In this paper, we show that high-performance β-Ga2O3 hetero-junction barrier Schottky (HJBS) diodes with various β-Ga2O3 periodic fin widths of 1.5/3/5 μm are demonstrated with the incorporation of p-type NiOx. The β-Ga2O3 HJBS diode achieves a low specific on-resistance (Ron,sp) of 1.94 mΩ cm2 with a breakdown voltage of 1.34 kV at a β-Ga2O3 periodic fin width of 3 μm, translating to a direct-current Baliga's power figure of merit (PFOM) of 0.93 GW/cm2. In addition, we find that by shrinking the β-Ga2O3 width, the reverse leakage current is minimized due to the enhanced sidewall depletion effect from p-type NiOx. β-Ga2O3 HJBS diodes with p-type NiOx turn out to be an effective route for Ga2O3 power device technology by considering the high PFOM while maintaining a suppressed reverse leakage current.
References
1.
S. J.
Pearton
, J.
Yang
, P. H.
Cary
, F.
Ren
, J.
Kim
, M. J.
Tadjer
, and M. A.
Mastro
, Appl. Phys. Rev.
5
, 011301
(2018
).2.
M.
Higashiwaki
and G. H.
Jessen
, Appl. Phys. Lett.
112
, 060401
(2018
).3.
B. J.
Baliga
, IEEE Electron Device Lett.
10
, 455
–457
(1989
).4.
E. G.
Víllora
, K.
Shimamura
, Y.
Yoshikawa
, K.
Aoki
, and N.
Ichinose
, J. Cryst. Growth
270
, 420
–426
(2004
).5.
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
–191
(2014
).6.
K.
Irmscher
, Z.
Galazka
, M.
Pietsch
, R.
Uecker
, and R.
Fornari
, J. Appl. Phys.
110
, 063720-1
–063720-8
(2011
).7.
S.
Sharma
, K.
Zeng
, S.
Saha
, and U.
Singisetti
, IEEE Electron Device Lett.
41
, 836
–839
(2020
).8.
W.
Li
, K.
Nomoto
, Z.
Hu
, T.
Nakamura
, D.
Jena
, and H. G.
Xing
, in IEDM Technical Digest
(2019
), pp. 270
–273
.9.
Z.
Hu
, H.
Zhou
, Q.
Feng
, J.
Zhang
, C.
Zhang
, K.
Dang
, Y.
Cai
, Z.
Feng
, Y.
Gao
, X.
Kang
, and Y.
Hao
, IEEE Electron Device Lett.
39
, 1564
–1567
(2018
).10.
W.
Li
, K.
Nomoto
, Z.
Hu
, D.
Jena
, and H. G.
Xing
, IEEE Electron Device Lett.
41
, 107
–110
(2020
).11.
Z.
Xia
, H.
Xue
, C.
Joishi
, J.
McGlone
, N.
Kalarickal
, S. H.
Sohel
, M.
Brenner
, A.
Arehart
, S.
Ringel
, S.
Lodha
, W.
Lu
, and S.
Rajan
, IEEE Electron Device Lett.
40
, 1052
–1055
(2019
).12.
N. A.
Moser
, T.
Asel
, K. J.
Liddy
, M.
Lindquist
, N. C.
Miller
, S.
Mou
, A.
Neal
, D. E.
Walker
, S.
Tetlak
, K. D.
Leedy
, G. H.
Jessen
, A. J.
Green
, and K. D.
Chabak
, IEEE Electron Device Lett.
41
, 989
–992
(2020
).13.
H.
Zhou
, M.
Si
, S.
Alghamdi
, G.
Qiu
, L.
Yang
, and P. D.
Ye
, IEEE Electron Device Lett.
38
, 103
–106
(2017
).14.
W.
Xu
, Y.
Wang
, T.
You
, X.
Ou
, G.
Han
, H.
Hu
, S.
Zhang
, F.
Mu
, T.
Suga
, Y.
Zhang
, Y.
Hao
, and X.
Wang
, in IEDM Technical Digest
(2019
), pp. 12.5.1
–12.5.4
.15.
X.
Lu
, X.
Zhou
, H.
Jiang
, K. W.
Ng
, Z.
Chen
, Y.
Pei
, K. M.
Lau
, and G.
Wang
, IEEE Electron Device Lett.
41
, 449
–452
(2020
).16.
H. H.
Gong
, X. H.
Chen
, Y.
Xu
, F.-F.
Ren
, S. L.
Gu
, and J. D.
Ye
, Appl. Phys. Lett.
117
, 022104
(2020
).17.
Y.
Kokubun
, S.
Kubo
, and S.
Nakagomi
, Appl. Phys. Express
9
, 091101
(2016
).18.
S.
Ghosh
, M.
Baral
, R.
Kamparath
, S. D.
Singh
, and T.
Ganguli
, Appl. Phys. Lett.
115
, 251603
–251603–5
(2019
).19.
D. K.
Schroder
, Semiconductor Material and Device Characterization
, 3rd ed. (Wiley
, Hoboken, NJ
, 2006
).20.
W.
Li
, Z.
Hu
, K.
Nomoto
, R.
Jinno
, Z.
Zhang
, T. Q.
Tu
, K.
Sasaki
, A.
Kuramata
, D.
Jena
, and H. G.
Xing
, in 2018 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM)
(2018
), pp. 8.5.1
–8.5.4
.21.
K.
Sasaki
, M.
Higashiwaki
, A.
Kuramata
, T.
Masui
, and S.
Yamakoshi
, IEEE Electron Device Lett.
34
, 493
–495
(2013
).22.
M.
Higashiwaki
, K.
Sasaki
, K.
Goto
, K.
Nomura
, Q. T.
Thieu
, R.
Togashi
, H.
Murakami
, Y.
Kumagai
, B.
Monemar
, A.
Koukitu
, A.
Kuramata
, and S.
Yamakoshi
, in Proceedings of the 73rd IEEE Device Research Conference
(2015
), pp. 29
–30
.23.
K.
Konishi
, K.
Goto
, H.
Murakami
, Y.
Kumagai
, A.
Kuramata
, S.
Yamakoshi
, and M.
Higashiwaki
, Appl. Phys. Lett.
110
, 103506
(2017
).24.
J.
Yang
, S.
Ahn
, F.
Ren
, S.
Pearton
, S.
Jang
, J.
Kim
, and A.
Kuramata
, Appl. Phys. Lett.
110
, 192101
(2017
).25.
K.
Sasaki
, D.
Wakimoto
, Q. T.
Thieu
, Y.
Koishikawa
, A.
Kuramata
, M.
Higashiwaki
, and S.
Yamakoshi
, IEEE Electron Device Lett.
38
, 783
–785
(2017
).26.
J.
Yang
, S.
Ahn
, F.
Ren
, S. J.
Pearton
, S.
Jang
, and A.
Kuramata
, IEEE Electron Device Lett.
38
, 906
–910
(2017
).27.
Q.
He
, W.
Mu
, B.
Fu
, Z.
Jia
, S.
Long
, Z.
Yu
, Z.
Yao
, W.
Wang
, H.
Dong
, Y.
Qin
, G.
Jian
, Y.
Zhang
, H.
Xue
, H.
Lv
, Q.
Liu
, M.
Tang
, X.
Tao
, and M.
Liu
, IEEE Electron Device Lett.
39
, 1880
–1559
(2018
).28.
C.-H.
Lin
, Y.
Yuda
, M. H.
Wong
, M.
Sato
, N.
Takekawa
, K.
Konishi
, T.
Watahiki
, M.
Yamamuka
, H.
Murakami
, Y.
Kumagai
, and M.
Higashiwaki
, IEEE Electron Device Lett.
40
, 1487
(2019
).29.
H.
Zhou
, Q.
Feng
, J.
Ning
, C.
Zhang
, P.
Ma
, Y.
Hao
, Q.
Yan
, J.
Zhang
, Y.
Lv
, Z.
Liu
, Y.
Zhang
, K.
Dang
, P.
Dong
, and Z.
Feng
, IEEE Electron Device Lett.
40
, 1788
–1791
(2019
).30.
N.
Allen
, M.
Xiao
, X. D.
Yan
, K.
Sasaki
, M. J.
Tadjer
, J.
Ma
, R.
Zhang
, H.
Wang
, and Y.
Zhang
, IEEE Electron Device Lett.
40
, 1399
(2019
).31.
W.
Li
, Z.
Hu
, K.
Nomoto
, Z.
Zhang
, J.
Hsu
, Q. T.
Thieu
, K.
Sasaki
, A.
Kuramata
, D.
Jena
, and H. G.
Xing
, Appl. Phys. Lett.
113
, 202101
(2018
).32.
Z.
Hu
, H.
Zhou
, K.
Dang
, Y.
Cai
, Z.
Feng
, Y.
Gao
, Q.
Feng
, J.
Zhang
, and Y.
Hao
, IEEE J. Electron Devices Soc.
6
, 733
–820
(2018
).33.
T.
Watahiki
, Y.
Yuda
, A.
Furukawa
, M.
Yamamuka
, Y.
Takiguchi
, and S.
Miyajima
, Appl. Phys. Lett.
111
, 222104
(2017
).© 2021 Author(s).
2021
Author(s)
You do not currently have access to this content.
