Impact of Deep Levels in Iron-Doped Gallium Oxides on Electron Transport

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作者
Qingming Huang,Xinhang Cai,Wenlong Yan,Xiangyu Xu,Wenjing Xu,Duanyang Chen,Kang Wang,Zhangqiang Yang,Hongji Qi,Kelvin H. L. Zhang,Ye Yang
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:129 (41): 18600-18605 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.5c06121
摘要

Iron-doped gallium oxide (Ga2O3) is extensively exploited as semi-insulating substrates for epitaxial thin film growth to fabricate next-generation high-power electronics and ultraviolet optoelectronics. However, the influence of iron (Fe) dopants on electron transport dynamics remains poorly understood, particularly in the context of defect-mediated scattering and trapping mechanisms. Here, we employ time-resolved terahertz (THz) spectroscopy to investigate the temperature-dependent photoconductivity and free electron dynamics in Fe-doped Ga2O3 crystals. The frequency-dependent THz conductivities demonstrate dispersive charge transport dominated by heterogeneous scattering, modeled effectively by the Drude–Smith formulizm. The temperature dependence of both electron mobility and electron scattering time indicates a transition from phonon-dominated scattering to a defect-mediated scattering mechanism. Moreover, the kinetics of transient photoconductivity further uncover that the free electrons collapse into a highly localized state fostered by Fe3+ dopants on a sub-100 ps timescale. Nevertheless, this trapping process is suppressed at low temperature because the itinerant electrons are trapped at the shallow defects before encountering deep centers associated with the Fe3+ dopant. Our results offer a fundamental understanding of the microscopic electron transport mechanism in Fe-doped Ga2O3 crystals.
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