A study of the activation mechanism of implanted impurities and control of point defect in group III nitrides

III族氮化物注入杂质激活机制及点缺陷控制研究

基本信息

批准号：
21H01826
负责人：
上殿明良
金额：
$ 11.07万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では、半導体デバイスとして使用されるIII属窒化物半導体のイオン注入により導入された点欠陥の同定とその焼鈍挙動を、点欠陥を直接検出することができる手法である陽電子消滅、また、フォトルミネッセンス、カソードルミネッセンス法、電気的特性評価等により研究する。得られた結果から、窒化物半導体の点欠陥の挙動、各種ドーパントとの相互作用を解明することが本研究の目的である。また、ドナー、アクセプターとして機能する原子だけでなく、活性化を阻害ないしは促進すると考えられている元素についてもイオン注入を行い、欠陥の回復過程にどのような影響を与えるかを調べる。陽電子は物質中に入射すると電子と消滅しγ線が放出される。γ線のエネルギーはE=mc2で与えられ約511 keVとなるが、消滅前の電子の運動量によりドップラー効果が生じそのエネルギーが変化する。一方、陽電子は，原子核とのクーロン反発力のため，空孔型欠陥に捕獲される可能性がある。空孔中の電子運動量分布と完全結晶中の電子運動量分布は異なるため、消滅γ線のエネルギー分布を測定することにより空孔型欠陥を検出する。空孔中では電子密度が格子間位置に比較して低いことから、陽電子の消滅率は低下する。よって、陽電子の寿命を測定することでも空孔型欠陥を検出できる。陽電子消滅計算シミュレーションの結果と実験結果を比較することにより、空孔型欠陥の種類（サイズ、不純物との複合状態等）についての詳しい情報が得られる。本研究により、陽電子消滅と他の欠陥に敏感な手法を組み合わせることにより、III属窒化物半導体のイオン注入欠陥の特性を明らかにし、イオン注入によるIII族窒化物デバイスプロセスの発展に貢献したい。

在本研究中，我们将识别用作半导体器件的 III 族氮化物半导体中因离子注入而引入的点缺陷，并使用可直接检测点缺陷的正电子湮灭方法研究其退火行为，并使用发光、阴极发光方法、电学方法进行光研究财产评估等本研究的目的是利用所获得的结果来阐明氮化物半导体中点缺陷的行为及其与各种掺杂剂的相互作用。除了充当施主和受主的原子之外，我们还将用被认为抑制或促进激活的元素进行离子注入，并研究它们如何影响缺陷恢复过程。当正电子进入物质时，它会与电子一起湮灭并发射γ射线。伽马射线的能量由E=mc2给出，约为511keV，但由于电子湮灭前的动量而产生多普勒效应，其能量发生变化。另一方面，由于与原子核的库仑排斥，正电子可能被空位型缺陷捕获。由于空位中的电子动量分布与完美晶体中的电子动量分布不同，因此通过测量湮没伽马射线的能量分布来检测空位型缺陷。由于空位中的电子密度低于间隙位置中的电子密度，因此正电子的湮没率降低。因此，空位型缺陷也可以通过测量正电子的寿命来检测。通过将正电子湮没计算模拟的结果与实验结果进行比较，可以获得空位型缺陷类型的详细信息（尺寸、与杂质的复合态等）。通过这项研究，我们希望通过结合正电子湮灭和其他缺陷敏感技术来阐明III族氮化物半导体中离子注入缺陷的特征，并为利用离子注入的III族氮化物器件工艺的发展做出贡献。

项目成果

期刊论文数量（26）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Effect of Ultra‐High‐Pressure Annealing on Defect Reactions in Ion‐Implanted GaN Studied by Positron Annihilation

通过正电子湮灭研究超高压退火对离子注入 GaN 缺陷反应的影响

DOI：
10.1002/pssb.202200183
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Uedono Akira;Sakurai Hideki;Uzuhashi Jun;Narita Tetsuo;Sierakowski Kacper;Ishibashi Shoji;Chichibu Shigefusa F.;Bockowski Michal;Suda Jun;Ohkubo Tadakatsu;Ikarashi Nobuyuki;Hono Kazuhiro;Kachi Tetsu
通讯作者：
Kachi Tetsu

Carrier trapping by vacancies in semiconductors studied using positron annihilation spectroscopy

使用正电子湮没光谱研究半导体中空位的载流子捕获

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
A. Uedono; M. Dickmann; W. Egger; C. Hugenschmidt;S. Ishibashi
通讯作者：
S. Ishibashi

Optical and electrical properties of silicon-implanted α-Al2O3

硅注入α-Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>的光学和电学性能

DOI：
10.35848/1347-4065/ac21af
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
1.5
作者：
Okumura Hironori;Jinno Riena;Uedono Akira;Imura Masataka
通讯作者：
Imura Masataka

Annealing properties of vacancy-type defects in ion implanted GaN during ultra-high-pressure annealing studied by using a monoenergetic positron beam

单能正电子束研究离子注入GaN超高压退火过程中空位型缺陷的退火特性

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
A. Uedono; H. Sakurai; J. Uzuhashi; T. Narita; K. Sierakowski; S. Ishibashi; S. F. Chichibu; M. Bockowski;J. Suda
通讯作者：
J. Suda

Defect characterization by positron annihilation spectroscopy

正电子湮灭光谱的缺陷表征