Ultrahigh Gain Solar Blind Avalanche Photodetector Using an Amorphous Ga2O3-Based Heterojunction

APDS 光电探测器 光电子学 响应度 异质结 材料科学 雪崩光电二极管 半导体 暗电流 带隙 光学 探测器 物理
作者
Yuehui Wang,Haoran Li,Jia Jia Cao,Jiaying Shen,Qingyi Zhang,Yongtao Yang,Zhengang Dong,Tianhong Zhou,Yang Zhang,Weihua Tang,Zhenping Wu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:15 (10): 16654-16663 被引量:116
标识
DOI:10.1021/acsnano.1c06567
摘要

Solar blind photodetectors with a cutoff wavelength within the 200-280 nm region is attracting much attention due to their potential civilian and military applications. The avalanche photodetectors (APDs) formed based on wide-bandgap semiconductor Ga2O3 are expected to meet emerging technological demands. These devices, however, suffer from limitations associated with the quality of as-grown Ga2O3 or the difficulty in alleviating the defects and dislocations. Herein, high-performance APDs incorporating amorphous Ga2O3 (a-Ga2O3)/ITO heterojunction as the central element have been reliably fabricated at room temperature. The a-Ga2O3-based APDs exhibits an ultrahigh responsivity of 5.9 × 104 A/W, specific detectivity of 1.8 × 1014 Jones, and an external quantum efficiency up to 2.9 × 107% under 254 nm light irradiation at 40 V reverse bias. Notably, the gain could reach 6.8 × 104, indicating the outstanding capability for ultraweak signals detection. The comprehensive superior capabilities of the a-Ga2O3-based APDs can be ascribed to the intrinsic carrier transport manners in a-Ga2O3 as well as the modified band alignment at the heterojunctions. The trade-off between low processing temperature and superior characteristics of a-Ga2O3 promises greater design freedom for realization of wide applications of emerging semiconductor Ga2O3 with even better performance since relieving the burden on the integration progress.
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