GaN 기판 위의 P형 GaN 박막 에피택셜은 발광 소자를 개발하는 주요 기술입니다. Mg는 부분적으로 확립된 활성화 프로세스로 인해 III-질화물 재료 시스템에서 가장 일반적인 p형 도펀트입니다. Mg 농도의 높은 p형 도핑(10¹⁸/센티미터³)은 에피택셜 성장 동안 Mg 도펀트가 확산될 때 GaN에서 달성될 것이다. 성장한 Mg 도핑 박막은 높은 저항률을 나타내지만 열 활성화에 의해 p형 전도성으로 변화한다. 1990년 Nakamura는 Mg 도핑된 GaN을 p형 전도성으로 열 어닐링으로 활성화하고 얻은 정공 농도는 3×10¹⁸/센티미터³ 이동성은 9cm^이 /대. 확산에 의한 도핑은 전통적인 IC 처리 기술 중 하나입니다. Rubin et al. Mg의 확산을 통해 p형 GaN을 얻었다. 이 방법을 통해 얻은 홀 농도는 2×10¹⁶/센티미터³ 이동성은 12cm입니다.² /대.

1. About Mg P-type Doping Concentration in GaN Epitaxial Wafer

The whole Mg-doped GaN epi wafer structure (PAM160608-GAN) we discuss below is:

Substrate: GaN c-face N-type grown by HVPE

Epi layer:

first layer  undoped GaN 2um (Si, C, O <1E16cm^-3);

second layer  Mg-doped 1E17cm^-3 4um GaN (Si, C, O <1E16cm^-3).

Q: We would like to know how large the doping deviation is? And how high other contamination is such as Si, O, and C?

Mg-doping deviation in GaN on GaN epi wafer is +/- 10% or 20% or more.

Si, C, O doped level is <1E16cm-3 or less.

A: SIMS data shows as following figure that the impurity background levels for GaN on GaN epi wafer should be Si~1E16 or lower (SIMS detection limit), C~3~5E16, O~3~5E16 (could also be due to detection limit). These levels should be general for all systems.

Please note: Regarding the Mg doping concentration, technically it does have some trouble.

In general, we have a higher concentration of a Mg-doped (about 10¹⁹센티미터^-2), to obtain a device hole concentration substantially acceptable (about 10¹⁷센티미터^-2), such a design mainly from two considerations:

(a) Mg doping hole activation rate is very low, only 1%;

(b) In MOCVD material growth, backing doped (Si, O, C) in 1 ~ 3 * 10¹⁶센티미터^-3, wherein Si, O will produce corresponding electron concentration (activation rate close to 100%, the corresponding electron concentration of about 10¹⁶센티미터^-3), C 요소는 어느 정도 깊은 수준으로 형성되어 전자와 정공의 농도를 감소시킵니다.

그러나 어떤 경우든 정공보다 큰 배킹을 했을 때, GaN 에피택셜 물질은 여전히 ​​전반적인 P형 전도성 특성을 보여주고 있다.

2. P형 GaN 박막 도핑 기술의 과제

Mg p형 도핑 농도가 1E17cm인 경우^-3, Si, C, O 도핑 농도는 <1E16cm^-3.

도핑을 통해 실제로 10에서 Mg의 도핑 농도를 정확하게 제어할 수 있습니다.¹⁷센티미터^-3, 편차는 일반적으로 1 ~ 3 * 10 사이에서 제어될 수 있습니다.¹⁷센티미터^-3, 그러나 두 가지 그러한 샘플의 존재는 심각한 문제가 되었습니다.

(a) 추가로 Si, C, O 도핑 농도를 10으로 감소¹⁶센티미터^-삼 이하 MOCVD 성장의 경우 이는 큰 도전입니다.

(b) Si, C, O 도핑 농도를 10으로 줄여도¹⁵센티미터^-3, 이번에는 도핑된 홀 농도 Mg-doped (Si, O, C) 농도를 동일한 크기로 뒷받침하여 GaN 물질 상에서 얻어진 P형 GaN의 성장은 상호 보상으로 인해 특성을 나타내기 어렵다 정공과 전자, 그리고 C 원소로부터 깊은 수준의 보상 효과를 가져온 물질은 높은 임피던스 특성을 가질 확률이 높습니다.

백킹(Si, O, C)이 아니면 10의 도핑 농도를 낮추기 위해¹⁴센티미터^-3, 10의 홀 농도를 갖는 GaN 기판 상의 GaN 에피를 얻기 위해¹⁵센티미터^-3 가능합니다.

따라서 Mg 도핑 농도를 10으로 하고 싶다면¹⁷센티미터^-3, 홀 농도를 얻기 위해 10¹⁵센티미터^-3, 우리는 예술에 더 큰 장애물이 있다고 믿습니다.

물론 점차적으로 Mg의 도핑 농도를 줄일 수 있습니다. 예를 들어 10¹⁸센티미터^-3, 더 낮은 홀 농도를 얻기 위해, 그러나 상세한 실험 데이터가 부족하다.

이 프로그램은 여전히 ​​더 높은 Mg 도핑 농도(약 10¹⁹센티미터^-2), 허용 가능한 정공 농도(약 10¹⁷센티미터^-2).

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