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.
References
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.
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
).© 2020 Author(s).
2020
Author(s)
You do not currently have access to this content.