β-镧化物石的自发捐献缺陷与电压助力空穴掺杂
材料科学
2025-01-24 v1
摘要
β相镧化物石（beta-Ga2O3）容易发生自发捐献缺陷，但在实现高质量 p 型掺杂方面面临巨大挑战，主要由于其异常低的价带上限（VBM）。本研究利用第一性原理计算方法，探讨了在三种典型生长技术下（分子束外延（MBE）、金属有机化学气相沉积（MOCVD）和卤化物气相外延（HVPE））下β-Ga2O3 自发捐献缺陷的形成原因。我们的发现阐明了主要捐献缺陷随生长技术而异，具体为 MBE 的 Gai3+，MOCVD 的 Hi+ 和 CGa+，以及 HVPE 在无意掺杂条件下的 (2VGa+Gai+2VO)+ 和 ClO+。通过引入电压助力掺杂方法，我们计算证明，主要自发捐献杂质可显著减少，同时接受杂质数量显著增加，使费米能级逐步下降至 MOCVD、HVPE 和 MBE 方法下分别距离 VBM 0.52、0.88 和 2.10 eV，室温下空穴浓度分别为 8.5×10^17、8.7×10^11 和 2.7×10^-9 cm-3，且无需使用外源掺杂剂。通过引入 Mg 掺杂，我们进一步降低了 MBE 和 HVPE 实验的费米能级。
引用
@article{arxiv.2501.13303,
title = {Spontaneous Donor Defects and Voltage-Assisted Hole Doping in Beta-Gallium Oxides under Multiple Epitaxy Conditions},
author = {Chenxi Nie and Kai Liu and Chengxuan Ke and Xisong Jiang and Yifeng He and Yonghong Deng and Yanhua Yan and Guangfu Luo},
journal= {arXiv preprint arXiv:2501.13303},
year = {2025}
}