In this report, we demonstrate high spectral responsivity (SR) in MBE grown epitaxial β-Ga2O3-based solar blind metal-semiconductor-metal (MSM) photodetectors (PD). The (-201)-oriented β-Ga2O3 thin film was grown using plasma-assisted MBE on c-plane sapphire substrates. MSM devices fabricated with Ni/Au contacts in an interdigitated geometry were found to exhibit peak SR > 1.5 A/W at 236–240 nm at a bias of 4 V with a UV to visible rejection ratio > 105. The devices exhibited very low dark current < 10 nA at 20 V and showed no persistent photoconductivity (PPC) as evident from the sharp transients with a photo-to-dark current ratio > 103. These results represent the state-of-art performance for the MBE-grown β-Ga2O3 MSM solar blind detector.

1.
T.
Onuma
,
S.
Fujioka
,
T.
Yamaguchi
,
M.
Higashiwaki
,
K.
Sasaki
,
T.
Masui
, and
T.
Honda
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
041910
(
2013
).
2.
M.
Orita
,
H.
Ohta
,
M.
Hirano
, and
H.
Hosono
,
Appl. Phys. Lett.
77
,
4166
(
2000
).
3.
H. H.
Tippins
,
Phys. Rev.
140
,
A316
(
1965
).
4.
N.
Ueda
,
H.
Hosono
,
R.
Waseda
, and
H.
Kawazoe
,
Appl. Phys. Lett.
70
,
3561
(
1997
).
5.
A. J.
Green
,
K. D.
Chabak
,
E. R.
Heller
,
R. C.
Fitch
,
M.
Baldini
,
A.
Fiedler
,
K.
Irmscher
,
G.
Wagner
,
Z.
Galazka
,
S. E.
Tetlak
,
A.
Crespo
,
K.
Leedy
, and
G. H.
Jessen
,
IEEE Electron Device Lett.
37
,
902
(
2016
).
6.
W. S.
Hwang
,
A.
Verma
,
H.
Peelaers
,
V.
Protasenko
,
S.
Rouvimov
,
H.
Xing
,
A.
Seabaugh
,
W.
Haensch
,
C. V.
De Walle
,
Z.
Galazka
,
M.
Albrecht
,
R.
Fornari
, and
D.
Jena
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
203111
(
2014
).
7.
M. H.
Wong
,
K.
Sasaki
,
A.
Kuramata
,
S.
Yamakoshi
, and
M.
Higashiwaki
,
IEEE Electron Device Lett.
37
,
212
(
2016
).
8.
H.
Zhou
,
M.
Si
,
S.
Alghamdi
,
G.
Qiu
,
L.
Yang
, and
P. D.
Ye
,
IEEE Electron Device Lett.
38
,
103
(
2017
).
9.
M.
Higashiwaki
,
K.
Sasaki
,
A.
Kuramata
,
T.
Masui
, and
S.
Yamakoshi
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
013504
(
2012
).
10.
P. C.
Chang
,
Z.
Fan
,
W. Y.
Tseng
,
A.
Rajagopal
, and
J. G.
Lu
,
Appl. Phys. Lett.
87
,
222102
(
2005
).
11.
K.
Matsuzaki
,
H.
Yanagi
,
T.
Kamiya
,
H.
Hiramatsu
,
K.
Nomura
,
M.
Hirano
, and
H.
Hosono
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
092106
(
2006
).
12.
S.
Nakagomi
,
T.
Momo
,
S.
Takahashi
, and
Y.
Kokubun
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
072105
(
2013
).
13.
T.
Oshima
,
T.
Okuno
,
N.
Arai
,
N.
Suzuki
,
S.
Ohira
, and
S.
Fujita
,
Appl. Phys. Express
1
,
011202
(
2008
).
14.
T.
Oshima
,
T.
Okuno
, and
S.
Fujita
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
46
,
7217
(
2007
).
15.
Y. L.
Wu
,
S.-J.
Chang
,
W. Y.
Weng
,
C. H.
Liu
,
T. Y.
Tsai
,
C. L.
Hsu
, and
K. C.
Chen
,
IEEE Sens. J.
13
,
2368
(
2013
).
16.
R.
Suzuki
,
S.
Nakagomi
,
Y.
Kokubun
,
N.
Arai
, and
S.
Ohira
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
222102
(
2009
).
17.
T.-C.
Wei
,
D.
Tsai
,
P.
Ravadgar
,
J.-J.
Ke
,
M.-L.
Tsai
,
D.-H.
Lien
,
C.-Y.
Huang
,
R.-H.
Horng
, and
J.-H.
He
,
IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron.
20
,
3802006
(
2014
).
18.
F.-P.
Yu
,
S.-L.
Ou
, and
D.-S.
Wuu
,
Opt. Mater. Express
5
,
1240
(
2015
).
19.
E.
Monroy
,
E.
Muñoz
,
F. J.
Sánchez
,
F.
Calle
,
E.
Calleja
,
B.
Beaumont
,
P.
Gibart
,
J. a.
Muñoz
, and
F.
Cussó
,
Semicond. Sci. Technol.
13
,
1042
(
1998
).
20.
E.
Monroy
,
T.
Palacios
,
O.
Hainaut
,
F.
Omnès
,
F.
Calle
, and
J. F.
Hochedez
,
Appl. Phys. Lett.
80
,
3198
(
2002
).
21.
O.
Katz
,
V.
Garber
,
B.
Meyler
,
G.
Bahir
, and
J.
Salzman
,
Appl. Phys. Lett.
80
,
347
(
2002
).
22.
A.
Osinsky
,
S.
Gangopadhyay
,
R.
Gaska
,
B.
Williams
,
M. A.
Khan
,
D.
Kuksenkov
, and
H.
Temkin
,
Appl. Phys. Lett.
71
,
2334
(
1997
).
23.
G.
Parish
,
S.
Keller
,
P.
Kozodoy
,
J. P.
Ibbetson
,
H.
Marchand
,
P. T.
Fini
,
S. B.
Fleischer
,
S. P.
DenBaars
,
U. K.
Mishra
, and
E. J.
Tarsa
,
Appl. Phys. Lett.
75
,
247
(
1999
).
24.
Z.
Galazka
,
K.
Irmscher
,
R.
Uecker
,
R.
Bertram
,
M.
Pietsch
,
A.
Kwasniewski
,
M.
Naumann
,
T.
Schulz
,
R.
Schewski
,
D.
Klimm
, and
M.
Bickermann
,
J. Cryst. Growth
404
,
184
(
2014
).
25.
S.
Ohira
,
M.
Yoshioka
,
T.
Sugawara
,
K.
Nakajima
, and
T.
Shishido
,
Thin Solid Films
496
,
53
(
2006
).
26.
Y.
Tomm
,
P.
Reiche
,
D.
Klimm
, and
T.
Fukuda
,
J. Cryst. Growth
220
,
510
(
2000
).
27.
E. G.
Villora
,
K.
Shimamura
,
Y.
Yoshikawa
,
K.
Aoki
, and
N.
Ichinose
,
J. Cryst. Growth
270
,
420
(
2004
).
28.
Y.
Tomm
,
J. M.
Ko
,
A.
Yoshikawa
, and
T.
Fukuda
,
Sol. Energy Mater. Sol. Cells
66
,
369
(
2001
).
29.
M.
Higashiwaki
,
K.
Sasaki
,
A.
Kuramata
,
T.
Masui
, and
S.
Yamakoshi
,
Phys. Status Solidi Appl. Mater. Sci.
211
,
21
(
2014
).
30.
M.
Jayasakthi
,
R.
Ramesh
,
P.
Arivazhagan
,
R.
Loganathan
,
K.
Prabakaran
,
M.
Balaji
, and
K.
Baskar
,
J. Cryst. Growth
401
,
527
(
2014
).
31.
M.-Y.
Tsai
,
O.
Bierwagen
,
M. E.
White
, and
J. S.
Speck
,
J. Vac. Sci. Technol., A
28
,
354
(
2010
).
32.
E. G.
Víllora
,
K.
Shimamura
,
K.
Kitamura
, and
K.
Aoki
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
031105
(
2006
).
33.
P.
Vogt
and
O.
Bierwagen
,
Appl. Phys. Lett.
108
,
072101
(
2016
).
34.
S.
Rafique
,
L.
Han
,
A. T.
Neal
,
S.
Mou
,
M. J.
Tadjer
,
R. H.
French
, and
H.
Zhao
,
Appl. Phys. Lett.
109
,
132103
(
2016
).
35.
X. C.
Guo
,
N. H.
Hao
,
D. Y.
Guo
,
Z. P.
Wu
,
Y. H.
An
,
X. L.
Chu
,
L. H.
Li
,
P. G.
Li
,
M.
Lei
, and
W. H.
Tang
,
J. Alloys Compd.
660
,
136
(
2016
).
36.
M.
Ai
,
D.
Guo
,
Y.
Qu
,
W.
Cui
,
Z.
Wu
,
P.
Li
,
L.
Li
, and
W.
Tang
,
J. Alloys Compd.
692
,
634
(
2017
).
37.
A. M.
Armstrong
,
M. H.
Crawford
,
A.
Jayawardena
,
A.
Ahyi
, and
S.
Dhar
,
J. Appl. Phys.
119
,
103102
(
2016
).
38.
O.
Katz
,
V.
Garber
,
B.
Meyler
,
G.
Bahir
, and
J.
Salzman
,
Appl. Phys. Lett.
79
,
1417
(
2001
).
39.
S.
Salvatori
,
M. C.
Rossi
,
F.
Galluzzi
,
D.
Riedel
, and
M.
Castex
,
Diamond Relat. Mater.
8
,
871
(
1999
).
40.
D.
Guo
,
Z.
Wu
,
P.
Li
,
Y.
An
,
H.
Liu
,
X.
Guo
,
H.
Yan
,
G.
Wang
,
C.
Sun
,
L.
Li
, and
W.
Tang
,
Opt. Mater. Express
4
,
1067
(
2014
).
41.
K.
Seeger
,
Semiconductor Physics
, 2nd ed. (
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
,
1982
) p.
391
.
42.
E.
Cicek
,
R.
McClintock
,
C. Y.
Cho
,
B.
Rahnema
, and
M.
Razeghi
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
181113
(
2013
).
43.
V.
Kuryatkov
,
A.
Chandolu
,
B.
Borisov
,
G.
Kipshidze
,
K.
Zhu
,
S.
Nikishin
,
H.
Temkin
, and
M.
Holtz
,
Appl. Phys. Lett.
82
,
1323
(
2003
).
44.
J.-F.
Li
,
Z.-Q.
Huang
,
W.-L.
Zhang
, and
H.
Jiang
,
Chin. Phys. Lett.
30
,
037803
(
2013
).
45.
A.
Osinsky
,
S.
Gangopadhyay
,
B. W.
Lim
,
M. Z.
Anwar
,
M. A.
Khan
,
D. V.
Kuksenkov
, and
H.
Temkin
,
Appl. Phys. Lett.
72
,
742
(
1998
).
46.
P.
Sandvik
,
K.
Mi
,
F.
Shahedipour
,
R.
McClintock
,
A.
Yasan
,
P.
Kung
, and
M.
Razeghi
,
J. Cryst. Growth
231
,
366
(
2001
).
47.
T.
Tut
,
N.
Biyikli
,
I.
Kimukin
,
T.
Kartaloglu
,
O.
Aytur
,
M. S.
Unlu
, and
E.
Ozbay
,
Solid. State. Electron.
49
,
117
(
2005
).
48.
D.
Walker
,
V.
Kumar
,
K.
Mi
,
P.
Sandvik
,
P.
Kung
,
X. H.
Zhang
, and
M.
Razeghi
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
403
(
2000
).
49.
F.
Xie
,
H.
Lu
,
D.
Chen
,
X.
Ji
,
F.
Yan
,
R.
Zhang
,
Y.
Zheng
,
L.
Li
, and
J.
Zhou
,
IEEE Sens. J.
12
,
2086
(
2012
).
You do not currently have access to this content.