国家材料科学研究所 阴极发光分析结果应用于镁离子注入氮化镓(左)和三维分布的镁原子引入氮化镓作为可视化的原子探针断层扫描(右)
信用:NIMS 在注入少量镁的氮化镓中，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学性能
还揭示了引入的镁离子将氮化镓转变成p型半导体的一些机理
这些发现可能显著加快对大规模生产氮化镓功率器件至关重要的镁离子注入最佳条件的确定
氮化镓基功率器件是一种很有前途的节能技术，它的发展需要制作n型和p型氮化镓半导体
p型氮化镓半导体可以通过将镁离子引入氮化镓晶片并对晶片进行热处理来大量生产
然而，目前还没有方法来评估镁离子浓度和热处理温度对纳米尺度下镁离子注入氮化镓的分布和光学行为的影响
此外，p型氮化镓形成的机制至今仍不清楚
这些问题阻碍了氮化镓器件大规模生产技术的发展
在本研究中，我们通过以一个角度抛光镁离子注入的氮化镓晶片来制备倾斜的横截面，并使用阴极发光技术来分析横截面上的发光强度分布
结果，我们发现植入晶片表面下几十纳米的镁原子已经被激活，而那些紧接在表面下的镁原子没有被激活(左图)
此外，我们使用原子探针断层扫描发现，当镁原子以高浓度注入时，会根据温度发展成盘状或杆状沉积物(右图)
由这些最新显微技术产生的不同分析结果的综合表明，注入晶片表面附近的镁原子在一定温度条件下可能发展成沉积物，从而阻止它们活化
本研究结果为离子掺杂p型氮化镓层的发展提供了重要的指导
此外，在本项目中开发的分析杂质分布的技术不仅适用于同质晶片，也适用于具有不同结构的氮化镓器件材料
因此，这些技术的使用可以加速高性能氮化镓器件的发展
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