首次成功地在纳米尺度上，可视化注入镁的分布和光学行为！

在注入少量镁的氮化镓(GaN)中，NIMS首次成功地在纳米尺度上可视化了注入镁的分布和光学行为，这可能有助于改善氮化镓基器件的电性能。研究镁离子将氮化镓转变为p型半导体的一些机理。这些发现可能大大加快对大规模生产氮化镓功率器件Mg注入的最佳条件。氮化镓作为一种极具发展前景的节能技术，其发展需要氮化镓半导体和磷化镓半导体的同时制备。

将镁离子引入氮化镓晶圆并对其进行热处理，可大规模生产p型氮化镓半导体。然而，目前还没有一种方法来评估Mg浓度和热处理温度对纳米尺度注入氮化镓的Mg分布和光学行为影响。此外，p型氮化镓形成的机制至今仍不清楚。这些问题一直阻碍着能够大规模生产氮化镓设备的技术发展。在本研究中，以一定角度抛光镁离子注入氮化镓晶圆，制备了倾斜截面的氮化镓晶圆，并利用阴极发光技术分析了发光强度在截面上的分布。

结果发现植入晶圆表面以下数十纳米的Mg原子已经被激活，而直接植入晶圆表面以下的Mg原子没有被激活。此外，研究使用原子探针断层扫描发现，Mg原子在高浓度时，会根据温度发展成碟状或杆状沉积物。综合这些新的显微技术产生不同分析结果表明，在一定的温度条件下，植入晶圆表面附近的Mg原子可能会形成沉积，从而阻止其活化。研究结果对离子掺杂p型氮化镓层的开发具有重要指导意义。

研究开发的杂质分布分析技术不仅适用于均匀晶圆，而且适用于不同结构的氮化镓器件材料。因此，利用这些技术可以加快高性能氮化镓器件的发展。采用阴极发光法(CL)和二次离子质谱法(SIMS)对镁离子注入同外延氮化镓层进行了研究。通过CL监测Mg相关给体-受体对(DAP)的发射，阐明了位错对Mg扩散的影响。CL结果表明：(1)Mg注入层存在高浓度的非辐射缺陷；(2) Mg显示管道沿螺纹位错扩散，贯穿脱毛层到基体。

博科园｜研究/来自：国家材料科学研究所

参考期刊《应用物理学快报》

DOI: 10.7567/1882-0786/ab14cb

博科园｜科学、科技、科研、科普