Dito isso, para a sua pergunta se PHP é sempre mais rápido do que Java, a resposta é depende. Qualquer comparação entre duas linguagens distintas provavelmente terá essa resposta.
Veja que seu teste simples deixa de lado muitas coisas que podem interferir diretamente no resultado. O fato de você ter comparado uma aplicação web (php rodando sobre Apache) com um programa "standalone" (Java rodando diretamente sobre a jre) e com um programa em C (compilado, e portanto "naturalmente" mais rápido). Você teria que, no mínimo, estar comparando JSP rodando sobre Tomcat (que é a face web do Java) com PHP para ter um teste que começa de forma "aproximadamente equivalente".
E isso é só o começo, mas não vou me estender nos problemas com seu método de teste. Lembre-se que todas essa linguagens aplicam otimizações que podem fazer muita diferença em determinados cenários.
Vou me concentrar na sua pergunta de qual a linguagem mais adequada, e a resposta novamente é: depende. Vou supor que estamos falando de aplicativos web (php, jsp, apache, tomcat).
A questão que fica é: por que você precisa de um sistema que responda tão rápido? Por que a velocidade é, para você, o fator mais importante, em detrimento da segurança, confiabilidade, robustez, facilidade de manutenção? Uma grande parcela das aplicações web e sites (99% por cento eu diria, mas não tenho referência respeito) não precisam responder de forma rápida como respondem as aplicações desktop, ainda mais se considerarmos a variação na qualidade e velocidade da redes (Banda Larga, 3G, Fibra).
Se você possui conhecimentos equivalentes de Java e de PHP, então simplesmente sugiro que use as duas. Nada impede você de trabalhar com duas linguagens diferentes, ainda mais se for freelancer. No momento que fizer a análise do projeto, já poderá decidir, baseado no escopo, o que vai usar. O bom é que você estará sempre "treinando" cada uma delas, o que pode ser útil quando algum projeto ou vaga requerer alguma delas em específico.
O maior porém, até onde sei, é um consumo maior de processamento e memória no caso do Java (em especial, se for web), o que torna hospedagens com Java mais caras, mas de resto eu diria que ambas são equivalentes em recursos e capacidade (considerando, é claro, as diferenças de sintaxe, estrutura e implantação).
Enfim, escolha a que mais se sentir bem (ou as duas) e seja feliz. E, quando quiser, mude.