P-Dotierung von Mg in der GaN-Dünnschicht-Epitaxie auf GaN-Substrat

P-Dotierung von Mg in der GaN-Dünnschicht-Epitaxie auf GaN-Substrat

Ein epitaktischer GaN-Dünnfilm vom p-Typ auf einem GaN-Substrat ist die Haupttechnik zum Entwickeln einer emittierenden Vorrichtung. Mg ist der häufigste p-Dotierstoff in III-Nitrid-Materialsystemen, teilweise aufgrund des etablierten Aktivierungsprozesses. Hohe p-Dotierung der Mg-Konzentration (1018/cm3) wird in GaN erreicht, wenn ein Mg-Dotierstoff während des epitaktischen Wachstums diffundiert wird. Die gewachsenen Mg-dotierten Dünnfilme zeigen einen hohen spezifischen Widerstand, der sich jedoch durch thermische Aktivierung in die p-Leitfähigkeit ändert. Im Jahr 1990 stellte Nakamura fest, dass das mit Mg dotierte GaN in p-Leitfähigkeit durch thermisches Tempern aktiviert wird und die erhaltene Lochkonzentration 3 × 10 . beträgt18/cm3 und Mobilität beträgt 9 cm2 /vs. Die Dotierung durch Diffusion ist eine traditionelle IC-Verarbeitungstechnologie. Rubinet al. erhielt das p-Typ-GaN durch Diffusion von Mg. Durch dieses Verfahren beträgt die erhaltene Lochkonzentration 2×1016/cm3 und die Beweglichkeit beträgt 12 cm2 /vs.

1. Über die Mg-Dotierungskonzentration vom P-Typ in epitaxialen GaN-Wafern

Das Ganze Mg-dotierte GaN-Epi-Waferstruktur (PAM160608-GAN) Wir diskutieren unten ist:

Substrat: GaN c-Fläche N-Typ, gezüchtet durch HVPE

Epi-Schicht:

erste Schicht undotiertes GaN 2um (Si, C, O <1E16cm-3);

zweite Schicht Mg-dotiert 1E17cm-3 4 µm GaN (Si, C, O <1E16cm-3).

F: Wir würden gerne wissen, wie groß die Dotierungsabweichung ist? Und wie hoch sind andere Verunreinigungen wie Si, O und C?

Die Mg-Dotierungsabweichung in GaN auf einem GaN-Epi-Wafer beträgt +/- 10 % oder 20 % oder mehr.

p-Dotierung der mg-Abweichung in GaN auf GaN

Der Si-, C-, O-dotierte Pegel beträgt < 1E16cm-3 oder weniger.

A: Die SIMS-Daten zeigen in der folgenden Abbildung, dass die Verunreinigungs-Hintergrundwerte für GaN auf GaN epi-Wafer sollten Si~1E16 oder niedriger sein (SIMS-Nachweisgrenze), C~3~5E16, O~3~5E16 (könnte auch an der Nachweisgrenze liegen). Diese Ebenen sollten für alle Systeme allgemein sein.

Verunreinigungs-Hintergrundwerte für GaN auf GaN

Bitte beachten: Hinsichtlich der Mg-Dotierungskonzentration gibt es technisch einige Probleme.

Im Allgemeinen haben wir eine höhere Konzentration eines Mg-dotierten (ca. 1019cm-2), um eine im Wesentlichen akzeptable Lochkonzentration in der Vorrichtung zu erhalten (etwa 1017cm-2), ein solches Design hauptsächlich aus zwei Erwägungen:

(a) Die Aktivierungsrate der Mg-Dotierungslöcher ist sehr gering, nur 1%;

(b) Beim MOCVD-Materialwachstum, rückseitig dotiert (Si, O, C) in 1 ~ 3 * 1016cm-3, wobei Si, O eine entsprechende Elektronenkonzentration erzeugen (Aktivierungsrate nahe 100%, die entsprechende Elektronenkonzentration von etwa 1016cm-3), C-Elemente werden in einer tiefen Ebene gebildet, es wird die Konzentration von Elektronen und Löchern reduzieren;

Aber in jedem Fall zeigt das GaN-Epitaxiematerial immer noch Gesamtleitfähigkeitseigenschaften des P-Typs, wenn das Loch in einer großen Größenordnung dotiert ist.

2. Herausforderungen für die P-Typ-GaN-Dünnschicht-Dotierungstechnik

Für den Fall, dass die Mg-Dotierungskonzentration vom p-Typ 1E17cm . beträgt-3, und Si, C, O-Dotierungskonzentration <1E16cm-3.

Durch Dotierung wird es in der Tat in der Lage sein, die Dotierungskonzentration von Mg bei 10 . genau zu kontrollieren17cm-3, die Abweichung kann im Allgemeinen zwischen 1 ~ 3 * 10 . gesteuert werden17cm-3, aber das Vorhandensein von zwei solcher Proben wurde zu einem erheblichen Problem:

(a) Weitere Si-, C-, O-Dotierungskonzentration wird auf 10 . reduziert16cm-3 oder weniger, für das MOCVD-Wachstum ist dies eine große Herausforderung.

(b) Selbst wenn die Si-, C-, O-Dotierungskonzentration auf 10 . reduziert wird15cm-3, diesmal mit der Unterstützung der dotierten Lochkonzentration Mg-dotierte (Si, O, C)-Konzentration in der gleichen Größenordnung, das Wachstum des erhaltenen p-Typ-GaN auf GaN-Material ist aufgrund der gegenseitigen Kompensation schwierig, Eigenschaften zu zeigen Löcher und Elektronen, und C-Elemente aus Tiefenkompensationseffekt herbeigeführt, weist das Material mit hoher Wahrscheinlichkeit hohe Impedanzeigenschaften auf.

Sofern der Träger (Si, O, C) die Dotierungskonzentration von 1014cm-3, um ein GaN-epi auf einem GaN-Substrat mit einer Lochkonzentration von 10 . zu erhalten15cm-3 ist möglich.

Wenn Sie also eine Mg-Dotierungskonzentration von 1017cm-3, um eine Lochkonzentration von 10 . zu erhalten15cm-3, glauben wir, dass die größeren Hindernisse in der Kunst.

Natürlich können Sie die Dotierungskonzentration von Mg schrittweise reduzieren, zum Beispiel 1018cm-3, um eine niedrigere Lochkonzentration zu erhalten, es fehlen jedoch detaillierte experimentelle Daten.

Das Programm ist immer noch relativ sicher mit einer höheren Mg-Dotierungskonzentration (ca. 1019cm-2), um eine akzeptable Lochkonzentration (ca. 1017cm-2).

Für weitere Informationen kontaktieren Sie uns bitte per E-Mail unter [email protected] und [email protected].

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