NIMS,GaN内部のMg分布や電気的状態を可視化

物質・材料研究機構(NIMS)は,窒化ガリウム(GaN)に注入した微量なマグネシウム(Mg)の分布や電気的状態を,ナノスケールで可視化することに世界で初めて成功した(ニュースリリース)。

省エネ化の切り札となる「GaNパワーデバイス」実現のためには,n型,p型のGaN半導体を作製する必要がある。特にp型GaN半導体の量産については,GaNウエハーにMgイオンを注入して熱処理することで,p型を形成する方法が有力視されている。

しかし添加するMgの濃度や,熱処理の温度条件によってGaNの内部でMgの分布や電気的なふるまいがどのように変化しているのか,ナノスケールで評価する方法がなく,p型が形成されるメカニズムが不明のため,GaN素子量産に向けた大きな壁となっていた。

今回の研究では,Mgイオンを注入したGaNウエハーを斜めに研磨した試料にカソードルミネッセンス(発光分布評価)法を用いることで,表面付近ではMgは活性化されておらず,表面から数10nmのところで活性化していることがわかった。さらに,アトムプローブトモグラフィーを用いることで,Mgの濃度が高くなると,温度によってはMgが円盤状・ロッド形状に析出することがわかった。

これら最新の顕微法による解析情報を組み合わせることで,Mgを注入した表面付近では,温度条件によってはMgが析出して活性化されない可能性があることが明らかとなった。

研究グループは,今回の研究により,イオン注入でのp型GaN層実現に向けた重要な指針を得ることができたとするとともに,この手法は,今回のように均一なウエハー上の不純物分布の解析だけでなく,さまざまな構造を持ったGaNデバイス材料にも適用でき,高性能なGaNデバイス開発を加速することが期待できるとしている。

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