High-temperature operation of metal–semiconductor–metal (MSM) UV photodetectors fabricated on pulsed laser deposited β-Ga2O3 thin films has been investigated. These photodetectors were operated up to 250 °C temperature under 255 nm illumination. The photo to dark current ratio of about 7100 was observed at room temperature and 2.3 at a high temperature of 250 °C with 10 V applied bias. A decline in photocurrent was observed until a temperature of 150 °C beyond which it increased with temperature up to 250 °C. The suppression of the UV and blue band was also observed in the normalized spectral response curve above 150 °C temperature. Temperature-dependent rise and decay times of temporal response were analyzed to understand the associated photocurrent mechanism at high temperatures. Electron–phonon interaction and self-trapped holes were found to influence the photoresponse in the devices. The obtained results are encouraging and significant for high-temperature applications of β-Ga2O3 MSM deep UV photodetectors.

1.
E.
Monroy
,
F.
Omnes
, and
F.
Calle
,
Semicond. Sci. Technol.
18
,
R33
(
2003
).
2.
L. W.
Sang
,
M. Y.
Liao
, and
M.
Sumiya
,
Sensors
13
,
10482
(
2013
).
4.
W. R.
Fahrner
,
R.
Job
, and
M.
Werner
,
Microsyst. Technol.
7
,
138
(
2001
).
5.
M.
Itzler
,
S.
Donati
,
M. S.
Unlu
, and
K.
Kato
,
IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron.
10
,
665
(
2004
).
6.
A.
BenMoussa
,
A.
Soltani
,
U.
Schuhle
,
K.
Haenen
,
Y. M.
Chong
,
W. J.
Zhang
,
R.
Dahal
,
J. Y.
Lin
,
H. X.
Jiang
,
H. A.
Barkad
,
B.
BenMoussa
,
D.
Bolsee
,
C.
Hermans
,
U.
Kroth
,
C.
Laubis
,
V.
Mortet
,
J. C.
De Jaeger
,
B.
Giordanengo
,
M.
Richter
,
F.
Scholze
, and
J. F.
Hochedez
,
Diamond Relat. Mater.
18
,
860
(
2009
).
7.
Z.
Alaie
,
S. M.
Nejad
, and
M. H.
Yousefi
,
Mater. Sci. Semicond. Process.
29
,
16
(
2015
).
8.
H.
So
,
J.
Lim
, and
D. G.
Senesky
,
IEEE Sens. J.
16
,
3633
(
2016
).
9.
W. R.
Chang
,
Y. K.
Fang
,
S. F.
Ting
,
Y. S.
Tsair
,
C. N.
Chang
,
C. Y.
Lin
, and
S. F.
Chen
,
IEEE Electron Device Lett.
24
,
565
(
2003
).
10.
K. W.
Liu
,
M.
Sakurai
, and
M.
Aono
,
Sensors
10
,
8604
(
2010
).
11.
G. S.
Wang
,
F.
Xie
,
H.
Lu
,
D. J.
Chen
,
R.
Zhang
,
Y. D.
Zheng
,
L.
Li
, and
J. J.
Zhou
,
J. Vacuum Sci. Technol. B
31
,
011202
(
2013
).
12.
D. M.
Brown
,
E. T.
Downey
,
M.
Ghezzo
,
J. W.
Kretchmer
,
R. J.
Saia
,
Y. S.
Liu
,
J. A.
Edmond
,
G.
Gati
,
J. M.
Pimbley
, and
W. E.
Schneider
,
IEEE Trans. Electron Devices
40
,
325
(
1993
).
13.
N.
Watanabe
,
T.
Kimoto
, and
J.
Suda
,
Appl. Phys. Express
5
,
094101
(
2012
).
14.
D.
Zhou
,
F.
Liu
,
H.
Lu
,
D. J.
Chen
,
F. F.
Ren
,
R.
Zhang
, and
Y. D.
Zheng
,
IEEE Photonics Technol. Lett.
26
,
1136
(
2014
).
15.
A.
Hirano
,
C.
Pernot
,
M.
Iwaya
,
T.
Detchprohm
,
H.
Amano
, and
I.
Akasaki
,
Phys. Status Solidi A
188
,
293
(
2001
).
16.
J. L.
Yang
,
K. W.
Liu
, and
D. Z.
Shen
,
Chin. Phys. B
26
,
047308
(
2017
).
17.
M.
Orita
,
H.
Ohta
,
M.
Hirano
, and
H.
Hosono
,
Appl. Phys. Lett.
77
,
4166
(
2000
).
18.
R.
Suzuki
,
S.
Nakagomi
,
Y.
Kokubun
,
N.
Arai
, and
S.
Ohira
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
222102
(
2009
).
19.
S. H.
Lee
,
S. B.
Kim
,
Y. J.
Moon
,
S. M.
Kim
,
H. J.
Jung
,
M. S.
Seo
,
K. M.
Lee
,
S. K.
Kim
, and
S. W.
Lee
,
ACS Photonics
4
,
2937
(
2017
).
20.
A. M.
Armstrong
,
M. H.
Crawford
,
A.
Jayawardena
,
A.
Ahyi
, and
S.
Dhar
,
J. Appl. Phys.
119
,
103102
(
2016
).
21.
D. Y.
Guo
,
Z. P.
Wu
,
P. G.
Li
,
Y. H.
An
,
H.
Liu
,
X. C.
Guo
,
H.
Yan
,
G. F.
Wang
,
C. L.
Sun
,
L. H.
Li
, and
W. H.
Tang
,
Opt. Mater. Express
4
,
1067
(
2014
).
22.
T.
Oshima
,
T.
Okuno
,
N.
Arai
,
N.
Suzuki
,
S.
Ohira
, and
S.
Fujita
,
Appl. Phys. Express
1
,
011202
(
2008
).
23.
K.
Arora
,
N.
Goel
,
M.
Kumar
, and
M.
Kumar
,
ACS Photonics
5
,
2391
(
2018
).
24.
Y. B.
Li
,
T.
Tokizono
,
M. Y.
Liao
,
M. A.
Zhong
,
Y.
Koide
,
I.
Yamada
, and
J. J.
Delaunay
,
Adv. Funct. Mater.
20
,
3972
(
2010
).
25.
R.
Togashi
,
K.
Nomura
,
C.
Eguchi
,
T.
Fukizawa
,
K.
Goto
,
Q. T.
Thieu
,
H.
Murakami
,
Y.
Kumagai
,
A.
Kuramata
,
S.
Yamakoshi
,
B.
Monemar
, and
A.
Koukitu
,
Jpn. J. Appl. Phys.
54
,
041102
(
2015
).
26.
D. S.
Tsai
,
W. C.
Lien
,
D. H.
Lien
,
K. M.
Chen
,
M. L.
Tsai
,
D. G.
Senesky
,
Y. C.
Yu
,
A. P.
Pisano
, and
J. H.
He
,
Sci. Rep.
3
,
2628
(
2013
).
27.
S.
Ahn
,
F.
Ren
,
S.
Oh
,
Y.
Jung
,
J.
Kim
,
M. A.
Mastro
,
J. K.
Hite
,
C. R.
Eddy
, and
S. J.
Pearton
,
J. Vacuum Sci. Technol. B
34
,
041207
(
2016
).
28.
F.
Xie
,
H.
Lu
,
D. J.
Chen
,
X. L.
Ji
,
F.
Yan
,
R.
Zhang
,
Y. D.
Zheng
,
L.
Li
, and
J. J.
Zhou
,
IEEE Sens. J.
12
,
2086
(
2012
).
29.
S.
Oh
,
Y.
Jung
,
M. A.
Mastro
,
J. K.
Hite
,
C. R.
Eddy
, and
J.
Kim
,
Opt. Express
23
,
28300
(
2015
).
30.
T. C.
Wei
,
D. S.
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
).
31.
L. W.
Sang
,
M. Y.
Liao
,
Y.
Koide
, and
M.
Sumiya
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
031115
(
2011
).
32.
H.
So
and
D. G.
Senesky
,
J. Phys. D
49
,
285109
(
2016
).
33.
B. R.
Tak
,
S.
Dewan
,
A.
Goyal
,
R.
Pathak
,
V.
Gupta
,
A. K.
Kapoor
,
S.
Nagarajan
, and
R.
Singh
,
Appl. Surf. Sci.
465
,
973
(
2019
).
34.
P. R.
Berger
,
IEEE Potentials
15
,
25
(
1996
).
35.
D.
Zhang
,
W.
Zheng
,
R. C.
Lin
,
T. T.
Li
,
Z. J.
Zhang
, and
F.
Huang
,
J. Alloys Compd.
735
,
150
(
2018
).
36.
W. C.
Lien
,
D. S.
Tsai
,
D. H.
Lien
,
D. G.
Senesky
,
J. H.
He
, and
A. P.
Pisano
,
IEEE Electron Device Lett.
33
,
1586
(
2012
).
37.
S.
Oh
,
C. K.
Kim
, and
J.
Kim
,
ACS Photonics
5
,
1123
(
2018
).
38.
K.
Shimamura
,
E. G.
Villora
,
T.
Ujiie
, and
K.
Aoki
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
201914
(
2008
).
39.
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
).
40.
B.
Zhao
,
F.
Wang
,
H. Y.
Chen
,
L. X.
Zheng
,
L. X.
Su
,
D. X.
Zhao
, and
X. S.
Fang
,
Adv. Funct. Mater.
27
,
1700264
(
2017
).
41.
B.
Poti
,
A.
Passaseo
,
M.
Lomascolo
,
R.
Cingolani
, and
M.
De Vittorio
,
Appl. Phys. Lett.
85
,
6083
(
2004
).
42.
L.
Binet
and
D.
Gourier
,
J. Phys. Chem. Solids
59
,
1241
(
1998
).
43.
G.
Blasse
and
A.
Bril
,
J. Phys. Chem. Solids
31
,
707
(
1970
).
44.
T.
Harwig
and
F.
Kellendonk
,
J. Solid State Chem.
24
,
255
(
1978
).
45.
E.
Nogales
,
B.
Mendez
, and
J.
Piqueras
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
113112
(
2005
).
46.
S. J.
Cui
,
Z. X.
Mei
,
Y. H.
Zhang
,
H. L.
Liang
, and
X. L.
Du
,
Adv. Opt. Mater.
5
,
1700454
(
2017
).
47.
D. Y.
Guo
,
Z. P.
Wu
,
Y. H.
An
,
X. C.
Guo
,
X. L.
Chu
,
C. L.
Sun
,
L. H.
Li
,
P. G.
Li
, and
W. H.
Tang
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
023507
(
2014
).
48.
M. M.
Hou
,
H. Y.
So
,
A. J.
Suria
,
A. S.
Yalamarthy
, and
D. G.
Senesky
,
IEEE Electron Device Lett.
38
,
56
(
2017
).
49.
X.
Li
,
J. E.
Carey
,
J. W.
Sickler
,
M. U.
Pralle
,
C.
Palsule
, and
C. J.
Vineis
,
Opt. Express
20
,
5518
(
2012
).
50.
L. M. B.
Vargas
,
S.
de Castro
,
M. L.
Peres
,
M. P. F.
de Godoy
, and
D. A. W.
Soares
,
J. Alloys Compd.
749
,
734
(
2018
).
51.
T.
Onuma
,
S.
Saito
,
K.
Sasaki
,
K.
Goto
,
T.
Masui
,
T.
Yamaguchi
,
T.
Honda
,
A.
Kuramata
, and
M.
Higashiwaki
,
Appl. Phys. Lett.
108
,
101904
(
2016
).
52.
K.
Ghosh
and
U.
Singisetti
,
Appl. Phys. Lett.
109
,
072102
(
2016
).
53.
A. Y.
Polyakov
,
N. B.
Smirnov
,
I. V.
Shchemerov
,
S. J.
Pearton
,
F.
Ren
,
A. V.
Chernykh
,
P. B.
Lagov
, and
T. V.
Kulevoy
,
APL Mater.
6
,
096102
(
2018
).
54.
Z.
Zhang
,
E.
Farzana
,
A. R.
Arehart
, and
S. A.
Ringel
,
Appl. Phys. Lett.
108
,
052105
(
2016
).
You do not currently have access to this content.