High-Photoresponsivity Self-Powered a-, ε-, and β-Ga2O3/p-GaN Heterojunction UV Photodetectors with an In Situ GaON Layer by MOCVD

光电探测器 材料科学 光电子学 金属有机气相外延 异质结 图层(电子) 纳米技术 外延
作者
Yongjian Ma,Tiwei Chen,Xiaodong Zhang,Wenbo Tang,Boyuan Feng,Yu Hu,Li Zhang,Xin Zhou,Xing Wei,Kun Xu,Dinusha Herath Mudiyanselage,Houqiang Fu,Baoshun Zhang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (30): 35194-35204 被引量:81
标识
DOI:10.1021/acsami.2c06927
摘要

In this paper, self-powered ultraviolet (UV) photodetectors with high response performance based on Ga2O3/p-GaN were fabricated by metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD). The effects of different crystal phases of Ga2O3 (including a, ε, ε/β, and β) grown on p-GaN films on the performance of photodetectors were systematically studied. Moreover, an in situ GaON dielectric layer improved the responsivity of Ga2O3/p-GaN photodetectors by 20 times. All Ga2O3/p-GaN photodetectors showed self-power capability without bias. An ultralow dark current of 3.08 pA and a Iphoto/Idark ratio of 4.1 × 103 (1.8 × 103) under 254 nm (365 nm) light were obtained for the β-Ga2O3/p-GaN photodetector at 0 V bias. Furthermore, the β-Ga2O3/p-GaN photodetector showed excellent sensitivity with a high responsivity of 3.8 A/W (0.83 A/W), a fast response speed of 66/36 ms (36/73 ms), and a high detectivity of 1.12 × 1014 Jones (2.44 × 1013 Jones) under 254 nm (365 nm) light at 0 V bias. The carrier transport mechanism of the Ga2O3/p-GaN self-powered photodetector was also analyzed through the device energy band diagram. This work provides critical information for the design and fabrication of high-performance self-powered Ga2O3/p-GaN UV photodetectors, opening the door to a variety of photonic systems and applications without an external power supply.
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