Photoconductive and photovoltaic metal-semiconductor-metal κ-Ga2O3 solar-blind detectors with high rejection ratios

光电导性 欧姆接触 材料科学 光电子学 光电流 响应度 暗电流 肖特基势垒 肖特基二极管 光电探测器 光电二极管 半导体 载流子寿命 纳米技术 二极管 图层(电子)
作者
Mei Cui,Yang Xu,Xinyu Sun,Zhengpeng Wang,Hehe Gong,Xuanhu Chen,Tiancheng Hu,Yijun Zhang,Fangfang Ren,Shulin Gu,Jiandong Ye,Rong Zhang
出处
期刊:Journal of Physics D [Institute of Physics]
卷期号:55 (39): 394003-394003 被引量:12
标识
DOI:10.1088/1361-6463/ac7f68
摘要

Abstract The metal-semiconductor-metal (MSM) structure is a popular architecture for developing Ga 2 O 3 solar blind photodetectors. The nature of metal-semiconductor contact is decisive for the operation mode, gain mechanism and device performances. In this contribution, κ -Ga 2 O 3 MSM solar-blind photodetectors with Ti/Ga 2 O 3 Ohmic and Ni/Ga 2 O 3 Schottky contacts were constructed on the high-quality Si-doped κ -Ga 2 O 3 epilayer grown by hydride vapor phase epitaxy. The Ti/ κ -Ga 2 O 3 /Ti Ohmic MSM device is operated in a photoconductive mode, exhibiting a maximum responsivity of 322.5 A W −1 and a high rejection ratio of over 10 5 , but with an undesirable sub-gap response and high dark current. In comparison, the Ni/Ga 2 O 3 /Ni photodiode with a back-to-back Schottky configuration is operated in a mixed photovoltaic and photoconductive mode, demonstrating a decent photoresponsivity of 0.37 A W −1 , a maintained high rejection ratio of 1.16 × 10 5 , a detectivity of 3.51 × 10 13 Jones and the elimination of slow photoresponse from sub-gap states. The frequency-dependent photoresponse and transient photocurrent characteristics indicate that the persistent photoconductivity effect is responsible for the high gain achieved in the Ti/Ga 2 O 3 /Ti photoconductor, and the dominant slow transient decay component is a fingerprint of photoexcited carrier trapping and repopulation. The response speed is improved in the Ni/Ga 2 O 3 /Ni Schottky MSM device, whereas carrier transport across interdigitated fingers is affected by bulk traps, limiting the overall response-bandwidth merit.
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