Thermally Stimulated Luminescence and Conductivity of β-Ga2O3 Crystals

Abstract

Розглянуто термостимульовану люмінесценцію (ТСЛ) та термостимульовану провідність (ТСП) нелегованих монокристалів β-Ga2O3. Досліджувані зразки являли собою монокристали β-Ga2O3, вирощені методом оптичної зони плавки, які потім піддавали відпалу в атмосфері кисню або аргону. Отримані спектри фотолюмінесценції є типовими для монокристалів β-Ga2O3: вони містять широку смугу випромінювання матриці при 320-550 нм, а також слабку люмінесценцію з максимумом при 700 нм приписану ненавмисно введеній домішці Cr3+. Після опромінення Х-променями зразки демонструють інтенсивну ТСЛ в діапазоні температур 85-500 K. На кривих ТСЛ і ТСП цих кристалів наявні три низькотемпературні піки при 116, 147 і 165 K. Глибини пасток, що відповідають за ці піки, становлять 0.15, 0.2 і 0.3 еВ, відповідно. Високотемпературні піки ТСЛ при 354, 385 і 430 K з відповідними енергіями активації 0.84, 1.0 і 1.1 еВ спостерігаються в зразках, відпалених в атмосферах кисню або аргону. Криві TСП добре узгоджуються з результатами дослідження ТСЛ. Встановлена кореляція між відпалом кристалів в окислювальній та інертній атмосферах і власними дефектами в монокристалах β-Ga2O3.

The paper deals with thermostimulated luminescence (TSL) and thermostimulated conductivity (TSC) of unintentionally doped (UID) β-Ga2O3 single crystals. The samples under study were β-Ga2O3 single crystals grown by the floating zone method with radiation heating and then subjected to annealing in an atmosphere of oxygen or argon. The obtained photoluminescence emission spectra are typical for β-Ga2O3 single crystals: they contain the broad emission band of the host at 320-550 nm as well as a weak luminescence with maximum at 700 nm due to the unintentional Cr3+ impurities. After exposure to X-ray radiation, the samples exhibit intense TSL at the temperature range of 85-500 K. Three low-temperature peaks at 116, 147 and 165 K are present in TSL and TSC curves of these crystals. The depths of the traps responsible for these peaks are 0.15, 0.2 and 0.3 eV, respectively. The high-temperature TSL peaks at 354 K, 385 K and 430 K with corresponding activation energies of 0.84, 1.0 and 1.1 eV were observed in samples annealed in argon or oxygen atmospheres. The TSС curves are in good agreement with the results of the TSL study. A correlation between annealing of crystals in oxidizing and inert atmospheres and intrinsic defects in single crystals β-Ga2O3 has been established.