$\beta$-Ga$_2$O$_3$ 中铬杂质的表征
材料科学
2025-06-19 v1
摘要
铬是一种常见的过渡金属杂质，易于在晶体生长过程中掺入。它最为人所知的是产生 Cr 掺杂 AlO 中 694.3 nm（1.786 eV）发射的效果，这一发射被广泛应用于红宝石激光器。铬也发现于单斜型镭石硝石中，这是一种正在被推进用于电力器件的宽带隙半导体。本工作通过理论和实验技术对 Cr 在 GaO 中的行为进行了彻底表征。-GaO 样品采用浮动环法生长，显示出类似红宝石的尖锐光致发光信号。我们从第一性原理计算了 Cr 形成能，证明 Cr 优先作为中性杂质掺入八面体位点。Cr 具有四重基态自旋，并具备一个零声子线（zero-phonon line）位于 1.8 eV 附近的内部跃迁。通过比较计算得到的光致发光线状函数与实验测得的线状函数，我们阐明了与声子耦合的作用，并揭示了超越 Franck-Condon 近似的特征。强发射、较小的 Huang-Rhys 因子（0.05）以及技术上相关的基体材料，使 Cr 在 GaO 成为一种引人注目的量子缺陷。
引用
@article{arxiv.2501.00561,
title = {Characterization of Chromium Impurities in $\beta$-Ga$_2$O$_3$},
author = {Mark E. Turiansky and Sai Mu and Lukas Razinkovas and Kamyar Parto and Sahil D. Patel and Sean Doan and Ganesh Pokharel and Steven J. Gomez Alvarado and Stephen D. Wilson and Galan Moody and Chris G. Van de Walle},
journal= {arXiv preprint arXiv:2501.00561},
year = {2025}
}