【国际论文】β-Ga₂O₃中供体和受体N杂质形成能的混合密度泛函理论研究

摘要

        混合密度泛函理论计算用于评估 N 掺杂 β-Ga₂O₃ 的结构、电子性质和形成能。总共研究了 11 个间隙 (N_i) 和 3 个取代 (N_OI,II,III) 杂质位置。由于先前实验揭示了 Ga₂O₃ 和 ZnO 基质退火后形成 N₂ 的直接证据，因此还考虑了包含两个 N 原子的四种复合物。确定了取代氮缺陷充当深受主，而间隙缺陷和 N₂ 型复合物充当深施主。在富 Ga 生长条件下，取代氮缺陷表现出较低的形成能，其中 N_OII 缺陷是最有利的。在贫 Ga 条件下，间隙缺陷在较宽的费米能范围内在能量上更可取，其中 N_i9 缺陷是最有利的。仅在间隙位置形成 N₂ 型复合物在能量上非常昂贵，无论生长条件如何。最后，N_i9-N_OI 复合物在富 Ga 条件下是最理想的。这些知识可以作为开发最佳掺杂策略的基础，可能导致未来 β-Ga₂O₃ 基电子器件的性能改进。

图 1. 纯 β-Ga₂O₃ 沿 Brillouin zone 连续路径的能带结构，其中的高对称点是根据参考文献标注的。价带的最大值和导带的最小值用黑点表示。

图 2. 从 a) b、b) c 和 c) a 方向的顶部观察，β-Ga₂O₃ 中 11 个不同的初始间隙位置（金色球为Ga原子，灰色球为氧原子；间隙位置用 “x ”和 i_i 表示）。

DOI：

doi.org/10.1002/pssb.202400448