Zinc-doped monoclinic gallium oxide (β-Ga2O3:Zn) has semi-insulating properties that could make it a preferred material as a substrate for power devices. Infrared and UV/Visible spectroscopy were used to investigate the defect properties of bulk β-Ga2O3:Zn crystals. As-grown crystals contain a single O-H stretching mode at 3486.7 cm−1 due to a neutral ZnH complex. A deuterium-annealed sample displays the corresponding O-D stretching mode at 2582.9 cm−1, confirming the O-H assignment. A strong Ir4+ electronic transition at 5147.6 cm−1 is also observed, along with sidebands attributed to ZnIr pairs. These sidebands show distinct differences compared with Mg-doped samples; most importantly, several peaks are attributed to Ir4+ paired with a Zn on the tetrahedral Ga(I) site. Annealing under an oxygen atmosphere produced an insulating material with a resistance above 1 TΩ.

1.
M. D.
McCluskey
,
J. Appl. Phys.
127
,
101101
(
2020
).
2.
M.
Higashiwaki
,
K.
Sasaki
,
A.
Kuramata
,
T.
Masui
, and
S.
Yamakoshi
,
Phys. Status Solidi A
211
,
21
(
2014
).
3.
K.
Sasaki
,
A.
Kuramata
,
T.
Masui
,
E. G.
Víllora
,
K.
Shimamura
, and
S.
Yamakoshi
,
Appl. Phys. Express
5
,
035502
(
2012
).
4.
Z.
Galazka
,
R.
Uecker
,
D.
Klimm
,
K.
Irmscher
,
M.
Naumann
,
M.
Pietsch
,
A.
Kwasniewski
,
R.
Bertram
,
S.
Ganschow
, and
M.
Bickermann
,
ECS J. Solid State Sci. Technol.
6
,
Q3007
(
2017
).
5.
K.
Irmscher
,
Z.
Galazka
,
M.
Pietsch
,
R.
Uecker
, and
R.
Fornari
,
J. Appl. Phys.
110
,
063720
(
2011
).
6.
E. G.
Víllora
,
K.
Shimamura
,
Y.
Yoshikawa
,
K.
Aoki
, and
N.
Ichinose
,
J. Cryst. Growth
270
,
420
(
2004
).
7.
Y.
Tomm
,
J. M.
Ko
,
A.
Yoshikawa
, and
T.
Fukuda
,
Sol. Energy Mater. Sol. Cells
66
,
369
(
2001
).
8.
A.
Kyrtsos
,
M.
Matsubara
, and
E.
Bellotti
,
Appl. Phys. Lett.
112
,
032108
(
2018
).
9.
M. M.
Islam
,
M. O.
Liedke
,
D.
Winarski
,
M.
Butterling
,
A.
Wagner
,
P.
Hosemann
,
Y.
Wang
,
B.
Uberuaga
, and
F. A.
Selim
,
Sci. Rep.
10
,
6134
(
2020
).
10.
M. E.
Ingebrigtsen
,
J. B.
Varley
,
A. Yu.
Kuznetsov
,
B. G.
Svensson
,
G.
Alfieri
,
A.
Mihaila
,
U.
Badstübner
, and
L.
Vines
,
Appl. Phys. Lett.
112
,
042104
(
2018
).
11.
J. R.
Ritter
,
J.
Huso
,
P. T.
Dickens
,
J. B.
Varley
,
K. G.
Lynn
, and
M. D.
McCluskey
,
Appl. Phys. Lett.
113
,
052101
(
2018
).
12.
Z.
Galazka
,
K.
Irmscher
,
R.
Uecker
,
R.
Bertram
,
M.
Pietsch
,
A.
Kwasniewski
,
M.
Naumann
,
T.
Schulz
,
R.
Schewski
,
D.
Klimm
, and
M.
Bickermann
,
J. Cryst. Growth
404
,
184
(
2014
).
13.
T.
Onuma
,
S.
Fujioka
,
T.
Yamaguchi
,
M.
Higashiwaki
,
K.
Sasaki
,
T.
Masui
, and
T.
Honda
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
041910
(
2013
).
14.
B. E.
Kananen
,
L. E.
Halliburton
,
E. M.
Scherrer
,
K. T.
Stevens
,
G. K.
Foundos
,
K. B.
Chang
, and
N. C.
Giles
,
Appl. Phys. Lett.
111
,
072102
(
2017
).
15.
J. L.
Lyons
,
Semicond. Sci. Technol.
33
,
05LT02
(
2018
).
16.
M.
Saleh
 et al.,
Semicond. Sci. Technol.
35
,
04LT01
(
2020
).
17.
M.
Saleh
,
A.
Bhattacharyya
,
J. B.
Varley
,
S.
Swain
,
J.
Jesenovec
,
S.
Krishnamoorthy
, and
K.
Lynn
,
Appl. Phys. Express
12
,
085502
(
2019
).
18.
J.
Jesenovec
,
J.
Varley
,
S. E.
Karcher
, and
J. S.
McCloy
,
J. Appl. Phys.
129
,
225702
(
2021
).
19.
B.
Pajot
and
C.
Song
,
Phys. Rev. B
45
,
6484
(
1992
).
20.
P.
Weiser
,
M.
Stavola
,
W. B.
Fowler
,
Y.
Qin
, and
S.
Pearton
,
Appl. Phys. Lett.
112
,
232104
(
2018
).
21.
B.
Andlauer
,
J.
Schneider
, and
W.
Tolksdorf
,
Phys. Status Solidi B
73
,
533
(
1976
).
22.
O. F.
Schirmer
,
A.
Forster
,
H.
Hesse
,
M.
Wohlecke
, and
S.
Kapphan
,
J. Phys. C
17
,
1321
(
1984
).
23.
C. A.
Lenyk
,
N. C.
Giles
,
E. M.
Scherrer
,
B. E.
Kananen
,
L. E.
Halliburton
,
K. T.
Stevens
,
G. K.
Foundos
,
J. D.
Blevins
,
D. L.
Dorsey
, and
S.
Mou
,
J. Appl. Phys.
125
,
045703
(
2019
).
24.
J. R.
Ritter
,
K. G.
Lynn
, and
M. D.
McCluskey
,
J. Appl. Phys.
126
,
225705
(
2019
).
25.
T. D.
Gustafson
,
J.
Jesenovec
,
C. A.
Lenyk
,
N. C.
Giles
,
J. S.
McCloy
,
M. D.
McCluskey
, and
L. E.
Halliburton
,
J. Appl. Phys.
129
,
155701
(
2021
).
26.
W.
Ulrici
,
M.
Czupalla
, and
M.
Seifert
,
Phys. Status Solidi B
210
,
551
(
1998
).
27.
M. D.
McCluskey
,
S. J.
Jokela
,
K. K.
Zhuravlev
,
P. J.
Simpson
, and
K. G.
Lynn
,
Appl. Phys. Lett.
81
,
3807
(
2002
).
28.
Y.
Qin
,
M.
Stavola
,
W. B.
Fowler
,
P.
Weiser
, and
S. J.
Pearton
,
ECS J. Solid State Sci. Technol.
8
,
Q3103
(
2019
).
29.
M. C.
Tarun
and
M. D.
McCluskey
,
J. Appl. Phys.
109
,
063706
(
2011
).
30.
J.
Jesenovec
,
M. H.
Weber
,
C.
Pansegrau
,
M. D.
McCluskey
,
K. G.
Lynn
, and
J. S.
McCloy
,
J. Appl. Phys.
129
,
245701
(
2021
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.