Ga 空位在 α、β、κ 三种 Ga2O3 多态形态中的普遍稳定性：基于机器学习加速的研究

分裂 Ga 空位是 $\beta$-$Ga_2O_3$ 中主要的本征接受体;然而其在 $\alpha$ 和 $\kappa$ 相中的作用大多被忽视或假设为不利。对这些缺陷的详细理解对于调控电导率和光学性质以及优化基于 $Ga_2O_3$ 的器件至关重要。本文采用机器学习原子势(MLIPs)加速发现非局部分布重构，然后通过 HSE06 混合密度泰克方法准确量化单个空位 $V_{\text{Ga}}$、分裂空位 $V_{\text{Ga}}^{\text{i}}$ 以及取代性掺杂剂 ($\mathrm{Hf_{Ga}}$ 和 $\mathrm{Si_{Ga}}$) 在氧化物化学势范围内针对实验相关条件下在所有研究多态形态($\beta$、$\alpha$ 和 $\kappa$)中的缺陷性质。我们发现分裂空位是所有研究多态形态中最低能量的空位。分裂空位相对于简单空位稳定性提高约为(~0.75 eV)($\beta$)、(~0.41 eV)($\alpha$)和(~0.14 eV)($\kappa$)。值得注意的是，MLIPs 正确识别了特定分裂空位的最低能态，并以与 HSE06 结果高度一致的能量排序揭示了对称性不等价缺陷配置。虽然 Hf 和 Si 在能量上表现出低形成能，尤其在氧化物贫乏条件下表现为浅掺杂剂，但其效率受分裂空位补偿的限制。 在所有 $Ga_2O_3$ 多态形态中实现高 n 型电导率，都需要在氧化物贫乏条件下生长。