The energy-band alignments of BaTiO3/Ga2O3 and In2O3/Ga2O3 heterostructures are investigated by x-ray photoelectron spectroscopy (XPS). All of the samples used in this experiment are deposited by pulsed laser deposition method. The optical bandgaps of BaTiO3, In2O3, and Ga2O3 are derived to be 3.59, 3.71, and 4.9 eV, respectively, by ultraviolet-visible absorption spectrum measurement. In detail, the valence band offsets at BaTiO3/Ga2O3 and In2O3/Ga2O3 interfaces are calculated to be 1.19 and 1.13 eV by using the XPS data based on Kraut’s equation, while, correspondingly, the conduction band offsets are 0.11 and 0.07 eV, respectively. Both BaTiO3/Ga2O3 and In2O3/Ga2O3 heterojunctions exhibit type-I alignments. From the view of applications of these two fabricated heterojunctions, fortunately and interestingly, both BaTiO3 and In2O3 are certified as excellent materials to inject electrons into Ga2O3 and may well be beneficial to the contact resistance reduction, for Ga2O3, as interlayers between metals and Ga2O3. Overall, this work is valuable and instructional for device designing and development by right of the relative heterojunctions in further investigations.

1.
M.
Lorenz
 et al,
J. Phys. D Appl. Phys.
49
,
433001
(
2016
).
2.
X.
Wang
,
Y.
Cui
,
T.
Li
,
M.
Lei
,
J.
Li
, and
Z.
Wei
,
Adv. Opt. Mater.
7
,
1801274
(
2019
).
3.
J.
Mannhart
and
D. G.
Schlom
,
Science
327
,
1607
(
2010
).
4.
S.
Li
 et al,
Phys. Status Solidi RRL
8
,
571
(
2014
).
5.
R.
Roy
,
V.
Hill
, and
E.
Osborn
,
J. Am. Chem. Soc.
74
,
719
(
1952
).
6.
D.
Guo
 et al,
Opt. Mater. Express
4
,
1067
(
2014
).
7.
D. Y.
Guo
 et al,
Appl. Phys. Lett.
106
,
042105
(
2015
).
8.
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
).
9.
Z.
Liu
,
P. G.
Li
,
Y. S.
Zhi
,
X. L.
Wang
,
X. L.
Chu
, and
W. H.
Tang
,
Chin. Phys. B
28
,
017105
(
2019
).
10.
J. J.
Xu
,
W.
Zheng
, and
F.
Huang
,
J. Mater. Chem. C
7
,
8753
(
2019
).
11.
M. A.
Mastro
,
A.
Kuramata
,
J.
Calkins
,
J.
Kim
,
F.
Ren
, and
S. J.
Peartong
,
ECS J. Solid State Sci. Technol.
6
,
P356
(
2017
).
12.
M.
Higashiwaki
,
K.
Sasaki
,
T.
Kamimura
,
M. H.
Wong
,
D.
Krishnamurthy
,
A.
Kuramata
,
T.
Masui
, and
S.
Yamakoshi
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
123511
(
2013
).
13.
X. C.
Guo
 et al,
J. Alloys Compd.
660
,
136
(
2016
).
14.
Y. H.
An
,
D. Y.
Guo
,
S. Y.
Li
,
Z. P.
Wu
,
Y. Q.
Huang
,
P. G.
Li
,
L. H.
Li
, and
W. H.
Tang
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
49
,
285111
(
2016
).
15.
D.
Guo
 et al,
ACS Nano
12
,
12827
(
2018
).
16.
S.
Li
 et al,
ACS Appl. Mater. Interfaces
11
,
35105
(
2019
).
17.
P. H.
Carey
,
J. C.
Yang
,
F.
Ren
,
D. C.
Hays
,
S. J.
Pearton
,
A.
Kuramata
, and
I.
Kravchenko
,
J. Vac. Sci. Technol. B
35
,
061201
(
2017
).
18.
P. H.
Carey
,
J.
Yang
,
F.
Ren
,
D. C.
Hays
,
S. J.
Pearton
,
S.
Jang
,
A.
Kuramata
, and
I.
Kravchenko
,
AIP Adv.
7
,
095313
(
2017
).
19.
Z.
Liu
 et al,
J. Phys. D Appl. Phys.
52
,
295104
(
2019
).
20.
Z.
Liu
,
Y. Y.
Liu
,
X.
Wang
,
W. J.
Li
,
Y. S.
Zhi
,
X. L.
Wang
,
P. G.
Li
, and
W. H.
Tang
,
J. Appl. Phys.
126
,
045707
(
2019
).
21.
Z.
Liu
,
X.
Wang
,
Y. S.
Zhi
,
X. L.
Wang
,
X. L.
Chu
,
S.
Li
,
Z. Y.
Yan
,
P. G.
Li
, and
W. H.
Tang
,
Phys. Status Solidi A
216
,
1900570
(
2019
).
22.
S.
Kan
,
S.
Takemoto
,
K.
Kaneko
,
I.
Takahashi
,
M.
Sugimoto
,
T.
Shinohe
, and
S.
Fujita
,
Appl. Phys. Lett.
113
,
212104
(
2018
).
23.
K. H.
Li
,
N.
Alfaraj
,
C. H.
Kang
,
L.
Braic
,
M. N.
Hedhili
,
Z. B.
Guo
,
T. K.
Ng
, and
B. S.
Ooi
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
11
,
35095
(
2019
).
24.
B. B.
Jiang
,
J.
Iocozzia
,
L.
Zhao
,
H. F.
Zhang
,
Y. W.
Harn
,
Y. H.
Chen
, and
Z. Q.
Lin
,
Chem. Soc. Rev.
48
,
1194
(
2019
).
25.
S. S.
Li
,
H. S.
Chen
,
Y. N.
Zhao
,
Z. W.
Chen
,
E. J.
Guo
,
Z. P.
Wu
,
Y.
Zhang
,
W. H.
Tang
, and
J. H.
Hao
,
J. Phys. D Appl. Phys.
52
,
234002
(
2019
).
26.
W.
Cui
 et al,
J. Phys. D Appl. Phys.
50
,
135109
(
2017
).
27.
S. M.
Sun
 et al,
Appl. Phys. Lett.
113
,
031603
(
2018
).
28.
P. H.
Carey
,
F.
Ren
,
D. C.
Hays
,
B. P.
Gila
,
S. J.
Pearton
,
S.
Jang
, and
A.
Kuramata
,
Appl. Surf. Sci.
422
,
179
(
2017
).
29.
Z. P.
Wu
,
Y.
Zhang
,
G. X.
Bai
,
W. H.
Tang
,
J.
Gao
, and
J. H.
Hao
,
Opt. Express
22
,
29014
(
2014
).
30.
E. A.
Kraut
,
R. W.
Grant
,
J. R.
Waldrop
, and
S. P.
Kowalczyk
,
Phys. Rev. Lett.
44
,
1620
(
1980
).
31.
J. R.
Waldrop
,
R. W.
Grant
,
S. P.
Kowalczyk
, and
E. A.
Kraut
,
J. Vac. Sci. Technol. A
3
,
835
(
1985
).
32.
M.
Cardona
,
Phys. Rev.
140
,
A651
(
1965
).
33.
T. N.
Bhat
,
B. K.
Pandey
, and
S. B.
Krupanidhi
,
J. Phys. D Appl.Phys.
50
,
275101
(
2017
).
34.
S. H.
Wemple
,
Phys. Rev. B
2
,
2679
(
1970
).
35.
M.
Orita
,
H.
Ohta
,
M.
Hirano
, and
H.
Hosono
,
Appl. Phys. Lett.
77
,
4166
(
2000
).
36.
H. Y.
He
,
R.
Orlando
,
M. A.
Blanco
,
R.
Pandey
,
E.
Amzallag
,
I.
Baraille
, and
M.
Rerat
,
Phys. Rev. B
74
,
195123
(
2006
).
37.
K.
Konishi
,
T.
Kamimura
,
M. H.
Wong
,
K.
Sasaki
,
A.
Kuramata
,
S.
Yamakoshi
, and
M.
Higashiwaki
,
Phys. Status Solidi B
253
,
623
(
2016
).
38.
Y.
Jia
,
K.
Zeng
,
J. S.
Wallace
,
J. A.
Gardella
, and
U.
Singisetti
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
102107
(
2015
).
39.
N.
Matsuo
,
N.
Doko
,
Y.
Yasukawa
,
H.
Saito
, and
S.
Yuasa
,
Jpn. J. Appl. Phys.
57
,
070304
(
2018
).
40.
P. H.
Carey
,
F.
Ren
,
D. C.
Hays
,
B. P.
Gila
,
S. J.
Pearton
,
S.
Jang
, and
A.
Kuramata
,
Jpn. J. Appl. Phys.
56
,
071101
(
2017
).
41.
P. H.
Carey
,
F.
Ren
,
D. C.
Hays
,
B. P.
Gila
,
S. J.
Pearton
,
S.
Jang
, and
A.
Kuramata
,
Vacuum
142
,
52
(
2017
).
42.
T.
Kamimura
,
K.
Sasaki
,
M. H.
Wong
,
D.
Krishnamurthy
,
A.
Kuramata
,
T.
Masui
,
S.
Yamakoshi
, and
M.
Higashiwaki
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
192104
(
2014
).
43.
P. H.
Carey
,
F.
Ren
,
D. C.
Hays
,
B. P.
Gila
,
S. J.
Pearton
,
S.
Jang
, and
A.
Kuramata
,
J. Vac. Sci. Technol. B
35
,
041201
(
2017
).
44.
J. X.
Chen
,
J. J.
Tao
,
H. P.
Ma
,
H.
Zhang
,
J. J.
Feng
,
W. J.
Liu
,
C. T.
Xia
,
H. L.
Lu
, and
D. W.
Zhang
,
Appl. Phys. Lett.
112
,
261602
(
2018
).
45.
V. D.
Wheeler
,
D. I.
Shahin
,
M. J.
Tadjer
, and
C. R.
Eddy
,
ECS J. Solid State Sci. Technol.
6
,
Q3052
(
2017
).
46.
R.
Wakabayashi
,
M.
Hattori
,
K.
Yoshimatsu
,
K.
Horiba
,
H.
Kumigashira
, and
A.
Ohtomo
,
Appl. Phys. Lett.
112
,
232103
(
2018
).
47.
M. B.
Maccioni
,
F.
Ricci
, and
V.
Fiorentini
,
Appl. Phys. Express
8
,
021102
(
2015
).
48.
Y. W.
Huan
 et al,
Jpn. J. Appl. Phys.
57
,
100312
(
2018
).
49.
W.
Wei
,
Z. X.
Qin
,
S. F.
Fan
,
Z. W.
Li
,
K.
Shi
,
Q. S.
Zhu
, and
G. Y.
Zhang
,
Nanoscale Res. Lett.
7
,
562
(
2012
).
50.
S.
Ghosh
,
M.
Baral
,
R.
Kamparath
,
R. J.
Choudhary
,
D. M.
Phase
,
S. D.
Singh
, and
T.
Ganguli
,
Appl. Phys. Lett.
115
,
061602
(
2019
).
51.
S. M.
Sun
,
W. J.
Liu
,
D. A.
Golosov
,
C. J.
Gu
, and
S. J.
Ding
,
Nanoscale Res. Lett.
14
,
275
(
2019
).
52.
P. H.
Carey
,
F.
Ren
,
D. C.
Hays
,
B. P.
Gila
,
S. J.
Pearton
,
S.
Jang
, and
A.
Kuramata
,
Vacuum
141
,
103
(
2017
).
53.
S. M.
Sun
,
W. J.
Liu
,
Y. F.
Xiao
,
Y. W.
Huan
,
H.
Liu
,
S. J.
Ding
, and
D. W.
Zhang
,
Nanoscale Res. Lett.
13
,
412
(
2018
).
54.
C.
Fares
,
F.
Ren
,
D. C.
Hays
,
B. P.
Gila
,
M.
Tadjer
,
K. D.
Hobart
, and
S. J.
Pearton
,
Appl. Phys. Lett.
113
,
182101
(
2018
).
55.
S. H.
Chang
,
Z. Z.
Chen
,
W.
Huang
,
X. C.
Liu
,
B. Y.
Chen
,
Z. Z.
Li
, and
E. W.
Shi
,
Chin. Phys. B
20
,
116101
(
2011
).
56.
Y. S.
Lee
,
D.
Chua
,
R. E.
Brandt
,
S. C.
Siah
,
J. V.
Li
,
J. P.
Mailoa
,
S. W.
Lee
,
R. G.
Gordon
, and
T.
Buonassisi
,
Adv. Mater.
26
,
4704
(
2014
).
57.
Z. W.
Chen
,
K.
Nishihagi
,
X.
Wang
,
K.
Saito
,
T.
Tanaka
,
M.
Nishio
,
M.
Arita
, and
Q. X.
Guo
,
Appl. Phys. Lett.
109
,
102106
(
2016
).
58.
J. T.
Gibbon
,
L.
Jones
,
J. W.
Roberts
,
M.
Althobaiti
,
P. R.
Chalker
,
I. Z.
Mitrovic
, and
V. R.
Dhanak
,
AIP Adv.
8
,
065011
(
2018
).
59.
H. P.
Zhang
,
R. X.
Jia
,
L.
Yuan
,
X. Y.
Tang
,
Y. M.
Zhang
, and
Y. M.
Zhang
,
J. Phys. D Appl. Phys.
51
,
075104
(
2018
).
60.
C. G.
Van de Walle
and
J.
Neugebauer
,
Nature
423
,
626
(
2003
).
61.
S. Y.
Chen
and
L. W.
Wang
,
Chem. Mater.
24
,
3659
(
2012
).
62.
Y.
Xu
and
M. A. A.
Schoonen
,
Am. Mineral.
85
,
543
(
2000
).
63.
See supplementary material at https://doi.org/10.1116/1.5138715 for the detailed summary on the conduction and valence band offsets of gallium oxide with other semiconductors.

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.