An anomalous diode-like turn-on behavior was observed in the drain characteristics of current aperture vertical β-Ga2O3 transistors. This phenomenon was attributable to an electron barrier created by negative fixed charges in the aperture opening, through which electrons were funneled from the gated channel to the drift layer. Electrostatic analysis for deriving the turn-on voltage yielded effective sheet charge densities on the order of 1011–1012 cm−2. The charged species was conjectured to be acceptor-like point defects diffusing from nitrogen-implanted current blocking layers with an activation energy consistent with migration of gallium vacancies. These results alluded to a possible role of point-defect diffusion in the performance and reliability of ion-implanted Ga2O3 devices.

1.
M.
Higashiwaki
,
K.
Sasaki
,
A.
Kuramata
,
T.
Masui
, and
S.
Yamakoshi
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
013504
(
2012
).
2.
M.
Higashiwaki
and
G. H.
Jessen
,
Appl. Phys. Lett.
112
,
060401
(
2018
).
3.
S. J.
Pearton
,
F.
Ren
,
M.
Tadjer
, and
J.
Kim
,
J. Appl. Phys.
124
,
220901
(
2018
).
4.
S. B.
Reese
,
T.
Remo
,
J.
Green
, and
A.
Zakutayev
,
Joule
3
,
903
(
2019
).
5.
M.
Higashiwaki
,
K.
Sasaki
,
T.
Kamimura
,
M. H.
Wong
,
D.
Krishnamurthy
,
A.
Kuramata
,
T.
Masui
, and
S.
Yamakoshi
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
123511
(
2013
).
6.
M.
Higashiwaki
,
K.
Sasaki
,
M. H.
Wong
,
T.
Kamimura
,
D.
Krishnamurthy
,
A.
Kuramata
,
T.
Masui
, and
S.
Yamakoshi
, in
IEDM Technical Digest
(
2013
), pp.
28.7.1
28.7.4
.
7.
M. H.
Wong
,
K.
Sasaki
,
A.
Kuramata
,
S.
Yamakoshi
, and
M.
Higashiwaki
,
IEEE Electron Device Lett.
37
,
212
(
2016
).
8.
A. J.
Green
,
K. D.
Chabak
,
E. R.
Heller
,
R. C.
Fitch
, Jr.
,
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
).
9.
N.
Moser
,
J.
McCandless
,
A.
Crespo
,
K.
Leedy
,
A.
Green
,
A.
Neal
,
S.
Mou
,
E.
Ahmadi
,
J.
Speck
,
K.
Chabak
,
N.
Peixoto
, and
G.
Jessen
,
IEEE Electron Device Lett.
38
,
775
(
2017
).
10.
K. D.
Chabak
,
J. P.
McCandless
,
N. A.
Moser
,
A. J.
Green
,
K.
Mahalingam
,
A.
Crespo
,
N.
Hendricks
,
B. M.
Howe
,
S. E.
Tetlak
,
K.
Leedy
,
R. C.
Fitch
,
D.
Wakimoto
,
K.
Sasaki
,
A.
Kuramata
, and
G. H.
Jessen
,
IEEE Electron Device Lett.
39
,
67
(
2018
).
11.
K.
Zeng
,
A.
Vaidya
, and
U.
Singisetti
,
IEEE Electron Device Lett.
39
,
1385
(
2018
).
12.
Y.
Lv
,
X.
Zhou
,
S.
Long
,
X.
Song
,
Y.
Wang
,
S.
Liang
,
Z.
He
,
T.
Han
,
X.
Tan
,
Z.
Feng
,
H.
Dong
,
X.
Zhou
,
Y.
Yu
,
S.
Cai
, and
M.
Liu
,
IEEE Electron Device Lett.
40
,
83
(
2019
).
13.
J. K.
Mun
,
K.
Cho
,
W.
Chang
,
H.-W.
Jung
, and
J.
Do
,
ECS J. Solid State Sci. Technol.
8
,
Q3079
(
2019
).
14.
K.
Zeng
,
A.
Vaidya
, and
U.
Singisetti
,
Appl. Phys. Express
12
,
081003
(
2019
).
15.
C.
Joishi
,
Y.
Zhang
,
Z.
Xia
,
W.
Sun
,
A. R.
Arehart
,
S.
Ringel
,
S.
Lodha
, and
S.
Rajan
,
IEEE Electron Device Lett.
40
,
1241
(
2019
).
16.
K.
Tetzner
,
E. B.
Treidel
,
O.
Hilt
,
A.
Popp
,
S. B.
Anooz
,
G.
Wagner
,
A.
Thies
,
K.
Ickert
,
H.
Gargouri
, and
J.
Würfl
,
IEEE Electron Device Lett.
40
,
1503
(
2019
).
17.
Y.
Lv
,
H.
Liu
,
X.
Zhou
,
Y.
Wang
,
X.
Song
,
Y.
Cai
,
Q.
Yan
,
C.
Wang
,
S.
Liang
,
J.
Zhang
,
Z.
Feng
,
H.
Zhou
,
S.
Cai
, and
Y.
Hao
,
IEEE Electron Device Lett.
41
,
537
(
2020
).
18.
S.
Sharma
,
K.
Zeng
,
S.
Saha
, and
U.
Singisetti
,
IEEE Electron Device Lett.
41
,
836
(
2020
).
19.
N. K.
Kalarickal
,
Z.
Xia
,
W.
Moore
,
J.
McGlone
,
A. R.
Arehart
,
S. A.
Ringel
, and
S.
Rajan
, in
Proceedings of the 78th Device Research Conference
(
2020
), pp.
21
22
.
20.
J. B.
Varley
,
A.
Janotti
,
C.
Franchini
, and
C. G.
Van de Walle
,
Phys. Rev. B
85
,
081109(R)
(
2012
).
21.
A.
Kyrtsos
,
M.
Matsubara
, and
E.
Bellotti
,
Appl. Phys. Lett.
112
,
032108
(
2018
).
22.
J. L.
Lyons
,
Semicond. Sci. Technol.
33
,
05LT02
(
2018
).
23.
H.
Peelaers
,
J. L.
Lyons
,
J. B.
Varley
, and
C. G.
Van de Walle
,
APL Mater.
7
,
022519
(
2019
).
24.
T.
Gake
,
Y.
Kumagai
, and
F.
Oba
,
Phys. Rev. Mater.
3
,
044603
(
2019
).
25.
K.
Sasaki
,
Q. T.
Thieu
,
D.
Wakimoto
,
Y.
Koishikawa
,
A.
Kuramata
, and
S.
Yamakoshi
,
Appl. Phys. Express
10
,
124201
(
2017
).
26.
Z.
Hu
,
K.
Nomoto
,
W.
Li
,
N.
Tanen
,
K.
Sasaki
,
A.
Kuramata
,
T.
Nakamura
,
D.
Jena
, and
H. G.
Xing
,
IEEE Electron Device Lett.
39
,
869
(
2018
).
27.
Z.
Hu
,
K.
Nomoto
,
W.
Li
,
Z.
Zhang
,
N.
Tanen
,
Q. T.
Thieu
,
K.
Sasaki
,
A.
Kuramata
,
T.
Nakamura
,
D.
Jena
, and
H. G.
Xing
,
Appl. Phys. Lett.
113
,
122103
(
2018
).
28.
Z.
Hu
,
K.
Nomoto
,
W.
Li
,
R.
Jinno
,
T.
Nakamura
,
D.
Jena
, and
H. G.
Xing
, in
Proceedings of the 31st International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs
(
2019
), pp.
483
486
.
29.
W.
Li
,
K.
Nomoto
,
Z.
Hu
,
T.
Nakamura
,
D.
Jena
, and
H. G.
Xing
, in
IEDM Technical Digest
(
2019
), pp.
12.4.1
12.4.4
.
30.
M. H.
Wong
,
K.
Goto
,
H.
Murakami
,
Y.
Kumagai
, and
M.
Higashiwaki
,
IEEE Electron Device Lett.
40
,
431
(
2019
).
31.
M. H.
Wong
,
H.
Murakami
,
Y.
Kumagai
, and
M.
Higashiwaki
,
IEEE Electron Device Lett.
41
,
296
(
2020
).
32.
K.
Sasaki
,
M.
Higashiwaki
,
A.
Kuramata
,
T.
Masui
, and
S.
Yamakoshi
,
Appl. Phys. Express
6
,
086502
(
2013
).
33.
M. H.
Wong
,
C.-H.
Lin
,
A.
Kuramata
,
S.
Yamakoshi
,
H.
Murakami
,
Y.
Kumagai
, and
M.
Higashiwaki
,
Appl. Phys. Lett.
113
,
102103
(
2018
).
34.
M. J.
Tadjer
,
C.
Fares
,
N. A.
Mahadik
,
J. A.
Freitas
, Jr.
,
D.
Smith
,
R.
Sharma
,
M. E.
Law
,
F.
Ren
,
S. J.
Pearton
, and
A.
Kuramata
,
ECS J. Solid State Sci. Technol.
8
,
Q3133
(
2019
).
35.
R.
Sharma
,
M. E.
Law
,
C.
Fares
,
M.
Tadjer
,
F.
Ren
,
A.
Kuramata
, and
S. J.
Pearton
,
AIP Adv.
9
,
085111
(
2019
).
36.
R.
Sharma
,
M. E.
Law
,
M.
Xian
,
M.
Tadjer
,
E. A.
Anber
,
D.
Foley
,
A. C.
Lang
,
J. L.
Hart
,
J.
Nathaniel
,
M. L.
Taheri
,
F.
Ren
,
S. J.
Pearton
, and
A.
Kuramata
,
J. Vac. Sci. Technol. B
37
,
051204
(
2019
).
37.
H.
Murakami
,
K.
Nomura
,
K.
Goto
,
K.
Sasaki
,
K.
Kawara
,
Q. T.
Thieu
,
R.
Togashi
,
Y.
Kumagai
,
M.
Higashiwaki
,
A.
Kuramata
,
S.
Yamakoshi
,
B.
Monemar
, and
A.
Koukitu
,
Appl. Phys. Express
8
,
015503
(
2015
).
38.
K.
Goto
,
K.
Konishi
,
H.
Murakami
,
Y.
Kumagai
,
B.
Monemar
,
M.
Higashiwaki
,
A.
Kuramata
, and
S.
Yamakoshi
,
Thin Solid Films
666
,
182
(
2018
).
39.
A.
Fiedler
,
R.
Schewski
,
Z.
Galazka
, and
K.
Irmscher
,
ECS J. Solid State Sci. Technol.
8
,
Q3083
(
2019
).
40.
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
).
41.
V. O.
Turin
and
A. A.
Balandin
,
J. Appl. Phys.
100
,
054501
(
2006
).
42.
M. H.
Wong
,
K.
Sasaki
,
A.
Kuramata
,
S.
Yamakoshi
, and
M.
Higashiwaki
,
Jpn. J. Appl. Phys.
55
,
1202B9
(
2016
).
43.
A.
Kyrtsos
,
M.
Matsubara
, and
E.
Bellotti
,
Phys. Rev. B
95
,
245202
(
2017
).
44.
G. H.
Vineyard
,
J. Phys. Chem. Solids
3
,
121
(
1957
).
45.
D.
Dohy
,
G.
Lucazeau
, and
A.
Revcolevschi
,
J. Solid State Chem.
45
,
180
(
1982
).
46.
E. G.
Víllora
,
Y.
Morioka
,
T.
Atou
,
T.
Sugawara
,
M.
Kikuchi
, and
T.
Fukuda
,
Phys. Status Solidi A
193
,
187
(
2002
).
47.
T.
Onuma
,
S.
Fujioka
,
T.
Yamaguchi
,
Y.
Itoh
,
M.
Higashiwaki
,
K.
Sasaki
,
T.
Masui
, and
T.
Honda
,
J. Cryst. Growth
401
,
330
(
2014
).
48.
T.
Onuma
,
S.
Saito
,
K.
Sasaki
,
K.
Goto
,
T.
Masui
,
T.
Yamaguchi
,
T.
Honda
,
A.
Kuramata
, and
M.
Higashiwaki
,
Appl. Phys. Lett.
108
,
101904
(
2016
).
49.
J. B.
Varley
,
H.
Peelaers
,
A.
Janotti
, and
C. G.
Van de Walle
,
J. Phys.: Condens. Matter
23
,
334212
(
2011
).
50.
T.
Zacherle
,
P. C.
Schmidt
, and
M.
Martin
,
Phys. Rev. B
87
,
235206
(
2013
).
51.
E.
Korhonen
,
F.
Tuomisto
,
D.
Gogova
,
G.
Wagner
,
M.
Baldini
,
Z.
Galazka
,
R.
Schewski
, and
M.
Albrecht
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
242103
(
2015
).
52.
B. E.
Kananen
,
L. E.
Halliburton
,
K. T.
Stevens
,
G. K.
Foundos
, and
N. C.
Giles
,
Appl. Phys. Lett.
110
,
202104
(
2017
).
53.
M. E.
Ingebrigtsen
,
A. Yu.
Kuznetsov
,
B. G.
Svensson
,
G.
Alfieri
,
A.
Mihaila
,
U.
Badstübner
,
A.
Perron
,
L.
Vines
, and
J. B.
Varley
,
APL Mater.
7
,
022510
(
2019
).
54.
J. M.
Johnson
,
Z.
Chen
,
J. B.
Varley
,
C. M.
Jackson
,
E.
Farzana
,
Z.
Zhang
,
A. R.
Arehart
,
H.-L.
Huang
,
A.
Genc
,
S. A.
Ringel
,
C. G.
Van de Walle
,
D. A.
Muller
, and
J.
Hwang
,
Phys. Rev. X
9
,
041027
(
2019
).
You do not currently have access to this content.