Photoluminescence (PL) spectra of (0001¯) N-polar p-type GaN fabricated by using the sequential ion-implantation of Mg and H with subsequent high temperature annealing exhibited the near-band-edge (NBE) emission at 300 K. The longest PL lifetime (τPL) for the NBE emission of the sample with Mg and H concentrations of 1 × 1019 and 2 × 1020 cm−3, respectively, annealed at 1230 °C was 18 ps at 300 K. This value is almost comparable to that of the (0001) Ga-polar p-type Mg-doped GaN (p-GaN:Mg) homoepitaxial film of the same Mg concentration. By correlating τPL and the concentration of major vacancy-type defects quantified using positron annihilation spectroscopy, the electron capture-cross-section (σn) of the major nonradiative recombination centers (NRCs), namely, clusters of Ga vacancies (VGas) and N vacancies (VNs) such as (VGa)3(VN)3, is estimated at a few times 10−13 cm2. This σn value is also comparable to that of the major NRCs in p-GaN:Mg epilayers, namely, VGa(VN)2 or VGa(VN)3, although the clustering sizes of the defects are different. These σn values are commonly larger than the hole capture-cross-section (σp = 7 × 10−14 cm2) of the major NRCs, VGaVN divacancies, in n-type GaN.

1.
S. J.
Pearton
,
J. C.
Zolper
,
R. J.
Shul
, and
F.
Ren
,
J. Appl. Phys.
86
,
1
(
1999
).
2.
Y.
Saitoh
,
K.
Sumiyoshi
,
M.
Okada
,
T.
Horii
,
T.
Miyazaki
,
H.
Shiomi
,
M.
Ueno
,
K.
Katayama
,
M.
Kiyama
, and
T.
Nakamura
,
Appl. Phys. Express
3
,
081001
(
2010
).
3.
J.
Kolník
,
İ. H.
Oğuzman
,
K. F.
Brennan
,
R.
Wang
,
P. P.
Ruden
, and
Y.
Wang
,
J. Appl. Phys.
78
,
1033
(
1995
).
4.
D.
Shibata
,
R.
Kajitani
,
M.
Ogawa
,
K.
Tanaka
,
S.
Tamura
,
T.
Hatsuda
,
M.
Ishida
, and
T.
Ueda
, in
IEDM Technical Digest
(
2016
), p.
248
.
5.
M.
Kodama
,
M.
Sugimoto
,
E.
Hayashi
,
N.
Soejima
,
O.
Ishiguro
,
M.
Kanechika
,
K.
Itoh
,
H.
Ueda
,
T.
Uesugi
, and
T.
Kachi
,
Appl. Phys. Express
1
,
021104
(
2008
).
6.
T.
Oka
,
T.
Ina
,
Y.
Ueno
, and
J.
Nishii
,
Appl. Phys. Express
8
,
054101
(
2015
).
7.
H.
Amano
,
Y.
Baines
,
E.
Beam
,
M.
Borga
,
T.
Bouchet
,
P. R.
Chalker
,
M.
Charles
,
K. J.
Chen
,
N.
Chowdhury
,
R.
Chu
 et al,
J. Phys. D: Appl. Phys.
51
,
163001
(
2018
).
8.
J. I.
Pankove
and
J. A.
Hutchby
,
J. Appl. Phys.
47
,
5387
(
1976
).
9.
M.
Rubin
,
N.
Newman
,
J. S.
Chan
,
T. C.
Fu
, and
J. T.
Ross
,
Appl. Phys. Lett.
64
,
64
(
1994
).
10.
S. J.
Pearton
,
C. B.
Vartuli
,
J. C.
Zolper
,
C.
Yuan
, and
R. A.
Stall
,
Appl. Phys. Lett.
67
,
1435
(
1995
).
11.
J. C.
Zolper
,
M. H.
Crawford
,
J. S.
Williams
,
H. H.
Tan
, and
R. A.
Stall
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B
127/128
,
467
(
1997
).
12.
S. J.
Pearton
,
H.
Cho
,
J. R.
LaRoche
,
F.
Ren
,
R. G.
Wilson
, and
J. W.
Lee
,
Appl. Phys. Lett.
75
,
2939
(
1999
).
13.
B. N.
Feigelson
,
T. J.
Anderson
,
M.
Abraham
,
J. A.
Freitas
,
J. K.
Hite
,
C. R.
Eddy
, and
F. J.
Kub
,
J. Cryst. Growth
350
,
21
(
2012
).
14.
T.
Oikawa
,
Y.
Saijo
,
S.
Kato
,
T.
Mishima
, and
T.
Nakamura
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B
365
,
168
(
2015
).
15.
T.
Narita
,
T.
Kachi
,
K.
Kataoka
, and
T.
Uesugi
,
Appl. Phys. Express
10
,
016501
(
2017
).
16.
T.
Niwa
,
T.
Fujii
, and
T.
Oka
,
Appl. Phys. Express
10
,
091002
(
2017
).
17.
S.
Takashima
,
K.
Ueno
,
R.
Tanaka
,
H.
Matsuyama
,
M.
Edo
, and
K.
Nakagawa
, in
Extended Abstracts of the 2017 International Conference on Solid State Devices and Materials
(
Sendai
,
2017
), pp.
1075
1076
.
18.
J. L.
Lyons
,
A.
Janotti
, and
C. G.
Van de Walle
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
156403
(
2012
).
19.
K.
Kataoka
,
T.
Narita
,
H.
Iguchi
,
T.
Uesugi
, and
T.
Kachi
,
Phys. Status Solidi B
255
,
1700379
(
2018
).
20.
M. A.
Reshchikov
and
H.
Morkoç
,
J. Appl. Phys.
97
,
061301
(
2005
).
21.
G.
Pozina
,
P. P.
Paskov
,
J. P.
Bergman
,
C.
Hemmingsson
,
L.
Hultman
,
B.
Monemar
,
H.
Amano
,
I.
Akasaki
, and
A.
Usui
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
221901
(
2007
).
22.
B.
Monemar
,
P. P.
Paskov
,
G.
Pozina
,
C.
Hemmingsson
,
J. P.
Bergman
,
T.
Kawashima
,
H.
Amano
,
I.
Akasaki
,
T.
Paskova
,
S.
Figge
,
D.
Hommel
, and
A.
Usui
,
Phys. Rev. Lett.
102
,
235501
(
2009
).
23.
M. A.
Reshchikov
,
D. O.
Demchenko
,
J. D.
McNamara
,
S. F.
Garrido
, and
R.
Calarco
,
Phys. Rev. B
90
,
035207
(
2014
).
24.
K.
Kojima
,
S.
Takashima
,
M.
Edo
,
K.
Ueno
,
M.
Shimizu
,
T.
Takahashi
,
S.
Ishibashi
,
A.
Uedono
, and
S. F.
Chichibu
,
Appl. Phys. Express
10
,
061002
(
2017
).
25.
A.
Uedono
,
S.
Takashima
,
M.
Edo
,
K.
Ueno
,
H.
Matsuyama
,
H.
Kudo
,
H.
Naramoto
, and
S.
Ishibashi
,
Phys. Status Solidi B
252
,
2794
(
2015
).
26.
A.
Uedono
,
S.
Takashima
,
M.
Edo
,
K.
Ueno
,
H.
Matsuyama
,
W.
Egger
,
T.
Koschine
,
C.
Hugenschmidt
,
M.
Dickmann
,
K.
Kojima
,
S. F.
Chichibu
, and
S.
Ishibashi
,
Phys. Status Solidi B
255
,
1700521
(
2018
).
27.
S. F.
Chichibu
,
A.
Uedono
,
T.
Onuma
,
T.
Sota
,
B. A.
Haskell
,
S. P.
DenBaars
,
J. S.
Speck
, and
S.
Nakamura
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
021914
(
2005
).
28.
S. F.
Chichibu
,
K.
Hazu
,
Y.
Ishikawa
,
M.
Tashiro
,
H.
Namita
,
S.
Nagao
,
K.
Fujito
, and
A.
Uedono
,
J. Appl. Phys.
111
,
103518
(
2012
).
29.
S. F.
Chichibu
,
K.
Kojima
,
A.
Uedono
, and
Y.
Sato
,
Adv. Mater.
29
,
1603644
(
2017
).
30.
S. F.
Chichibu
,
A.
Uedono
,
K.
Kojima
,
H.
Ikeda
,
K.
Fujito
,
S.
Takashima
,
M.
Edo
,
K.
Ueno
, and
S.
Ishibashi
,
J. Appl. Phys.
123
,
161413
(
2018
).
31.
S. F.
Chichibu
,
K.
Shima
,
K.
Kojima
,
S.
Takashima
,
M.
Edo
,
K.
Ueno
,
S.
Ishibashi
, and
A.
Uedono
,
Appl. Phys. Lett.
112
,
211901
(
2018
).
32.
T.
Sugahara
,
H.
Sato
,
M.
Hao
,
Y.
Naoi
,
S.
Kurai
,
S.
Tottori
,
K.
Yamashita
,
K.
Nishino
,
L. T.
Romano
, and
S.
Sakai
,
Jpn. J. Appl. Phys. Part 1
37
,
L398
(
1998
).
33.
K.
Kawakami
,
T.
Nakano
, and
A. A.
Yamaguchi
,
Proc. SPIE
9748
,
97480S
(
2016
).
34.
R.
Krause-Rehberg
and
H. S.
Leipner
,
Positron Annihilation in Semiconductors: Defect Studies
(
Springer-Verlag
,
Berlin
,
1999
), Vol. 127.
35.
A.
Uedono
,
S. F.
Chichibu
,
Z. Q.
Chen
,
M.
Sumiya
,
R.
Suzuki
,
T.
Ohdaira
,
T.
Mikado
,
T.
Mukai
, and
S.
Nakamura
,
J. Appl. Phys.
90
,
181
(
2001
).
36.
F.
Tuomisto
and
I.
Makkonen
,
Rev. Mod. Phys.
85
,
1583
(
2013
).
37.
H.
Alves
,
M.
Bohm
,
A.
Hofstaetter
,
H.
Amano
,
S.
Einfeldt
,
D.
Hommel
,
D. M.
Hofmann
, and
B. K.
Meyer
,
Physica B
308-310
,
38
(
2001
).
38.
K.
Shima
,
H.
Iguchi
,
T.
Narita
,
K.
Kataoka
,
A.
Uedono
,
K.
Kojima
, and
S. F.
Chichibu
, Ext. Abstr. 65th Spring Meet. Japan Society of Applied Physics, 2018, 19a-C302-6 [in Japanese].
39.
T.
Ogino
and
M.
Aoki
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
19
,
2395
(
1980
).
40.
J.
Neugebauer
and
C. G.
Van de Walle
,
Appl. Phys. Lett.
69
,
503
(
1996
).
41.
J. L.
Lyons
,
A.
Janotti
, and
C. G.
Van de Walle
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
152108
(
2010
).
42.
G.
Piao
,
K.
Ikenaga
,
Y.
Yano
,
H.
Tokunaga
,
A.
Mishima
,
Y.
Ban
,
T.
Tabuchi
, and
K.
Matsumoto
,
J. Cryst. Growth
456
,
137
(
2016
).
You do not currently have access to this content.