Achieving n‐Type Conductivity in Epitaxial Ultrawide‐Bandgap β‐Ga2O3 Films via a Hf Doping Strategy

兴奋剂 材料科学 掺杂剂 带隙 外延 电子迁移率 脉冲激光沉积 电导率 光电子学 薄膜 半导体 分析化学(期刊) 纳米技术 化学 物理化学 图层(电子) 色谱法
作者
Simiao Wu,Ningtao Liu,Hui Li,Jinfu Zhang,Shengcheng Shen,Wei Wang,Ning Xia,Yanwei Cao,Zhicheng Zhong,Wenrui Zhang,Jichun Ye
出处
期刊:Physica Status Solidi (rrl) [Wiley]
卷期号:18 (1) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/pssr.202300110
摘要

Herein, the use of a Hf doping strategy in epitaxial β‐Ga 2 O 3 thin films is demonstrated to substantially enhance the conductivity and simultaneously achieve an even wider bandgap. Epitaxial β‐Ga 2 O 3 thin films with various Hf dopant ratios are fabricated by pulsed laser deposition. The doping impact on the structural, optical, and transport properties is systematically investigated. At an optimized doping regime of 1%–2% in molar ratio, the heteroepitaxial Hf‐doped β‐Ga 2 O 3 (Hf‐Ga 2 O 3 ) films grown on the MgO substrate achieve a high n‐type conductivity of 6.5 S cm −1 , a carrier mobility of 1.8 cm 2 V −1 s −1 , a carrier concentration of 2.69 × 10 19 cm −3 , and an ultrawide bandgap of 4.9 eV. The electron transport is further enhanced for the homoepitaxial Hf‐Ga 2 O 3 film that exhibits a conductivity of 1236 S cm −1 and an ultrahigh mobility of 113 cm 2 V −1 s −1 . Density functional theory calculations reveal the preferential atomic site of Hf dopants in the β‐Ga 2 O 3 lattice and its impact on the optical bandgap. This study demonstrates an effective way to achieve degenerate n‐type doping in ultrawide‐bandgap semiconductors for developing optoelectronic and power electronic devices.

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