【国内论文】南京大学的研究团队揭示了β-Ga₂O₃中亚隙发射的异常热淬火现象

        近期，由南京大学的研究团队在学术期刊Advanced Electronic Materials发布了一篇名为Unraveling Abnormal Thermal Quenching of Sub-Gap Emission in β-Ga₂O₃（揭示β-Ga₂O₃中亚隙发射的异常热淬火现象）的文章。

摘要 

        本研究通过温度和功率相关的光致发光技术，研究了掺锡（Sn）杂质和不同掺杂水平的β-Ga₂O₃样品中自陷激子（STEs）光学跃迁及其出现的绿色发光现象。研究表明，≈3.40 eV的紫外（UV）发射一致表现出与STEs相关的激子特性，并具有典型的负热猝灭（NTQ）特征。随着电子浓度从2.1 × 10¹⁶cm^-3增加到6.7 × 10¹⁸cm^-3，NTQ激活能从103.56 meV下降到42.37 meV，表明由于费米能级的提升，电子形成稳定STEs所需克服的能量屏障减少。相比之下，≈2.35 eV的绿色发光仅在掺锡杂质的样品中在低温下观察到，且显示出两种猝灭通道：一种是 Sn²⁺的nsnp-ns²跃迁，另一种是通过(2V_Ga-Sn_i)²⁻复合体的供体-受体对复合，这在密度泛函理论计算中得到了能量上有利的证明。通过半经典量子理论模型拟合，证明了随着温度升高，从绿色发光到紫外发光的过渡。增强的STEs发射及其显著的NTQ效应提供了稳定极化子限制Ga₂O₃中空穴传输的强有力证据，同时也支持了Ga₂O₃材料在紫外光电子领域的潜在应用。

图 1. a) 样品 1、b) 样品 2、c) 样品 3 和 d) 样品 4 的随温度变化的 PL 光谱。

图 2. 样品 1、2、3 和 4 中随温度变化的紫外和 GR 发射的集成 PL 强度，分别用公式 (2) 和 (3) 拟合。

DOI：

doi.org/10.1002/aelm.202400315