High-Speed and Ultrasensitive Solar-Blind Ultraviolet Photodetectors Based on In Situ Grown β-Ga2O3 Single-Crystal Films

响应度 材料科学 光电探测器 光电子学 肖特基势垒 紫外线 单晶 半导体 载流子寿命 暗电流 Crystal(编程语言) 核磁共振 物理 计算机科学 程序设计语言 二极管
作者
Tiwei Chen,Xiaodong Zhang,Li Zhang,Chunhong Zeng,Shaojuan Li,Yang An,Yu Hu,Botong Li,Ming Jiang,Zijing Huang,Yifei Li,Gaofu Guo,Yuting Fan,Wenhua Shi,Yong Cai,Zhongming Zeng,Baoshun Zhang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (5): 6068-6077 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acsami.3c15561
摘要

Deep-level defects in β-Ga2O3 that worsen the response speed and dark current (Id) of photodetectors (PDs) have been a long-standing issue for its application. Herein, an in situ grown single-crystal Ga2O3 nanoparticle seed layer (NPSL) was used to shorten the response time and reduce the Id of metal–semiconductor-metal (MSM) PDs. With the NPSL, the Id was reduced by 4 magnitudes from 0.389 μA to 81.03 pA, and the decay time (τd1/τd2) decreased from 258/1690 to 62/142 μs at −5 V. In addition, the PDs with the NPSL also exhibit a high responsivity (43.5 A W−1), high specific detectivity (2.81 × 1014 Jones), and large linear dynamic range (61 dB) under 254 nm illumination. The mechanism behind the performance improvement can be attributed to the suppression of the deep-level defects (i.e., self-trapped holes) and increase of the Schottky barrier. The barrier height extracted is increased by 0.18 eV compared with the case without the NPSL. Our work contributes to understanding the relationship between defects and the performance of PDs based on heteroepitaxial β-Ga2O3 thin films and provides an important reference for the development of high-speed and ultrasensitive deep ultraviolet PDs.
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