ScAlMgO4 的光学、电子与结构性质

铝钪镁氧化物（ScAlMgO4）是一种用于 GaN 和 ZnO 基光电子器件的极具前景的晶格匹配衬底材料。然而，尽管相较于异质外延生长常用衬底具有明显优势，ScAlMgO4 的若干基本性质仍不明确。在此，我们通过研究提拉法生长的 ScAlMgO4 单晶，对其光学、电子和结构性质给出了全面刻画。我们使用变角光谱椭偏仪测定了 193 至 1690 nm 范围内复杂的面内和面外折射率。基于振子模型对椭偏光谱进行了唯象描述，在整个波长范围内具有极佳的一致性。为方便读者，我们还提供了描述 400 nm 以上波长各向异性折射率实部的柯西公式。第一性原理多体微扰理论建模提供了关于 ScAlMgO4 电子结构的信息，并成功验证了实验获得的折射率值。模拟还显示激子结合能高达数百 meV，表明 ScAlMgO4 是一种有望用于室温下低阈值深紫外激光器件实现的材料。X 射线衍射测量确认了先前报道的 ScAlMgO4 晶格常数，但此外还揭示主导晶面（001）相互倾斜约 0.009{\deg}。鉴于我们的工作，ScAlMgO4 是一种高透明、低折射率、双折射材料，类似于蓝宝石，但具有更有利的晶格常数和更简单的加工工艺。