The demonstration of vertical GaN wrap-around gated field-effect transistors using GaN nanowires is reported. The nanowires with smooth a-plane sidewalls have hexagonal geometry made by top-down etching. A 7-nanowire transistor exhibits enhancement mode operation with threshold voltage of 1.2 V, on/off current ratio as high as 108, and subthreshold slope as small as 68 mV/dec. Although there is space charge limited current behavior at small source-drain voltages (Vds), the drain current (Id) and transconductance (gm) reach up to 314 mA/mm and 125 mS/mm, respectively, when normalized with hexagonal nanowire circumference. The measured breakdown voltage is around 140 V. This vertical approach provides a way to next-generation GaN-based power devices.

1.
M. J.
Scott
,
J.
Li
, and
J.
Wang
, “
Applications of gallium nitride in power electronics
,” in
Proceedings of the IEEE Power Energy Conference at Illinois
(
2013
), pp.
1
7
.
2.
O.
Ambacher
,
B.
Foutz
,
J.
Smart
,
J. R.
Shealy
,
N. G.
Weimann
,
K.
Chu
,
M.
Murphy
,
A. J.
Sierakowski
,
W. J.
Schaff
,
L. F.
Eastman
 et al.,
J. Appl. Phys.
87
,
334
(
2000
).
3.
M. A.
Khan
,
Q.
Chen
,
C. J.
Sun
,
J. W.
Yang
,
M.
Blasingame
,
M. S.
Shur
, and
H.
Park
,
Appl. Phys. Lett.
68
,
514
(
1996
).
4.
Y.
Cai
,
Y.
Zhou
,
K. J.
Chen
, and
K. M.
Lau
,
IEEE Electron Device Lett.
26
,
435
(
2005
).
5.
W.
Saito
,
Y.
Takada
,
M.
Kuraguchi
,
K.
Tsuda
, and
I.
Omura
,
IEEE Trans. Electron Devices
53
,
356
(
2006
).
6.
Y.
Uemoto
,
M.
Hikita
,
H.
Ueno
,
H.
Matsuo
,
H.
Ishida
,
M.
Yanagihara
,
T.
Ueda
,
T.
Tanaka
, and
D.
Ueda
,
IEEE Trans. Electron Devices
54
,
3393
(
2007
).
7.
M.
Kuroda
,
H.
Ishida
,
T.
Ueda
, and
T.
Tanaka
,
J. Appl. Phys.
102
,
093703
(
2007
).
8.
T.
Fujiwara
,
S.
Rajan
,
S.
Keller
,
M.
Higashiwaki
,
J. S.
Speck
,
S. P.
DenBaars
, and
U. K.
Mishra
,
Appl. Phys. Express
2
,
011001
(
2009
).
9.
S.
Li
and
A.
Waag
,
J. Appl. Phys.
111
,
071101
(
2012
).
10.
R.
Debnath
,
J.-Y.
Ha
,
B.
Wen
,
D.
Paramanik
,
A.
Motayed
,
M. R.
King
, and
A. V.
Davydov
,
J. Vac. Sci. Technol. B
32
,
021204
(
2014
).
11.
S.
Li
,
X.
Wang
,
S.
Fündling
,
M.
Erenburg
,
J.
Ledig
,
J.
Wei
,
H.-H.
Wehmann
,
A.
Waag
,
W.
Bergbauer
,
M.
Mandl
 et al.,
Appl. Phys. Lett.
101
,
032103
(
2012
).
12.
Y.-C.
Lee
,
Y.
Zhang
,
Z. M.
Lochner
,
H.-J.
Kim
,
J.-H.
Ryou
,
R. D.
Dupuis
, and
S.-C.
Shen
,
Phys. Status Solidi A
209
,
497
(
2012
).
13.
E.
Leobandung
,
J.
Gu
,
L.
Guo
, and
S. Y.
Chou
,
J. Vac. Sci. Technol. B
15
,
2791
(
1997
).
14.
I.
Ferain
,
C. A.
Colinge
, and
J. P.
Colinge
,
Nature
479
,
310
(
2011
).
15.
K.
Tomioka
,
M.
Yoshimura
, and
T.
Fukui
,
Nature
488
,
189
(
2012
).
16.
P. T.
Blanchard
,
K. A.
Bertness
,
T. E.
Harvey
,
A. W.
Sanders
,
N. A.
Sanford
,
S. M.
George
, and
D.
Seghete
,
IEEE Trans. Nanotechnol.
11
,
479
(
2012
).
17.
Y.
Li
,
J.
Xiang
,
F.
Qian
,
S.
Gradečak
,
Y.
Wu
,
H.
Yan
,
D. A.
Blom
, and
C. M.
Lieber
,
Nano Lett.
6
,
1468
(
2006
).
18.
J.-W.
Yu
,
P.-C.
Yeh
,
S.-L.
Wang
,
Y.-R.
Wu
,
M.-H.
Mao
,
H.-H.
Lin
, and
L.-H.
Peng
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
183501
(
2012
).
19.
P.
Yang
,
R.
Yan
, and
M.
Fardy
,
Nano Lett.
10
,
1529
(
2010
).
20.
D.
Paramanik
,
A.
Motayed
,
G. S.
Aluri
,
J.-Y.
Ha
,
S.
Krylyuk
,
A. V.
Davydov
,
M.
King
,
S.
McLaughlin
,
S.
Gupta
, and
H.
Cramer
,
J. Vac. Sci. Technol. B
30
,
052202
(
2012
).
21.
M.
Kodama
,
M.
Sugimoto
,
E.
Hayashi
,
N.
Soejima
,
O.
Ishiguro
,
M.
Kanechika
,
K.
Itoh
,
H.
Ueda
,
T.
Uesugi
, and
T.
Kachi
,
Appl. Phys. Express
1
,
021104
(
2008
).
22.
A. C.
Tamboli
,
M. C.
Schmidt
,
S.
Rajan
,
J. S.
Speck
,
U. K.
Mishra
,
S. P.
DenBaars
, and
E. L.
Hu
,
J. Electrochem. Soc.
156
,
H47
(
2009
).
23.
H.
Beneking
and
H.
Kasugai
,
IEEE J. Solid-State Circuits
5
,
328
(
1970
).
24.
M.
Kiy
,
P.
Losio
,
I.
Biaggio
,
M.
Koehler
,
A.
Tapponnier
, and
P.
Günter
,
Appl. Phys. Lett.
80
,
1198
(
2002
).
25.
W.
Chandra
,
L. K.
Ang
,
K. L.
Pey
, and
C. M.
Ng
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
153505
(
2007
).
26.
B.
Lu
,
E.
Matioli
, and
T.
Palacios
,
IEEE Electron Device Lett.
33
,
360
(
2012
).
27.
M.
Ishida
,
M.
Kuroda
,
T.
Ueda
, and
T.
Tanaka
,
Semicond. Sci. Technol.
27
,
024019
(
2012
).
28.
A.
Motayed
,
M.
Vaudin
,
A. V.
Davydov
,
J.
Melngailis
,
M.
He
, and
S. N.
Mohammad
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
043104
(
2007
).
29.
H.-Y.
Cha
,
H.
Wu
,
M.
Chandrashekhar
,
Y. C.
Choi
,
S.
Chae
,
G.
Koley
, and
M. G.
Spencer
,
Nanotechnology
17
,
1264
(
2006
).
30.
P. T.
Blanchard
,
K. A.
Bertness
,
T. E.
Harvey
,
L. M.
Mansfield
,
A. W.
Sanders
, and
N. A.
Sanford
,
IEEE Trans. Nanotechnol.
7
,
760
(
2008
).
31.
Ž.
Gačević
,
D.
López-Romero
,
T. J.
Mangas
, and
E.
Calleja
,
Appl. Phys. Lett.
108
,
033101
(
2016
).
32.
T.
Oka
,
Y.
Ueno
,
T.
Ina
, and
K.
Hasegawa
,
Appl. Phys. Express
7
,
021002
(
2014
).
33.
T.
Fujiwara
,
R.
Yeluri
,
D.
Denninghoff
,
J.
Lu
,
S.
Keller
,
J. S.
Speck
,
S. P.
DenBaars
, and
U. K.
Mishra
,
Appl. Phys. Express
4
,
096501
(
2011
).
34.
Y.
Isobe
,
H.
Ikki
,
T.
Sakakibara
,
M.
Iwaya
,
T.
Takeuchi
,
S.
Kamiyama
,
I.
Akasaki
,
T.
Sugiyama
,
H.
Amano
,
M.
Imade
 et al.,
Appl. Phys. Express
4
,
064102
(
2011
).
You do not currently have access to this content.