Monte Carlo simulations of ion channelling spectra to study implantation damage in GaN with different surface orientations

Implantação iónica permite dopagem de GaN em concentrações elevadas para fabrico de dispositivos com base em GaN pre-depositado, mas cria defeitos. Espectrometria de Retrodispersão de Rutherford com Canalização (RBS/C) permite o estudo destes defeitos, mas isto é dificultado pela diversidade destes.

Simulações Monte Carlo (McChasy) e Aproximação de Dois Feixes (TBA) foram comparadas em análise de espectros de RBS/C de c-, m- e a-GaN implantado com Ar. Os perfis obtidos foram comparados com imagens de Microscopia eletrónica de Transmissão (TEM) e contextualizados com o modelo de Hecking.

RBS/C mostra perfis de Átomos Aleatoriamente Dispersos (RDA) relativamente semelhantes para c- e m-GaN, com a-GaN apresentanto muito menos danos. Estas curvas mostram crescimento até saturar para fluências de Ar entre 1015 e 1016 at/cm2, seguido de crescimento de defeitos atribuído a amorfização. Os modelos obtiveram perfis semelhantes, com McChasy apresentando valores consistentemente inferiores a baixa (< 250 nm) profundidade e superiores caso contrário. Defeitos extensos foram modelados como loops de deslocações seguindo uma distribuição de vagas, com comportamento semelhante a RDA até aproximadamente 1016 at/cm2, divergindo de saturação para fluências superiores.

Comparando estes resultados com imagens de TEM, os perfis de RDA com fluências de 8x1015 at/cm2 eram semelhantes entre modelos mas ambos subestimam ligeiramente a profundidade dos danos. Defeitos extensos consistem maioritariamente de falhas de empilhamento (tanto basais como prismáticas) para c- e m-GaN, e loops de deslocações para a-GaN. Para fluências de 4x1016 at/cm2, os perfis de danos não coincidiam com experiência devido à presença de bolhas de Ar e amorfização.