Разработка силовых устройств на основе GaN – перспективная энергосберегающая технология – требует производства полупроводников GaN как n-, так и p-типа. Полупроводники GaN p-типа можно производить массово, вводя ионы Mg в пластины GaN и подвергая пластины термической обработке. Однако не существовало метода для оценки влияния концентраций Mg и температуры термообработки на распределение и оптическое поведение Mg, имплантированного в GaN, при наноразмерных размерах.
Кроме того, до сих пор остаются неясными механизмы образования GaN p-типа. Эти проблемы препятствовали развитию технологий, позволяющих массовое производство устройств на основе GaN.
Для этого исследования мы подготовили наклонные поперечные сечения пластин GaN, имплантированных ионами Mg, полируя пластины под углом, и проанализировали распределение интенсивности люминесценции по поперечным сечениям с использованием метода катодолюминесценции. В результате мы обнаружили, что атомы Mg, имплантированные на несколько десятков нанометров под поверхность пластины, были активированы, в то время как атомы, находящиеся непосредственно под поверхностью, не были активированы.
Кроме того, мы обнаружили с помощью атомно-зондовой томографии, что атомы Mg при имплантации в высоких концентрациях превращаются в отложения в форме диска или стержня в зависимости от температуры. Объединение различных аналитических результатов, полученных с помощью этих новейших методов микроскопии, показало, что атомы Mg, имплантированные вблизи поверхности пластины, могут образовывать отложения при определенных температурных условиях и, таким образом, предотвращают их активацию.
Результаты этого исследования послужили важным руководством для разработки ионно-легированных слоев GaN p-типа. Кроме того, методы, разработанные в рамках этого проекта для анализа распределения примесей, применимы не только в однородных пластинах, но и в материалах устройств GaN с различной структурой.
Таким образом, использование этих методов может ускорить разработку высокопроизводительных устройств на основе GaN.