【会员论文】香港科技大学（广州）陈子强团队--- 通过 Se-Mg 超共掺探索 β-Ga₂O₃ 中的 p 型导电性：离子注入法

        近期，由香港科技大学（广州）的研究团队在学术期刊 Materials Today Advances 发布了一篇名为 Exploration of p-type conductivity in β-Ga₂O₃ through Se-Mg hyper co-doped: An ion implantation approach（通过 Se-Mg 超共掺探索 β-Ga₂O₃ 中的 p 型导电性：离子注入法）的文章。

摘要

        随着 β-Ga₂O₃ 技术的不断发展，实现稳定的 p 型掺杂已成为关键研究方向。本研究提出了一种通过引入接近导带的缺陷能级和受主掺杂元素的方法，以实现 p 型掺杂的 β-Ga₂O₃。采用离子注入技术，引入 Se 和 Mg 元素进行共掺杂，使用 50 kV 的加速电压，使其达到最佳掺杂深度。实验测得 Se 和 Mg 的最高浓度分别达到 2.35 × 10²²/cm³（Se）和 8.99 × 10²¹/cm³（Mg），与模拟结果一致。

        注入后，Se-Mg 共掺杂的 β-Ga₂O₃ 在 850 °C 氧气环境下进行快速热退火，以减少注入损伤。通过调整 Se 和 Mg 的注入剂量，可以将材料的带隙从 4.42 eV 轻微调控至 4.37 eV。实验分析表明，掺杂后 β-Ga₂O₃ 的价带最大值发生变化，并表现出潜在的 p 型导电行为。霍尔测量结果初步显示可能的 p 型导电性，但仍需进一步验证。此外，利用第一性原理密度泛函理论（DFT）计算了替位缺陷的形成能和 β-Ga₂O₃ 晶格中的费米能级变化，进一步阐明了掺杂导致电子结构变化的机理。

图 1. (a) Mg-Se 共掺杂 β-Ga₂O₃ 的离子注入过程示意图。(b) 原样品和注入样品的 XRD 图和 (c) 拉曼光谱。

DOI：

doi.org/10.1016/j.mtadv.2025.100559