We demonstrate Si as a shallow donor in aluminum nitride (AlN) with an ionization energy of ∼70 meV. The shallow state was achieved by ion implantation of Si into homoepitaxial AlN and a low thermal budget damage recovery and activation process. These results demonstrate that the DX formation may be a kinetically limited process, though being a non-equilibrium process, preventing the Si donor from relaxing to the deep donor state. The room temperature conductivity was measured to be ∼0.05 Ω−1 cm−1, which is one order of magnitude higher than what has been reported for the epitaxially doped or implanted AlN.

1.
H.
Angerer
,
D.
Brunner
,
F.
Freudenberg
,
O.
Ambacher
,
M.
Stutzmann
,
R.
Höpler
,
T.
Metzger
,
E.
Born
,
G.
Dollinger
,
A.
Bergmaier
,
S.
Karsch
, and
H.-J.
Körner
,
Appl. Phys. Lett.
71
,
1504
(
1997
).
2.
Q.
Guo
and
A.
Yoshida
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
33
,
2453
(
1994
).
3.
T.
Kinoshita
,
T.
Nagashima
,
T.
Obata
,
S.
Takashima
,
R.
Yamamoto
,
R.
Togashi
,
Y.
Kumagai
,
R.
Schlesser
,
R.
Collazo
,
A.
Koukitu
, and
Z.
Sitar
,
Appl. Phys. Express
8
,
061003
(
2015
).
4.
P.
Reddy
,
I.
Bryan
,
Z.
Bryan
,
J.
Tweedie
,
R.
Kirste
,
R.
Collazo
, and
Z.
Sitar
,
J. Appl. Phys.
116
,
194503
(
2014
).
5.
J.
Xie
,
S.
Mia
,
R.
Dalmau
,
R.
Collazo
,
A.
Rice
,
J.
Tweedie
, and
Z.
Sitar
,
Phys. Status Solidi C
8
,
2407
(
2011
).
6.
J. Y.
Tsao
,
S.
Chowdhury
,
M. A.
Hollis
,
D.
Jena
,
N. M.
Johnson
,
K. A.
Jones
,
R. J.
Kaplar
,
S.
Rajan
,
C. G. V.
de Walle
,
E.
Bellotti
,
C. L.
Chua
,
R.
Collazo
,
M. E.
Coltrin
,
J. A.
Cooper
,
K. R.
Evans
,
S.
Graham
,
T. A.
Grotjohn
,
E. R.
Heller
,
M.
Higashiwaki
,
M. S.
Islam
,
P. W.
Juodawlkis
,
M. A.
Khan
,
A. D.
Koehler
,
J. H.
Leach
,
U. K.
Mishra
,
R. J.
Nemanich
,
R. C. N.
Pilawa‐Podgurski
,
J. B.
Shealy
,
Z.
Sitar
,
M. J.
Tadjer
,
A. F.
Witulski
,
M.
Wraback
, and
J. A.
Simmons
,
Adv. Electron. Mater.
4
,
1600501
(
2018
).
7.
R.
Zeisel
,
M. W.
Bayerl
,
S. T. B.
Goennenwein
,
R.
Dimitrov
,
O.
Ambacher
,
M. S.
Brandt
, and
M.
Stutzmann
,
Phys. Rev. B
61
,
R16283
(
2000
).
8.
Y.
Taniyasu
,
M.
Kasu
, and
T.
Makimoto
,
Appl. Phys. Lett.
85
,
4672
(
2004
).
9.
R.
Collazo
,
S.
Mita
,
J.
Xie
,
A.
Rice
,
J.
Tweedie
,
R.
Dalmau
, and
Z.
Sitar
,
Phys. Status Solidi C
8
,
2031
(
2011
).
10.
E. C. H.
Kyle
,
S. W.
Kaun
,
P. G.
Burke
,
F.
Wu
,
Y.-R.
Wu
, and
J. S.
Speck
,
J. Appl. Phys.
115
,
193702
(
2014
).
11.
I.
Bryan
,
Z.
Bryan
,
S.
Washiyama
,
P.
Reddy
,
B.
Gaddy
,
B.
Sarkar
,
M. H.
Breckenridge
,
Q.
Guo
,
M.
Bobea
,
J.
Tweedie
,
S.
Mita
,
D.
Irving
,
R.
Collazo
, and
Z.
Sitar
,
Appl. Phys. Lett.
112
,
062102
(
2018
).
12.
K.
Nakano
,
M.
Imura
,
G.
Narita
,
T.
Kitano
,
Y.
Hirose
,
N.
Fujimoto
,
N.
Okada
,
T.
Kawashima
,
K.
Iida
,
K.
Balakrishnan
,
M.
Tsuda
,
M.
Iwaya
,
S.
Kamiyama
,
H.
Amano
, and
I.
Akasaki
,
Phys. Status Solidi A
203
,
1632
(
2006
).
13.
H.
Hirayama
,
S.
Fujikawa
,
N.
Noguchi
,
J.
Norimatsu
,
T.
Takano
,
K.
Tsubaki
, and
N.
Kamata
,
Phys. Status Solidi A
206
,
1176
(
2009
).
14.
J.
Bai
,
M.
Dudley
,
W. H.
Sun
,
H. M.
Wang
, and
M. A.
Khan
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
051903
(
2006
).
15.
H.
Miyake
,
G.
Nishio
,
S.
Suzuki
,
K.
Hiramatsu
,
H.
Fukuyama
,
J.
Kaur
, and
N.
Kuwano
,
Appl. Phys. Express
9
,
025501
(
2016
).
16.
R.
Dalmau
,
B.
Moody
,
R.
Schlesser
,
S.
Mita
,
J.
Xie
,
M.
Feneberg
,
B.
Neuschl
,
K.
Thonke
,
R.
Collazo
,
A.
Rice
,
J.
Tweedie
, and
Z.
Sitar
,
J. Electrochem. Soc.
158
,
H530
(
2011
).
17.
S. F.
Chichibu
,
H.
Miyake
,
Y.
Ishikawa
,
M.
Tashiro
,
T.
Ohtomo
,
K.
Furusawa
,
K.
Hazu
,
K.
Hiramatsu
, and
A.
Uedono
,
J. Appl. Phys.
113
,
213506
(
2013
).
18.
M.
Feneberg
,
B.
Neuschl
,
K.
Thonke
,
R.
Collazo
,
A.
Rice
,
Z.
Sitar
,
R.
Dalmau
,
J.
Xie
,
S.
Mita
, and
R.
Goldhahn
,
Phys. Status Solidi A
208
,
1520
(
2011
).
19.
L.
Gordon
,
J. L.
Lyons
,
A.
Janotti
, and
C. G.
Van de Walle
,
Phys. Rev. B
89
,
085204
(
2014
).
20.
N. T.
Son
,
M.
Bickermann
, and
E.
Janzén
,
Phys. Status Solidi C
8
,
2167
(
2011
).
21.
B.
Borisov
,
V.
Kuryatkov
,
Yu.
Kudryavtsev
,
R.
Asomoza
,
S.
Nikishin
,
D. Y.
Song
,
M.
Holtz
, and
H.
Temkin
,
Appl. Phys. Lett.
87
,
132106
(
2005
).
22.
B.
Neuschl
,
K.
Thonke
,
M.
Feneberg
,
S.
Mita
,
J.
Xie
,
R.
Dalmau
,
R.
Collazo
, and
Z.
Sitar
,
Phys. Status Solidi B
249
,
511
(
2012
).
23.
B.
Neuschl
,
K.
Thonke
,
M.
Feneberg
,
R.
Goldhahn
,
T.
Wunderer
,
Z.
Yang
,
N. M.
Johnson
,
J.
Xie
,
S.
Mita
,
A.
Rice
,
R.
Collazo
, and
Z.
Sitar
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
122105
(
2013
).
24.
M.
Kanechika
and
T.
Kachi
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
202106
(
2006
).
25.
Z. G.
Herro
,
D.
Zhuang
,
R.
Schlesser
,
R.
Collazo
, and
Z.
Sitar
,
J. Cryst. Growth
286
,
205
(
2006
).
26.
D.
Zhuang
,
Z. G.
Herro
,
R.
Schlesser
, and
Z.
Sitar
,
J. Cryst. Growth
287
,
372
(
2006
).
27.
P.
Lu
,
R.
Collazo
,
R. F.
Dalmau
,
G.
Durkaya
,
N.
Dietz
,
B.
Raghothamachar
,
M.
Dudley
, and
Z.
Sitar
,
J. Cryst. Growth
312
,
58
(
2009
).
28.
I.
Bryan
,
A.
Rice
,
L.
Hussey
,
Z.
Bryan
,
M.
Bobea
,
S.
Mita
,
J.
Xie
,
R.
Kirste
,
R.
Collazo
, and
Z.
Sitar
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
061602
(
2013
).
29.
A.
Rice
,
R.
Collazo
,
J.
Tweedie
,
R.
Dalmau
,
S.
Mita
,
J.
Xie
, and
Z.
Sitar
,
J. Appl. Phys.
108
,
043510
(
2010
).
30.
M. A.
Moram
and
M. E.
Vickers
,
Rep. Prog. Phys.
72
,
036502
(
2009
).
31.
J. E.
Ayers
,
J. Cryst. Growth
135
,
71
(
1994
).
32.
W.
Guo
,
J.
Xie
,
C.
Akouala
,
S.
Mita
,
A.
Rice
,
J.
Tweedie
,
I.
Bryan
,
R.
Collazo
, and
Z.
Sitar
,
J. Cryst. Growth
366
,
20
(
2013
).
33.
S.
Hayashi
,
B.
Poust
,
B.
Heying
, and
M.
Goorsky
, in
2003 International Symposium on Compound and Semiconductors
(
IEEE
,
2003
), pp.
106
107
.
34.
U.
Dadwal
,
R.
Scholz
,
P.
Kumar
,
D.
Kanjilal
,
S.
Christiansen
,
U.
Gösele
, and
R.
Singh
,
Phys. Status Solidi A
207
,
29
(
2010
).
35.
C.
Ventosa-Moulet
,
S.
Hayashi
, and
M. S.
Goorsky
,
ECS Trans.
33
,
249
(
2010
).
36.
J. F.
Ziegler
,
Ion Implantation Science and Technology
(
Elsevier
,
2012
).
37.
S. O.
Kucheyev
,
J. S.
Williams
, and
S. J.
Pearton
,
Mater. Sci. Eng. R
33
,
51
(
2001
).
38.
S. M.
Sze
and
K. K.
Ng
,
Physics of Semiconductor Devices
, 3rd ed. (
Wiley-Interscience
,
Hoboken, NJ
,
2006
).
39.
T. T.
Mnatsakanov
,
M. E.
Levinshtein
,
L. I.
Pomortseva
,
S. N.
Yurkov
,
G. S.
Simin
, and
M.
Asif Khan
,
Solid-State Electron.
47
,
111
(
2003
).
40.
K.
Zhu
,
M. L.
Nakarmi
,
K. H.
Kim
,
J. Y.
Lin
, and
H. X.
Jiang
,
Appl. Phys. Lett.
85
,
4669
(
2004
).
You do not currently have access to this content.