Feasibility of p-type conduction in beta rhodium alloyed gallium oxide

接受者 兴奋剂 掺杂剂 氧化物 电子迁移率 带隙 凝聚态物理 材料科学 宽禁带半导体 价(化学) 电导率 原子轨道 光电子学 热传导 声子 合金 电阻率和电导率 价带 金属 化学物理 载流子密度 半金属 导带 热导率 态密度
作者
Xian‐Hu Zha,Shuang Li,Yan Liu,Min-Suk Yang,Teng Jiao,Jiaxiang Chen,X. Ding,Yu‐Xi Wan,Dao Hua Zhang
出处
期刊:Journal of Applied Physics [American Institute of Physics]
卷期号:138 (12)
标识
DOI:10.1063/5.0279883
摘要

Beta-gallium oxide (β-Ga2O3) has attracted extensive attention in the field of power devices owing to its ultrawide bandgap and well-established synthesis method. However, the lack of p-type conductivity in β-Ga2O3 limits the device performance. Recently, rhodium-alloyed β-Ga2O3, namely, β-(RhxGa1−x)2O3, has been predicted to possess elevated valence band maxima (VBMs) and reduced hole masses. This study explores the feasibility of realizing p-type doping in β-(RhxGa1−x)2O3. The acceptor levels for Li, Na, and Cu dopants in β-(Rh0.25Ga0.75)2O3 are determined to be lower than 0.4 eV from the VBMs. The elevation of the VBM, along with a weak interaction between the dopants' orbitals and the orbitals at the VBMs, plays a crucial role in facilitating the attainment of a shallow acceptor level. At a hole density of 1017 cm−3 and room temperature, the hole mobility of β-(Rh0.5Ga0.5)2O3 is predicted to reach 10.7 cm2 V−1 s−1, which is higher than the values of most p-type metal oxides. Moreover, the hole mobility is determined to be anisotropic, and its magnitude is mainly limited by polar optical phonon scattering. Our work shows that achieving p-type doping in β-(RhxGa1 − x)2O3 alloys is indeed feasible, and the formation of p–n homojunctions based on β-(RhxGa1 − x)2O3 could significantly extend the application scope of alloy oxides.
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