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【2h】

Realization of p-type gallium nitride by magnesium ion implantation for vertical power devices

机译：通过镁离子注入实现垂直功率器件的p型氮化镓

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摘要

Implementing selective-area p-type doping through ion implantation is the most attractive choice for the fabrication of GaN-based bipolar power and related devices. However, the low activation efficiency of magnesium (Mg) ions and the inevitable surface decomposition during high-temperature activation annealing process still limit the use of this technology for GaN-based devices. In this work, we demonstrate successful p-type doping of GaN using protective coatings during a Mg ion implantation and thermal activation process. The p-type conduction of GaN is evidenced by the positive Seebeck coefficient obtained during thermopower characterization. On this basis, a GaN p-i-n diode is fabricated, exhibiting distinct rectifying characteristics with a turn-on voltage of 3 V with an acceptable reverse breakdown voltage of 300 V. Electron beam induced current (EBIC) and electroluminescent (EL) results further confirm the formation of p-type region due to Mg ion implantation and subsequent thermal activation. This repeatable and uniform manufacturing process can be implemented in mass production of GaN devices for versatile power and optoelectronic applications.
机译：通过离子注入实现选择性区域p型掺杂是制造基于GaN的双极电源和相关器件的最有吸引力的选择。但是，镁（Mg）离子的活化效率低以及在高温活化退火过程中不可避免的表面分解仍然限制了该技术在GaN基器件中的使用。在这项工作中，我们证明了在镁离子注入和热活化过程中使用保护性涂层成功地进行GaN的p型掺杂。 GaN的p型导电可以通过在热功率表征过程中获得的正塞贝克系数来证明。在此基础上，制成了GaN pin二极管，其具有独特的整流特性，其开启电压为3 V，可接受的反向击穿电压为300V。电子束感应电流（EBIC）和电致发光（EL）结果进一步证实了由于镁离子注入和随后的热活化，形成p型区域。这种可重复且统一的制造工艺可以在批量生产用于通用电源和光电应用的GaN器件中实现。

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