【其他论文】氮掺杂 κ-Ga₂O₃ 的电子结构与缺陷化学：面向 P 型掺杂的挑战

        由嘉应学院联合中山大学的研究团队在学术期刊 Electronic Structure 发布了一篇名为Electronic structure and defect chemistry of N-doped κ-Ga₂O₃: challenges toward P-type doping（氮掺杂 κ-Ga₂O₃ 的电子结构与缺陷化学：面向 P 型掺杂的挑战）的文章。

摘要

        Ga₂O₃ 因在电力电子学和光电子学领域的广阔应用前景而备受关注。本文通过密度泛函理论计算，深入探讨了氮掺杂 κ-Ga₂O₃ 的电子特性。研究涵盖多种氮掺杂复合缺陷，包括：N_O（氮掺杂 κ-Ga₂O₃）N_OV_O（含氧空位的氮掺杂 κ-Ga₂O₃） N_OV_Ga（含 Ga 空位的氮掺杂 κ-Ga₂O₃）、N_OO_i（含氧间隙的氮掺杂 κ-Ga₂O₃）、N_OGa_i（含镓间隙的氮掺杂 κ-Ga₂O₃），以及氮原子取代四面体位点（N_Ga,tetra）和八面体位点（N_Ga,octa）的氮掺杂结构。对它们的形成能分析表明，在镓富集和氧富集环境下，N_O 占主导地位，起浅受体作用。值得注意的是，在 Ga 富集条件下，N_OV_O 缺陷相较于其他受主型深能级缺陷具有显著优势，这表明此类复合物可能因氧空位的大量补偿作用而阻碍 κ-Ga₂O₃ 实现 p 型导电性。此外，研究证实 N_OV_O 复合物可激发红光荧光，其成因在于氧空位与氮掺杂引入的受主位点局域空穴相互耦合。通过对态密度和电子能带结构的综合分析，阐明了含此类复杂缺陷的 κ-Ga₂O₃ 的精细电子结构。电子局域化与实空间波函数的互补研究进一步揭示了这些缺陷对 κ-Ga₂O₃ 晶格的影响。值得注意的是，氮掺杂 κ-Ga₂O₃ 展现出增强的阴离子扩散与电荷去局域化特性，表明氮掺杂能显著提升空穴迁移率和电导率。本研究为氮掺杂作为实现 κ-Ga₂O₃ p 型导电性的方法提供了关于其局限性与发展前景的宝贵理论见解。

原文链接：

https://doi.org/10.1088/2516-1075/ae4701