Exploring the structural, electronic, and transport properties in thickness-dependent two-dimensional Ga2O3 induced by native defects

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作者
Hui Zeng,Chao Ma,Lijuan Hu,Yanru Xue,Meng Wu
出处
期刊:Nanotechnology [IOP Publishing]
卷期号:36 (40): 405703-405703 被引量:1
标识
DOI:10.1088/1361-6528/ae0941
摘要

Understanding the effects of native oxygen vacancy (VO) and gallium vacancy (VGa) in two-dimensional (2D) Ga2O3semiconductors is critical for optimizing device efficiency and developing innovative applications. In this work, the structural stability, electronic structure, carrier mobility and conductivity of thickness-dependent 2D Ga2O3induced by native VOand VGaare systematically studied. In Ga2O3VOconfiguration, the newly occupied mid-gap states primarily composed of O-2p, Ga-3p, and Ga-3d orbitals are formed, demonstrating a deep donor feature. The created impurity levels lower the bandgaps of monolayer, bilayer, and trilayer Ga2O3VOto 1.60, 1.64, and 1.53 eV, respectively. The electron mobility exhibits a high value up to ∼12 154.89 cm2V-1s-1in bilayer Ga2O3VO. Shallow acceptor states primarily composed of O-2p and Ga-3d orbitals are introduced for Ga2O3VGaconfiguration, suggesting the effective p-type doping behavior. The bandgaps of monolayer, bilayer, and trilayer Ga2O3VGaare of respectively 2.31, 1.90, and 1.84 eV, accompanying with the monotonous decreasing of hole mobilities from 261.46-85.75 cm2V-1s-1alongx-direction. Meanwhile, the thickness dependent n-type and p-type conductivities are endowed with the similar trends as those of carrier mobilities. Distinct dimensional induced band features and transport properties have been resolved in VOand VGacases. The high carrier mobility and strong anisotropic observed in vacancy-deficient 2D Ga2O3highlight the insights into defect engineering strategies for next-generation wide-bandgap semiconductors.
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