Electronic structure and optical properties of Ge- and F-doped α-Ga2O3: First-principles investigations*

兴奋剂 电负性 掺杂剂 材料科学 带隙 吸收边 光电效应 密度泛函理论 光电子学 电子结构 吸收(声学) 紫外线 凝聚态物理 计算化学 物理 化学 复合材料 量子力学
作者
Ti-Kang Shu,Rui‐Xia Miao,San‐Dong Guo,Shaoqing Wang,Chen-He Zhao,Xuelan Zhang
出处
期刊:Chinese Physics B [IOP Publishing]
卷期号:29 (12): 126301-126301 被引量:8
标识
DOI:10.1088/1674-1056/abbbff
摘要

The prospect of α -Ga 2 O 3 in optical and electrical devices application is fascinating. In order to obtain better performance, Ge and F elements with similar electronegativity and atomic size are selected as dopants. Based on density functional theory (DFT), we systematically research the electronic structure and optical properties of doped α -Ga 2 O 3 by GGA+ U calculation method. The results show that Ge atoms and F atoms are effective n-type dopants. For Ge-doped α -Ga 2 O 3 , it is probably obtained under O-poor conditions. However, for F-doped α -Ga 2 O 3 , it is probably obtained under O-rich conditions. The doping system of F element is more stable due to the lower formation energy. In this investigation, it is found that two kinds of doping can reduce the α -Ga 2 O 3 band gap and improve the conductivity. What is more, it is observed that the absorption edge after doping has a blue shift and causes certain absorption effect on the visible region. Through the whole scale of comparison, Ge doping is more suitable for the application of transmittance materials, yet F doping is more appropriate for the application of deep ultraviolet devices. We expect that our research can provide guidance and reference for preparation of α -Ga 2 O 3 thin films and photoelectric devices.
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