I galliumnitrid (GaN) implanterad med en liten mängd magnesium (Mg), NIMS lyckades för första gången visualisera distributionen och det optiska beteendet för implanterat Mg på nanoskala, vilket kan hjälpa till att förbättra elektriska prestanda för GaN -baserade enheter. Några av de mekanismer genom vilka införda Mg-joner omvandlar GaN till en halvledare av p-typ avslöjas också. Dessa fynd kan avsevärt påskynda identifiering av optimala förhållanden för Mg -implantation avgörande för massproduktion av GaN -kraftenheter.

Utvecklingen av GaN-baserade kraftenheter-en lovande energibesparande teknik-kräver tillverkning av både n- och p-typ GaN-halvledare. p-typ GaN-halvledare kan massproduceras genom att introducera Mg-joner i GaN-skivor och utsätta skivorna för värmebehandling. Dock, ingen metod fanns för att bedöma effekten av Mg -koncentrationer och termisk behandlingstemperatur på distributionen och det optiska beteendet för Mg som implanteras i GaN vid nanoskala dimensioner. Dessutom, de mekanismer med vilka Ga-former av p-typ har förblivit oklara hittills. Dessa frågor hade hindrat utvecklingen av teknik som möjliggör massproduktion av GaN -enheter.

För denna forskning, vi förberedde snedställda tvärsnitt av Mg-jonimplanterade GaN-skivor genom att polera skivorna i en vinkel och analyserade fördelningen av luminescensintensiteten på tvärsnittarna med hjälp av en katodoluminescens-teknik. Som ett resultat, vi fann att Mg -atomer implanterade flera tiotals nanometer under skivytan hade aktiverats medan de omedelbart under ytan inte hade aktiverats (figur till vänster). Dessutom, vi fann med hjälp av atomprobstomografi att Mg -atomer, vid implantering i höga koncentrationer, utvecklas till antingen skiva- eller stavformade avlagringar beroende på temperatur (figur till höger). Integrationen av olika analysresultat som genererats med dessa senaste mikroskopitekniker indikerade att Mg -atomer implanterade i närheten av skivans yta kan utvecklas till avlagringar under vissa temperaturförhållanden, och därmed hindrar dem från att aktiveras.

Resultaten av denna forskning har gett vital vägledning för utvecklingen av jontopade GaN-skikt av p-typ. Vidare, teknikerna som utvecklats under detta projekt för analys av föroreningsfördelningar är tillämpliga inte bara i homogena skivor utan även i GaN -enhetens material med varierande strukturer. Användningen av dessa tekniker kan därför påskynda utvecklingen av högpresterande GaN-enheter.