【衬底论文】(100)和(010)取向的铕掺杂β-氧化镓单晶中缺陷相关的物理和多重刺激发光特性

        由印度安那大学的研究团队在学术期刊 Materials Research Bulletin 发布了一篇名为 Physical and Multi-Stimuli Luminescence Properties with Defect Correlation in (100) and (010) Oriented Eu:β-Ga₂O₃ Single Crystals（(100)和(010)取向的铕掺杂β-氧化镓单晶中缺陷相关的物理和多重刺激发光特性）的文章。

摘要

        稀土掺杂的氧化镓单晶因其宽禁带与可调谐发光特性，在闪烁体和光电子应用中具有潜力，但其材料性能优化尚未得到系统研究。本工作系统考察了不同掺杂浓度的 Eu³⁺（0.05–0.5 mol%）对 (100) 和 (010) 取向 β-Ga₂O₃ 单晶发光性质的影响。显微分析表明，样品的表面粗糙度低于 2 nm，并在 0.2 mol% Eu³⁺ 时出现增大。XRD 与拉曼光谱显示衍射峰与拉曼峰分别发生偏移（4 cm⁻¹）且强度减弱，表明晶格应变的存在。XPS 证实 Eu 以 Eu³⁺ 状态存在，元素成像揭示 Eu 分布均匀。光学测试显示掺杂样品的透过率降低至 40–60%，禁带宽度收窄；(100) 取向从 4.27 降至 4.12 eV，(010) 取向从 4.18 降至 3.98 eV。光致发光表现出 280 nm 的宽带发光，以及 611 nm 的高敏感 ⁵D₀→⁷F₂ 窄带跃迁（394 nm 激发）。发光强度在 (100) 的 0.5 mol% Eu 与 (010) 的 0.1 mol% Eu 时达到最高，量子效率为 3.13%。样品的衰减时间缩短，τ₁ 低于 1 μs，τ₂ 接近 2 μs。热释光表现出 135–170°C（浅陷阱）与约 200°C（深陷阱）的光峰；一阶动力学拟合得活化能低于 0.5 eV，频率因子为 10¹⁰–10¹⁴ s⁻¹。辐射发光研究揭示掺杂后出现缺陷诱导的发光猝灭与可见光发射偏移，CIE 色坐标位于红橙区，色纯度高达 90%（0.5 mol%）。这些结果展示了 Eu 掺杂 β-Ga₂O₃ 在闪烁体与光电子领域的应用潜力。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2025.113888