Nanoskala visualisering af fordelingen og optisk adfærd af dopingmiddel i GaN

I galliumnitrid (GaN) implanteret med en lille mængde magnesium (Mg), NIMS lykkedes for første gang med at visualisere fordelingen og den optiske adfærd af implanteret Mg på nanoskala, hvilket kan hjælpe med at forbedre den elektriske ydeevne af GaN-baserede enheder. Nogle af de mekanismer, hvorved indførte Mg-ioner omdanner GaN til en p-type halvleder, er også afsløret. Disse resultater kan i væsentlig grad fremskynde identifikation af optimale betingelser for Mg-implantation, som er afgørende for masseproduktionen af ​​GaN-energienheder.

Udviklingen af ​​GaN-baserede strømenheder - en lovende energibesparende teknologi - kræver fremstilling af både n- og p-type GaN-halvledere. p-type GaN-halvledere kan masseproduceres ved at indføre Mg-ioner i GaN-wafere og udsætte waferne for termisk behandling. Imidlertid, Der eksisterede ingen metode til at vurdere virkningen af ​​Mg-koncentrationer og termisk behandlingstemperatur på fordelingen og den optiske adfærd af Mg implanteret i GaN i nanoskaladimensioner. Ud over, de mekanismer, hvorved p-type GaN-former er forblevet uklare indtil videre. Disse problemer havde hindret udviklingen af ​​teknologier, der muliggjorde masseproduktion af GaN-enheder.

Til denne forskning, vi forberedte skrå tværsnit af Mg-ion-implanterede GaN-wafere ved at polere skiverne i en vinkel og analyserede fordelingen af ​​luminescensintensitet på tværsnittene ved hjælp af en katodoluminescensteknik. Som resultat, vi fandt ud af, at Mg-atomer implanteret adskillige titusvis af nanometer under waferoverfladen var blevet aktiveret, mens de umiddelbart under overfladen ikke var blevet aktiveret (figur til venstre). Ud over, vi fandt ved hjælp af atomsondetomografi, at Mg-atomer, ved implantation i høje koncentrationer, udvikle sig til enten skive- eller stangformede aflejringer afhængig af temperatur (figur til højre). Integrationen af ​​forskellige analytiske resultater genereret af disse nyeste mikroskopiteknikker viste, at Mg-atomer implanteret i nærheden af ​​waferoverfladen kan udvikle sig til aflejringer under visse temperaturforhold, og dermed forhindrer dem i at aktiveres.

Resultaterne af denne forskning har givet vital vejledning til udviklingen af ​​ion-doterede p-type GaN-lag. Desuden, teknikkerne udviklet under dette projekt til analyse af urenhedsfordelinger er anvendelige ikke kun i homogene wafers, men også i GaN-enhedsmaterialer med varierende strukturer. Brugen af ​​disse teknikker kan derfor fremskynde udviklingen af ​​højtydende GaN-enheder.