【国际论文】掺杂 Zr⁴⁺ 或 Ca²⁺ 离子的 β-Ga₂O₃-In₂O₃ 多晶固溶体的导电性、发光和深受体水平

        近期，由乌克兰利沃夫国立伊万弗兰科大学的研究团队在学术期刊《Journal of Vacuum Science & Technology A》发布了一篇名为Electrical conductivity, luminescence, and deep acceptor levels in β-Ga₂O₃-In₂O₃ polycrystalline solid solution doped with Zr⁴⁺ or Ca²⁺ ions （掺杂 Zr⁴⁺ 或 Ca²⁺ 离子的 β-Ga₂O₃-In₂O₃ 多晶固溶体的导电性、发光和深受体水平）的文章。

摘要

        对β-Ga₂O₃-In₂O₃固溶体的光致发光、发光激发光谱和电导率进行了研究。为此，合成了非故意掺杂（UID）和掺杂Ca或Zr的β-Ga₂O₃-In₂O₃固溶体，其中In含量为20%，并对其进行了表征。所有样品都是通过高温固相法从适当的氧化物在1300°C低氧分压和高氧分压下制备而成的。发现在氧气气氛中合成的UID和掺有Ca²⁺或Zr⁴⁺的样品具有很高的电阻性，而在氩气气氛中合成的样品具有很高的电导率。掺杂有Ca²⁺的样品的电导率最低，为10-13 Ω^-1 cm^-1，而掺杂有Zr⁴⁺的样品的电导率最高，可达到10-3 Ω^-1 cm^-1。β-Ga₂O₃-In₂O₃固溶体的宽带发光是三个基本波段的叠加，在光谱的紫色（3.08 eV）、蓝色（2.73 eV）和绿色（2.45 eV）区域有峰值。掺杂Ca²⁺或Zr⁴⁺杂质并改变合成气氛主要导致了基本发光波段之间强度的重新分配。发光是通过自由载流子通过施主-受主对和自局域空穴的辐射复合而产生的。施主和受主由本征缺陷如（Ga_i，V_Ga，V_GaV_o）或掺杂杂质（Zr⁴⁺，Ca²⁺）形成。与发光谱不同，当合成条件变化或掺杂二价杂质时，发光激发谱变化显著。在4.46 eV处的激发带是由于从V_Ga或V_GaV_O受主能级到导带的电子跃迁。Ca²⁺杂质的受主能级的电子跃迁在4.1 eV处表现为强烈的激发带。

图1. UID β-(Ga_0.8In_0.2)₂O₃[(a)-(c)]、β-(Ga_0.8In_0.2)₂O₃:Zr 陶瓷[(d)-(f)]和β-(Ga_0.8In_0.2)₂O₃:Ca [(g)-(i)]陶瓷[(a)、(d)和(g)]和氩气[(b)、(e)和(h)]中合成的陶瓷，以及在氧气和氩气环境中合成的样品的归一化差异发光光谱[(c)、(f)和(i)]。