In this work, we determine the dependence of the defect transition energies, electronic bands, and surface charge neutrality levels in AlGaN. With Vacuum level as reference, we show that energy transitions of localized defects and the surface Fermi level are independent of the alloy composition as electronic bands diverge with the increase in the bandgap as a function of alloy composition. The invariance of localized states on the alloy composition creates a convenient internal reference energy with respect to which other energy states may be measured. We demonstrate a higher generality to the universality rule with the independence of deep transition states of otherwise shallow donor type defects [(+1/+3) transition for VN] and defect complexes (CN+SiIII) in addition to the earlier predicted independent nature of mid-gap states when they are either the antibonding state between cationic impurities and host anion or acceptors at anion sites.

1.
D.
Alden
,
J. S.
Harris
,
Z.
Bryan
,
J. N.
Baker
,
P.
Reddy
,
S.
Mita
,
G.
Callsen
,
A.
Hoffmann
,
D. L.
Irving
,
R.
Collazo
, and
Z.
Sitar
,
Phys. Rev. Appl.
9
,
054036
(
2018
).
2.
J.
Buckeridge
,
C. R. A.
Catlow
,
D. O.
Scanlon
,
T. W.
Keal
,
P.
Sherwood
,
M.
Miskufova
,
A.
Walsh
,
S. M.
Woodley
, and
A. A.
Sokol
,
Phys. Rev. Lett.
114
,
016405
(
2015
).
3.
S. F.
Chichibu
,
H.
Miyake
,
K.
Hiramtsu
, and
A.
Uedono
,
III-Nitride Ultraviolet Emitters
(
Springer
,
Cham
,
2016
), pp.
115
136
.
4.
S. G.
Christenson
,
W.
Xie
,
Y. Y.
Sun
, and
S. B.
Zhang
,
J. Appl. Phys.
118
,
135708
(
2015
).
5.
D. O.
Demchenko
,
I. C.
Diallo
, and
M. A.
Reshchikov
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
087404
(
2013
).
6.
M.
Lamprecht
,
C.
Grund
,
B.
Neuschl
,
K.
Thonke
,
Z.
Bryan
,
R.
Collazo
, and
Z.
Sitar
,
J. Appl. Phys.
119
,
155701
(
2016
).
7.
J. L.
Lyons
,
A.
Janotti
, and
C. G. V.
de Walle
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
152108
(
2010
).
8.
B. B.
Haidet
,
B.
Sarkar
,
P.
Reddy
,
I.
Bryan
,
Z.
Bryan
,
R.
Kirste
,
R.
Collazo
, and
Z.
Sitar
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
56
,
100302
(
2017
).
9.
R.
Collazo
,
S.
Mita
,
J.
Xie
,
A.
Rice
,
J.
Tweedie
,
R.
Dalmau
, and
Z.
Sitar
,
Phys. Status Solidi C
8
,
2031
(
2011
).
10.
R.
Collazo
,
J.
Xie
,
B. E.
Gaddy
,
Z.
Bryan
,
R.
Kirste
,
M.
Hoffmann
,
R.
Dalmau
,
B.
Moody
,
Y.
Kumagai
,
T.
Nagashima
,
Y.
Kubota
,
T.
Kinoshita
,
A.
Koukitu
,
D. L.
Irving
, and
Z.
Sitar
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
191914
(
2012
).
11.
F.
Kaess
,
S.
Mita
,
J.
Xie
,
P.
Reddy
,
A.
Klump
,
L. H.
Hernandez-Balderrama
,
S.
Washiyama
,
A.
Franke
,
R.
Kirste
,
A.
Hoffmann
,
R.
Collazo
, and
Z.
Sitar
,
J. Appl. Phys.
120
,
105701
(
2016
).
12.
A. M.
Armstrong
,
M. W.
Moseley
,
A. A.
Allerman
,
M. H.
Crawford
, and
J. J.
Wierer
,
J. Appl. Phys.
117
,
185704
(
2015
).
13.
D. D.
Koleske
,
A. E.
Wickenden
,
R. L.
Henry
, and
M. E.
Twigg
,
J. Cryst. Growth
242
,
55
(
2002
).
14.
S.
Mita
,
R.
Collazo
,
A.
Rice
,
R. F.
Dalmau
, and
Z.
Sitar
,
J. Appl. Phys.
104
,
013521
(
2008
).
15.
P.
Reddy
,
S.
Washiyama
,
F.
Kaess
,
R.
Kirste
,
S.
Mita
,
R.
Collazo
, and
Z.
Sitar
,
J. Appl. Phys.
122
,
245702
(
2017
).
16.
P.
Reddy
,
M. P.
Hoffmann
,
F.
Kaess
,
Z.
Bryan
,
I.
Bryan
,
M.
Bobea
,
A.
Klump
,
J.
Tweedie
,
R.
Kirste
,
S.
Mita
,
M.
Gerhold
,
R.
Collazo
, and
Z.
Sitar
,
J. Appl. Phys.
120
,
185704
(
2016
).
17.
Z.
Bryan
,
I.
Bryan
,
B. E.
Gaddy
,
P.
Reddy
,
L.
Hussey
,
M.
Bobea
,
W.
Guo
,
M.
Hoffmann
,
R.
Kirste
,
J.
Tweedie
,
M.
Gerhold
,
D. L.
Irving
,
Z.
Sitar
, and
R.
Collazo
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
222101
(
2014
).
18.
P.
Reddy
,
Q.
Guo
,
J.
Tweedie
,
S.
Washiyama
,
F.
Kaess
,
S.
Mita
,
M. H.
Breckenridge
,
R.
Kirste
,
R.
Collazo
,
A.
Klump
,
B.
Sarkar
, and
Z.
Sitar
, in 2018 IEEE Conference on Research and Applications of Photonics in Defense, RAPID (
2018
), pp.
1
4
.
19.
B. E.
Gaddy
,
Z.
Bryan
,
I.
Bryan
,
J.
Xie
,
R.
Dalmau
,
B.
Moody
,
Y.
Kumagai
,
T.
Nagashima
,
Y.
Kubota
,
T.
Kinoshita
,
A.
Koukitu
,
R.
Kirste
,
Z.
Sitar
,
R.
Collazo
, and
D. L.
Irving
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
202106
(
2014
).
20.
C. G. V.
de Walle
and
J.
Neugebauer
,
J. Appl. Phys.
95
,
3851
(
2004
).
21.
P.
Kempisty
,
Y.
Kangawa
,
A.
Kusaba
,
K.
Shiraishi
,
S.
Krukowski
,
M.
Bockowski
,
K.
Kakimoto
, and
H.
Amano
,
Appl. Phys. Lett.
111
,
141602
(
2017
).
22.
M. A.
Reshchikov
and
H.
Morkoç
,
J. Appl. Phys.
97
,
061301
(
2005
).
23.
J. S.
Harris
,
J. N.
Baker
,
B. E.
Gaddy
,
I.
Bryan
,
Z.
Bryan
,
K. J.
Mirrielees
,
P.
Reddy
,
R.
Collazo
,
Z.
Sitar
, and
D. L.
Irving
,
Appl. Phys. Lett.
112
,
152101
(
2018
).
24.
M.
Himmerlich
,
L.
Lymperakis
,
R.
Gutt
,
P.
Lorenz
,
J.
Neugebauer
, and
S.
Krischok
,
Phys. Rev. B
88
,
125304
(
2013
).
25.
J. P.
Long
and
V. M.
Bermudez
,
Phys. Rev. B
66
,
121308
(
2002
).
26.
M. S.
Miao
,
A.
Janotti
, and
C. G.
Van de Walle
,
Phys. Rev. B
80
,
155319
(
2009
).
27.
P.
Reddy
,
I.
Bryan
,
Z.
Bryan
,
W.
Guo
,
L.
Hussey
,
R.
Collazo
, and
Z.
Sitar
,
J. Appl. Phys.
116
,
123701
(
2014
).
28.
C. G. V.
de Walle
and
D.
Segev
,
J. Appl. Phys.
101
,
081704
(
2007
).
29.
L.
Lymperakis
,
P. H.
Weidlich
,
H.
Eisele
,
M.
Schnedler
,
J. P.
Nys
,
B.
Grandidier
,
D.
Stiévenard
,
R. E.
Dunin-Borkowski
,
J.
Neugebauer
, and
P.
Ebert
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
152101
(
2013
).
30.
Z. G.
Herro
,
D.
Zhuang
,
R.
Schlesser
,
R.
Collazo
, and
Z.
Sitar
,
J. Cryst. Growth
286
,
205
(
2006
).
31.
D.
Zhuang
,
Z. G.
Herro
,
R.
Schlesser
, and
Z.
Sitar
,
J. Cryst. Growth
287
,
372
(
2006
).
32.
P.
Lu
,
R.
Collazo
,
R. F.
Dalmau
,
G.
Durkaya
,
N.
Dietz
,
B.
Raghothamachar
,
M.
Dudley
, and
Z.
Sitar
,
J. Cryst. Growth
312
,
58
(
2009
).
33.
A.
Rice
,
R.
Collazo
,
J.
Tweedie
,
R.
Dalmau
,
S.
Mita
,
J.
Xie
, and
Z.
Sitar
,
J. Appl. Phys.
108
,
043510
(
2010
).
34.
J.
Tweedie
,
R.
Collazo
,
A.
Rice
,
J.
Xie
,
S.
Mita
,
R.
Dalmau
, and
Z.
Sitar
,
J. Appl. Phys.
108
,
043526
(
2010
).
35.
P.
Reddy
,
I.
Bryan
,
Z.
Bryan
,
J.
Tweedie
,
S.
Washiyama
,
R.
Kirste
,
S.
Mita
,
R.
Collazo
, and
Z.
Sitar
,
Appl. Phys. Lett.
107
,
091603
(
2015
).
36.
C. I.
Wu
and
A.
Kahn
,
Appl. Phys. Lett.
74
,
546
(
1999
).
37.
C. D.
Lee
,
Y.
Dong
,
R. M.
Feenstra
,
J. E.
Northrup
, and
J.
Neugebauer
,
Phys. Rev. B
68
,
205317
(
2003
).
38.
J. E.
Northrup
,
R. D.
Felice
, and
J.
Neugebauer
,
Phys. Rev. B
55
,
13878
(
1997
).
39.
J. H.
Dycus
,
K. J.
Mirrielees
,
E. D.
Grimley
,
R.
Kirste
,
S.
Mita
,
Z.
Sitar
,
R.
Collazo
,
D. L.
Irving
, and
J. M.
LeBeau
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
10
,
10607
(
2018
).
40.
Y.
Cao
,
R.
Chu
,
R.
Li
,
M.
Chen
,
R.
Chang
, and
B.
Hughes
,
Appl. Phys. Lett.
108
,
062103
(
2016
).
41.
M. A.
Reshchikov
,
D. O.
Demchenko
,
A.
Usikov
,
H.
Helava
, and
Y.
Makarov
,
Phys. Rev. B
90
,
235203
(
2014
).
42.
I.
Bryan
,
Z.
Bryan
,
S.
Washiyama
,
P.
Reddy
,
B.
Gaddy
,
B.
Sarkar
,
M. H.
Breckenridge
,
Q.
Guo
,
M.
Bobea
,
J.
Tweedie
,
S.
Mita
,
D.
Irving
,
R.
Collazo
, and
Z.
Sitar
,
Appl. Phys. Lett.
112
,
062102
(
2018
).
43.
M. A.
Reshchikov
,
G.-C.
Yi
, and
B. W.
Wessels
,
Phys. Rev. B
59
,
13176
(
1999
).
44.
M. L.
Nakarmi
,
N.
Nepal
,
J. Y.
Lin
, and
H. X.
Jiang
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
091903
(
2009
).
45.
U.
Kaufmann
,
M.
Kunzer
,
M.
Maier
,
H.
Obloh
,
A.
Ramakrishnan
,
B.
Santic
, and
P.
Schlotter
,
Appl. Phys. Lett.
72
,
1326
(
1998
).
46.
M. L.
Nakarmi
,
N.
Nepal
,
C.
Ugolini
,
T. M.
Altahtamouni
,
J. Y.
Lin
, and
H. X.
Jiang
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
152120
(
2006
).
47.
P.
Kozodoy
,
H.
Xing
,
S. P.
DenBaars
,
U. K.
Mishra
,
A.
Saxler
,
R.
Perrin
,
S.
Elhamri
, and
W. C.
Mitchel
,
J. Appl. Phys.
87
,
1832
(
2000
).
48.
S.
Nakamura
,
T.
Mukai
,
M.
Senoh
, and
N.
Iwasa
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 2
31
,
L139
(
1992
).
49.
D. J.
Kim
,
D. Y.
Ryu
,
N. A.
Bojarczuk
,
J.
Karasinski
,
S.
Guha
,
S. H.
Lee
, and
J. H.
Lee
,
J. Appl. Phys.
88
,
2564
(
2000
).
50.
W.
Götz
,
N. M.
Johnson
,
J.
Walker
,
D. P.
Bour
, and
R. A.
Street
,
Appl. Phys. Lett.
68
,
667
(
1996
).
51.
Q.
Yan
,
A.
Janotti
,
M.
Scheffler
, and
C. G.
Van de Walle
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
142110
(
2012
).
52.
J.
Li
,
T. N.
Oder
,
M. L.
Nakarmi
,
J. Y.
Lin
, and
H. X.
Jiang
,
Appl. Phys. Lett.
80
,
1210
(
2002
).
53.
G.
Miceli
and
A.
Pasquarello
,
Phys. Rev. B
93
,
165207
(
2016
).
54.
Z.
Bryan
,
M.
Hoffmann
,
J.
Tweedie
,
R.
Kirste
,
G.
Callsen
,
I.
Bryan
,
A.
Rice
,
M.
Bobea
,
S.
Mita
,
J.
Xie
,
Z.
Sitar
, and
R.
Collazo
,
J. Electron. Mater.
42
,
815
(
2013
).
55.
T.
Tanaka
,
A.
Watanabe
,
H.
Amano
,
Y.
Kobayashi
,
I.
Akasaki
,
S.
Yamazaki
, and
M.
Koike
,
Appl. Phys. Lett.
65
,
593
(
1994
).
56.
J. L.
Lyons
,
A.
Janotti
, and
C. G.
Van de Walle
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
156403
(
2012
).
57.
J. L.
Lyons
,
A.
Janotti
, and
C. G.
Van de Walle
,
Phys. Rev. B
89
,
035204
(
2014
).
58.
J. L.
Lyons
and
C. G. V.
de Walle
,
npj Comput. Mater.
3
,
12
(
2017
).
59.
Q.
Yan
,
A.
Janotti
,
M.
Scheffler
, and
C. G.
Van de Walle
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
111104
(
2014
).
60.
M.
Suzuki
,
J.
Nishio
,
M.
Onomura
, and
C.
Hongo
,
J. Cryst. Growth
189–190
,
511
(
1998
).
61.
L.
Gordon
,
J. L.
Lyons
,
A.
Janotti
, and
C. G.
Van de Walle
,
Phys. Rev. B
89
,
085204
(
2014
).
62.
S. F.
Chichibu
,
H.
Miyake
,
Y.
Ishikawa
,
M.
Tashiro
,
T.
Ohtomo
,
K.
Furusawa
,
K.
Hazu
,
K.
Hiramatsu
, and
A.
Uedono
,
J. Appl. Phys.
113
,
213506
(
2013
).
63.
M. P.
Hoffmann
,
J.
Tweedie
,
R.
Kirste
,
Z.
Bryan
,
I.
Bryan
,
M.
Gerhold
,
Z.
Sitar
, and
R.
Collazo
,
Proc. SPIE
8986
,
89860T
(
2014
).
64.
H.
Obloh
,
K. H.
Bachem
,
U.
Kaufmann
,
M.
Kunzer
,
M.
Maier
,
A.
Ramakrishnan
, and
P.
Schlotter
,
J. Cryst. Growth
195
,
270
(
1998
).
66.
M. J.
Caldas
,
A.
Fazzio
, and
A.
Zunger
,
Appl. Phys. Lett.
45
,
671
(
1984
).
67.
J. L.
Lyons
,
A.
Janotti
, and
C. G.
Van de Walle
,
J. Appl. Phys.
115
,
012014
(
2014
).
68.
T.
Kinoshita
,
T.
Obata
,
H.
Yanagi
, and
S.
Inoue
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
012105
(
2013
).
You do not currently have access to this content.