Centra barwne w AlN mogą często występować w różnych stanach naładowania i mogą im towarzyszyć liczne współistniejące defekty, tworząc złożone środowisko, w którym wzajemne interakcje są nieuniknione. Dlatego wyzwaniem jest opracowanie protokołów wzrostu kryształów AlN, które umożliwią selektywne uzyskanie określonego centrum barwnego i regulowanie jego koncentracji, jednocześnie zapobiegając powstawaniu innych niepożądanych defektów punktowych. W niniejszej pracy przedstawiam procedurę dotyczącą inżynierii defektów punktowych w półprzewodnikach binarnych o szerokiej przerwie energetycznej, którą można bezpośrednio zastosować do projektowania optymalnych protokołów wzrostu kryształów poprzez połączenie analizy fazowej opartej na metodzie CALPHAD oraz obliczeń ab initio defektów punktowych. Badamy technologicznie istotne centra barwne indukowane przez chrom i mangan w AlN, a następnie analizujemy wpływ tlenu, który może być niezamierzenie wprowadzany podczas wzrostu kryształów. Przedstawiamy dominujące defekty we wszystkich trzech przypadkach jako funkcję parametrów procesu, wraz z ich sygnaturami optycznymi.

W przypadku domieszkowania zarówno chromem jak i manganem, najbardziej prawdopodobne defekty to CrAl​ oraz MnAl, a wzrost ciśnienia cząstkowego azotu sprzyja zwiększeniu ich koncentracji. Pokazujemy, że możliwe jest wykorzystanie lotności azotu jako narzędzia do regulacji intensywności sygnatur optycznych. Wyznaczyliśmy energie jonizacji defektu CrAl​ względem maksimum pasma walencyjnego równą odpowiednio 2.60 eV (E+/−), 3.83 eV (E0/−) i 5.41 eV (E−/2−) a także przejścia związane z wychwytem elektronów i dziur, których pasma luminescencyjne są scentrowane odpowiednio przy 2.82 eV, 1.91 eV i 3.15 eV.

W przeciwieństwie do domieszkowania chromem, agregacja Mn jest mało prawdopodobna, a defekt MnAl​–VN​ jest najobficiej występującym defektem po MnAl​ w większości warunków syntezy. Tlen wykazuje tendencję do tworzenia kompleksów z VAl​, a defekt ON–VAl​ jest znaczącym defektem zaraz po ON, charakteryzującym się pasmami emisji w UV o energiach 3.17 eV, 3.26 eV i 3.81 eV. Nasze wyniki są zgodne z dostępnymi eksperymentalnymi sygnaturami optycznymi centrów związanych z Cr, Mn i O, a także demonstrują sposoby regulowania intensywności ich emisji poprzez zmiany warunków wzrostu kryształów.