本研究由美国犹他大学电气与计算机工程系的Jacqueline Cooke、Praneeth Ranga等学者主导，合作机构包括华盛顿州立大学材料研究所和加州大学圣巴巴拉分校材料系。研究成果于2022年发表在《Scientific Reports》期刊，论文标题为《Effect of extended defects on photoluminescence of gallium oxide and aluminum gallium oxide epitaxial films》，DOI号为10.1038/s41598-022-07242-z。
本研究属于宽禁带半导体材料表征领域，聚焦于β相氧化镓（β-Ga₂O₃）及其铝掺杂合金（(AlxGa1-x)2O3）的光致发光（photoluminescence，PL）特性。β-Ga₂O₃作为超宽禁带半导体（ultra-wide bandgap semiconductor），其禁带宽度约为4.5-4.9 eV，具有优异的巴利加优值（Baliga’s figure of merit），在功率电子和光电子器件中具有重要应用前景。
传统研究普遍认为β-Ga₂O₃的PL光谱（包含紫外、蓝光和绿光三个发射峰）主要源于点缺陷（point defects）的贡献。然而，本研究团队通过系统实验发现：扩展缺陷（extended defects，如位错、堆垛层错等）对蓝绿光发射强度具有决定性影响。这一发现挑战了现有认知，为理解β-Ga₂O₃的发光机制提供了新视角。
研究团队通过金属有机气相外延（MOVPE）方法在Agnitron Agilis反应器中生长了三组系列样品： - 硅掺杂系列：在(010)取向的Fe掺杂β-Ga₂O₃衬底上生长不同Si掺杂浓度（1016-1018 cm-3）的薄膜 - (-201)取向系列：包含体单晶、同质外延薄膜和蓝宝石衬底异质外延薄膜 - 铝镓氧化物（AGO）系列：比较不同Al含量（0%-28%）的(AlxGa1-x)2O3薄膜与体单晶
生长参数统一为：总摩尔流量15.53 μmol/min，氩气流量1100 sccm，氧气流量500 sccm，腔压15 Torr，生长速率约6 nm/min。使用三乙基镓（TEGa）和O2作为前驱体，硅烷（SiH4）作为掺杂源。
光致发光测试： - 光源：可调谐钛宝石激光器（690-1040 nm）通过三次谐波发生器产生235 nm、254 nm和267 nm激发光 - 检测系统：AvaSpec双通道宽带光谱仪（300-800 nm） - 测试条件：室温下采用积分球收集信号，偏振角度从0°到180°以15°步进变化 - 数据处理：校正光谱仪响应函数，归一化激光功率和积分时间
结构表征： - X射线衍射（XRD）测定外延薄膜的铝含量 - 扫描透射电子显微镜（STEM，JEOL JEM 2800）观察扩展缺陷分布
本研究通过系统实验证明： 1. 扩展缺陷（而非传统认为的点缺陷）是决定β-Ga₂O₃及其合金蓝绿光发射的主导因素 2. 高质量单晶和(010)同质外延薄膜呈现紫外主导PL，而含扩展缺陷的样品均转变为蓝光主导PL 3. 铝掺杂会引入新的非辐射复合路径，但PL特征仍主要由扩展缺陷决定
科学价值： - 修正了长期以来关于β-Ga₂O₃可见光发射来源的认知 - 为优化外延生长工艺提供明确指导：控制扩展缺陷是实现特定发光特性的关键 - 建立了材料结构质量与光学性能的直接关联模型
应用价值： - 指导β-Ga₂O₃基光电器件（如紫外探测器、LED）的材料设计 - 为开发新型铝镓氧化物合金光电材料提供理论基础