Ion implantation induced phase transformation and the crystal structure of a series of ion implanted β-Ga2O3 samples were studied using electron diffraction, high resolution transmission electron microscopy, and scanning transmission electron microscopy. In contrast to previous reports suggesting an ion implantation induced transformation to the orthorhombic κ-phase, we show that for 28Si+, 58Ni+, and stoichiometric 69Ga+/16O+-implantations, the monoclinic β-phase transforms to the cubic γ-phase. The γ-phase was confirmed for implantations over a range of fluences from 1014 to 1016 ions/cm2, indicating that the transformation is a general phenomenon for β-Ga2O3 due to strain accumulation and/or γ-Ga2O3 being energetically preferred over highly defective β-Ga2O3.

1.
R.
Singh
,
T. R.
Lenka
,
D. K.
Panda
,
R. T.
Velpula
,
B.
Jain
,
H. Q. T.
Bui
, and
H. P. T.
Nguyen
,
Mater. Sci. Semicond. Process.
119
,
105216
(
2020
).
2.
M.
Zhong
,
Z.
Wei
,
X.
Meng
,
F.
Wu
, and
J.
Li
,
J. Alloys Compd.
619
,
572
(
2015
).
3.
M.
Zinkevich
and
F.
Aldinger
,
J. Am. Ceram. Soc.
87
,
683
(
2004
).
4.
T.
Wang
,
S. S.
Farvid
,
M.
Abulikemu
, and
P. V.
Radovanovic
,
J. Am. Chem. Soc.
132
(
27
),
9250
(
2010
).
5.
D.
Machon
,
P. F.
McMillan
,
B.
Xu
, and
J.
Dong
,
Phys. Rev. B
73
,
094125
(
2006
).
6.
Y.
Xu
,
J. H.
Park
,
Z.
Yao
,
C.
Wolverton
,
M.
Razeghi
,
J.
Wu
, and
V. P.
Dravid
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
11
,
5536
(
2019
).
7.
E. A.
Anber
,
D.
Foley
,
A. C.
Lang
,
J.
Nathaniel
,
J. L.
Hart
,
M. J.
Tadjer
,
K. D.
Hobart
,
S.
Pearton
, and
M. L.
Taheri
,
Appl. Phys. Lett.
117
,
152101
(
2020
).
8.
F.
Mezzadri
,
G.
Calestani
,
F.
Boschi
,
D.
Delmonte
,
M.
Bosi
, and
R.
Fornari
,
Inorg. Chem.
55
,
12079
(
2016
).
9.
S. W.
Kim
,
S.
Iwamoto
, and
M.
Inoue
,
Ceram. Int.
35
,
1603
(
2009
).
10.
J.
Moloney
,
O.
Tesh
,
M.
Singh
,
J. W.
Roberts
,
J. C.
Jarman
,
L. C.
Lee
,
T. N.
Huq
,
J.
Brister
,
S.
Karboyan
,
M.
Kuball
,
P. R.
Chalker
,
R. A.
Oliver
, and
F. C. P.
Massabuau
,
J. Phys. D
52
,
475101
(
2019
).
11.
Y. S.
Hsieh
,
C. Y.
Li
,
C. M.
Lin
,
N. F.
Wang
,
J. V.
Li
, and
M. P.
Houng
,
Thin Solid Films
685
,
414
(
2019
).
12.
B. L.
Aarseth
,
C. S.
Granerød
,
A.
Galeckas
,
A.
Azarov
,
P. D.
Nguyen
,
Ø.
Prytz
, and
L.
Vines
,
Nanotechnology
32
,
505707
(
2021
).
13.
A.
Meldrum
,
R. F.
Haglund
, Jr.
,
L. A.
Boatner
, and
C. W.
White
,
Adv. Mater.
13
,
1431
(
2001
).
14.
E.
Wendler
,
E.
Treiber
,
J.
Baldauf
,
S.
Wolf
, and
C.
Ronning
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B
379
,
85
(
2016
).
15.
A.
Nikolskay
,
E.
Okulich
,
D.
Korolev
,
A.
Stepanov
,
D.
Nikolichev
,
A.
Mikhaylov
,
D.
Tetelbaum
,
A.
Almaev
,
C. A.
Bolzan
,
A.
Buaczik
, Jr.
,
R.
Giulian
,
P. L.
Grande
,
A.
Kumar
,
M.
Kumar
, and
D.
Gogova
,
J. Vac. Sci. Technol. A
39
,
030802
(
2021
).
16.
A.
Azarov
,
C.
Bazioti
,
V.
Venkatachalapathy
,
P.
Vajeeston
,
E.
Monakhov
, and
A.
Kuznetsov
,
Phys. Rev. Lett.
128
,
015704
(
2022
).
17.
K. E.
Sickafus
,
H.
Matzke
,
T.
Hartmann
,
K.
Yasuda
,
J. A.
Valdez
,
P.
Chodak
 III
,
M.
Nastasi
, and
R. A.
Verrall
,
J. Nucl. Mater.
274
,
66
(
1999
).
18.
G.
Sattonnay
and
L.
Thomé
,
J. Nucl. Mater.
348
,
223
(
2006
).
19.
A.
Benyagoub
,
Phys. Rev. B
72
(
9
),
094114
(
2005
).
20.
A.
Benyagoub
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B
218
,
451
(
2004
).
21.
U. C.
Bind
,
R. K.
Dutta
,
G. K.
Sekhon
,
K. L.
Yadav
,
J. B. M.
Krishna
,
R.
Menon
, and
P. Y.
Nabhiraj
,
Superlattices Microstruct.
84
,
24
(
2015
).
22.
S.
Dhara
,
A.
Datta
,
C. T.
Wu
,
Z. H.
Lan
,
K. H.
Chen
,
Y. L.
Wang
,
C. W.
Hsu
,
C. H.
Shen
,
L. C.
Chen
, and
C. C.
Chen
,
Appl. Phys. Lett.
84
,
5473
(
2004
).
23.
A.
Manna
,
A.
Barman
,
S. R.
Joshi
,
B.
Satpati
,
P.
Dash
,
A.
Chattaraj
,
S. K.
Srivastava
,
P. K.
Sahoo
,
A.
Kanjilal
,
D.
Kanjilal
, and
S.
Varma
,
J. Appl. Phys.
124
,
155303
(
2018
).
24.
D. J.
Sprouster
,
R.
Giulian
,
C. S.
Schnohr
,
L. L.
Araujo
,
P.
Kluth
,
A. P.
Byrne
,
G. J.
Foran
,
B.
Johannessen
, and
M. C.
Ridgway
,
Phys. Rev. B
80
(
11
),
115438
(
2009
).
25.
H. Y.
Playford
,
A. C.
Hannon
,
E. R.
Barney
, and
R. I.
Walton
,
Chem. Eur. J.
19
,
2803
(
2013
).
26.
V.
Vasanthi
,
M.
Kottaisamy
, and
V.
Ramakrishnan
,
Ceram. Int.
45
,
2079
(
2019
).
27.
X.
Zhang
,
Z.
Zhang
,
J.
Liang
,
Y.
Zhou
,
Y.
Tong
,
Y.
Wang
, and
X.
Wang
,
J. Mater. Chem. A
5
,
9702
(
2017
).
28.
Y.
Teng
,
L. X.
Song
,
A.
Ponchel
,
Z. K.
Yang
, and
J.
Xia
,
Adv. Mater.
26
,
6238
(
2014
).
29.
T.
Yoo
,
X.
Xia
,
F.
Ren
,
A.
Jacobs
,
M. J.
Tadjer
,
S.
Pearton
, and
H.
Kim
,
Appl. Phys. Lett.
121
,
072111
(
2022
).
30.
T.
Oshima
,
K.
Matsuyama
,
K.
Yoshimatsu
, and
A.
Ohtomo
,
J. Cryst. Growth
421
,
23
(
2015
).
31.
H. M.
Jeon
,
K. D.
Leedy
,
D. C.
Look
,
C. S.
Chang
,
D. A.
Muller
,
S. C.
Badescu
,
V.
Vasilyev
,
J. L.
Brown
,
A. J.
Green
, and
K. D.
Chabak
,
APL Mater.
9
,
101105
(
2021
).
32.
S. B.
Kjeldby
,
A.
Azarov
,
P. D.
Nguyen
,
V.
Venkatachalapathy
,
R.
Mikšová
,
A.
Macková
,
A.
Kuznetsov
,
Ø.
Prytz
, and
L.
Vines
,
J. Appl. Phys.
131
,
125701
(
2022
).
33.
P. A.
Stadelmann
, see https://www.jems-swiss.ch/ for more information about the software used for SAED simulations.
34.
I.
Cora
,
F.
Mezzadri
,
F.
Boschi
,
M.
Bosi
,
M.
Čaplovičová
,
G.
Calestani
,
I.
Dódony
,
B.
Pécz
, and
R.
Fornari
,
Cryst. Eng. Commun.
19
,
1509
(
2017
).
35.
I.
Cora
,
Z.
Fogarassy
,
R.
Fornari
,
M.
Bosi
,
A.
Recnik
, and
B.
Pécz
,
Acta Mater.
183
,
216
(
2020
).
36.
P.
Castro-Fernandez
,
M. V.
Blanco
,
R.
Verel
,
E.
Willinger
,
A.
Fedorov
,
P. M.
Abdala
, and
C. R.
Müller
,
J. Phys. Chem. C
124
(
37
),
20578
(
2020
).
37.
P.
Kalita
,
S.
Saini
,
P.
Rajput
,
S. N.
Jha
,
D.
Bhattacharyya
,
S.
Ojha
,
D. K.
Avasthi
,
S.
Bhattacharya
, and
S.
Ghosh
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
21
,
22482
(
2019
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.