准 Bulk ScN 的能隙与声子

ScN是一种新兴的过渡金属氮化物，其独特的物理性质源于Sc的d电子。本文报告了对40 μm厚、完全松弛且仅轻度n型掺杂（$n = 1.2 \times 10^{18}$ cm$^{-3}$）ScN薄膜的光学表征结果，包括光谱椭圆测量、拉曼光谱和光致发光测量。光谱椭圆测量得到间接带隙为1.1 eV，而最低直接带际跃迁在 $E_\mathrm{g,opt} =$ 2.16 eV 处观察到。观察到一条宽广的发光特征在2.15 eV，匹配这一跃迁。我们推导出声子结合能 ($E_{bX}\approx$14 meV) 以及 Born有效电荷 $Z_\mathrm{Sc}^* = -Z_\mathrm{N}^* = 3.78$。在红外光谱区域，我们观察到强声子吸收和弱等离子体吸收。在拉曼测量中使用各种激发能，显示在激发能超过光学带隙（$E_\mathrm{Laser} > E_\mathrm{g,opt}$）时，出现共挔多声子散射，最高可达6LO（纵向光声子（LO）声子的6次谐波），其中允许的2LO散射是所有激发能中占主导地位的散射机制。它们的特征参数由洛伦兹线形拟合得到，$\omega_\mathrm{LO} =$681 cm$^{-1}$，且更高阶LO散射 $n$ 值对应的线宽增大、非对称性减小。