稀有土元素掺杂 β-Ga₂O₃ 晶体的结构与光学特性
材料科学
2026-03-12 v1
摘要
我们利用通道雷uther反向散射光谱、正电子湮灭、光致发光及光致发光激发光谱，研究了掺杂不同稀有土元素(RE)离子的 β-Ga₂O₃ 晶体的结构演化与光学性质。研究结果表明，掺杂引起的结构无序、伴随相变以及退火后结构恢复对所掺杂的RE种类较为不敏感。所有掺杂RE离子的缺陷微观结构也均相似。热退火并未完全消除辐射引起的缺陷，而是促使其重新排列形成更大的缺陷复合物。未掺杂(原生)β-Ga₂O₃表现出由氧空位引起的强紫外-可见发射，而引入RE离子后可产生来自RE³⁺离子内部电子跃迁的额外发射线。结果表明，RE³⁺离子通过本征带隙激发，随后经非辐射弛豫到4f激发态，最终经辐射衰变到相应基态。Yb³⁺的浓度依赖性研究揭示了浓度耗尽的起始现象，而即使在显著晶格无序的情况下，与RE相关的发射仍然高效。这些发现为β-Ga₂O3:RE材料的光学性能优化提供了新的见解，阐明了掺杂β-Ga₂O₃中RE³⁺离子的激发机制。
引用
@article{arxiv.2603.10223,
title = {Structural and Optical Characteristics of beta-Ga2O3 Implanted with Rare Earth Ions},
author = {Renata Ratajczak and Joanna Matulewicz and Slawomir Prucnal and Maciej O. Liedke and Cyprian Mieszczynski and Przemyslaw Jozwik and Ulrich Kentsch and Rene Heller and Eric Hirschmann and Andreas Wagner and Wojciech Wozniak and Frederico Garrido and Elzbieta Guziewicz},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.10223},
year = {2026}
}