ДОСЛІДЖЕННЯ РІВНІВ ЗАХОПЛЕННЯ В КРИСТАЛАХ β-Ga2O3:0,05%Cr ТА β-Ga1,9In0,1O3:0,05%Cr МЕТОДОМ ФРАКЦІЙНОГО ТЕРМОВИСВІЧУВАННЯ

Andriy Luchechko, V. Vasyltsiv, L. Kostyk, M. Kushlyk, D. Slobodzyan

Анотація


Приведено результати дослідження спектрів люмінесценції і термостимульованої люмінесценції (ТСЛ) в монокристалах β-Ga2O3 та β-Ga1,9In0,1O3 легованих іонами хрому, вирощених методом оптичної зони плавки. В спектрі люмінесценції домішки хрому в оксиді галію за кімнатної температури, на фоні широкої смуги люмінесценції в спектральній ділянці 720-780 нм, яка зумовлена переходом 4Т2→4А2, спостерігаються R-лінії (переходи 2Е→4А2). В спектрі люмінесценції твердих розчинів R-лінії за кімнатної температури не помітні, а свічення зосереджене в широкій смузі люмінесценції з максимумом поблизу 775 нм (переходи 4Т2→4А2).  Легування β-Ga2O3 іонами Cr3+ приводить до появи максимума ТСЛ при 285К, якому відповідають пастки із глибиною залягання 0,59 еВ. В кристалах твердого розчину спостерігається зміщення максимуму ТСЛ в область низьких температур до 225К  і зростання його півширини. Для аналізу складного максимума ТСЛ при 225К використано метод фракційного термовисвічування. Встановлено, що в твердих розчинах цей максимум складається щонайменше із 4 елементарних максимумів, які зумовлені звільненням електронів з пасток з енергіями активації в діапазонах 0,4-0,42 і 0,48-0,495 еВ. 

Ключові слова: β-Ga2O3, тверді розчини, термостимульована люмінесценція, енергія активації.


Повний текст:

PDF

Посилання


  1. Higashiwaki M. Development of gallium oxide power devices / M. Higashiwaki, K. Sasaki, A. Kuramata, T. Masui, and S. Yamakoshi // Phys. Status Solidi (A). ‒2014. ‒ Vol. 211. P. 21–26.
  2. Pearton S.J. A review of Ga2O3 materials, processing, and devices. / S.J. Pearton, J. Yang, P.H. Cary IV, F. Ren, J. Kim, M.J. Tadjer, & M.A. Mastro // Applied Physics Reviews. ‒2018. ‒ Vol. 5. P. 011301.
  3. Higashiwaki M. Recent progress in Ga2O3 power devices / M. Higashiwaki, K. Sasaki, H. Murakami, Y. Kumagai, A. Koukitu, A. Kuramata, T. Masui, S. Yamakoshi // Semiconductor Science and Technology. ‒2016. ‒ Vol. 31. P. 034001.
  4. Pearton, S.J. Perspective: Ga2O3 for ultra-high power rectifiers and MOSFETS // S.J. Pearton, F. Ren, M.J. Tadjer, J. Kim // Journal of Applied Physics. ‒2018. ‒ Vol. 124. P. 220901.
  5. Luchechko A. Dual channel solar-blind UV photodetector based on β-Ga2O3 / A. Luchechko, V. Vasyltsiv, L. Kostyk, B. Pavlyk // Phys. Status Solidi (A). ‒2019. ‒ Vol. 216. P. 1900444.
  6. [6] Guo D. Review of Ga2O3 based optoelectronic devices / D. Guo, Q. Guo, Z. Chen, Z. Wu, P. Li, W. Tang // Materials Today Physics. ‒2019. ‒ Vol. 11. P. 100157.
  7. Shannon R.D. Synthesis and Structure of Phases in the In2O3-Ga2O3 System / R.D. Shannon, C.T. Preqitt // Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry. ‒1968. ‒ Vol. 30. P. 1389.
  8. [8] Vasyltsiv V.I. Optical absorption and photoconductivity at the band edge of β-Ga2−xInxO3 / V.I. Vasyltsiv, Ya. I. Rym, Ya. M. Zakharko // Physica status solidi (b). ‒1996. ‒ Vol. 195. P. 653-658.
  9. Varley J.B. First-principles calculations of structural, electrical, and optical properties of ultra-wide bandgap (AlxGa1−x)2O3 alloys / J.B. Varley // J. Mater. Res. ‒2021. ‒ Vol. 36. P. 4790.
  10. Irmscher K. Electrical properties of β-Ga2O3 single crystals grown by the Czochralski method / K. Irmscher, Z. Galazka, M. Pietsch, R. Uecker, R. Fornari // J. Appl. Phys. ‒2011. ‒ Vol. 110. P. 063720.
  11. Luchechko A. Origin of Point Defects in β-Ga2O3 Single Crystals Doped with Mg2+ Ions / A. Luchechko, V. Vasyltsiv, L. Kostyk, and O. Tsvetkova // Acta Physica Polonica A. ‒2018. ‒ Vol. 133. P. 811-815.
  12. Zhang Z. Deep level defects throughout the bandgap of (010) β-Ga2O3 detected by optically and thermally stimulated defect spectroscopy / Z. Zhang, E. Farzana, A.R. Arehart, S.A. Ringel // Appl. Phys. Lett. ‒2016. ‒ Vol. 108. P. 052105.
  13. Luchechko A. Thermally stimulated luminescence and conductivity of β-Ga2O3 crystals / A. Luchechko, V. Vasyltsiv, L. Kostyk, O. Tsvetkova, B. Pavlyk // Journal of Nano and Electronic Physics. ‒2019. ‒ Vol. 11. P. 03035.
  14. Vasyltsiv V. Correlation between electrical conductivity and luminescence properties in β-Ga2O3:Cr3+ and β-Ga2O3:Cr,Mg single crystals / V. Vasyltsiv, A. Luchechko, Y. Zhydachevskyy, L. Kostyk, R. Lys, D. Slobodzyan, R. Jakieła, B. Pavlyk, and A. Suchocki // J. Vac. Sci. Technol. ‒2021. ‒ Vol. A39. P. 033201.
  15. Luchechko A. The Effect of Cr3+ and Mg2+ impurities on thermoluminescence and deep traps in β-Ga2O3 crystals / A. Luchechko, V. Vasyltsiv, L. Kostyk, O. Tsvetkova, B. Pavlyk // ECS Journal of Solid State Science and Technology. ‒2020. ‒ Vol. 9. P. 5008.
  16. Gobrecht H. Spectroscopy of traps by fractional glow technique / H. Gobrecht, D. Hofmann // J. Phys.Chem.Solids. ‒1966. ‒ Vol. 27. P. 509-522.
  17. McKeever S.W.S. Thermoluminescence of Solids. – Cambridge University Press, 1988. – 392 p.
  18. Кінетика рекомбінаційної люмінесценції і провідності кристалофосфорів: колективна монографія / В.Я. Дегода, А.Ф. Гуменюк, Ю.А. Маразуєв. – К.: ВПЦ "Київський університет", 2016. – 151 с.




DOI: http://dx.doi.org/10.30970/eli.19.8

Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.