α-Ga2O3, with an ultra-high energy bandgap of 5.1 eV, is an attractive material for applications in solar-blind photodetectors and high-power electronics. We fabricated an α-Ga2O3 metal-semiconductor-metal (MSM) interdigitated solar-blind photodetector, where an epitaxial α-Ga2O3 thin film was grown on a sapphire substrate using a hydride vapor-phase epitaxy technique. Excellent optoelectronic device properties including high responsivity (4.24 × 104 A/W), detectivity (1.77 × 1011 Jones), and external quantum efficiency (2.07 × 105) were demonstrated in response to ultraviolet (UV) C wavelength. Under sunlight, the α-Ga2O3 MSM photodetector exhibited stable solar-blind sensitivity to UVC wavelength without interference from the incoming solar spectrum. Our work proposes that α-Ga2O3 has great potential as a next-generation high-performance solar-blind photodetector.

1.
B.
Zhao
,
F.
Wang
,
H.
Chen
,
L.
Zheng
,
L.
Su
,
D.
Zhao
, and
X.
Fang
,
Adv. Funct. Mater.
27
,
1700264
(
2017
).
2.
P.
Li
 et al,
J. Mater. Chem. C
5
,
10562
(
2017
).
3.
W. Y.
Kong
,
G. A.
Wu
,
K. Y.
Wang
,
T. F.
Zhang
,
Y. F.
Zou
,
D. D.
Wang
, and
L. B.
Luo
,
Adv. Mater.
28
,
10725
(
2016
).
4.
H.
Chen
,
K.
Liu
,
L.
Hu
,
A. A.
Al-Ghamdi
, and
X.
Fang
,
Mater. Today
18
,
493
(
2015
).
5.
M.
Razeghi
,
Proc. IEEE
90
,
1006
(
2002
).
6.
M.
Razeghi
and
A.
Rogalski
,
J. Appl. Phys.
79
,
7433
(
1996
).
7.
Z.
Wu
,
L.
Jiao
,
X.
Wang
,
D.
Guo
,
W.
Li
,
L.
Li
,
F.
Huang
, and
W.
Tang
,
J. Mater. Chem. C
5
,
8688
(
2017
).
8.
E.
Muñoz
,
E.
Monroy
,
J. L.
Pau
,
F.
Calle
,
F.
Omnès
, and
P.
Gibart
,
J. Phys. Condens. Matter
13
,
7115
(
2001
).
9.
W. D.
Li
and
S. Y.
Chou
,
Opt. Express
18
,
931
(
2010
).
10.
J. D.
Ye
,
S. L.
Gu
,
S. M.
Zhu
,
S. M.
Liu
,
Y. D.
Zheng
,
R.
Zhang
,
Y.
Shi
,
H. Q.
Yu
, and
Y. D.
Ye
,
J. Cryst. Growth
283
,
279
(
2005
).
11.
H.
Morkoç
,
S.
Strite
,
G. B.
Gao
,
M. E.
Lin
,
B.
Sverdlov
, and
M.
Burns
,
J. Appl. Phys.
76
,
1363
(
1994
).
12.
W. M.
Yim
,
E. J.
Stofko
,
P. J.
Zanzucchi
,
J. I.
Pankove
,
M.
Ettenberg
, and
S. L.
Gilbert
,
J. Appl. Phys.
44
,
292
(
1973
).
13.
Y. C.
Chen
,
Y. J.
Lu
,
C. N.
Lin
,
Y. Z.
Tian
,
C. J.
Gao
,
L.
Dong
, and
C. X.
Shan
,
J. Mater. Chem. C
6
,
5727
(
2018
).
14.
M.
Higashiwaki
,
A.
Kuramata
,
H.
Murakami
, and
Y.
Kumagai
,
J. Phys. D
50
,
333002
(
2017
).
15.
S. J.
Pearton
,
J.
Yang
,
P. H.
Cary IV
,
F.
Ren
,
J.
Kim
,
M. J.
Tadjer
, and
M. A.
Mastro
,
Appl. Phys. Rev.
5
,
011301
(
2018
).
16.
M. A.
Mastro
,
A.
Kuramata
,
J.
Calkins
,
J.
Kim
,
F.
Ren
, and
S. J.
Pearton
,
ECS J. Solid State Sci. Technol.
6
,
P356
(
2017
).
17.
M.
Higashiwaki
,
K.
Sasaki
,
H.
Murakami
,
Y.
Kumagai
,
A.
Koukitu
,
A.
Kuramata
,
T.
Masui
, and
S.
Yamakoshi
,
Semicond. Sci. Technol.
31
,
034001
(
2016
).
18.
S.
Stepanov
,
V.
Nikolaev
,
V.
Bougrov
, and
A.
Romanov
,
Rev. Adv. Mater. Sci.
44
,
63
(
2016
).
19.
W.
Yang
,
S. S.
Hullavarad
,
B.
Nagaraj
,
I.
Takeuchi
,
R. P.
Sharma
,
T.
Venkatesan
,
R. D.
Vispute
, and
H.
Shen
,
Appl. Phys. Lett.
82
,
3424
(
2003
).
20.
J.
Wang
,
L.
Ye
,
X.
Wang
,
H.
Zhang
,
L.
Li
,
C.
Kong
, and
W.
Li
,
J. Alloys Compd.
803
,
9
(
2019
).
21.
X.
Li
,
H. L.
Lu
,
H. P.
Ma
,
J. G.
Yang
,
J. X.
Chen
,
W.
Huang
,
Q.
Guo
,
J. J.
Feng
, and
D. W.
Zhang
,
Curr. Appl. Phys.
19
,
72
(
2019
).
22.
Y.
Xu
,
Z.
An
,
L.
Zhang
,
Q.
Feng
,
J.
Zhang
,
C.
Zhang
, and
Y.
Hao
,
Opt. Mater. Express
8
,
2941
(
2018
).
23.
K.
Sasaki
,
M.
Higashiwaki
,
A.
Kuramata
,
T.
Masui
, and
S.
Yamakoshi
,
J. Cryst. Growth
378
,
591
(
2013
).
24.
D. W.
Jeon
 et al,
APL Mater.
6
,
121110
(
2018
).
25.
R.
Roy
,
V. G.
Hill
, and
E. F.
Osborn
,
J. Am. Chem. Soc.
74
,
719
(
1952
).
26.
B.
Zhao
,
F.
Wang
,
H.
Chen
,
Y.
Wang
,
M.
Jiang
,
X.
Fang
, and
D.
Zhao
,
Nano Lett.
15
,
3988
(
2015
).
27.
S.
Oh
,
C. K.
Kim
, and
J.
Kim
,
ACS Photonics
5
,
1123
(
2018
).
28.
T.
Gake
,
Y.
Kumagai
, and
F.
Oba
,
Phys. Rev. Mater.
3
,
044603
(
2019
).
29.
J.
Zhang
,
J.
Shi
,
D. C.
Qi
,
L.
Chen
, and
K. H. L.
Zhang
,
APL Mater.
8
,
020906
(
2020
).
30.
K.
Uno
,
M.
Ohta
, and
I.
Tanaka
,
Appl. Phys. Lett.
117
,
052106
(
2020
).
31.
J. W.
Roberts
,
J. C.
Jarman
,
D. N.
Johnstone
,
P. A.
Midgley
,
P. R.
Chalker
,
R. A.
Oliver
, and
F. C.-P.
Massabuau
,
J. Cryst. Growth
487
,
23
(
2018
).
32.
X.
Hou
 et al,
IEEE Electron Device Lett.
40
,
1483
(
2019
).
33.
J.
Moloney
 et al,
J. Phys. D
52
,
475101
(
2019
).
34.
G.
Qiao
,
Q.
Cai
,
T.
Ma
,
J.
Wang
,
X.
Chen
,
Y.
Xu
,
Z.
Shao
,
J.
Ye
, and
D.
Chen
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
11
,
40283
(
2019
).
35.
Y.
Yao
,
S.
Okur
,
L. A. M.
Lyle
,
G. S.
Tompa
,
T.
Salagaj
,
N.
Sbrockey
,
R. F.
Davis
, and
L. M.
Porter
,
Mater. Res. Lett.
6
,
268
(
2018
).
36.
D.
Tamba
,
O.
Kubo
,
M.
Oda
,
S.
Osaka
,
K.
Takahashi
,
H.
Tabata
,
K.
Kaneko
,
S.
Fujita
, and
M.
Katayama
,
Appl. Phys. Lett.
108
,
251602
(
2016
).
37.
S.
Park
,
N. K.
Cho
,
B. J.
Kim
,
S. Y.
Jeong
,
I. K.
Han
,
Y. S.
Kim
, and
S. J.
Kang
,
ACS Appl. Electron. Mater.
1
,
2655
(
2019
).
38.
T.
Oshima
,
T.
Okuno
, and
S.
Fujita
,
Jpn. J. Appl. Phys.
46
,
7217
(
2007
).
39.
Q.
Feng
 et al,
IEEE Trans. Electron Devices
63
,
3578
(
2016
).
40.
K.
Arora
,
N.
Goel
,
M.
Kumar
, and
M.
Kumar
,
ACS Photonics
5
,
2391
(
2018
).
41.
S.
Oh
,
M. A.
Mastro
,
M. J.
Tadjer
, and
J.
Kim
,
ECS J. Solid State Sci. Technol.
6
,
Q79
(
2017
).
42.
L. X.
Qian
,
Z. H.
Wu
,
Y. Y.
Zhang
,
P. T.
Lai
,
X. Z.
Liu
, and
Y. R.
Li
,
ACS Photonics
4
,
2203
(
2017
).
43.
S. H.
Lee
 et al,
J. Alloys Compd.
780
,
400
(
2019
).
44.
H. J.
Song
,
M. H.
Seo
,
K. W.
Choi
,
M. S.
Jo
,
J. Y.
Yoo
, and
J. B.
Yoon
,
Sci. Rep.
9
,
7334
(
2019
).
You do not currently have access to this content.