에피택시얼 알루미늄 나이트라이드 박막의 2차 비선형성에 대한 스칸듐 치환의 영향

강력한 전주기 및 광학 비선형성과 CMOS 호환성을 고려할 때, 스칸듐 합금 알루미늄 나이트라이드(ScAlN)는 차세대 집적 포토닉스를 위한 변혁적 잠재력을 갖춘 소재로 부각된다. 비선형 특성에 대한 포괄적인 이해는 실용적인 비선형 광학 장치와 완전 집적 포토닉 시스템 개발에 필수적이다. 본 연구에서는 분자 빔 에피택시를 통해 성장된 에피택시얼 ScAlN 박막의 2차 비선형 특성을 스칸듐 농도(0%–30%)에 걸쳐 실험적으로 및 계산적으로 조사한다. 우리는 알루미늄 나이트라이드에 비해 d31 계수가 17배 증가하여, 1266 nm에서 30% Sc에서 2.59 pm/V에 도달했다는 점을 보고한다. d33을 증가시키려면 더 짧은 파장과 더 큰 Sc 농도가 필요하다. 두 개의 독립적인 첫 원리 계산이 이러한 정성적 경향을 검증한다. 향상된 2차 비선형성을 가진 ScAlN 물질 클래스는 모듈레이터, 주파수 변환기 및 얽힌 광자 소스에서 효율적인 I형/II형 비선형 상호작용을 가능하게 할 수 있는 잠재력을 지닌다.