简化 GaN 中低程度 P 型搀杂的丈量

在低温下得到的光致发光光谱展现了 GaN 中的 p 掺杂程度

GaN-MOSFET的优化一向受到这种功率晶体管中p型掺杂低程度丈量困难的拦阻。但因为Oita大学和MieleTechnologies的日本团队的事情，这个题目不再存在。通过利用低温光致发光丈量展现镁基p型掺杂在非常宽的范畴内的程度，这些研究职员开创了一种简洁、无损和非打仗的替换要领。

据来自Oita大学的团队发言人 Masato Omori 称，固然低温光致发光装置的本钱并非微不敷道——低温恒温器、光谱仪、探测器和激光器的总用度约为 200,000 美元——但它的本钱低于其他替换品。他指出，传统的电气丈量设置装备摆设，比方基于霍尔效应的电气丈量设置装备摆设，其代价约为 30万美元，购置用于制作电极、蚀刻质料和晶片的器件加工设置装备摆设大概要耗费100多万美元。

“别的，晶圆可以在光致发光丈量后直接用于器件，”Omori 以为，“而用于电丈量的晶圆是一次性的，是以是白费的。”

另一个紧张的思量身分是，形成具有低浓度 p 型 GaN（即小于 1 x 1018 cm-3）的欧姆电极的工艺尚未创建。“这种技能的开辟必要大量的本钱和时间，”Omori.批评道。

他和他的同事开创的这项技能遵照了 20世纪70年月在日本宇宙航空研究开辟机构事情的 Michio Tajima 的脚步。在此时期，Tajima基于思量杂质束缚激子线与自由激子线的强度之比，开辟了一种量化硅中掺杂浓度的要领。Omori 和同事正是利用这个比率来确定 GaN 样品中的镁受主浓度。

为了创建这种技能，该团队制作了五个样品，此中包罗 2µm 厚的 GaN 层，镁掺杂程度范畴从 5 x 1016 cm-3 到 1 x 1018 cm-3。在用 100 nm 的 SiO2 笼罩这些外延层后，他们在1050℃的氮气下对样品退火5分钟以激活掺杂剂。在举行光致发光丈量之前，蚀刻样品以去除外貌周边的 SiO2 帽和镁分散层。

40K 的光致发光丈量孕育发生了几个峰，包罗与中性镁受主联合激子 (ABE) 和自由激子 (FE) 相干的峰。请拜见图 1（在本文顶部），此中还表现了中性檀越束缚激子 (DBE)。

图 2. 依据幂律，可以通过确定中性镁受主联合激子峰强度与自由激子峰强度的比值来提取镁掺杂程度用于光致发光丈量

通过二次离子质谱法丈量，这两个峰的强度比与镁浓度具有幂律相干性。拜见上图 2。

该团队创建的幂律也可用于确定 LED、激光二极管和 HEMT 中的 p 掺杂程度。“然而，这些器件具有较高的杂质浓度，相对简单用电丈量，以是我的技能大概没有那么有效，”Omori 说。

据他先容，该团队的下一个目的之一是为其他杂质（如硅檀越）创建校准曲线。“别的，因为 GaN 的离子注入技能尚未创建，我正在思量将我的技能应用于GaN的开辟。”