Atomic reconstruction at the interface of MgZnO and ZnO in molecular beam epitaxy grown heterostructures is investigated. Using secondary ion mass spectroscopy, we experimentally find that Mg atomic reconstruction depends on the polarity of the interface; it is not observed in n-type interfaces (MgZnO on Zn-polar ZnO) owing to electron accumulation, while in p-type interfaces (ZnO on Zn-polar MgZnO), Mg drastically redistributes into the ZnO layer. Combined with self-consistent calculation of band profiles and carrier distributions, we reveal that the observed Mg reconstruction is not due to thermal diffusion but consequences in order to avoid hole accumulation. This tendency implies inherent significant asymmetry of energy scales of atomic and electronic reconstructions between n-type and p-type interfaces.

1.
R. M.
Martin
,
J. Vac. Sci. Technol.
17
,
978
(
1980
).
2.
R. G.
Dandrea
,
S.
Froyen
, and
A.
Zunger
,
Phys. Rev. B
42
,
3213
(R) (
1990
).
3.
M.
Städele
,
J. A.
Majewski
, and
P.
Vogl
,
Phys. Rev. B
56
,
6911
(
1997
).
4.
A.
Ohtomo
and
H. Y.
Hwang
,
Nature (London)
427
,
423
(
2004
).
5.
N.
Nakagawa
,
H. Y.
Hwang
, and
D. A.
Muller
,
Nat. Mater.
5
,
204
(
2006
).
6.
H.
Yamada
,
M.
Kawasaki
,
T.
Lottermoser
,
T.
Arima
, and
Y.
Tokura
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
052506
(
2006
).
7.
J.
Chakhalian
,
J. J. W.
Freeland
,
H.-U.
Habermeier
,
G.
Cristiani
,
G.
Khaliullin
,
M. van
Veenendaal
, and
B.
Keimer
,
Science
318
,
1114
(
2007
).
8.
O.
Ambacher
,
J.
Smart
,
J. R.
Shealy
,
N. G.
Weimann
,
K.
Chu
,
M.
Murphy
,
W. J.
Schaff
,
L. F.
Eastman
,
R.
Dimitrov
,
L.
Wittmer
,
M.
Stutzmann
,
W.
Rieger
, and
J.
Hilsenbeck
,
J. Appl. Phys.
85
,
3222
(
1999
).
9.
A.
Tsukazaki
,
A.
Ohtomo
,
T.
Kita
,
Y.
Ohno
,
H.
Ohno
, and
M.
Kawasaki
,
Science
315
,
1388
(
2007
).
10.
A.
Malashevich
and
D.
Vanderbilt
,
Phys. Rev. B
75
,
045106
(
2007
).
11.
J.
Jerphagnon
and
H. W.
Newkirk
,
Appl. Phys. Lett.
18
,
245
(
1971
).
12.
T.
Yao
and
S.-K.
Hong
,
Oxide and Nitride Semiconductors
(
Springer
,
Berlin
,
2009
).
13.
S. C.
Abrahams
and
J. L.
Bernstein
,
Acta Cryst. B
25
,
1233
(
1969
).
14.
D.
Kobayashi
,
R.
Hashimoto
,
A.
Chikamitsu
,
H.
Kumigashira
,
M.
Oshima
,
T.
Ohnishi
,
M.
Lippmaa
,
K.
Ono
,
M.
Kawasaki
, and
H.
Koinuma
,
J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom.
144–147
,
443
(
2005
).
15.
A.
Tsukazaki
,
A.
Ohtomo
,
T.
Onuma
,
M.
Ohtani
,
T.
Makino
,
M.
Sumiya
,
K.
Ohtani
,
S. F.
Chichibu
,
S.
Fuke
,
Y.
Segawa
,
H.
Ohno
,
H.
Koinuma
, and
M.
Kawasaki
,
Nat. Mater.
4
,
42
(
2005
).
16.
K.
Nakahara
,
S.
Akasaka
,
H.
Yuji
,
K.
Tamura
,
T.
Fujii
,
Y.
Nishimoto
,
D.
Takamizu
,
A.
Sasaki
,
T.
Tanabe
,
H.
Takasu
,
H.
Amaike
,
T.
Onuma
,
S. F.
Chichibu
,
A.
Tsukazaki
,
A.
Ohtomo
, and
M.
Kawasaki
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
013501
(
2010
).
17.
H.
Kato
,
T.
Yamamoto
,
A.
Ogawa
,
C.
Kyotani
, and
M.
Sano
,
Appl. Phys. Express
4
,
091105
(
2011
).
18.
J. S.
Liu
,
C. X.
Shan
,
H.
Shen
,
B. H.
Li
,
Z. Z.
Zhang
,
L.
Liu
,
L. G.
Zhang
, and
D. Z.
Shen
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
011106
(
2012
).
19.
J. C.
Fan
,
K. M.
Sreekanth
,
Z.
Xie
,
S. L.
Chang
, and
K. V.
Rao
,
Prog. Mater. Sci.
58
,
874
(
2013
).
20.
X. Y.
Liu
,
C. X.
Shan
,
C.
Jiao
,
S. P.
Wang
,
H. F.
Zhao
, and
D. Z.
Shen
,
Opt. Lett.
39
,
422
(
2014
).
21.
A.
Tsukazaki
,
A.
Ohtomo
,
D.
Chiba
,
Y.
Ohno
,
H.
Ohno
, and
M.
Kawasaki
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
241905
(
2008
).
22.
A.
Tsukazaki
,
S.
Akasaka
,
K.
Nakahara
,
Y.
Ohno
,
H.
Ohno
,
D.
Maryenko
,
A.
Ohtomo
, and
M.
Kawasaki
,
Nat. Mater.
9
,
889
(
2010
).
23.
M.
Nakano
,
A.
Tsukazaki
,
A.
Ohtomo
,
K.
Ueno
,
S.
Akasaka
,
H.
Yuji
,
K.
Nakahara
,
T.
Fukumura
, and
M.
Kawasaki
,
Adv. Mater.
22
,
876
(
2010
).
24.
J.
Falson
,
D.
Maryenko
,
Y.
Kozuka
,
A.
Tsukazaki
, and
M.
Kawasaki
,
Appl. Phys. Express
4
,
091101
(
2011
).
25.
Y.
Kozuka
,
A.
Tsukazaki
, and
M.
Kawasaki
,
Appl. Phys. Rev.
1
,
011303
(
2014
).
26.
K.
Maeda
,
M.
Sato
,
I.
Niikura
, and
T.
Fukuda
,
Semicond. Sci. Technol.
20
,
S49
(
2005
).
27.
S.
Akasaka
,
K.
Nakahara
,
H.
Yuji
,
A.
Tsukazaki
,
A.
Ohtomo
, and
M.
Kawasaki
,
Appl. Phys. Express
4
,
035701
(
2011
).
28.
Y.
Nishimoto
,
K.
Nakahara
,
D.
Takamizu
,
A.
Sasaki
,
K.
Tamura
,
S.
Akasaka
,
H.
Yuji
,
T.
Fujii
,
T.
Tanabe
,
H.
Takasu
,
A.
Tsukazaki
,
A.
Ohtomo
,
T.
Onuma
,
S. F.
Chichibu
, and
M.
Kawasaki
,
Appl. Phys. Express
1
,
091202
(
2008
).
29.
Y.
Kozuka
,
J.
Falson
,
Y.
Segawa
,
T.
Makino
,
A.
Tsukazaki
, and
M.
Kawasaki
,
J. Appl. Phys.
112
,
043515
(
2012
).
30.
S.
Birner
,
T.
Zibold
,
T.
Andlauer
,
T.
Kubis
,
M.
Sabathil
,
A.
Trellakis
, and
P.
Vogl
,
IEEE Trans. Electron Devices
54
,
2137
(
2007
).
31.
C.
Kittel
and
H.
Kroemer
,
Thermal Physics
, 2nd ed. (
Freeman
,
New York
,
1980
).
32.
P.
Harrison
,
Quantum Wells, Wires and Dots
, 2nd ed. (
John Wiley & Sons
,
Chichester
,
2005
).
33.
S.
Akasaka
,
K.
Nakahara
,
A.
Tsukazaki
,
A.
Ohtomo
, and
M.
Kawasaki
,
Appl. Phys. Express
3
,
071101
(
2010
).
34.
A.
Ohtomo
,
R.
Shiroki
,
I.
Ohkubo
,
H.
Koinuma
, and
M.
Kawasaki
,
Appl. Phys. Lett.
75
,
4088
(
1999
).
35.
L. L.
Yang
,
Q. X.
Zhao
,
G. Z.
Xing
,
D. D.
Wang
,
T.
Wu
,
M.
Willander
,
I.
Ivanov
, and
J. H.
Yang
,
Appl. Surf. Sci.
257
,
8629
(
2011
).
36.
S. J.
Pearton
,
J. C.
Zolper
,
R. J.
Shul
, and
F.
Ren
,
J. Appl. Phys.
86
,
1
(
1999
).
You do not currently have access to this content.