Leveraging defect-induced internal gain for high-performance β-Ga2O3 photodetectors on patterned sapphire substrates

响应度 光电探测器 材料科学 光电子学 蓝宝石 暗电流 化学气相沉积 基质(水族馆) 薄膜 外延 沉积(地质) 金属有机气相外延 比探测率 光学
作者
rui wang,Huiqin Zhao,Jie yao,Zhikuo Tao,Ting Zhi,Guofeng Yang,Xue Junjun,D.J. Chen,Jin Wang
出处
期刊: [Figshare (United Kingdom)]
标识
DOI:10.6084/m9.figshare.c.8315752
摘要

We report a deep-ultraviolet (DUV) metal–semiconductor–metal (MSM) photodetector based on a β-Ga₂O₃ thin film deposited by chemical vapor deposition (CVD) on a patterned sapphire substrate (PSS), compared with a control device using a film grown on flat sapphire. To our knowledge, this is the first demonstration of β-Ga₂O₃ films with a preferred (510) orientation. The film grown on PSS exhibited high defect densities, including structural disorders, oxygen vacancies, and dangling bonds, which enabled exceptional responsivity (106.5 A/W) and specific detectivity (1.36 × 10¹³ Jones) through strong internal gain and extrinsic transitions, despite a relatively large dark current. A UV/visible rejection ratio (R₂₅₅/R₄₀₀) above 10⁴ further confirmed the device sensitivity. A comprehensive analysis was performed on the impact of defects on the increased dark current and slower response. These findings offer important insights into the growth mechanism of β-Ga₂O₃ on PSS and highlight its potential for scalable, cost-effective solar-blind photodetectors.

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