Lu-Eu共摻雜Ga2O3的光電性質(zhì)的第一性原理計(jì)算

鄒夢(mèng)真, 肖清泉, 姚云美, 付莎莎, 葉建峰, 唐華著, 謝 泉

(貴州大學(xué) 大數(shù)據(jù)與信息工程學(xué)院新型光電子材料與技術(shù)研究所, 貴陽(yáng) 550025)

1 引 言

第四代半導(dǎo)體材料中，由于氮化鋁(AlN)和金剛石仍面臨大量科學(xué)問(wèn)題亟待解決，氧化鎵則成為繼碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)之后最具市場(chǎng)潛力的材料. 氧化鎵有5種同分異構(gòu)體，分別為α、β、γ、ε和δ. α- Ga2O3屬于三方晶系，它是剛玉晶體結(jié)構(gòu). γ- Ga2O3和δ- Ga2O3屬于立方晶系，δ- Ga2O3為方鐵錳礦結(jié)構(gòu)，ε-Ga2O3屬于六角晶系. Ga2O3的五種同分異構(gòu)體中，β-Ga2O3是目前為止研究最多的同分異構(gòu)體，因?yàn)棣孪嘌趸壸顬榉€(wěn)定，當(dāng)加熱至1000 ℃或濕法加熱至300 ℃以上時(shí)，其他所有亞穩(wěn)相的異構(gòu)體都會(huì)被轉(zhuǎn)換為β相異構(gòu)體[1]. β-Ga2O3有優(yōu)越的透明度、熱穩(wěn)定性[2，3]、生產(chǎn)成本低[4]等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)被科研人員大量研究[5].

Sun等人[6]發(fā)現(xiàn)從能量角度看，O原子比Ga原子更容易脫離晶格位置，從而形成氧空位. β-Ga2O3由于O空位的存在而呈現(xiàn)出n型半導(dǎo)體的特征[7]，目前n型半導(dǎo)體已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)[8]利用這一特點(diǎn)已將其廣泛用于制備傳感器、紫外光電探測(cè)器和大功率電子器件[9，10]. 2019年He 等人實(shí)驗(yàn)制備了基于石墨烯/β-Ga2O3/GaN異質(zhì)結(jié)探測(cè)器[11]，光響應(yīng)度達(dá)到550 A/W. 2020年，F(xiàn)eng等人[12]在鐵摻雜半絕緣β-Ga2O3襯底上外延生長(zhǎng)了UID緩沖層和錫摻雜外延層并實(shí)現(xiàn)了具有較高飽和電流的新型增強(qiáng)型MOSFET. β-Ga2O3的帶隙變化范圍為4.2 eV到4.9 eV[13]，帶隙比GaN(3.4 eV)和SiC(3.2 eV)的都要大. β-Ga2O3存在優(yōu)異p型導(dǎo)電材料難以制備的問(wèn)題[14-16]，對(duì)β-Ga2O3器件的發(fā)展有所限制. 2020年，Ma等人[17]對(duì)β-Ga2O3進(jìn)行Al-N和In-N摻雜，發(fā)現(xiàn)Al-N摻雜比N單摻更易產(chǎn)生更淺的躍遷能級(jí). 2018年，Su等人[18]研究了β-Ga2O3中摻雜Zn和Mg，發(fā)現(xiàn)摻雜會(huì)引入受主能級(jí)，但受主能級(jí)的位置相對(duì)比較深，再次反映了P型摻雜β-Ga2O3的實(shí)現(xiàn)具有一定的困難. 調(diào)控材料性能可以采用壓力調(diào)控[19]和界面工程[20]，也可通過(guò)摻雜提高基于β-Ga2O3的器件的性能[21-24]. 本文將采用基于DFT的第一性原理方法，對(duì)Lu摻雜濃度為12.5%的β-Ga2O3體系以及Lu-Eu共摻雜濃度為25%的β-Ga2O3體系的光學(xué)性質(zhì)以及電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行探索. 為后續(xù)的理論研究以及實(shí)驗(yàn)制備提供一定的理論參考.

2 計(jì)算方法

β-Ga2O3是單斜晶系，所屬空間群為C2/m，其晶格常數(shù)a=12.25 ?，b=3.04 ?，c=5.80 ?，夾角β=103.7°[25]. 本文采用有20個(gè)原子的β-Ga2O3的單胞結(jié)構(gòu)作為計(jì)算的基本單元，如圖1(a)所示. 用一個(gè)Lu原子替換圖1(a)中的一個(gè)Ga原子，得到Lu摻雜濃度為12.5%的β-Ga2O3結(jié)構(gòu)如圖1(b)所示，用一個(gè)Eu原子替換圖1(b)中的一個(gè)Ga原子，得到Lu-Eu共摻雜濃度為25%的β-Ga2O3結(jié)構(gòu)如圖1(c)所示. 本文的計(jì)算都基于密度泛函理論的Cambridge Sequential Total Energy Package(CASTEP)軟件包完成，分別采用了PBE(Perdew-Burke-Ernzerhof)中的GGA(Generalized Gradient Approximation)和GGA+U(Generalized Gradient Approximation-Hubbard U)的方法進(jìn)行計(jì)算. 計(jì)算時(shí)本征β-Ga2O3結(jié)構(gòu)，Lu摻雜β-Ga2O3結(jié)構(gòu)以及Lu-Eu共摻雜的β-Ga2O3結(jié)構(gòu)的優(yōu)化參數(shù)設(shè)置相同，原子最大位移收斂標(biāo)準(zhǔn)0.001?、原子間最大相互作用力設(shè)置為0.02 eV/?、自洽精度設(shè)為2.0×10-5eV/atom、原子上的最小作用力0.05 GPa、截?cái)嗄茉O(shè)置為570 eV、 k采樣密度設(shè)置為2×8×4. 對(duì)β-Ga2O3進(jìn)行幾何優(yōu)化，結(jié)構(gòu)優(yōu)化完成的標(biāo)志是4個(gè)參數(shù)均達(dá)到或優(yōu)于收斂標(biāo)準(zhǔn).

圖1 (a)本征β-Ga2O3結(jié)構(gòu)；(b)Lu摻雜的β-Ga2O3結(jié)構(gòu)；(c)Lu-Eu共摻雜β-Ga2O3結(jié)構(gòu)Fig. 1 The structures of (a)intrinsic β-Ga2O3 ，(b)Lu-doped β-Ga2O3 ，and(c)Lu-Eu co-doped β-Ga2O3

3 結(jié)果與分析

3.1 幾何優(yōu)化結(jié)果分析

表1中包含了采用PBE中的GGA和GGA+U的方法計(jì)算本征β-Ga2O3，Lu摻雜濃度為12.5%的β-Ga2O3以及Lu-Eu共摻雜濃度為25%的β-Ga2O3結(jié)構(gòu)的晶格常數(shù)和體系總能量. 由表1可知本征β-Ga2O3用GGA+U的方法計(jì)算得到的晶格常數(shù)a、b、c的值分別是12.45 ?、3.08 ?以及5.88 ?，與文獻(xiàn)值基本一致[25]，表明優(yōu)化的參數(shù)設(shè)置較合理，后續(xù)模擬計(jì)算結(jié)果有一定的準(zhǔn)確性. 由表1可以看出Lu摻雜濃度為12.5%的β-Ga2O3以及Lu-Eu共摻雜濃度為25%的β-Ga2O3體系的總能量小于本征β-Ga2O3，也即摻雜后的β-Ga2O3結(jié)構(gòu)可能會(huì)更穩(wěn)定. 采用GGA方法計(jì)算三個(gè)體系得出的晶格常數(shù)值是隨著摻雜元素的增多而變大. 對(duì)比GGA和GGA+U的方法計(jì)算的三個(gè)體系的晶格常數(shù)，可以看出GGA+U計(jì)算的晶格常數(shù)都略小于GGA方法計(jì)算所得晶格常數(shù).

表1 本征β-Ga2O3，Lu摻雜β-Ga2O3以及Lu-Eu共摻雜的β-Ga2O3結(jié)構(gòu)晶格常數(shù)和體系總能量

3.2 電子結(jié)構(gòu)

3.2.1能帶結(jié)構(gòu)

圖2展示了用GGA和GGA+U的方法計(jì)算本征β-Ga2O3，Lu摻雜濃度為12.5%的β-Ga2O3以及Lu-Eu共摻雜濃度為25%的β-Ga2O3得到的能帶結(jié)構(gòu)圖. 從圖2(a)中可以看出用GGA方法計(jì)算的本征β-Ga2O3的帶隙值為1.72 eV，圖2(b)則是用GGA+U的方法計(jì)算本征β-Ga2O3得到的能帶結(jié)構(gòu)圖，由圖2(b)得知本征β-Ga2O3的帶隙值為4.24 eV，這與實(shí)驗(yàn)值4.4 eV[25]相差不大. 圖2(c)和(d)分別表示了用GGA和GGA+U方法計(jì)算Lu摻雜濃度為12.5%的β-Ga2O3結(jié)構(gòu)得到的能帶圖，由圖2(c)和(d)可知Lu摻雜濃度為12.5%的β-Ga2O3的帶隙值分別為2.02 eV和2.23 eV. Lu-Eu共摻雜濃度為25%的β-Ga2O3的能帶結(jié)構(gòu)如圖2(e)和(f)所示，由圖2(e)可以得知GGA方法計(jì)算的帶隙值為0.45 eV，由圖2(f)可以得知GGA+U方法計(jì)算的帶隙值為0.90 eV. 對(duì)比三個(gè)體系分別用GGA和GGA+U的方法計(jì)算得到的帶隙值，可以發(fā)現(xiàn)GGA+U方法計(jì)算的帶隙值大于GGA方法計(jì)算的，對(duì)于本征β-Ga2O3結(jié)構(gòu)，GGA+U方法計(jì)算的帶隙值幾乎接近實(shí)驗(yàn)值，表明GGA+U方法修正了GGA方法中由于DFT(Density Functional Theory)對(duì)電子的交換關(guān)聯(lián)勢(shì)低估造成的誤差. 因此，對(duì)能帶結(jié)構(gòu)圖的分析側(cè)重于采用GGA+U方法計(jì)算所得的圖2(b)、(d)和(f).

從圖2(b)可以得知本征β-Ga2O3為直接帶隙半導(dǎo)體材料，導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂均位于布區(qū)的G處. 圖2(d)展示了Lu摻雜濃度為12.5%的β-Ga2O3的能帶結(jié)構(gòu)圖，其導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂均位于布區(qū)的G處，由圖可以看出Lu摻雜后β-Ga2O3的帶隙值為2.23 eV，帶隙明顯減小，由于Lu摻雜濃度為12.5%的β-Ga2O3的費(fèi)米能級(jí)向下進(jìn)入價(jià)帶故為P型摻雜. 圖2(f)展示了Lu-Eu共摻雜濃度為25%的β-Ga2O3的能帶結(jié)構(gòu)圖，其導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂均位于布區(qū)的Q處，由圖可以看出Lu-Eu共摻雜后β-Ga2O3的帶隙值為0.9 eV，帶隙明顯減小. 由圖2(d)和(f)可以看出，Lu摻雜和Lu-Eu共摻雜后β-Ga2O3依舊是直接帶隙材料，但摻雜使得β-Ga2O3的帶隙值減小. 推測(cè)禁帶寬度變小的原因是：Lu和Eu原子最外層電子數(shù)是2，而Ga原子最外層電子數(shù)為3，Lu和Eu最外層電子比Ga最外層少了1個(gè)，受到Lu摻雜和Lu-Eu共摻雜的影響，改變了費(fèi)米面附近電子結(jié)構(gòu)，使導(dǎo)帶向低能方向偏移，價(jià)帶向高能方向偏移，禁帶寬度變窄.

3.2.2態(tài)密度

本征β-Ga2O3，Lu摻雜濃度為12.5%的β-Ga2O3以及Lu-Eu共摻雜濃度為25%的β-Ga2O3結(jié)構(gòu)的總態(tài)密度(TDOS)和分態(tài)密度(PDOS)如圖3所示. 圖3(a)是本征β-Ga2O3在-10 eV-20 eV能量范圍內(nèi)的TDOS和PDOS，由圖3(a)可知，本征β-Ga2O3的價(jià)帶主要由O-p態(tài)和少量Ga-s態(tài)組成，導(dǎo)帶部分主要由Ga-s態(tài)和少量O-p態(tài)占據(jù). 對(duì)本征β-Ga2O3，可將總態(tài)密度圖可以分為三個(gè)能量區(qū)間進(jìn)行分析討論. 在-10 eV-0 eV時(shí)，β-Ga2O3的總態(tài)密度主要是來(lái)自于O的p軌道；在0 eV-10 eV時(shí)，對(duì)總態(tài)密度的主要貢獻(xiàn)是Ga-s態(tài)；在10 eV-20 eV時(shí)，對(duì)β-Ga2O3的總態(tài)密度的貢獻(xiàn)主要來(lái)自于Ga的p態(tài)和O的s態(tài).

圖3 各摻雜體系的態(tài)密度：(a)本征β-Ga2O3 ；(b)Lu摻雜的β-Ga2O3；(c)Lu-Eu共摻的β-Ga2O3Fig. 3 Densities of states of various doping β-Ga2O3 systems：(a)Intrinsic β-Ga2O3；(b)Lu-doped β-Ga2O3；(c)Lu-Eu co-doped β-Ga2O3

圖3(b)是Lu摻雜濃度為12.5%的β-Ga2O3在-20 eV—20 eV能量范圍內(nèi)的TDOS和PDOS，由圖3(b)可知，Lu摻雜β-Ga2O3導(dǎo)帶部分主要由Ga-s態(tài)、Ga-p態(tài)、O-p態(tài)、Lu-d態(tài)以及少量O-s態(tài)構(gòu)成，而其價(jià)帶部分主要由O-p態(tài)、O-s態(tài)、Ga-d態(tài)和Lu-f態(tài)構(gòu)成. 對(duì)Lu摻雜濃度為12.5%的β-Ga2O3的總態(tài)密度圖分三個(gè)能量區(qū)間進(jìn)行討論，在-20 eV—-10 eV時(shí)，Lu摻雜后β-Ga2O3的總態(tài)密度主要來(lái)自Ga-d態(tài)和O-s態(tài)；在-10 eV—0 eV時(shí)，Lu摻雜后β-Ga2O3的總態(tài)密度主要來(lái)自O(shè)-p態(tài)和少量Lu-f態(tài)；在0 eV—20 eV內(nèi)，對(duì)總態(tài)密度的主要貢獻(xiàn)是Lu的d態(tài)、Ga-p態(tài)和O-p態(tài). 和未摻雜β-Ga2O3對(duì)比，Lu摻雜濃度為12.5%的β-Ga2O3體系禁帶變窄，這與能帶圖的分析一致. 圖3(c)是Lu-Eu共摻雜濃度為25%的β-Ga2O3在-15 eV—30 eV能量范圍內(nèi)的TDOS和PDOS，由圖3(c)可知，Lu-Eu共摻β-Ga2O3的導(dǎo)帶部分主要由Eu-f態(tài)、Lu-p態(tài)以及少量的Ga-p態(tài)和O-p態(tài)構(gòu)成，其價(jià)帶部分則主要由O-p態(tài)、Lu-p態(tài)、Eu-f態(tài)構(gòu)成. 對(duì)Lu-Eu共摻雜β-Ga2O3的總態(tài)密度圖也分三個(gè)能量區(qū)間進(jìn)行討論，在-15 eV—-10 eV時(shí)，Ga-d態(tài)和Lu-d態(tài)以及少量O-s態(tài)對(duì)總態(tài)密度貢獻(xiàn)較多；在-10 eV—0 eV時(shí)，對(duì)總態(tài)密度的主要貢獻(xiàn)是O-p態(tài)和Eu的f態(tài)；而在0 eV—30 eV時(shí)，對(duì)總態(tài)密度的主要貢獻(xiàn)是Eu-f態(tài)、Eu-d態(tài)、Lu-f態(tài)以及少量的Lu-p態(tài)、O-p態(tài)和Ga-p態(tài). 和Lu摻雜β-Ga2O3對(duì)比，Lu-Eu共摻雜β-Ga2O3后體系使得價(jià)帶向高能方向移動(dòng)，導(dǎo)帶向低能方向偏移，禁帶變的更窄. 對(duì)態(tài)密度的分析與能帶圖的分析相符合.

3.3 光學(xué)性質(zhì)

3.3.1介電函數(shù)

本征β-Ga2O3，Lu摻雜濃度為12.5%的β-Ga2O3以及Lu-Eu共摻雜濃度為25%的β-Ga2O3的復(fù)介電常數(shù)如圖4所示，圖4(a)為本征β-Ga2O3，Lu摻雜β-Ga2O3以及Lu-Eu共摻雜的β-Ga2O3介電函數(shù)實(shí)部圖像，由圖可知本征β-Ga2O3，Lu摻雜濃度為12.5%的β-Ga2O3以及Lu-Eu共摻雜濃度為25%的β-Ga2O3在能量零點(diǎn)的靜態(tài)介電常數(shù)分別是是3.12、3.36、3.33. 且分別在光子能量為7.92 eV、7.5 eV、7.16 eV時(shí)取得各自峰值4.01、4.38、4.45.另外，在0 eV—8 eV的光子能量范圍內(nèi)，Lu摻雜和Lu-Eu共摻后β-Ga2O3的介電常數(shù)值略大于本征β-Ga2O3的介電常數(shù)值，說(shuō)明在光子能量0 eV—8 eV范圍內(nèi)對(duì)電荷的束縛能力變強(qiáng). Lu-Eu共摻雜β-Ga2O3的介電函數(shù)的實(shí)部在8 eV—15 eV范圍內(nèi)略小于本征和Lu摻雜體系；在15 eV—25 eV范圍內(nèi)又略大于本征和Lu摻雜體系；在25 eV—50 eV范圍內(nèi)，介電函數(shù)的實(shí)部逐漸減小.

圖4 各摻雜體系的復(fù)介電常數(shù)：(a)介電常數(shù)實(shí)部；(b)介電常數(shù)虛部Fig. 4 Dielectric functions of various doping β-Ga2O3 systems：(a)Real parts；(b)Imaginary parts

圖4(b)為本征β-Ga2O3，Lu摻雜β-Ga2O3以及Lu-Eu共摻雜的β-Ga2O3的介電函數(shù)虛部圖像，由圖可知本征β-Ga2O3的峰值是3.28位于15.6 eV處，在能量11.5 eV時(shí)取得次峰值2.92. 出現(xiàn)該波峰的主要原因是Ga-s態(tài)電子和O-p電子的躍遷. Lu摻雜后β-Ga2O3在光子能量15.3 eV時(shí)取得峰值3.5，在能量12.03 eV時(shí)取得次峰值3.26. 在0 eV—16 eV的光子能量范圍內(nèi)，Lu摻雜濃度為12.5%的β-Ga2O3的介電常數(shù)值略大于本征β-Ga2O3的介電常數(shù)值，表明了摻雜使得β-Ga2O3在低能區(qū)的光躍遷強(qiáng)度增加. Lu-Eu共摻雜的β-Ga2O3在光子能量12 eV取得峰值3.58，在能量9.19 eV處取得次峰值3.04，在0 eV—13 eV的光子能量范圍內(nèi)，Lu-Eu共摻體系的介電常數(shù)值略大于本征和Lu摻雜體系，表明了Lu-Eu共摻使得β-Ga2O3在低能區(qū)的電子吸收光子的可能性變大，激發(fā)態(tài)的電子變多，光躍遷強(qiáng)度明顯增加.

3.3.2吸收譜

本征β-Ga2O3，Lu摻雜濃度為12.5%的β-Ga2O3以及Lu-Eu共摻雜濃度為25%的β-Ga2O3的吸收譜如圖5所示. 由圖可得本征β-Ga2O3的吸收系數(shù)的峰值和次峰值分別在18.7 eV和16.3 eV處取得，其值分別為3.3×105cm-1和3×105cm-1. Lu摻后β-Ga2O3的吸收系數(shù)在19.4 eV處取得峰值3.15×105cm-1，Lu-Eu共摻雜的β-Ga2O3的吸收系數(shù)在25.8 eV處取得次峰值2.47×105cm-1，在31.7 eV處取得峰值2.54×105cm-1. 計(jì)算結(jié)果表明在低能區(qū)0 eV—14 eV范圍內(nèi)，Lu-Eu摻雜后體系的吸收系數(shù)比本征β-Ga2O3和Lu摻后β-Ga2O3的略大；在14 eV—25 eV能量范圍內(nèi)，本征β-Ga2O3和Lu摻雜后的體系的吸收系數(shù)則高于Lu-Eu共摻β-Ga2O3體系；在25 eV—60 eV能量范圍內(nèi)，Lu摻雜后的體系和Lu-Eu共摻β-Ga2O3體系的吸收系數(shù)則高于本征β-Ga2O3體系，這表明了摻雜提高β-Ga2O3在高能區(qū)的吸收能力.

圖5 各摻雜體系的吸收系數(shù)Fig. 5 Asorption coefficients of various doping β-Ga2O3 systems

3.3.3反射系數(shù)

本征β-Ga2O3，Lu摻雜濃度為12.5%的β-Ga2O3以及Lu-Eu共摻雜濃度為25%的β-Ga2O3體系的反射系數(shù)如圖6所示. 從圖中可以看出本征β-Ga2O3在能量為0 eV時(shí)反射率為0.077，其反射率具有三個(gè)明顯的峰，在22.2 eV處達(dá)到最高峰值0.237，最高峰后隨著能量的增加，本征β-Ga2O3的反射系數(shù)逐漸減小. Lu摻雜β-Ga2O3體系在能量為0 eV處的反射率為0.087. Lu摻后β-Ga2O3的反射系數(shù)在16.2 eV處取得峰值0.22，然后在能量范圍為30 eV—33.8 eV時(shí)，反射系數(shù)隨著光子能量的增大而增大，然后在33.8 eV后逐漸減小. Lu-Eu共摻雜的β-Ga2O3在能量為0 eV時(shí)的反射率為0.085，其反射率有兩個(gè)明顯的峰，在12.5 eV處取得峰值0.197，在32.4 eV處取得次峰值0.17. 對(duì)比本征β-Ga2O3，Lu摻雜β-Ga2O3以及Lu-Eu共摻雜的β-Ga2O3三個(gè)體系在能量為0 eV時(shí)的反射率，可以得出Lu摻雜β-Ga2O3以及Lu-Eu共摻雜的反射率均大于本征β-Ga2O3的反射率，這表明著Lu元素以及Eu元素的摻雜使β-Ga2O3在能量為0 eV時(shí)的透射能力變?nèi)? 計(jì)算結(jié)果表明在低能區(qū)0 eV—15 eV范圍內(nèi)Lu-Eu共摻雜后體系的反射系數(shù)略大于本征β-Ga2O3和Lu摻雜β-Ga2O3. 本征β-Ga2O3在取得峰值后，隨著能量的增加，其反射率是逐漸減小的；而Lu摻雜β-Ga2O3和Lu-Eu共摻雜β-Ga2O3則是在33.8 eV和32.5 eV處各自取得次峰值后，隨著能量的增大其反射率整體下降. Lu-Eu摻雜體系的反射率在能量為15 eV—25 eV時(shí)，與本征及Lu摻雜體系相比，其反射率明顯降低. Lu摻雜和Lu-Eu摻雜體系的反射率峰值均低于本征β-Ga2O3，表明摻雜使得β-Ga2O3對(duì)可見(jiàn)光的利用率增強(qiáng).

圖6 各摻雜體系的反射率Fig. 6 Reflectivity coefficients of various doping β-Ga2O3 systems

4 結(jié) 論

本文先采用PBE中的GGA和GGA+U的方法計(jì)算了本征β-Ga2O3，Lu摻雜濃度為12.5%的β-Ga2O3以及Lu-Eu共摻雜濃度為25%的β-Ga2O3結(jié)構(gòu)的晶格常數(shù)、能帶結(jié)構(gòu)和體系總能量. 發(fā)現(xiàn)采用GGA+U的方法計(jì)算的帶隙值更接近實(shí)驗(yàn)值，也即計(jì)算更精確. 然后采用GGA+U的方法計(jì)算了本征β-Ga2O3，Lu摻雜濃度為12.5%的β-Ga2O3以及Lu-Eu共摻雜濃度為25%的β-Ga2O3結(jié)構(gòu)的態(tài)密度、介電函數(shù)、吸收譜以及反射率等基本物理特性. 計(jì)算結(jié)果表明本征β-Ga2O3的帶隙為4.24 eV，是直接帶隙半導(dǎo)體材料，Lu摻雜濃度為12.5%的β-Ga2O3的帶隙為2.23 eV，仍為直接帶隙半導(dǎo)體材料. Lu原子在β-Ga2O3屬于受主雜質(zhì)，在β-Ga2O3中引入的深受主雜質(zhì)成為有效的復(fù)合中心. Lu-Eu共摻雜濃度為25%的β-Ga2O3的帶隙為0.9 eV，仍為直接帶隙半導(dǎo)體材料. 此外，光學(xué)性質(zhì)的計(jì)算結(jié)果表明，在低能區(qū)內(nèi)摻雜體系的介電函數(shù)、反射率和吸收系數(shù)均強(qiáng)于本征β-Ga2O3，表明Lu摻雜和Lu-Eu共摻雜改善了本征β-Ga2O3在紅外光區(qū)的光電性能，有望應(yīng)用于制作紅外光電子器件.