【外延论文】具有应变调控高空穴迁移率和各向异性的 p 型 Ca 掺杂二维 Ga₂O₃

        由湖南科技学院的研究团队在学术期刊 Journal of Physics D: Applied Physics 发布了一篇名为 P-type Ca-doped two-dimensional Ga₂O₃ with strain-modulated high hole mobility and anisotropy（具有应变调控高空穴迁移率和各向异性的 p 型 Ca 掺杂二维 Ga₂O₃）的文章。

摘要

        在新兴的宽带隙二维（2D）β-Ga₂O₃ 中，实现具有较高空穴迁移率的 p 型导电仍是一项挑战。从理论上讲，在 Ga³⁺ 位点以 Ca²⁺ 进行取代是实现 p 型导电的一种有效方式。本文基于第一性原理计算，并结合 Perdew-Burke-Ernzerhof（PBE）与 Heyd-Scuseria-Ernzerhof（HSE）杂化泛函、形变势理论和玻尔兹曼方程，系统研究了 Ca 掺杂二维 β-Ga₂O₃ 的结构稳定性、能带结构、空穴迁移率和 p 型导电特性。

        首先，在富氧环境下，Ca 掺杂原子倾向于能量上更有利的 GaI 位点取代（CaGaI），并展现出优异的结构稳定性。其次，电子结构计算表明，Ca 杂质能够在能带中引入浅受主能级，从而作为一种有效的 p 型掺杂剂。最后，通过在 CaGaI 中施加 ±8% 应变作为调控手段，能带带隙可从 4.73 eV 调节至 3.76 eV；同时，y 方向的空穴迁移率从未应变时的 246.62 cm²V^-1s^-1 提高至 +4% 拉伸应变下的 568.48 cm²V^-1s^-1，并伴随空穴迁移率各向异性增强约两倍。基于晶格失配评估，Si（111）被预测为 Ca 掺杂二维 β-Ga₂O₃ 薄膜的理想衬底，可在 y 方向上展现出高空穴迁移率。这种可调控的直接带隙、超高空穴迁移率、增强的各向异性以及稳定的 p 型导电特性，凸显了其在纳米电子学应用中的重要潜力。

原文链接：

https://doi.org/10.1088/1361-6463/ae03d0