Innowacyjna technologia wytwarzania półizolujących podłoży azotku galu (GaN) - droga do podłoży typu p

Obserwuje się rosnące zapotrzebowanie na monokrystaliczne podłoża z azotku galu do zastosowań w przemyśle optoelektronicznym i elektronicznym. W przypadku elektroniki jest ono związane z ogromnymi oczekiwaniami dotyczącymi transformacji energetycznej oraz rozwoju wysokomocowych i wysokoczęstotliwościowych urządzeń elektronicznych.

Głównym celem projektu jest uzyskanie nieprzewodzącego, wysokooporowego podłoża z azotku galu poprzez implantację jonów akceptorowych do przewodzącego półprzewodnika oraz objętościową dyfuzję zaimplantowanych domieszek podczas wygrzewania w wysokiej temperaturze i pod wysokim ciśnieniem azotu. Celem jest również uzyskanie podłoża GaN typu p (o przewodnictwie dziurowym).

Proces wygrzewania umożliwia elektryczną aktywację zaimplantowanych domieszek oraz pełną rekonstrukcję struktury krystalicznej zniszczonej w wyniku procesu implantacji. Implantacji i wygrzewaniu będą poddawane podłoża z azotku galu o najwyższej na świecie jakości strukturalnej i różnych właściwościach elektrycznych, otrzymane z kryształów wyhodowanych metodami amonotermalną oraz gazowej epitaksji.

Wyniki projektu odpowiadają na potrzeby środowiska naukowego i przemysłowego. Realizacja projektu otwiera możliwości modyfikacji właściwości elektrycznych podłoży, eliminując trudną i kosztowną procedurę domieszkowania prowadzoną na etapie krystalizacji azotku galu.

Cel projektu

Głównym celem projektu jest uzyskanie nieprzewodzącego (półizolującego) podłoża GaN poprzez implantację jonów akceptorowych do przewodzącego podłoża GaN oraz objętościową dyfuzję zaimplantowanej domieszki w warunkach wysokiej temperatury (T > 1300°C) i wysokiego ciśnienia azotu (p > 0,3 GPa).

Ostatecznym celem jest uzyskanie podłoża typu p (o przewodnictwie dziurowym).

Współpraca międzynarodowa

Brak.

Publikacje

Wyniki projektu zostały opublikowane w następujących pracach:

1. Tomasz Sochacki, Lutz Kirste, Kacper Sierakowski, Arianna Jaroszynska, Rafał Jakieła, Michał Fijałkowski, Karolina Grabiańska, Marcin Zając, Julita Smalc Koziorowska, Artur Lachowski, Marcin Turek, Patrik Stranak, Kensuke Sumida, Michał Bockowski,
   Development of Semi-Insulating Gallium Nitride Layers on Native Substrates by Magnesium Ion Implantation and Ultra-High-Pressure Annealing.
   Applied Surface Science 699 (2025) 163155.
   https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2025.163155
2. Lutz Kirste, Thu Nhi Tran-Caliste, Tomasz Sochacki, Jan L. Weyher, Patrik Stranak, Robert Kucharski, Karolina Grabiańska, José Baruchel, Michał Bockowski,
   Bragg diffraction imaging characterization of crystal defects in GaN (0001) substrates: Comparison of the growth method and the seed approach.
   https://doi.org/10.1016/j.pcrysgrow.2025.100668
   Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials 71 (2025) 100668.
3. Kensuke Sumida, Junya Sahashi, Kacper Sierakowski, Tomasz Sochacki, Shun Lu, Masahiro Horita, Michał Boćkowski, Tetsu Kachi, Jun Suda,
   Ultra-high-pressure annealing with a carbon capping layer as an activation method for Mg-ion-implanted GaN. Applied Physics Express 18, 091003 (2025).
   https://doi.org/10.35848/1882-0786/ae0866
4. Md Azizul Hasan, Matthew Alessi, Dolar Khachariya, Will Mecouch, Seiji Mita, Pramod Reddy, Kacper Sierakowski, Tomasz Sochacki, Michal Bockowski, Erhard Kohn, Zlatko Sitar, Ramón Collazo, Spyridon Pavlidis,
   Mg-annealed anode contacts to reduce the on-resistance of GaN pn diodes formed via Mg implantation and ultra-high pressure annealing.
   Applied Physics Express 18, 091002 (2025).
   https://doi.org/10.35848/1882-0786/adfc26

Zgłoszenia patentowe

Brak.

Profesor

Brak.

Rozprawy doktorskie

Brak.

Prace magisterskie

Brak.

Wystąpienia konferencyjne

Wyniki projektu zostały zaprezentowane przez:

• T. Sochacki – „Morphological Evolution During Bulk GaN Growth” – 12th International Workshop on Nitride Semiconductors, Oʻahu, Hawaje, USA, 3–8 listopada 2024 r. – wykład zaproszony.
• K. Sierakowski – „Modification of Electrical Properties of GaN by Ion Implantation and UHPA” – European Materials Research Society (E-MRS) 2024 Fall Meeting, Warszawa, Polska, 16–19 września 2024 r. – referat.
• T. Sochacki – „Exploring Gallium Nitride Bulk Crystal Growth” – European Materials Research Society (E-MRS) 2024 Fall Meeting, Warszawa, Polska, 16–19 września 2024 r. – referat.
• K. Sierakowski – „Modification of Electrical Properties of GaN by Ion Implantation and UHPA” – 12th International Workshop on Nitride Semiconductors, Oʻahu, Hawaje, USA, 3–8 listopada 2024 r. – prezentacja posterowa.