜的制备，摇摆曲线的半高宽为3.9 °。对于300 nm厚的膜。原子力显微镜测量揭示了均方根表面粗糙度低于1纳米。AlN沉积在SiN上使我们能够用一种新的方法来制造混合光子电路，这种方法避免了AlN具有挑战性的图案化。

氮化铝薄膜上二维原子层的点样

Spotting 2-D Atomic Layers on Aluminum Nitride Thin Films

大面积衬底的可用性对由层状材料制成的装置的技术和商业实现施加了重要约束。硅上的氮化铝薄膜被证明是有前途的候选材料，作为大面积的衬底，这样的设备。在此，作为在这些衬底上实现器件的必要的第一步，已经研究了AlN膜上的示例性2D层-MoS 2和石墨烯-的光学对比度。显着的对比度增强的预测和观察AlN薄膜相比，传统的SiO2薄膜。实验对比度的定量估计，使用反射光谱显示非常好的协议与预测值。

氮化铝的原子层刻蚀：基于第一性原理研究氯化学的机理洞见

Atomic Layer Etching of Aluminum Nitride: Mechanistic Insights from First-Principles Studies of Chlorine Chemistry

通过第一性原理计算，研究了氯在氮化铝表面的吸附与解离，发现Cl2解离为无势垒放热过程，为优化AlN原子层刻蚀提供微观机理指导。

用于线性测量明亮亚带隙光的超宽带隙半导体光电探测器

Deep-level engineering in aluminum nitride (AlN) enables reliable photodetection in extreme conditions

本文展示基于AlN的亚带隙光电探测器，利用深能级缺陷实现非饱和线性响应，可测量超过40 W/cm²的超亮蓝光，并在高达300°C下保持线性，通过窄空间电荷区设计实现超宽带隙半导体在极端条件下的可靠应用。

基于TiN/AlN的超导量子比特器件的研制

Development of TiN/AlN-based superconducting qubit components

该研究制备并表征了基于TiN/AlN的全氮化物架构超导量子比特器件，明确了材料特性与器件性能的关联，为新型材料量子计算技术提供了器件基础。

单层氮化铝中的声子辅助光致发光与激子复合

Phonon-Assisted Photoluminescence and Exciton Recombination in Monolayer Aluminum Nitride

该研究证明单层六方AlN在3.94–4.05 eV紫外范围具有强光致发光，并揭示其间接带隙发射由有限晶格动量声子辅助电子-空穴从Γ点到K点复合实现，为高效紫外光源和光电器件开发提供基础。

低损耗硅集成氮化铝光子电路及其用于电光信号处理的用途

Low-loss, silicon integrated, aluminum nitride photonic circuits and their use for electro-optic signal processing

光子小型化要求线性和非线性光学元件的无缝集成，以同时实现无源和有源功能。在现有的材料系统中，硅光子学在光信号处理和片上光网络方面具有巨大的前景。然而，硅限于1100 nm以上的波长，并且不提供用于有源信号处理的期望的最低阶光学非线性。在这里，我们报告的集成氮化铝（AlN）薄膜在硅衬底上带来积极的功能，芯片级光子学。使用CMOS兼容的溅射薄膜，我们制作AlN绝缘体波导，表现出低传播损耗（0.6 dB/cm）。利用AlN固有的普克尔斯效应，我们展示了高达4.5 Gb/s的电光调制，具有非常低的能耗（低至10 fJ/bit）。AlN器件的超宽透明窗口还可以在可见光波长下实现高速调制。我们的低成本、宽带、无载波光子电路有望在微处理器芯片级实现超低功耗和高速信号处理。

氮化铝作为芯片级光机和非线性光学的新材料

Aluminum nitride as a new material for chip-scale optomechanics and nonlinear optics

硅光子学为集成光机械电路的最新发展提供了一个通用平台。然而，硅限于1100 nm以上的波长，并且不允许器件在可见光谱范围内操作，在可见光谱范围内可以方便地获得低噪声激光器。硅的窄禁带也使得硅光机械器件容易受到强双光子吸收和自由载流子吸收的影响，这通常会引入强烈的热效应，限制了器件的稳定性和冷却性能。此外，硅也不提供用于与芯片上的其它有源电部件接口的期望的最低阶光学非线性。另一方面，氮化铝（AlN）是一种宽带半导体，由于其低机械损耗和高机电耦合强度而广泛用于微机械谐振器。在这里，我们报告的低损耗，宽带光导，以及它的使用，同时实现高光学质量和机械质量的光机设备的硅上AlN平台的发展。利用AlN固有的二阶非线性，我们进一步证明了AlN光子电路中的电光调制和有效的二次谐波产生。我们的研究结果表明，低成本的AlN-硅光子电路是CMOS兼容的光子电路的优秀替代品，用于构建新的功能光机械器件，是免费的载流子效应。

AlN半绝缘特性的理论依据

Theoretical evidence for the semi-insulating character of AlN

我们提出了从头计算密度泛函计算的受体，施主，和本征缺陷的氮化铝，表明受体是更深（Be ~ 0.25eV，Mg_0.45eV），比GAN中的溶解度低;在与GAN的进一步差异中，非本征施主Si_Al和C_Al，而本征施主V_N（阴离子空位）较深（低于电导约1 ~ 3eV）。因此，我们预测，掺杂的AlN通常会变成半绝缘的通常实现的富铝条件下，与已知的掺杂困难的高x AlGaN合金。

立方InN、GaN、AlN和AlGaN合金的紧束缚分支点能量和带阶

Tight-binding branch-point energies and band offsets for cubic InN, GaN, AlN and AlGaN alloys

从经验紧束缚能带结构出发，计算了InN、GAN和AlN的锌掺杂相的分支点（BP）能量和由此产生的价带偏移（VBO）.此外，GAN和AlN的BPs的方向依赖性进行了讨论，使用Tersoff的格林函数方法。然后，我们将展示如何获得的BPs的二元半导体合金内的带对角表示的相干势近似（CPA），并将此方法应用到立方AlGaN合金。由此产生的频带偏移显示出良好的协议，从文献中获得的实验和理论数据。我们的研究结果可以用来确定在等价的异质结构，涉及纯立方III族氮化物或AlGaN合金的任意浓度的能带排列。

适用于通信频谱、损耗低于0.16 dB/cm的溅射氮化铝波导

Sputtered Aluminum Nitride Waveguides for the Telecommunication Spectrum with less than 0.16 dB/cm Loss

本研究制备了基于反应直流磁控溅射的无包层多晶AlN波导，其在通信O波段和C波段的TE偏振传输损耗均低于0.16 dB/cm，性能媲美MOCVD外延生长的最优AlN波导，展现了溅射AlN在通信频段光子平台的应用潜力。

新型氮化物Al $_{5+α}$ Si $_{5+δ}$ N $_{12}$

Al$_{5+α}$Si$_{5+δ}$N$_{12}$, a new Nitride compound

本文报道了在硅气氛下，在1350 $^\circ$ C ~ 1550 $^\circ$ C温度范围内，通过退火AlN异质外延层，合成新的氮化物基化合物。通过高分辨率扫描透射电子显微镜（HRSTEM），能量色散X射线（EDX）光谱和密度泛函理论（DFT）计算研究了该化合物的结构和化学计量。所确定的结构是母纤锌矿AlN晶体的衍生物，其中阴离子亚晶格完全被N原子占据，阳离子亚晶格是沿2个不同平面的堆叠<0001>。第一个显示出$\times$ 3周期性，<10-10>以及1/3的位点是空的。阳离子亚晶格中的其余位点被相同数量的Si和Al原子占据。假设半导体合金预期具有宽带隙，提出了一系列化学计量，Al $_{5+α}$ Si $_{5+δ}$ N $_{12}$，其中$α$在0和1/3之间，$δ$在0和1/4之间。

半核心态在III族氮化物电子结构中的作用：精确交换研究

Role of semicore states in the electronic structure of group-III nitrides: An exact exchange study

采用精确交换（EXX）Kohn-Sham密度泛函理论和赝势平面波方法计算了AlN、GAN、InN的Zn掺杂相的能带结构。阳离子的半核电子既作为价态又作为核态处理。AlN和GAN的EXX带隙（用Ga 3d电子作为芯态获得）与以前的EXX结果，GW计算和实验非常一致。包含半芯电子作为价态导致GAN和InN的EXX带隙大幅减小。与通常的看法相反，通过EXX方法去除自相互作用并不能解释LDA结果与实验之间半芯电子位置的巨大差异。

高极性半导体中的非线性电荷输运：GaN、AlN、InN和GaAs

Nonlinear charge transport in highly polar semiconductors: GaN, AlN, InN and GaAs

在本文中，我们提出了一个收集的结果集中在掺杂的直接带隙反带高极性III族氮化物半导体（GAN，AlN，InN）和GaAs的瞬态和稳态的输运性质，通过使用非线性量子动力学理论的基础上的非平衡统计系综形式主义（NESEF）计算。在本文中，这些结果进行了比较，计算usingMonteCarlo模拟和实验测量。在中到高电场存在下，考虑了n型和p型材料在不同温度和载流子浓度下的非线性量子动力学理论计算结果与MonteCarlo计算结果和实验数据之间的一致性非常好，从而令人满意地验证了NESEF。

（Yb，Al）N氮化物合金中增强机电耦合的起源

Origin of Enhanced Electromechanical Coupling in (Yb,Al)N Nitride Alloys

我们的实验表明，合金化的纤锌矿相氮化铝的结果在明确的机械软化和增强的机电耦合的氮化铝的α-相YbN。第一性原理计算再现实验结果，并预测最大270%的机电耦合系数增加所造成的（1）增强的压电响应引起的Yb离子的局部应变和（2）的（Yb，Al）N合金的结构的灵活性。计算结果表明，（Yb，Al）N薄膜中的Yb-Yb对在$c$轴方向上是能量稳定的，并且由于Yb-Yb对之间的排斥作用而避免在纤锌矿结构的基面上形成，这也解释了在我们的溅射实验中难以制备高浓度的（Yb，Al）N薄膜的原因。此外，相邻Yb-Yb对相互作用也促进了（Yb，Al）N的结构柔性，并且被认为是（Yb，Al）N的机械软化的原因。

III-V氮化物压电张量d的第一性原理计算

First-principles calculation of the piezoelectric tensor d of III-V nitrides

我们报告直接的第一性原理密度泛函计算的压电张量$\tensor{d}$相关的极化施加应力的二元化合物AlN，GAN，和InN。$\tensor{d}$的值是相当敏感的交换相关功能的选择，结果都提出了局部密度和梯度近似。与实验和预测值间接从弹性和e-piezoconstant张量的比较。

宽禁带 GaN 和 AlN 中显著的声子曳引效应

Significant Phonon Drag Effect in Wide Bandgap GaN and AlN

本研究通过求解完全耦合的电子和声子 Boltzmann 输运方程，揭示了宽禁带 GaN 和 AlN 中声子曳引效应在室温下显著提升载流子迁移率和 Seebeck 系数，并阐明了其随载流子浓度变化的不同机制及极性光学声子的关键作用。

III-V氮化物的自发极化和压电常数

Spontaneous polarization and piezoelectric constants of III-V nitrides

自发极化，动态玻恩电荷，和压电常数的III-V族氮化物AlN，GAN，和InN的研究从头开始使用贝里相位方法在固体中的极化。的压电常数被发现是10倍以上，比传统的III-V和II-VI的，和可比的ZnO。与常规III-V族化合物不同的其他性质是压电常数的符号（如II-VI族化合物中的正）和非常大的自发极化。

GaN/AlN超晶格的横面热导率

Cross-plane thermal conductivity of GaN/AlN superlattices

由交替的GAN/AlN外延层组成的异质结构代表了用于主动冷却和节能闪电的最先进器件的构建块。深入了解这些结构的热传导对于改善未来应用的热管理至关重要。在这里，作为层的厚度的函数的GAN/AlN超晶格的交叉平面（垂直于样品的表面）的热导率通过采用$3ω$ -方法建立。此外，相互扩散的作用在界面上的声子散射被考虑在建模和数据处理。据发现，跨平面的外延异质结构的热导率可以被驱动到低至5.9 W/（m $\cdot$ K）的值与那些报道的非晶薄膜相媲美，从而打开广泛的前景，优化热管理III族氮化物为基础的外延多层膜。

GaP，GaN，AlN，BN，ZnO和BeO中阳离子空位的高自旋态：第一性原理研究

High spin states of cation vacancies in GaP, GaN, AlN, BN, ZnO and BeO: A first principles study

用第一性原理计算分析了GaP、GAN、AlN、BN、ZnO和BeO中阳离子空位的高自旋态。自旋极化空位诱导能级位于GaP、ZnO和BeO的带隙中。在氮化物中，较强的交换耦合迫使空位态与价带共振，禁止在GAN和BN中形成带正电荷的空位，并允许p-AlN中的Al空位呈现最高可能的S=2自旋态。自旋密度的形状，各向同性的锌尖晶石结构中，具有明显的方向性的特点，在纤锌矿结构。空位态的自旋极化稳定性由阴离子的自旋极化能以及空位邻居之间的原子间距离决定，因此由宿主的晶格常数和空位周围的原子弛豫两者给出。实验的影响进行了讨论。

立方GaN/AlN量子点中激子自旋的室温光学取向

Room temperature Optical Orientation of Exciton Spin in cubic GaN/AlN quantum dots

利用时间分辨光致发光研究了GaN/AlN自组织立方量子点系综中激子自旋的光学取向。在偏振准共振激发下，发光线偏振即使在室温下也没有时间衰减。这证明了这些立方氮化物纳米结构中激子自旋极化的鲁棒性，其特征衰减时间长于10 ns。

高品质因数氮化物基光腔：嵌入GaN/Al（Ga）N量子点的微盘

High quality factor nitride-based optical cavities: microdisks with embedded GaN/Al(Ga)N quantum dots

通过室温光致发光（PL）光谱比较了AlN和AlGaN势垒上生长的GAN量子点（QD）的微盘的晶须画廊模式的品质因数值。PL测量显示了大量的高Q因子（Q）谐振模式的整个频谱，使我们能够识别不同的径向模式的家庭，并将它们与模拟。我们报告了一个相当大的改善的Q因子，反映了蚀刻质量和相对较低的腔损耗插入量子点到腔。基于GAN/AlN量子点的微盘显示出非常高的Q值（Q > 7000），而在AlGaN势垒层上生长的嵌入量子点的微盘中的Q因子仅高达2000。我们将这种差异归因于AlN势垒层在我们的实验研究的能量下的带隙以下的较低吸收。

具有复杂基底的纤锌矿氮化物超晶格的极性光学声子态及其色散谱：传输矩阵方法

Polar optical phonon states and their dispersive spectra of a wurtzite nitride superlattice with complex bases: transfer-matrix method

基于介电连续介质模型和传输矩阵方法，研究了具有任意层复基底的纤锌矿GaN基超晶格中完全极性光学声子态.证明了在具有$n$层复合基底的纤锌矿氮化物SL中可能存在$2^n$型声子模。得到了纤锌矿GAN/Al $_{x}$ Ga $_{1-x}$ N SL结构中这些模式的声子态解析解及其色散方程。对三层GAN/Al $_{0.15}$ Ga $_{0.85}$ N/AlN复合基底SL进行了数值计算。结果表明，在三层GAN/Al $_{0.15}$ Ga $_{0.85}$ N/AlN复合基底超晶格中，只存在一种界面光学（IO）声子模和四种准受限（QC）声子模。复杂基底超晶格中声子模的色散谱扩展为一系列频带。观察到了QC模退化为IO模的行为。本文的理论方案和数值计算结果对于分析纤锌矿GaN基复合基底超晶格中完全声子模的色散谱及其极化效应是十分有用的。

GaN和AlN对应双亚苯基网络的力学、电子、热力学和光学性质的DFT研究

A DFT Study on the Mechanical, Electronic, Thermodynamic, and Optical Properties of GaN and AlN Counterparts of Biphenylene Network

本研究通过DFT计算，揭示了BPN-GaN和BPN-AlN的电子、力学、热力学及光学性质，其中BPN-AlN稳定且带隙3.2 eV，两者具有紫外收集潜力。

基于超宽禁带单晶AlN衬底的XHEMT

XHEMTs on Ultrawide Bandgap Single-Crystal AlN Substrates

本文提出基于单晶AlN衬底的XHEMT，通过赝晶GaN沟道实现强载流子限制，克服传统GaN HEMT的位错和热阻问题，在10 GHz下达到5.92 W/mm输出功率和65%效率，适用于下一代射频电子。

III-V半导体氮化物的正交和非正交紧束缚参数

Orthogonal and Non-Orthogonal Tight Binding parameters for III-V Semiconductors Nitrides

采用模拟退火（SA）方法确定了氮化物半导体AlN、GAN和InN的不同紧束缚（TB）参数集，并讨论了它们的局限性和潜力。考虑了两种原子基组：（\textit{i}）正交的$sp^3s*$，其相互作用可达第二邻元;（\textit{ii}）非正交的$spd$，其哈密顿矩阵元在扩展休克尔理论（EHT）中计算.对于非正交方法，TB参数给出了锌合金和纤锌矿晶体结构。

单晶体AlN衬底上的应变GaN量子阱FET

Strained GaN Quantum-Well FETs on Single Crystal Bulk AlN Substrates

我们报告的第一个实现的分子束外延生长应变GAN量子阱场效应晶体管的单晶体AlN衬底。所制造的双异质结构FET表现出超过2 X 10^13/cm 2的二维电子气（2DEG）密度。欧姆接触的2DEG沟道形成n+ GAN MBE再生长过程中，与0.13欧姆-毫米的接触电阻。拉曼光谱使用的量子阱作为光学标记揭示了量子阱中的应变，和应变弛豫的再生长的GAN接触。65 nm长的矩形栅器件的直流漏电流驱动为2.0 A/mm，峰值非本征漏电流为250 mS/mm，小信号射频性能达到fT~120 GHz。DC和RF性能表明，体AlN衬底为应变量子阱氮化物晶体管提供了一个有吸引力的替代平台，用于未来的高电压和高功率微波应用。

磁控溅射外延制备的纤维织构与外延钼薄膜的结构和电学性能

Structural and electrical properties of fiber textured and epitaxial molybdenum thin films prepared by magnetron sputter epitaxy

本文系统研究生长温度对纤维织构与外延AlN上磁控溅射Mo薄膜结构及电学性能的影响，揭示晶粒尺寸和晶界类型对电阻率的作用规律。

氮化铝压电高$Q_m$纳米机械谐振器力学性能的厚度依赖性

Thickness dependence of the mechanical properties of piezoelectric high-$Q_m$ nanomechanical resonators made from aluminium nitride

本研究表征不同厚度的张应变AlN压电薄膜，制备利用耗散稀释提升品质因子的纳米机械谐振器，发现200 nm以下厚度器件的$Q_f$乘积达$10^{12}$ Hz量级，为相关光电器件发展提供支撑。

2 p轻元素掺杂的Ⅱ-氧化物和Ⅲ-氮化物半导体的铁磁性

Ferromagnetism in 2p Light Element-Doped II-oxide and III-nitride Semiconductors

本文研究了掺有102 p轻元素的Ⅱ-氧化物和Ⅲ-氮化物半导体作为潜在的稀磁半导体。基于我们的第一性原理计算，氮掺杂的ZnO，碳掺杂的ZnO，和碳掺杂的AlN被预测为铁磁性。这类DMS材料的铁磁性可以归因于类p-d交换的p-p耦合相互作用，这种相互作用是由杂质（类p t_2）和价（p）态之间相似的对称性和波函数引起的。我们还提出了一种共掺杂机制，使用铍和氮作为掺杂剂在ZnO中，以增强铁磁耦合，并增加溶解度和活性。

极性和非极性取向下 wurtzite 结构 AlN、GaN 和 B$_x$Al$_{1-x}$N 合金的原理计算能带对齐工程

First-principles band alignment engineering in polar and nonpolar orientations for wurtzite AlN, GaN, and B$_x$Al$_{1-x}$N alloys

本文通过密度泛函理论等方法计算了B$_x$Al$_{1-x}$N在不同取向下的能带对齐，发现低xB$_x$Al$_{1-x}$N/AlN具有近零价带对齐，高xB$_x$Al$_{1-x}$N则呈现I型或II型对齐，为高电子迁移率晶体管和紫外发光二极管设计提供指导。

新型氮化物：层状、铁电、磁性、金属和超导氮化物，促进GaN光子学和电子学生态系统

The New Nitrides: Layered, Ferroelectric, Magnetic, Metallic and Superconducting Nitrides to Boost the GaN Photonics and Electronics Eco-System

氮化物半导体材料GAN、AlN和InN及其合金和异质结构在过去30年中得到了广泛的研究，导致了几种技术上成功的光子和电子器件。就在过去的几年里，出现了许多新的氮化物材料，具有令人兴奋的光子，电子和磁性。一些例子是2D和层状hBN和III-V金刚石类似物cBN，过渡金属氮化物ScN，YN及其合金（例如铁电ScAlN），压磁GaMnN，亚铁磁Mn 4 N和外延超导体/半导体NbN/GAN异质结。本文综述了这些新的氮化物材料的迷人和新兴的物理和科学。它还讨论了它们在未来几代器件中的潜在应用，这些器件利用了基于氮化物半导体已经创建的晶体管，发光二极管和激光器的光子和电子器件生态系统。

Yb取代III-V氮化物合金中的机电耦合

Electromechanical coupling in Yb-substituted III-V nitride alloys

III族氮化物合金目前用于各种微波通信应用中，因为在与岩盐氮化物（例如YbN或ScN）合金化之后机电耦合的巨大增强。本文通过理论计算和实验研究了纤锌矿型III-V族氮化物中Yb替代引起的机电耦合增强效应。置换引起的机械软化和局部应变可以增强机电耦合。Yb替代引起的力学软化对母体AlN或GAN的依赖性较小，这是由Yb-Yb对在c轴方向上的相互作用引起的，GAN基和AlN基合金之间的机电耦合差异主要来自Yb替代对压电响应的增强效应。在GaN基合金中观察到相对于母体氮化物的压电响应的最大变化，这主要被认为是母体GAN的小压电常数的结果。我们的计算还表明，具有更接近的离子尺寸的替代元素的主机阳离子更容易取代到主机氮化物，并产生更大的内部应变，部分有助于提高压电响应。这可以作为一个简单的指导方针，以确定合金成分在寻找机电耦合的大量增加。

Sc基III族氮化物的可调谐光电和铁电性能

Tunable optoelectronic and ferroelectric properties in Sc-based III-nitrides

使用具有特殊准随机结构的密度泛函理论研究了Sc基III族氮化物合金，发现其保持直接高达x = 0.125（ScxAl 1-xN）和x = 0.375（ScxGa 1-xN）的宽带隙。外延应变稳定防止亚稳分解高达x = 0.3（GAN上的ScxAl 1-xN）和x = 0.24（GAN上的ScxGa 1-xN），应变弛豫的临界厚度范围从3 nm到接近无穷大。Sc含量的增加引入了相对于AlN和GAN的压缩面内应力，并导致成分和应力可调的带隙和极化，并最终在x = 0.625处引入ScxGa 1-xN中的铁电功能。

Thermal conductivity of AlN, GaN, and Al$_x$Ga$_{1-x}$N alloys as a function of composition, temperature, crystallographic direction, and isotope disorder from first principles

Ultra-wide-band-gap group-III nitrides are of interest for applications in deep-ultraviolet optoelectronics and power electronics. Such devices must be able to efficiently dissipate heat generated from their operation, making the thermal conductivity of the constituent materials an important parameter for high-power applications. We have investigated the phonon-limited thermal conductivity of AlN, GaN, and Al$_x$Ga$_{1-x}$N using first-principles calculations, with a focus on the effects of compositional and isotopic disorder. Our Boltzmann-transport-equation calculations show that the maximum…

基于扩散的生成机器学习模型用于预测氮化铝中原子尺度的裂纹扩展

Diffusion-based Generative Machine Learning Model for Predicting Crack Propagation in Aluminum Nitride at the Atomic Scale

本文提出一种基于扩散的生成机器学习模型，用于预测氮化铝中原子尺度的裂纹扩展，通过仅使用初始微观结构嵌入进行条件预测，实现了快速且准确的动态断裂过程模拟，包括应力驱动的裂纹萌生、裂纹分叉和原子尺度的桥接连接。

基于从头算和实验的氧掺杂纤锌矿型氮化铝涂层结构研究

Mapping the Structure of Oxygen-Doped Wurtzite Aluminum Nitride Coatings From Ab Initio Random Structure Search and Experiments

机器学习正在改变我们设计和解释材料科学实验的方式。在这项工作中，我们展示了如何无监督学习，结合从头算建模，提高了我们的多组分合金的结构亚稳性的理解。我们使用的Al-O-N合金的例子的情况下，在纤锌矿AlN中的铝空位的形成后，取代氧的掺入可以被看作是一个一般的固体机制，其中晶体对称性降低，以稳定缺陷。理想的AlN纤锌矿晶体结构占据不能匹配，由于异价异质元素的存在下，进入结构。传统的X射线衍射（XRD）实验解释了Al-O-N薄膜中C晶格的收缩，表明在8at.%的溶解度存在极限氧含量在这里，我们表明，这种天真的解释是误导。我们通过从头计算模拟和正电子湮没寿命谱数据的机器学习分析来支持XRD数据，没有发现可能的溶解度极限的迹象。相反，在增加氧含量时出现的各种非平衡富氧缺陷结构的存在表明，晶界的形成是负责在Al-O-N溅射膜中测量的晶格收缩的最合理的机制。

III-V氮化物非极性表面的反常弛豫和化学趋势

Anomalous relaxations and chemical trends at III-V nitride non-polar surfaces

III-V族化合物的非极性表面的弛豫是由去杂化和电荷转移之间的竞争引起的。第一性原理计算结果表明，与普通的III-V族半导体材料相比，ZnO和纤锌矿结构的AlN、GAN和InN的（110）和（10 $\bar{1}$ 0）晶面具有反常的行为。GaAs和ZnO的额外计算表明与后者密切类似。我们解释我们的结果在较大的离子性（电荷不对称性）和键合强度（内聚能）的氮化物相对于其他III-V族化合物，基本上是由于较强的价电位和没有$p$核心状态的较轻的阴离子。同样的解释适用于Zn II-VI化合物。

N极GaN/AlN共振隧穿二极管

N-polar GaN/AlN resonant tunneling diodes

采用等离子体辅助分子束外延技术在单晶N极性GAN衬底上实现了N极性GAN/AlN共振隧穿二极管。室温下的电流-电压特性揭示了一个负微分电导（NDC）区，在正向偏压为~8 V时，峰值隧穿电流为6.8 $\pm$ 0.8 kA/cm $^2$。在~ $-$ 4 V处测得极化感生阈值电压。用与金属相反的极化场很好地解释了这些谐振和阈值电压。极性对应物，确认RTD的N极性。当器件在NDC区偏置时，在外部电路中产生电子振荡，证明了共振隧穿现象的鲁棒性。与金属极性RTD相比，N极性结构的发射极位于共振隧穿腔的顶部。因此，这种器件架构开辟了通过共振隧穿注入$-$与III族氮化物半导体无缝连接$-$的可能性，为探索新的器件物理提供了一条途径。

纤锌矿材料中极化常数的正确实现及其对III族氮化物的影响

Correct implementation of polarization constants in wurtzite materials and impact on III-nitrides

热释电材料之间极化不连续性的精确值对于理解和设计异质结构的电子特性至关重要。对于纤锌矿材料，文献中已使用锌的结构作为参考，以确定有效的自发极化常数。我们表明，由于锌结构具有非零的正式极化，这种方法的结果在一个虚假的贡献材料之间的自发极化差异。此外，我们解决了正确的选择“不当”与“正确”的压电常数。对于技术上重要的III族氮化物材料GAN，AlN和InN，我们确定使用一致的参考的层状六方结构和正确选择的压电常数的基础上的极化不连续性，并讨论现有的实验数据的结果。

二维III族氮化物的巨激子吸收和发射

Giant excitonic absorption and emission in two-dimensional group-III nitrides

本文用从头算方法系统地研究了BN、AlN、GAN和InN等类橄榄石半导体单层膜的吸收和发射。计算了考虑准粒子效应和激子效应的面内和离面光偏振态的吸收谱。根据能带结构讨论了吸收边和激子束缚随阳离子变化的化学趋势。激子结合能和局域化半径内的Keldysh模型的激子在二维解释。强激子效应是由于低维、限制效应和减少屏蔽的相互作用。我们发现激子辐射寿命范围从十分之几皮秒（BN）到十分之几纳秒（InN）在室温下，从而使二维氮化物，特别是InN，有前途的材料，用于发光二极管和高性能太阳能电池。

氧气在ScxGa1-xN和ScxAl1-xN的PDKEEPAAA生长中的掺入

Oxygen Incorporation in the MBE growth of ScxGa1-xN and ScxAl1-xN

采用二次离子质谱（SIMS）技术对分子束外延（MBE）生长的两种含钪氮化物半导体多层异质结构：ScxGa 1-xN/GAN和ScxAl 1-xN/AlN中的碳和氧杂质浓度进行了测定。在富含金属的条件下在具有高达28原子百分比的Sc含量的GaN-SiC模板衬底上生长的ScxGa 1-xN/GAN异质结构中，发现氧浓度低于1 × 1019/cm 3，其增加与钪含量直接相关。在富氮条件下在Sc含量高达26原子百分比的AlN-Al 2 O3模板衬底上生长的ScxAl 1-xN-AlN异质结构中，发现氧浓度在1019至1021/cm 3之间，再次与Sc含量直接相关。增加的氧和碳在钪合金层的沉积期间出现。

压电极化对纤锌矿氮化物声子群速度的影响

Effect of Piezoelectric Polarization on Phonon group velocity in Wurtzite Nitrides

研究了压电极化特性对二元和三元纤锌矿氮化物声子群速度的影响。研究发现，随着PZ偏振特性的存在，声子群速度发生了改变。由于PZ极化效应引起的声子群速度的变化直接取决于压电张量的大小。利用文献中不同工作者推荐的不同压电张量值，估算了声子群速度的变化率。用修正的群速度计算了GaN、AlN和InN的德拜温度和频率。计算了三元氮化物AlxGa（1-x）N，InxGa（1-x）N和InxAl（1-x）N的声子群速度随组分的变化.在三元合金的声子群速度中观察到一个小的正弯曲。声子群速度的百分比变化也计算了三元氮化物之间的直接比较。当考虑压电极化特性时，预计结果将显示III族氮化物的声子弛豫速率和热导率的变化。

III族氮化物中的亚稳态缺陷

Metastable defects in III-Nitrides

本文综述III族氮化物亚稳态缺陷的相关内容，提出通过生长掺杂控制、电子构型稳定及器件结构设计等措施，提升III族氮化物基器件的性能与可靠性。

纤锌矿型III氮化物的极化特性反映了极化工程的原理

Polarization properties of wurtzite III nitride indicate the principle of polarization engineering

III族氮化物的自发极化和压电极化显著影响各种III族氮化物基器件的操作。我们报告了第三族氮化物二元和三元合金的自发极化（SP）和压电（PZ）常数与六方参考结构的从头算研究。这些计算的偏振特性为氮化物半导体器件的偏振工程提供了一个深刻的原则，基于此，我们提出了几个异质结，在结处具有接近零的偏振效应，可以潜在地提高光学和功率器件的性能。极化掺杂效应进行了研究，以及从AlN的BAlN分级的极化掺杂效应可以加倍。

N掺杂纤锌矿III族氮化物的迁移率

Mobility in N-Doped Wurtzite III-Nitrides

报道了n掺杂纤锌矿Ⅲ族氮化物迁移率的研究。我们已经确定了III-氮化物系统的非平衡热力学状态，驱动远离平衡由一个强大的电场，在稳定状态下，随后一个非常快的瞬态。导出了迁移率随电场强度的变化关系，迁移率随电场强度的增大而减小。我们分析了电子散射的不同渠道，即极性光学，变形，压电，与声子的相互作用，并与杂质所产生的迁移率的贡献。对n-InN、n-GaN和n-AlN的情况进行了分析：正如预期的那样，主要贡献来自这些强极性半导体中的偏振光相互作用。其他的相互作用是在降序，变形声学，压电，和一个由于杂质。

具有纤锌矿衍生晶体结构的Zn2NbN3三元氮化物半导体的合成

Synthesis of Zn2NbN3 ternary nitride semiconductor with wurtzite-derived crystal structure

具有纤锌矿晶体结构的二元III-N氮化物半导体（诸如GAN和AlN）已经长期用于从光电子到电信的许多实际应用中。通过阳离子突变（元素取代）从母体二元化合物衍生的结构相关的ZnGeN 2或ZnSnN 2最近引起了注意，但是这样的三元氮化物材料大多限于II-IV-N2组成。本文报道了一种未见报道的II 2-V-N3三元氮化物半导体Zn_2NbN_3的合成和表征。Zn 2NbN 3薄膜的合成采用单步吸附控制生长法和防止Zn和N损失的两步沉积/退火法。测量结果表明，Zn 2NbN 3结晶纤锌矿衍生的结构，在这里使用两步法合成的比较化学相关的岩盐衍生的Mg 2NbN 3化合物。估计纤锌矿晶格参数为a = 3.36A和c = 5.26A，（c/a = 1.55），并且对于这种阳离子无序的Zn 2NbN 3，光吸收起始在2.1eV处。为了比较，已发表的计算研究预测阳离子有序的Zn 2NbN 3是有效纤锌矿c/a = 1.62和带隙为3.5 - 3.6 eV的半导体。总的来说，这项工作扩大了纤锌矿家族的氮化物半导体，并建议其他三元氮化物应该是可能的合成

立方亚稳Ta-Al-N和Nb-Al-N相空位驱动的扩展稳定性

Vacancy-driven extended stability of cubic metastable Ta-Al-N and Nb-Al-N phases

量子力学计算以前曾被应用于预测许多三元和多元氮化物系统的相稳定性。虽然对Ti-Al-N系统的预测是非常准确的，但在其他系统的情况下，理论和实验之间存在一些差异。也就是说，在Ta-Al-N的情况下，计算倾向于高估获得具有立方结构的亚稳固溶体所需的最小Al含量。在这项工作中，我们提出了一个全面的研究空位的影响，在准二元TaN-AlN和NbN-AlN系统的相场。我们的计算清楚地表明，点缺陷的存在下，强烈地扩大了立方相场的TaN-AlN系统，而在NbN-AlN的情况下，效果不太明显。本相稳定性预测同意更好地与文献中报道的物理气相沉积薄膜的实验观察比基于完美的，无缺陷的结构。这项研究表明，一个有代表性的结构模型与实验数据进行有意义的比较是至关重要的。

氮化物的能带结构参数：InN小带隙的成因

Band structure parameters of the nitrides: The origin of the small band gap of InN

利用局域密度近似（LDA）中带隙误差修正的能带结构方法，我们研究了III-V族半导体中带隙变化的化学趋势，并预测InN的带隙为0.8 +/- 0.1 eV，远小于以前的实验值约0.8 +/- 0.1 eV。1.9 EV. InN的异常小的带隙解释的高电负性的氮，因此，小的带隙变形潜力的InN。根据能带的非抛物线性和Moss-Burstein位移讨论了测量到的大带隙的可能来源。基于LDA计算的误差分析和实验数据，我们编制了纤锌矿AlN、GAN和InN的推荐能带结构参数。