In galliumnitride (GaN) geïmplanteerd met een kleine hoeveelheid magnesium (Mg), NIMS is er voor het eerst in geslaagd de distributie en het optische gedrag van geïmplanteerde Mg op nanoschaal te visualiseren, wat kan helpen bij het verbeteren van de elektrische prestaties van op GaN gebaseerde apparaten. Enkele van de mechanismen waarmee geïntroduceerde Mg-ionen GaN omzetten in een p-type halfgeleider worden ook onthuld. Deze bevindingen kunnen de identificatie van optimale omstandigheden voor Mg-implantatie die van vitaal belang is voor de massaproductie van GaN-vermogensapparaten aanzienlijk versnellen.

De ontwikkeling van op GaN gebaseerde stroomapparaten - een veelbelovende energiebesparende technologie - vereist de fabricage van zowel n- als p-type GaN-halfgeleiders. GaN-halfgeleiders van het p-type kunnen in massa worden geproduceerd door Mg-ionen in GaN-wafels in te brengen en de wafels aan een thermische behandeling te onderwerpen. Echter, er bestond geen methode voor het beoordelen van het effect van Mg-concentraties en thermische behandelingstemperatuur op de distributie en het optische gedrag van Mg geïmplanteerd in GaN op nanoschaaldimensies. In aanvulling, de mechanismen waarmee p-type GaN-vormen tot nu toe onduidelijk zijn gebleven. Deze problemen belemmerden de ontwikkeling van technologieën die massaproductie van GaN-apparaten mogelijk maken.

Voor dit onderzoek is we maakten schuine dwarsdoorsneden van met Mg-ionen geïmplanteerde GaN-wafels door de wafels onder een hoek te polijsten en analyseerden de verdeling van de luminescentie-intensiteit op de dwarsdoorsneden met behulp van een kathodoluminescentietechniek. Als resultaat, we ontdekten dat Mg-atomen die enkele tientallen nanometers onder het wafeloppervlak waren geïmplanteerd, waren geactiveerd, terwijl die direct onder het oppervlak niet waren geactiveerd (figuur links). In aanvulling, vonden we met behulp van atoomsondetomografie dat Mg-atomen, wanneer geïmplanteerd in hoge concentraties, zich ontwikkelen tot schijf- of staafvormige afzettingen, afhankelijk van de temperatuur (figuur rechts). De integratie van verschillende analytische resultaten die door deze nieuwste microscopietechnieken zijn gegenereerd, gaf aan dat Mg-atomen die in de buurt van het wafeloppervlak zijn geïmplanteerd, zich onder bepaalde temperatuuromstandigheden kunnen ontwikkelen tot afzettingen, en voorkomt zo dat ze worden geactiveerd.

De resultaten van dit onderzoek hebben essentiële richtlijnen gegeven voor de ontwikkeling van met ionen gedoteerde p-type GaN-lagen. Verder, de tijdens dit project ontwikkelde technieken voor de analyse van onzuiverheidsverdelingen zijn niet alleen toepasbaar in homogene wafers, maar ook in GaN-apparaatmaterialen met verschillende structuren. Het gebruik van deze technieken kan daarom de ontwikkeling van hoogwaardige GaN-apparaten versnellen.