Charge state transition levels of Ni in β-Ga2O3 crystals from experiment and theory: An attractive candidate for compensation doping

接受者 光电导性 兴奋剂 材料科学 带隙 密度泛函理论 声子 电离能 价(化学) 凝聚态物理 原子物理学 电离 化学 光电子学 计算化学 物理 离子 有机化学
作者
Palvan Seyidov,Joel B. Varley,Jimmy‐Xuan Shen,Zbigniew Galazka,Ta‐Shun Chou,Andreas Popp,M. Albrecht,K. Irmscher,Andreas Fiedler
出处
期刊:Journal of Applied Physics [American Institute of Physics]
卷期号:134 (20) 被引量:6
标识
DOI:10.1063/5.0173761
摘要

Nickel-doped β-Ga2O3 crystals were investigated by optical absorption and photoconductivity, revealing Ni-related deep levels. The photoconductivity spectra were fitted using the phenomenological Kopylov and Pikhtin model to identify the energy of the zero-phonon transition (thermal ionization), Franck–Condon shift, and effective phonon energy. The resulting values are compared with the predicted ones by first-principle calculations based on the density functional theory (DFT). An acceptor level (0/−) of 1.9 eV and a donor level (+/0) of 1.1 eV above the valence band minimum are consistently determined for NiGa, which preferentially incorporates on the octahedrally coordinated Ga site. Temperature-dependent resistivity measurements yield a thermal activation energy of ∼2.0 eV that agrees well with the determined Ni acceptor level. Conclusively, Ni is an eminently suitable candidate for compensation doping for producing semi-insulating β-Ga2O3 substrates due to the position of the acceptor level (below and close to the mid-bandgap).

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