En Nitrure de Gallium (GaN) implanté avec une petite quantité de magnésium (Mg), Le NIMS a réussi pour la première fois à visualiser la distribution et le comportement optique du Mg implanté à l'échelle nanométrique, ce qui peut aider à améliorer les performances électriques des dispositifs à base de GaN. Certains des mécanismes par lesquels les ions Mg introduits convertissent GaN en un semi-conducteur de type p sont également révélés. Ces découvertes peuvent accélérer considérablement l'identification des conditions optimales pour l'implantation de Mg vitale pour la production de masse de dispositifs d'alimentation GaN.

Le développement de dispositifs d'alimentation à base de GaN, une technologie prometteuse d'économie d'énergie, nécessite la fabrication de semi-conducteurs GaN de type n et p. Les semi-conducteurs GaN de type p peuvent être produits en masse en introduisant des ions Mg dans des tranches de GaN et en soumettant les tranches à un traitement thermique. Cependant, aucune méthode n'existait pour évaluer l'effet des concentrations de Mg et de la température de traitement thermique sur la distribution et le comportement optique du Mg implanté dans le GaN à des dimensions nanométriques. En outre, les mécanismes par lesquels les formes de GaN de type p sont restés incertains jusqu'à présent. Ces problèmes avaient entravé le développement de technologies permettant la production de masse de dispositifs GaN.

Pour cette recherche, nous avons préparé des sections transversales inclinées de plaquettes de GaN implantées d'ions Mg en polissant les plaquettes à un angle et analysé la distribution de l'intensité de luminescence sur les sections transversales en utilisant une technique de cathodoluminescence. Par conséquent, nous avons constaté que les atomes de Mg implantés à plusieurs dizaines de nanomètres sous la surface de la plaquette avaient été activés alors que ceux immédiatement sous la surface n'avaient pas été activés (figure à gauche). En outre, nous avons trouvé en utilisant la tomographie par sonde atomique que les atomes de Mg, lorsqu'il est implanté à des concentrations élevées, évoluent en dépôts en forme de disque ou de bâtonnet selon la température (figure à droite). L'intégration de différents résultats analytiques générés par ces dernières techniques de microscopie a indiqué que les atomes de Mg implantés à proximité de la surface de la plaquette peuvent se développer en dépôts sous certaines conditions de température, et les empêche ainsi de s'activer.

Les résultats de cette recherche ont fourni des orientations essentielles pour le développement de couches de GaN de type p dopés aux ions. Par ailleurs, les techniques développées au cours de ce projet pour l'analyse des distributions d'impuretés sont applicables non seulement dans des plaquettes homogènes mais aussi dans des matériaux de dispositifs GaN avec des structures variables. L'utilisation de ces techniques peut donc accélérer le développement de dispositifs GaN performants.