【会员论文】香港科技大学（广州）陈子强教授团队---稀土元素在Ga₂O₃中的应用：发光与闪烁

        该研究得到了香港科技大学（广州）C. K. Tan 创业基金、广州市科学技术局丨广州市科学技术计划项目（No. 2023A03J0003、2023A03J0013、2023A04J0003）的支持。（广州科技计划）（No. 2023A03J0003、2023A03J0013、2023A04J0310和2023A03J0152），广东省教育厅 （DEGP）（No. 2024ZDZX1005），国家外国专家局（No. Y20240005）。

        随着对高效、环保的发光材料需求的日益增长，开发用于固态照明（如白光 LEDs, WLEDs）和显示技术的新型荧光粉变得至关重要。理想的荧光粉基质（host）材料应具备宽的禁带宽度、高物理和化学稳定性、以及对稀土离子的高溶解度。氧化镓（Ga₂O₃）作为一种重要的超宽禁带半导体，具有多种晶相（α, β, γ, δ, ε），其中 β 相在室温下最稳定。Ga₂O₃ 基质具有优异的热稳定性和化学稳定性，且其晶格中存在两种不同的镓离子格位（四面体和八面体），非常适合作为稀土离子的掺杂基质。将具有丰富 4f 电子跃迁的稀土离子掺杂到 Ga₂O₃ 基质中，有望开发出具有优异发光性能的新型荧光粉材料，在照明和显示领域具有巨大的应用潜力。

        氧化镓（Ga₂O₃）凭借其超宽带隙、卓越的稳定性和优良的光学性能，在高功率电子器件、光探测器及高能辐射探测领域展现出巨大潜力。然而，其较低的载流子迁移率和有限的发光效率限制了其性能。稀土元素（REE）掺杂，包括钕（Eu）、铈（Ce）、铒（Er）等，可在 Ga₂O₃ 带隙内引入局域态，从而提升发光、闪烁及催化活性，并通过共掺杂策略实现多功能应用。因此，本文综述了常用的 REE 掺杂 Ga₂O₃ 合成方法（湿化学法、原子层沉积法、脉冲激光沉积法、分子束外延法等）以及 REE 掺杂剂（Eu、Er、Tb、Ce 等）在发光和闪烁性能中的作用。此外，本综述重点介绍了 REE 掺杂 Ga₂O₃ 在光致发光、电致发光、闪烁、光子器件及催化领域的最新进展。这些研究成果将为光电子学、辐射检测及生物医学应用领域的突破提供指导。

图1. 稀土元素在 Ga₂O₃ 中的应用：发光与闪烁。

DOI：

doi.org/10.1063/5.0258406