Electrostatic effects of self-trapped holes in β-Ga2O3 devices

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作者
Nathan Wriedt,Joe F. McGlone,Davide Orlandini,Siddharth Rajan
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:128 (17)
标识
DOI:10.1063/5.0322401
摘要

β-Ga2O3 is an ultra-wide bandgap semiconductor with exceptional properties for power electronics and UV-C optoelectronics, but its behavior under illumination remains poorly understood. In this work, we investigate how optically generated self-trapped holes influence electrostatics and current conduction in β-Ga2O3 devices. Using a vertical Schottky photodiode with a semi-transparent Ni anode, we performed capacitance–voltage (C–V), current–voltage (I–V), and temperature-dependent I–V measurements under dark and above-bandgap illumination. Analysis of photocurrent gain reveals that conventional image-force barrier-lowering models require unrealistically high interfacial electric fields, suggesting the presence of an alternative mechanism. By applying the Fowler–Nordheim tunneling theory, we reconcile measured photocurrents and photo-capacitance results with physically plausible fields and quantify the two-dimensional concentration of self-trapped holes. Our findings demonstrate that illumination-induced charge significantly alters device electrostatics. Understanding this tunneling-based photocurrent gain mechanism is critical for designing β-Ga2O3 devices for UV-C detectors and power electronics.
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