Conduction mechanism and shallow donor properties in silicon-dopedɛ-Ga2O3thin films: An electron paramagnetic resonance study

电子顺磁共振 兴奋剂 材料科学 掺杂剂 浅层供体 顺磁性 结晶学 凝聚态物理 极化子 核磁共振 物理 电子 化学 冶金 量子力学
作者
H. J. von Bardeleben,J. L. Cantin,A. Parisini,A. Bosio,R. Fornari
出处
期刊:Physical Review Materials [American Physical Society]
卷期号:3 (8) 被引量:19
标识
DOI:10.1103/physrevmaterials.3.084601
摘要

The defects in Si-doped \ensuremath{\epsilon}-${\mathrm{Ga}}_{2}{\mathrm{O}}_{3}$ epitaxial layers have been investigated by electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy. The results show that Si doping introduces a single, paramagnetic defect, attributed to Si incorporation on the tetrahedral gallium lattice site. It is a spin $S=1/2$ center with an axial $g$ tensor with principal values of $g//c=1.9573$ and $g\ensuremath{\perp}c=1.9591$. The temperature dependence of the EPR parameter demonstrates that it is a shallow effective mass donor, which is at the origin of the $n$-type conductivity. The EPR spectrum is modified by motional narrowing effects, the analysis of which allows one to reveal different transport regimes, including localization, hopping conductivity, and ionization in the conduction band when the temperature is raised from $T=4\phantom{\rule{0.28em}{0ex}}\mathrm{K}$ to room temperature. Partial electrical compensation and donor clustering are equally evidenced by the EPR results, which are confirmed by correlated electrical transport measurements. Silicon is thus a promising dopant for the formation of highly conductive $n$-type \ensuremath{\epsilon}-${\mathrm{Ga}}_{2}{\mathrm{O}}_{3}$.

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