提升 AlScN 材料的电光响应

Haochen Wang; Sai Mu; Chris G. Van de Walle

提升 AlScN 材料的电光响应

材料科学 2024-10-22 v2

作者: Haochen Wang , Sai Mu , Chris G. Van de Walle

摘要

大型电光（EO）系数的新型材料对于开发超紧凑型宽频调制器和实现有效量子转换至关重要。相较于最广泛使用的非线性光学材料锂硝石， wurtzite 结构 AlScN 因其与集成电路的兼容性，在纳米光子器件中具有优势。我们进行了详细的第一性原理计算，研究了 $\mathrm{Al}_{1-x}\mathrm{Sc}_{x\mathrm{N}}$ 合金和超结构中的电光效应。在合金中，随着 Sc 掺杂浓度的升高，EO 系数也随之增大；重要的是，我们发现沿 $c$ 轴的阳离子有序排列可导致 EO 响应的增强。通过应变工程可进一步调控 AlScN 薄膜的 EO 系数。施加平面应变时，piezoelectric 对 EO 系数的贡献显著增加，甚至可超过 251 pm/V。我们还探讨了通过超结构工程实现 EO 增强的可能性，发现非极性 $a$ 面 $(AlN)_m/(ScN)_n$ 超结构可将 EO 系数提升至 40 pm/V 以上。我们的研究为通过合金工程和异质结构设计来增强电光效应提供了设计原则。

关键词

电光效应 AlScN 第一性原理计算应变工程超结构

引用

@article{arxiv.2410.07444,
  title  = {Towards higher electro-optic response in AlScN},
  author = {Haochen Wang and Sai Mu and Chris G. Van de Walle},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2410.07444},
  year   = {2024}
}

备注

Six pages in main manuscript including the reference. Three figures in main manuscript, 10 figures in Supplementary Materials

提升 AlScN 材料的电光响应

摘要

关键词

引用

备注

相关论文