Gallium oxide has been attracting much interest due to its tremendous potential for power device application. The (BxGa1−x)2O3 ternary alloys of monoclinic and orthorhombic phases with the B-content covering the full composition were studied using first-principles density functional theory calculations. The effect of the B-content on the structural and electronic properties of (BxGa1−x)2O3 alloys is discussed. The formation enthalpy of the ternary alloys has been investigated, indicating the feasibility of synthesizing (BxGa1−x)2O3 alloys depending on the specified growth temperature condition. In addition, the increase in the B-content in (BxGa1−x)2O3 alloys generally leads to the decrease in lattice constants, implying possible tensile strain if grown on the Ga2O3 substrate. Our analysis on the electronic properties shows that all (BxGa1−x)2O3 alloys exhibit indirect gap property, in which the bandgap increases from 4.83 eV to 6.86 eV in the monoclinic phase and from 5.32 eV to 11.27 eV in the orthorhombic phase when the B-content increases from 0% to 100%. The band alignment between Ga2O3 and B2O3 in the (100)-direction is also presented, showing a type-II and type-I alignment for monoclinic-based and orthorhombic-based alloys, respectively. Our results showed an extremely large conduction band offset of 5.76 eV between orthorhombic-based Ga2O3 and B2O3 alloys. Our studies regarding the electronic and structural properties provide important insight regarding the potential of (BxGa1−x)2O3 alloys for III-oxide-based electronic and optoelectronic device applications.

中文翻译：

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单斜晶系和斜方晶系 (BxGa1-x)2O3 合金的研究

氧化镓因其在功率器件应用方面的巨大潜力而​​备受关注。使用第一性原理密度泛函理论计算研究了单斜相和正交相的 (BxGa1-x)2O3 三元合金，其中 B 含量覆盖了整个组成。讨论了 B 含量对 (BxGa1-x)2O3 合金结构和电子性能的影响。研究了三元合金的形成焓，表明根据指定的生长温度条件合成 (BxGa1-x)2O3 合金的可行性。此外，(BxGa1-x)2O3 合金中 B 含量的增加通常会导致晶格常数的降低，这意味着如果在 Ga2O3 衬底上生长可能存在拉伸应变。我们对电子特性的分析表明，所有 (BxGa1−x)2O3 合金都表现出间接间隙特性，其中单斜相的带隙从 4.83 eV 增加到 6.86 eV，正交相的带隙从 5.32 eV 增加到 11.27 eV。 - 内容从 0% 增加到 100%。Ga2O3 和 B2O3 之间在 (100) 方向上的能带排列也被呈现出来，分别显示了单斜基和斜方基合金的 II 型和 I 型排列。我们的结果表明，正交基 Ga2O3 和 B2O3 合金之间的导带偏移非常大，为 5.76 eV。我们关于电子和结构特性的研究提供了关于 (BxGa1-x)2O3 合金在基于 III 氧化物的电子和光电器件应用中的潜力的重要见解。其中，当 B 含量从 0% 增加到 100% 时，单斜相带隙从 4.83 eV 增加到 6.86 eV，斜方晶相带隙从 5.32 eV 增加到 11.27 eV。Ga2O3 和 B2O3 之间在 (100) 方向上的能带排列也被呈现出来，分别显示了单斜基和斜方基合金的 II 型和 I 型排列。我们的结果表明，正交基 Ga2O3 和 B2O3 合金之间的导带偏移非常大，为 5.76 eV。我们关于电子和结构特性的研究提供了关于 (BxGa1-x)2O3 合金在基于 III 氧化物的电子和光电器件应用中的潜力的重要见解。其中，当 B 含量从 0% 增加到 100% 时，单斜相带隙从 4.83 eV 增加到 6.86 eV，斜方晶相带隙从 5.32 eV 增加到 11.27 eV。Ga2O3 和 B2O3 之间在 (100) 方向上的能带排列也被呈现出来，分别显示了单斜基和斜方基合金的 II 型和 I 型排列。我们的结果表明正交基 Ga2O3 和 B2O3 合金之间的导带偏移非常大，为 5.76 eV。我们关于电子和结构特性的研究提供了关于 (BxGa1-x)2O3 合金在基于 III 氧化物的电子和光电器件应用中的潜力的重要见解。Ga2O3 和 B2O3 之间在 (100) 方向上的能带排列也被呈现出来，分别显示了单斜基和斜方基合金的 II 型和 I 型排列。我们的结果表明，正交基 Ga2O3 和 B2O3 合金之间的导带偏移非常大，为 5.76 eV。我们关于电子和结构特性的研究提供了关于 (BxGa1-x)2O3 合金在基于 III 氧化物的电子和光电器件应用中的潜力的重要见解。Ga2O3 和 B2O3 之间在 (100) 方向上的能带排列也被呈现出来，分别显示了单斜基和斜方基合金的 II 型和 I 型排列。我们的结果表明，正交基 Ga2O3 和 B2O3 合金之间的导带偏移非常大，为 5.76 eV。我们关于电子和结构特性的研究提供了关于 (BxGa1-x)2O3 合金在基于 III 氧化物的电子和光电器件应用中的潜力的重要见解。