We have demonstrated that depletion/enhancement-mode β-Ga2O3 on insulator field-effect transistors can achieve a record high drain current density of 1.5/1.0 A/mm by utilizing a highly doped β-Ga2O3 nano-membrane as the channel. β-Ga2O3 on insulator field-effect transistor (GOOI FET) shows a high on/off ratio of 1010 and low subthreshold slope of 150 mV/dec even with 300 nm thick SiO2. The enhancement-mode GOOI FET is achieved through surface depletion. An ultra-fast, high resolution thermo-reflectance imaging technique is applied to study the self-heating effect by directly measuring the local surface temperature. High drain current, low Rc, and wide bandgap make the β-Ga2O3 on insulator field-effect transistor a promising candidate for future power electronics applications.

1.
M.
Higashiwaki
,
K.
Sasaki
,
H.
Murakami
,
Y.
Kumagai
,
A.
Koukitu
,
A.
Kuramata
,
T.
Masui
, and
S.
Yamakoshi
,
Semicond. Sci. Technol.
31
,
034001
(
2016
).
2.
M. H.
Wong
,
K.
Sasaki
,
A.
Kuramata
,
S.
Tamakoshi
, and
M.
Higashiwaki
,
IEEE Electron Device Lett.
37
,
212
(
2016
).
3.
A. J.
Green
,
K. D.
Chabak
,
E. R.
Heller
,
R. C.
Fitch
,
M.
Baldini
,
A.
Fiedler
,
K.
Irmscher
,
G.
Wagner
,
Z.
Galazka
,
S. E.
Tetlak
,
A.
Crespo
,
K.
Leedy
, and
G. H.
Jessen
,
IEEE Electron Device Lett.
37
,
902
(
2016
).
4.
K. D.
Chabak
,
N.
Moser
,
A. J.
Green
,
D. E.
Walker
, Jr.
,
S. E.
Tetlak
,
E.
Heller
,
A.
Crespo
,
R.
Fitch
,
J. P.
McCandless
,
K.
Leedy
,
M.
Baldini
,
G.
Wagner
,
Z.
Galazka
,
X.
Li
, and
G.
Jessen
,
Appl. Phys. Lett.
109
,
213501
(
2016
).
5.
M.
Higashiwaki
,
K.
Sasaki
,
A.
Kuramata
,
T.
Masui
, and
S.
Yamakoshi
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
013504
(
2012
).
6.
K.
Konishi
,
K.
Goto
,
H.
Murakami
,
Y.
Kumagai
,
A.
Kuramata
,
S.
Yamakoshi
, and
M.
Higashiwaki
,
Appl. Phys. Lett.
110
(
10
),
103506
(
2017
).
7.
N. A.
Moser
,
J. P.
Mccandless
,
A.
Crespo
,
K. D.
Leedy
,
A. J.
Green
,
E. R.
Heller
,
K. D.
Chabak
,
N.
Peixoto
, and
G. H.
Jessen
,
Appl. Phys. Lett.
110
,
143505
(
2017
).
8.
A. J.
Green
,
K. D.
Chabak
,
M.
Baldini
,
N.
Moser
,
R. C.
Gilbert
,
R.
Fitch
,
G.
Wagner
,
Z.
Galazka
,
J.
Mccandless
,
A.
Crespo
,
K.
Leedy
, and
G. H.
Jessen
,
IEEE Electron Device Lett.
38
,
790
(
2017
).
9.
K.
Irmscher
,
Z.
Galazka
,
M.
Pietsch
,
R.
Uecker
, and
R.
Fornari
,
J. Appl. Phys.
110
,
063720
(
2011
).
10.
Z.
Galazka
,
K.
Irmscher
,
R.
Uecker
,
R.
Bertram
,
M.
Pietsch
,
A.
Kwasniewski
,
M.
Naumann
,
T.
Schulz
,
R.
Schewski
,
D.
Klimm
, and
M.
Bickermann
,
J. Cryst. Growth
404
,
184
(
2014
).
11.
H.
Aida
,
K.
Nishighuchi
,
H.
Takeda
,
N.
Aota
,
K.
Sunakawa
, and
Y.
Yaguchi
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
47
,
8506
(
2008
).
12.
A.
Kuramata
,
K.
Koshi
,
S.
Watanabe
,
Y.
Yamaoka
,
T.
Masui
, and
S.
Yamakoshi
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
55
,
1202A2
(
2016
).
13.
N.
Ueda
,
H.
Hosono
,
R.
Waseda
, and
H.
Kawazoe
,
Appl. Phys. Lett.
70
,
3561
(
1997
).
14.
E. G.
Víllora
,
K.
Shimamura
,
Y.
Yoshikawa
,
K.
Aoki
, and
N.
Ichinose
,
J. Cryst. Growth
270
,
420
(
2004
).
15.
M. D.
Santia
,
N.
Tandon
, and
J. D.
Albrecht
,
Appl. Phys. Lett.
107
,
041907
(
2015
).
16.
Z.
Guo
,
A.
Verma
,
X.
Wu
,
F.
Sun
,
A.
Hickman
,
T.
Masui
,
A.
Kuramata
,
M.
Higashiwaki
,
D.
Jena
, and
T.
Luo
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
111909
(
2015
).
17.
H.
Zhou
,
M.
Si
,
S.
Alghamdi
,
G.
Qiu
,
L.
Yang
, and
P. D.
Ye
,
IEEE Electron Device Lett.
38
,
103
(
2017
).
18.
W. S.
Hwang
,
A.
Verma
,
H.
Peelaers
,
V.
Protasenko
,
S.
Rouvimov
,
H.
Xing
,
A.
Seabaugh
,
W.
Haensch
,
C.
Van de Walle
,
Z.
Galazka
,
M.
Albrecht
,
R.
Fornari
, and
D.
Jena
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
203111
(
2014
).
19.
S.
Krishnamoorthy
,
Z.
Xia
,
S.
Bajaj
,
M.
Brenner
, and
S.
Rajan
,
Appl. Phys. Express
10
,
051102
(
2017
).
20.
M. H.
Wong
,
Y.
Nakata
,
A.
Kuramata
,
S.
Yamakoshi
, and
M.
Higashiwaki
,
Appl. Phys. Express
10
,
041101
(
2017
).
21.
K.
Maize
,
J.
Christofferson
, and
A.
Shakouri
, in
Proceedings of the 24th IEEE SEMI-THERM Symposium
(
2008
), p. 55.
22.
H.
Zhou
,
S.
Alghamdi
,
M. W.
Si
, and
P. D.
Ye
,
IEEE Electron Device Lett.
37
,
1411
(
2016
).
23.
K.
Maize
,
A.
Ziabari
,
W. D.
French
,
P.
Lindorfer
,
B.
OConnell
, and
A.
Shakouri
,
IEEE Trans. Electron Devices
61
,
3047
3053
(
2014
).
24.
S. H.
Shin
,
M. A.
Wahab
,
M.
Masuduzzaman
,
K.
Maize
,
J. J.
Gu
,
M.
Si
,
A.
Shakouri
,
P. D.
Ye
, and
M. A.
Alam
,
IEEE Trans. Electron Devices
62
,
3516
(
2015
).
25.
M.
Farzaneh
,
K.
Maize
,
D.
Lüerßen
,
J. A.
Summers
,
P. M.
Mayer
,
P. E.
Raad
,
K. P.
Pipe
,
A.
Shakouri
,
R. J.
Ram
, and
J. A.
Hudgings
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
42
,
143001
(
2009
).
26.
H.
Zhou
,
Y.
Du
, and
P. D.
Ye
,
Appl. Phys. Lett.
108
,
202102
(
2016
).
27.
N. A.
Moser
,
A.
Crespo
,
S. E.
Tetlak
,
A. J.
Green
,
K. D.
Chabak
, and
G. H.
Jessen
, in
74th IEEE Device Research Conference
(Technical Digest,
2016
), p.
95
.
28.
M. H.
Wong
,
Y.
Morikawa
,
K.
Sasaki
,
A.
Kuramata
,
S.
Yamakoshi
, and
M.
Higashiwaki
,
Appl. Phys. Lett.
109
,
193503
(
2016
).
You do not currently have access to this content.