Люмінесценція тонких плівок β-Ga2O3 легованих хромом

Автор(и)

  • О.М. Бордун Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, Україна
  • Б.О. Бордун Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, Україна
  • І.Й. Кухарський Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, Україна
  • Д.М. Максимчук Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, Україна
  • І.І. Медвідь Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.24.3.490-494

Ключові слова:

оксид галію, активатор, тонка плівка, фотолюмінесценція, катодолюмінесценція

Анотація

Наведено результати досліджень спектрів оптичного збудження та свічення фотолюмінесценції (ФЛ) і катодолюмінесценції (КЛ) в тонких плівках β-Ga2O3, легованих хромом. У спектрах збудження спостерігаються широкі смуги, зумовлені генерацією електронно-діркових пар та переходами з основного рівня 4А2 на збуджені стани 4Т1 та 4Т2 в іонах Cr3+. На спектрах люмінесценції на фоні широкої безструктурної смуги з максимумом в околі 700 нм, зумовлені переходами 4Т24А2 в іонах Cr3+, спостерігаються R-лінії та фононні повторення R-ліній. Проведено визначення сили кристалічного поля Dq та інтерпретацію стокових та антистоксових повторень R-ліній.

Посилання

Z. Galazka, S. Ganschow, A. Fiedler, R. Bertram, D. Klimm, K. Irmscher, R. Schewski, M. Pietsch, M. Albrecht and M. Bickermann, Doping of Czochralski-grown bulk β-Ga2O3 single crystals with Cr, Ce and Al, J. Cryst. Growth 486, 82 (2018); https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2018.01.022.

V. Vasyltsiv, A. Luchechko, Y. Zhydachevskyy, L. Kostyk, R. Lys, D. Slobodzyan, R. Jakieła, B. Pavlyk and A. Suchocki, Correlation between electrical conductivity and luminescence properties in β-Ga2O3:Cr3+ and β-Ga2O3:Cr,Mg single crystals, J. Vacuum Science & Technol. A., 39 (3), 033201 (2021); https://doi.org/10.1116/6.0000859.

C. Remple, L. M. Barmore, J. Jesenovec, J. S. McCloy, and M. D. McCluskey, Photoluminescence spectroscopy of Cr3+ in β-Ga2O3 and (Al0.1Ga0.9)2O3, J. Vac. Sci. Technol. A 41, 022702 (2023); https://doi.org/10.1116/6.0002340.

E. Nogales, J. A. García, B. Méndez and J. Piqueras, Red luminescence of Cr in β‐Ga2O3 nanowires, J. Appl. Phys. 101 (3), 033517 (2007); https://doi.org/10.1063/1.2434834.

O.M. Bordun, B.O. Bordun, I.Yo. Kukharskyy and I.I. Medvid, X-Ray Luminescence of β-Ga2O3 Thin Films, J. Appl. Spectrosc. 86 (6), 1010 (2020); https://doi.org/10.1007/s10812-020-00932-4.

M. Xu, W. Ge, X. Zhang, P. Zhang and Y. Li, Novel one-dimensional Ga2O3:Cr3+ nanofibers with broadband emission for near infrared LED sources, J. of Luminescence 246, 118831 (2022); https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2022.118831.

J. H. Cha, K. H. Kim, Y. S. Park, S. J. Kwon and H. W. Choi, Luminescence Characteristics of ZnGa2O4 Thick Film Doped with Mn2+ and Cr3+ at Various Sintering Temperatures, Jpn. J. Appl. Phys. 46 (10R), 6702 (2007); https://doi.org/10.1143/JJAP.46.6702.

R.D. Shannon and C.T. Prewitt, Effective Ionic Radii in Oxides and Fluorides, Acta Cryst. B25 (5), 925 (1969); https://doi.org/10.1107/S0567740869003220.

K. Wasa, M. Kitabatake and H. Adachi, Thin Film Materials Technology. Sputtering of Compound Materials. (William Andrew Inc., Springer-Verlag GmbH & Co. KG, 2004).

O.M. Bordun, B.O. Bordun, I.J. Kukharskyy, I.I. Medvid, Zh. Ya. Tsapovska and D. S. Leonov, Structure and Electrical Conductivity of the Thin β-Ga2O3 Films, Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii 15 (2), 299 (2017).

O.M. Bordun, I.Yo. Kukharskyy, I.I. Medvid, D.M. Maksymchuk, F.O. Ivashchyshyn, D. Całus, and D.S. Leonov, Electrical Conductivity of Pure and Cr3+-Doped β-Ga2O3 Thin Films, Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii 20 (2), 321 (2022); https://doi.org/10.15407/nnn.20.02.321.

K. Shimamura, E.G. Villora, T. Ujiie and K. Aoki, Excitation and photoluminescence of pure and Si-doped β-Ga2O3-Ga2O3 single crystals, Appl. Phys. Lett. 92 (20), 201914 (2008); https://doi.org/10.1063/1.2910768.

P. Wellenius, A. Suresh, J.V. Foreman, H.O. Everitt and J.F. Muth, Mater. Sci. Eng. B 146, 252 (2008); https://doi.org/10.1016/j.mseb.2007.07.060.

O.M. Bordun, B.O. Bordun, I.Yo. Kukharskyy and I.I. Medvid, Photoluminescence Properties of β-Ga2O3 Thin Films Produced by Ion-Plasma Sputtering, J. Appl. Spectrosc. 84 (1), 46 (2017); https://doi.org/10.1007/s10812-017-0425-3.

J.-G. Zhao, Z.-X. Zhang, Z.-W. Ma, H.-G. Duan, X.-S. Guo and E.-Q. Xie, Structural and Photoluminescence Properties of β-Ga2O3 Nanofibres Fabricated by Electrospinning Method, Chinese Phys. Lett. 25 (10), 3787 (2008); https://doi.org/10.1088/0256-307X/25/10/073.

M. Passlack, M. Hong, E.F. Schubert, J.R. Kwo, J.P. Mannaerts, S.N.G. Chu, N. Moriya and F.A. Thiel, In situ fabricated Ga2O3–GaAs structures with low interface recombination velocity, Appl. Phys. Lett. 66 (5), 625 (1995); https://doi.org/10.1063/1.114034.

R. Rao, A.M. Rao, B.Xu, J. Dong, S. Sharma and M.K. Sunkara, Blueshifted Raman scattering and its correlation with the [110] growth direction in gallium oxide nanowires, J. Appl. Phys. 98 (9), 094312 (2005); https://doi.org/10.1063/1.2128044.

D.T. Svyrydov, R.K. Svyrydova, Y.P. Smyrnov, Optical spectra of transition metal ions in crystals, Nauka, (1976).

O. M. Bordun, V. G. Bihday and I. Yo. Kukharskyy, Photo- and Cathodoluminescence of ZnGa2O4:Cr Thin Films, J. Appl. Spectrosc. 81 (1), 43 (2014); https://doi.org/10.1007/s10812-014-9884-y.

N.O. Gopal, K.V. Narasimhulu, C.S. Sunandana, J. Lakshmana Rao, EPR and optical absorption spectral studies of Cr3+ ions doped in nickel maleate tetrahydrate single crystal, Physica B:Cond. Matter 348 (1–4), 335 (2004); https://doi.org/10.1016/j.physb.2003.12.008.

J.G. Zhang, B. Li, C.T. Xia, J. Xu, Q. Deng, X.D. Xu, F. Wu, W.S. Xu, H.S. Shi, G. Q. Pei and Y.Q. Wu, Sci. China Ser. E-Tech. Sci. 50 (1), 51 (2007); https://doi.org/10.1007/s11431-007-2026-5.

Y. Tokida and S. Adachi, Photoluminescence spectroscopy and energy-level analysis of metal-organic-deposited Ga2O3:Cr3+ films, J. Appl. Phys. 112 (6), 063522 (2012); https://doi.org/10.1063/1.4754517.

A. Luchechko, V. Vasyltsiv, L. Kostyk, O. V. Tsvetkova and B. V. Pavlyk, Luminescence OF β-Ga2O3 crystals doped with chromium, J. Phys. Stud. 23 (3), 3301 (2019); https://doi.org/10.30970/jps.23.3301.

D. Dohy and G. Lucazeau, Valence force field and raman spectra of β Ga2O3, J. Mol. Struct. 79, 419 (1982); https://doi.org/10.1016/0022-2860(82)85094-1.

O.M. Bordun, B.O. Bordun, I.I. Medvid, I.Yo. Kukharskyy, V.V. Ptashnyk, M.V. Partyka, Structure and Vibrational Spectra of thin Films β-Ga2O3, 17 (4), 515 (2016); https://doi.org/10.15330/pcss.17.4.515-519.

M. Alonso-Orts, E. Nogales, J. M. San Juan, M. L. Nó, J. Piqueras and B. Mendez, Modal Analysis of β−Ga2O3:Cr Widely Tunable Luminescent Optical Microcavities, Phys. Rev. Appl. 9, 064004 (2018); https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.9.064004.

G. Naresh-Kumar, H. Macintyre, S. Shanthi, P. R. Edwards, R.W. Martin, D. Krishnamurthy, K. Sasaki and A. Kuramata, Origin of Red Emission in β-Ga2O3 Analyzed by Cathodoluminescence and Photoluminescence Spectroscopy, Phys. Status Solidi (b) 258 (2), 2000465 (2021); https://doi.org/10.1002/pssb.202000465.

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-09-19

Як цитувати

Бордун, О., Бордун, Б., Кухарський, І., Максимчук, Д., & Медвідь, І. (2023). Люмінесценція тонких плівок β-Ga2O3 легованих хромом. Фізика і хімія твердого тіла, 24(3), 490–494. https://doi.org/10.15330/pcss.24.3.490-494

Номер

Розділ

Фізико-математичні науки

Статті цього автора (авторів), які найбільше читають