Homoepitaxial film and semi-insulating bulk β-Ga2O3 with (001) orientation were studied using terahertz time-domain spectroscopy (THz-TDS) in the frequency region from 0.2 to 3.0 THz parallel to the [100] and [010] directions. The static permittivity of the bulk was determined to be 10.0 and 10.4 along the a-axis and b-axis, respectively, and the refractive index values at 0.2 THz are 3.17 and 3.23 for each axis. The electrical resistivity of the epilayer was extracted with good accuracy by employing the Drude–Lorentz model and without the use of electrical contacts. This noninvasive and contact-free material evaluation through THz-TDS proves to be a powerful tool for probing and obtaining various types of information about β-Ga2O3 materials such as bulk and thin films for the development of β-Ga2O3-based device applications.

1.
J.
Zhang
,
J.
Shi
,
D.-C.
Qi
,
L.
Chen
, and
K. H. L.
Zhang
,
APL Mater.
8
,
020906
(
2020
).
2.
S. J.
Pearton
,
J.
Yang
,
P. H.
Cary
,
F.
Ren
,
J.
Kim
,
M. J.
Tadjer
, and
M. A.
Mastro
,
Appl. Phys. Rev.
5
,
011301
(
2018
).
3.
M.
Higashiwaki
,
K.
Sasaki
,
H.
Murakami
,
Y.
Kumagai
,
A.
Koukitu
,
A.
Kuramata
,
T.
Masui
, and
S.
Yamakoshi
,
Semicond. Sci. Technol.
31
,
034001
(
2016
).
4.
S. J.
Pearton
,
F.
Ren
,
M.
Tadjer
, and
J.
Kim
,
J. Appl. Phys.
124
,
220901
(
2018
).
5.
K.
Konishi
,
K.
Goto
,
H.
Murakami
,
Y.
Kumagai
,
A.
Kuramata
,
S.
Yamakoshi
, and
M.
Higashiwaki
,
Appl. Phys. Lett.
110
,
103506
(
2017
).
6.
J.
Xu
,
W.
Zheng
, and
F.
Huang
,
J. Mater. Chem. C
7
,
8753
(
2019
).
7.
Y.
Tomm
,
P.
Reiche
,
D.
Klimm
, and
T.
Fukuda
,
J. Cryst. Growth
220
,
510
(
2000
).
8.
E. G.
Víllora
,
K.
Shimamura
,
Y.
Yoshikawa
,
K.
Aoki
, and
N.
Ichinose
,
J. Cryst. Growth
270
,
420
(
2004
).
9.
A.
Kuramata
,
K.
Koshi
,
S.
Watanabe
,
Y.
Yamaoka
,
T.
Masui
, and
S.
Yamakoshi
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
55
,
1202A2
(
2016
).
10.
K.
Goto
,
K.
Konishi
,
H.
Murakami
,
Y.
Kumagai
,
B.
Monemar
,
M.
Higashiwaki
,
A.
Kuramata
, and
S.
Yamakoshi
,
Thin Solid Films
666
,
182
(
2018
).
11.
H.
Murakami
,
K.
Nomura
,
K.
Goto
,
K.
Sasaki
,
K.
Kawara
,
Q. T.
Thieu
,
R.
Togashi
,
Y.
Kumagai
,
M.
Higashiwaki
,
A.
Kuramata
,
S.
Yamakoshi
,
B.
Monemar
, and
A.
Koukitu
,
Appl. Phys. Express
8
,
015503
(
2015
).
12.
Q. T.
Thieu
,
D.
Wakimoto
,
Y.
Koishikawa
,
K.
Sasaki
,
K.
Goto
,
K.
Konishi
,
H.
Murakami
,
A.
Kuramata
,
Y.
Kumagai
, and
S.
Yamakoshi
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
56
,
110310
(
2017
).
13.
Terahertz Optoelectronics
, edited by
K.
Sakai
(
Springer-Verlag
,
Berlin
,
Heidelberg
,
2005
).
14.
M.
Hangyo
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
54
,
120101
(
2015
).
15.
R.
Ulbricht
,
E.
Hendry
,
J.
Shan
,
T. F.
Heinz
, and
M.
Bonn
,
Rev. Mod. Phys.
83
,
543
(
2011
).
16.
M.
Nakajima
,
N.
Takubo
,
Z.
Hiroi
,
Y.
Ueda
, and
T.
Suemoto
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
011907
(
2008
).
17.
M.
Nakajima
,
N.
Takubo
,
Z.
Hiroi
,
Y.
Ueda
, and
T.
Suemoto
,
J. Lumin.
129
,
1802
(
2009
).
18.
T.
Matsui
,
H.
Mori
,
Y.
Inose
,
S.
Kuromiya
,
K.
Takano
,
M.
Nakajima
, and
M.
Hangyo
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
55
,
03DC12
(
2016
).
19.
S.
Ohkoshi
,
M.
Yoshikiyo
,
K.
Imoto
,
K.
Nakagawa
,
A.
Namai
,
H.
Tokoro
,
Y.
Yahagi
,
K.
Takeuchi
,
F.
Jia
,
S.
Miyashita
,
M.
Nakajima
,
H.
Qiu
,
K.
Kato
,
T.
Yamaoka
,
M.
Shirata
,
K.
Naoi
,
K.
Yagishita
, and
H.
Doshita
,
Adv. Mater.
32
,
2004897
(
2020
).
20.
M.
Nakajima
,
T.
Kurihara
,
Y.
Tadokoro
,
B.
Kang
,
K.
Takano
,
K.
Yamaguchi
,
H.
Watanabe
,
K.
Oto
,
T.
Suemoto
, and
M.
Hangyo
,
J. Infrared, Millimeter, Terahertz Waves
37
,
1199
(
2016
).
21.
K.
Yamaguchi
,
M.
Nakajima
, and
T.
Suemoto
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
237201
(
2010
).
22.
T.
Kurihara
,
H.
Watanabe
,
M.
Nakajima
,
S.
Karube
,
K.
Oto
,
Y.
Otani
, and
T.
Suemoto
,
Phys. Rev. Lett.
120
,
107202
(
2018
).
23.
S.
Ohkoshi
,
K.
Imoto
,
A.
Namai
,
M.
Yoshikiyo
,
S.
Miyashita
,
H.
Qiu
,
S.
Kimoto
,
K.
Kato
, and
M.
Nakajima
,
J. Am. Chem. Soc.
141
,
1775
(
2019
).
24.
A. K.
Azad
,
J.
Han
, and
W.
Zhang
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
021103
(
2006
).
25.
W.
Zhang
,
A. K.
Azad
, and
D.
Grischkowsky
,
Appl. Phys. Lett.
82
,
2841
(
2003
).
26.
S.
Saito
,
T.
Onuma
,
K.
Sasaki
,
A.
Kuramata
,
N.
Sekine
,
A.
Kasamatsu
, and
M.
Higashiwaki
, in
2015 40th International Conference on Infrared, Millimeter, Terahertz Waves
(
IEEE
,
Hong Kong
,
2015
), pp.
1
2
.
27.
N.
Blumenschein
,
C.
Kadlec
,
O.
Romanyuk
,
T.
Paskova
,
J. F.
Muth
, and
F.
Kadlec
,
J. Appl. Phys.
127
,
165702
(
2020
).
28.
H.
He
,
M. A.
Blanco
, and
R.
Pandey
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
261904
(
2006
).
29.
M.
Schubert
,
R.
Korlacki
,
S.
Knight
,
T.
Hofmann
,
S.
Schöche
,
V.
Darakchieva
,
E.
Janzén
,
B.
Monemar
,
D.
Gogova
,
Q.-T.
Thieu
,
R.
Togashi
,
H.
Murakami
,
Y.
Kumagai
,
K.
Goto
,
A.
Kuramata
,
S.
Yamakoshi
, and
M.
Higashiwaki
,
Phys. Rev. B
93
,
125209
(
2016
).
30.
C.
Sturm
,
J.
Furthmüller
,
F.
Bechstedt
,
R.
Schmidt-Grund
, and
M.
Grundmann
,
APL Mater.
3
,
106106
(
2015
).
31.
B.
Liu
,
M.
Gu
, and
X.
Liu
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
172102
(
2007
).
32.
T.
Onuma
,
S.
Saito
,
K.
Sasaki
,
T.
Masui
,
T.
Yamaguchi
,
T.
Honda
,
A.
Kuramata
, and
M.
Higashiwaki
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
55
,
1202B2
(
2016
).
33.
W.
Mu
,
Z.
Jia
,
Y.
Yin
,
Q.
Hu
,
Y.
Li
,
B.
Wu
,
J.
Zhang
, and
X.
Tao
,
J. Alloys Compd.
714
,
453
(
2017
).
34.
I.
Bhaumik
,
R.
Bhatt
,
S.
Ganesamoorthy
,
A.
Saxena
,
A. K.
Karnal
,
P. K.
Gupta
,
A. K.
Sinha
, and
S. K.
Deb
,
Appl. Opt.
50
,
6006
(
2011
).
35.
J.
Neu
and
C. A.
Schmuttenmaer
,
J. Appl. Phys.
124
,
231101
(
2018
).
36.
H. C.
Guo
,
X. H.
Zhang
,
W.
Liu
,
A. M.
Yong
, and
S. H.
Tang
,
J. Appl. Phys.
106
,
063104
(
2009
).
37.
L.
Duvillaret
,
F.
Garet
, and
J.-L.
Coutaz
,
Appl. Opt.
38
,
409
(
1999
).
38.
A.
Taschin
,
P.
Bartolini
,
J.
Tasseva
, and
R.
Torre
,
Measurement
118
,
282
(
2018
).
39.
R. A.
Lewis
,
Terahertz Physics
(
Cambridge University Press
,
New York
,
2012
).
40.
E. G.
Víllora
,
Y.
Morioka
,
T.
Atou
,
T.
Sugawara
,
M.
Kikuchi
, and
T.
Fukuda
,
Phys. Status Solidi A
193
,
187
(
2002
).
41.
B.
Hoeneisen
,
C. A.
Mead
, and
M.-A.
Nicolet
,
Solid-State Electron.
14
,
1057
(
1971
).
42.
M.
Passlack
,
N. E. J.
Hunt
,
E. F.
Schubert
,
G. J.
Zydzik
,
M.
Hong
,
J. P.
Mannaerts
,
R. L.
Opila
, and
R. J.
Fischer
,
Appl. Phys. Lett.
64
,
2715
(
1994
).
43.
P.
Gopalan
,
S.
Knight
,
A.
Chanana
,
M.
Stokey
,
P.
Ranga
,
M. A.
Scarpulla
,
S.
Krishnamoorthy
,
V.
Darakchieva
,
Z.
Galazka
,
K.
Irmscher
,
A.
Fiedler
,
S.
Blair
,
M.
Schubert
, and
B.
Sensale-Rodriguez
,
Appl. Phys. Lett.
117
,
252103
(
2020
).
44.
J. B.
Varley
,
J. R.
Weber
,
A.
Janotti
, and
C. G.
Van de Walle
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
142106
(
2010
).
45.
B. G.
Alberding
,
W.
Robert Thurber
, and
E. J.
Heilweil
,
J. Opt. Soc. Am. B
34
,
1392
(
2017
).
46.
J. D.
Buron
,
D. H.
Petersen
,
P.
Bøggild
,
D. G.
Cooke
,
M.
Hilke
,
J.
Sun
,
E.
Whiteway
,
P. F.
Nielsen
,
O.
Hansen
,
A.
Yurgens
, and
P. U.
Jepsen
,
Nano Lett.
12
,
5074
(
2012
).
47.
P. F.
Henning
,
C. C.
Homes
,
S.
Maslov
,
G. L.
Carr
,
D. N.
Basov
,
B.
Nikolić
, and
M.
Strongin
,
Phys. Rev. Lett.
83
,
4880
(
1999
).
You do not currently have access to this content.