【国际论文】β-Ga₂O₃ 中的自陷激子辐射复合：两种并发非辐射俄歇过程的影响

        由立陶宛维尔纽斯大学的研究团队在学术期刊 ACS Applied Electronic Materials 发布了一篇名为 Self-Trapped-Exciton Radiative Recombination in β–Ga₂O₃: Impact of Two Concurrent Nonradiative Auger Processes（β-Ga₂O₃ 中的自陷激子辐射复合：两种并发非辐射俄歇过程的影响）的文章。

摘要

        通过时间分辨技术（诱导吸收、瞬态光栅和光致发光（PL））在室温下研究了与自陷内源性激子（eXcitons）相关的辐射和非辐射过程，这些过程发生在激发态的 β-Ga₂O₃ 晶体中。激发通过激光脉冲实现，激光的线性光偏振分别平行和垂直于（−201）和平面（001）平面。实验阐明了，发生在激子中的非辐射复合速率在自由载流子浓度的较宽范围内占主导地位，这些自由载流子由激发电子和处于平衡状态的电子组成。因此，非辐射复合对激子发射带的强各向异性和形状没有影响。然而，发现传统的 ABC 模型不足以解释激发依赖性。将两种非辐射奥格机制纳入修改后的 ABC 公式后，能够很好地解释这些依赖关系。得出结论，陷阱辅助的奥格过程与自由电子密度成正比，系数为 B = 1.1 × 10^–11 cm³/s，并出现在低/中等激发条件下，而三粒子奥格过程与 Δn² 成正比，系数为 C = 8 × 10^–30 cm⁶/s，并出现在高激发条件下。两种奥格机制之间的过渡伴随着激子扩散率的上升，尤其是在辐射 PL 强度最大的晶体方向上。这些方向上的扩散长度 L_D 可以达到大约 300 nm，但在高激发下，L_D 会受到奥格寿命的限制。这些发现为自陷激子在特定光电设备中的应用开辟了道路。

图 1. β-Ga₂O₃ 衬底在两种极化条件下的吸收光谱，用于测定平衡自由电子浓度：n₀ = N_D – N_A (cm^–3)。近红外区域的拟合函数为 α = σ_eλ^2.8，如掺锡最多的 (001) 样品上的红线所示。520 nm 和 850 nm 附近的伪影是由于光谱仪重新排列造成的。

DOI：

doi.org/10.1021/acsaelm.4c02099