En nitruro de galio (GaN) implantado con una pequeña cantidad de magnesio (Mg), NIMS logró por primera vez visualizar la distribución y el comportamiento óptico del Mg implantado a nanoescala, lo que puede ayudar a mejorar el rendimiento eléctrico de los dispositivos basados ​​en GaN. También se revelan algunos de los mecanismos por los cuales los iones de Mg introducidos convierten a GaN en un semiconductor de tipo p. Estos hallazgos pueden acelerar significativamente la identificación de las condiciones óptimas para la implantación de Mg, vital para la producción en masa de dispositivos de potencia de GaN.

El desarrollo de dispositivos de energía basados ​​en GaN, una tecnología prometedora de ahorro de energía, requiere la fabricación de semiconductores de GaN de tipo n y p. Los semiconductores de GaN de tipo p se pueden producir en masa introduciendo iones de Mg en las obleas de GaN y sometiéndolas a un tratamiento térmico. Sin embargo, no existía ningún método para evaluar el efecto de las concentraciones de Mg y la temperatura del tratamiento térmico sobre la distribución y el comportamiento óptico del Mg implantado en GaN a nanoescala. Además, los mecanismos por los cuales las formas de GaN de tipo p no han sido claros hasta ahora. Estos problemas habían obstaculizado el desarrollo de tecnologías que permitían la producción en masa de dispositivos GaN.

Para esta investigación, preparamos secciones transversales inclinadas de obleas de GaN implantadas con iones de Mg puliendo las obleas en un ángulo y analizamos la distribución de la intensidad de luminiscencia en las secciones transversales utilizando una técnica de catodoluminiscencia. Como resultado, Descubrimos que los átomos de Mg implantados a varias decenas de nanómetros debajo de la superficie de la oblea se habían activado mientras que los que estaban inmediatamente debajo de la superficie no se habían activado (figura de la izquierda). Además, descubrimos usando tomografía de sonda atómica que los átomos de Mg, cuando se implanta en altas concentraciones, se convierten en depósitos en forma de disco o de varilla dependiendo de la temperatura (figura a la derecha). La integración de diferentes resultados analíticos generados por estas últimas técnicas de microscopía indicó que los átomos de Mg implantados en las proximidades de la superficie de la oblea pueden convertirse en depósitos bajo ciertas condiciones de temperatura. y así evita que se activen.

Los resultados de esta investigación han proporcionado una guía vital para el desarrollo de capas de GaN de tipo p dopadas con iones. Es más, Las técnicas desarrolladas durante este proyecto para el análisis de distribuciones de impurezas son aplicables no solo en obleas homogéneas sino también en materiales de dispositivos de GaN con estructuras variables. Por tanto, el uso de estas técnicas puede acelerar el desarrollo de dispositivos GaN de alto rendimiento.