RF plasma assisted MBE growth of scandium nitride (ScN) thin films on Ga-polar GaN (0001)/SiC, Al-polar AlN (0001)/Al2O3, and Si-face 6H-SiC (0001) hexagonal substrates is found to lead to a face centered cubic (rock salt) crystal structure with (111) out-of-plane orientation instead of hexagonal orientation. Cubic (111) twinned patterns in ScN are observed by in situ electron diffraction during epitaxy, and the twin domains in ScN are detected by electron backscattered diffraction and further corroborated by X-ray diffraction. The epitaxial ScN films display very smooth, subnanometer surface roughness at a growth temperature of 750 °C. Temperature-dependent Hall-effect measurements indicate a constant high n-type carrier concentration of ∼1 × 1020/cm3 and an electron mobility of ∼20 cm2/V s.
References
1.
D.
Jena
, R.
Page
, J.
Casamento
, P.
Dang
, J.
Singhal
, Z.
Zhang
, J.
Wright
, G.
Khalsa
, Y.
Cho
, and H. G.
Xing
, Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
58
, SC0801
(2019
).2.
N.
Farrer
and L.
Bellaiche
, Phys. Rev. B
66
, 2012031
(2002
).3.
V.
Ranjan
, L.
Bellaiche
, and E. J.
Walter
, Phys. Rev. Lett.
90
, 257602
(2003
).4.
B.
Saha
, G. V.
Naik
, S.
Saber
, C.
Akatay
, E. A.
Stach
, V.
Shalaev
, A.
Boltasevva
, and T. D.
Sands
, Phys. Rev. B
90
, 125420
(2014
).5.
S.
Kerdsongpanya
, N.
Van Nong
, N.
Pryds
, A.
Žukauskaite
, J.
Jensen
, J.
Birch
, J.
Lu
, L.
Hultman
, G.
Wingqvist
, and P.
Eklund
, Appl. Phys. Lett.
99
, 232113
(2011
).6.
B.
Saha
, M.
Garbrecht
, J. A.
Perez-Taborda
, M. H.
Fawey
, Y. R.
Koh
, A.
Shakouri
, M.
Martin-Gonzalez
, L.
Hultman
, and T. D.
Sands
, Appl. Phys. Lett.
110
, 252104
(2017
).7.
A.
Teshigahara
, K. Y.
Hashimoto
, and M.
Akiyama
, in Proceedings of the IEEE International Ultrasonics Symposium (IUS)
(2013
).8.
M.
Akiyama
, T.
Kamohara
, K.
Kano
, A.
Teshigahara
, Y.
Takeuchi
, and N.
Kawahara
, Appl. Phys. Lett.
95
, 162107
(2009
).9.
S.
Zhang
, D.
Holec
, W. Y.
Fu
, C. J.
Humphreys
, and M. A.
Moram
, J. Appl. Phys.
114
, 133510
(2013
).10.
M. A.
Moram
and S.
Zhang
, J. Mater. Chem. A
2
, 6042
(2014
).11.
S.
Fichtner
, N.
Wolff
, F.
Lofink
, L.
Kienle
, and B.
Wagner
, J. Appl. Phys.
125
, 114103
(2019
).12.
M. T.
Hardy
, B. P.
Downey
, N.
Nepal
, D. F.
Storm
, D. S.
Katzer
, and D. J.
Meyer
, Appl. Phys. Lett.
110
, 162104
(2017
).13.
M. T.
Hardy
, B. P.
Downey
, D. J.
Meyer
, N.
Nepal
, D. F.
Storm
, and D. S.
Katzer
, IEEE Trans. Semicond. Manuf.
30
, 475
(2017
).14.
D.
Gall
, I.
Petrov
, N.
Hellgren
, L.
Hultman
, J. E.
Sundgren
, and J. E.
Greene
, J. Appl. Phys.
84
, 6034
(1998
).15.
A.
Qteish
, P.
Rinke
, M.
Scheffler
, and J.
Neugebauer
, Phys. Rev. B
74
, 245208
(2006
).16.
17.
M.
Moram
, Z.
Barber
, C.
Humphreys
, T.
Joyce
, and P.
Chalker
, J. Appl. Phys.
100
, 23514
(2006
).18.
See https://icsd.fiz-karlsruhe.de/search/basic.xhtml for “
Inorganic Crystal Structure Database
.”19.
M. A.
Moram
, S. V.
Novikov
, A. J.
Kent
, C.
Nörenberg
, C. T.
Foxon
, and C. J.
Humphreys
, J. Cryst. Growth
310
, 2746
(2008
).20.
M. A.
Moram
, M. J.
Kappers
, Y.
Zhang
, Z. H.
Barber
, and C. J.
Humphreys
, Phys. Status Solidi A
205
, 1064
(2008
).21.
M. A.
Moram
, T. B.
Joyce
, P. R.
Chalker
, Z. H.
Barber
, and C. J.
Humphreys
, Appl. Surf. Sci.
252
, 8385
(2006
).22.
L.
Lupina
, M. H.
Zoellner
, T.
Niermann
, B.
Dietrich
, G.
Capellini
, S. B.
Thapa
, M.
Haeberlen
, M.
Lehmann
, P.
Storck
, and T.
Schroeder
, Appl. Phys. Lett.
107
, 201907
(2015
).23.
H.
Al-Brithen
and A. R.
Smith
, Appl. Phys. Lett.
77
, 2485
(2000
).24.
T. D.
Moustakas
, R. J.
Molnar
, and J. P.
Dismukes
, Electrochem. Soc. Proc.
96
, 197
(1996
).25.
J. H.
Edgar
, T.
Bohnen
, and P. R.
Hageman
, J. Cryst. Growth
310
, 1075
(2008
).26.
A.
le Febvrier
, N.
Tureson
, N.
Stilkerich
, G.
Greczynski
, and P.
Eklund
, J. Phys. D: Appl. Phys.
52
, 035302
(2019
).27.
J. M.
Gregorie
, S. D.
Kirby
, G. D.
Scopelianos
, F. H.
Lee
, and R. B.
van Dover
, J. Appl. Phys.
104
, 074913
(2008
).28.
T.
Ohgaki
, I.
Sakaguchi
, N.
Ohashi
, and H.
Haneda
, J. Cryst. Growth
476
, 12
(2017
).29.
J. P.
Dismukes
, W. M.
Yin
, and V. S.
Ban
, J. Cryst. Growth
13/14
, 365
(1972
).30.
S. W.
King
, R. F.
Davis
, and R. J.
Nemanich
, J. Vac. Sci. Technol. A
32
, 061504
(2014
).31.
Y.
Oshima
, E. G.
Villora
, and K.
Shimamura
, J. Appl. Phys.
115
, 153508
(2014
).32.
A. R.
Smith
, A.
Hamad
, H.
Al-Brithen
, D. C.
Ingram
, and D.
Gall
, J. Appl. Phys.
90
, 1809
(2001
).33.
D. L.
Miller
, M. W.
Keller
, J. M.
Shaw
, A. N.
Chiaramonti
, and R. R.
Keller
, J. Appl. Phys.
112
, 064317
(2012
).34.
N.
Takeuchi
, Phys. Rev. B
65
, 045204
(2002
).35.
Y.
Kumagai
, N.
Tsunoda
, and F.
Oba
, Phys. Rev. Appl.
9
, 034019
(2018
).36.
R.
Deng
, B. D.
Ozsdolay
, P. Y.
Zheng
, S. V.
Khare
, and D.
Gall
, Phys. Rev. B
91
, 045104
(2015
).37.
N.
Daneu
, A.
Rečnik
, T.
Yamazaki
, and T.
Dolenec
, Phys. Chem. Miner.
34
, 233
(2007
).38.
J.
Cetnar
, A.
Reed
, S.
Badescu
, S.
Vangala
, H.
Smith
, and D.
Look
, Appl. Phys. Lett.
113
, 192104
(2018
).39.
40.
T.
Ohgaki
, K.
Watanabe
, Y.
Adachi
, I.
Sakaguchi
, S.
Hishita
, N.
Ohashi
, and H.
Haneda
, J. Appl. Phys.
114
, 093704
(2013
).41.
C. A.
Neidermeier
, S.
Rhode
, K.
Ide
, H.
Hiramatsu
, H.
Hosono
, T.
Kamiya
, and M. A.
Moram
, Phys. Rev. B
95
, 161202
(2017
).42.
C.
Wood
and D.
Jena
, Polarization Effects in Semiconductors-From Ab Initio Theory to Device Applications
(Springer
, 2008
).© 2019 Author(s).
2019
Author(s)
You do not currently have access to this content.
