A two-band transport model is proposed to explain electrical conduction in graded aluminum gallium nitride layers, where the free hole conduction in the valence band is favored at high temperatures and hopping conduction in the impurity band dominates at low temperatures. The model simultaneously explains the significantly lowered activation energy for p-type conduction (∼10 meV), a nearly constant sheet conductivity at lower temperatures (200–330 K), and the anomalous reversal of the Hall coefficient caused by the negative sign of the Hall scattering factor in the hopping conduction process. A comparison between the uniform and graded samples suggests that compositional grading significantly enhances the probability of phonon-assisted hopping transitions between the Mg atoms.

1.
J. Y.
Tsao
,
S.
Chowdhury
,
M. A.
Hollis
,
D.
Jena
,
N. M.
Johnson
,
K. A.
Jones
,
R. J.
Kaplar
,
S.
Rajan
,
C. G.
Van 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
).
2.
H.
Amano
,
R.
Collazo
,
C. D.
Santi
,
S.
Einfeldt
,
M.
Funato
,
J.
Glaab
,
S.
Hagedorn
,
A.
Hirano
,
H.
Hirayama
,
R.
Ishii
,
Y.
Kashima
,
Y.
Kawakami
,
R.
Kirste
,
M.
Kneissl
,
R.
Martin
,
F.
Mehnke
,
M.
Meneghini
,
A.
Ougazzaden
,
P. J.
Parbrook
,
S.
Rajan
,
P.
Reddy
,
F.
Römer
,
J.
Ruschel
,
B.
Sarkar
,
F.
Scholz
,
L. J.
Schowalter
,
P.
Shields
,
Z.
Sitar
,
L.
Sulmoni
,
T.
Wang
,
T.
Wernicke
,
M.
Weyers
,
B.
Witzigmann
,
Y.-R.
Wu
,
T.
Wunderer
, and
Y.
Zhang
,
J. Phys. D
53
,
503001
(
2020
).
3.
S.
Washiyama
,
K. J.
Mirrielees
,
P.
Bagheri
,
J. N.
Baker
,
J.-H.
Kim
,
Q.
Guo
,
R.
Kirste
,
Y.
Guan
,
M. H.
Breckenridge
,
A. J.
Klump
,
P.
Reddy
,
S.
Mita
,
D. L.
Irving
,
R.
Collazo
, and
Z.
Sitar
,
Appl. Phys. Lett.
118
,
042102
(
2021
).
4.
J. L.
Lyons
,
A.
Janotti
, and
C. G.
Van de Walle
,
J. Appl. Phys.
115
,
012014
(
2014
).
5.
E. F.
Schubert
,
Doping in III-V Semiconductors
(
Cambridge University Press
,
2015
).
6.
L.
Friedman
and
T.
Holstein
,
Ann. Phys.
21
,
494
(
1963
).
7.
H.
Neumann
,
Cryst. Res. Technol.
23
,
1377
(
1988
).
8.
B.
Gunning
,
J.
Lowder
,
M.
Moseley
, and
W.
Alan Doolittle
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
082106
(
2012
).
9.
P.
Kozodoy
,
H.
Xing
,
S. P.
DenBaars
,
U. K.
Mishra
,
A.
Saxler
,
R.
Perrin
,
S.
Elhamri
, and
W. C.
Mitchel
,
J. Appl. Phys.
87
,
1832
(
2000
).
10.
D.
Lancefield
and
H.
Eshghi
,
J. Phys.
13
,
8939
(
2001
).
11.
T.
Kinoshita
,
T.
Obata
,
H.
Yanagi
, and
S.
Inoue
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
012105
(
2013
).
12.
P.
Bagheri
,
A.
Klump
,
S.
Washiyama
,
M.
Hayden Breckenridge
,
J. H.
Kim
,
Y.
Guan
,
D.
Khachariya
,
C.
Quiñones-García
,
B.
Sarkar
,
S.
Rathkanthiwar
,
P.
Reddy
,
S.
Mita
,
R.
Kirste
,
R.
Collazo
, and
Z.
Sitar
,
Appl. Phys. Lett.
120
,
082102
(
2022
).
13.
A.
Jadhav
,
P.
Bagheri
,
A.
Klump
,
D.
Khachariya
,
S.
Mita
,
P.
Reddy
,
S.
Rathkanthiwar
,
R.
Kirste
,
R.
Collazo
,
Z.
Sitar
, and
B.
Sarkar
,
Semicond. Sci. Technol.
37
,
015003
(
2022
).
14.
Y.
Kajikawa
,
J. Electron. Mater.
50
,
1247
(
2021
).
15.
A.
Wolos
,
M.
Piersa
,
G.
Strzelecka
,
K. P.
Korona
,
A.
Hruban
, and
M.
Kaminska
,
Phys. Status Solidi C
6
,
2769
(
2009
).
16.
M.
Benzaquen
,
B.
Belache
, and
C.
Blaauw
,
Phys. Rev. B
46
,
6732
(
1992
).
17.
S. A.
Obukhov
,
AIP Adv.
2
,
022116
(
2012
).
18.
J.
Simon
,
V.
Protasenko
,
C.
Lian
,
H.
Xing
, and
D.
Jena
,
Science
327
,
60
(
2010
).
19.
A.
Kalra
,
S.
Rathkanthiwar
,
R.
Muralidharan
,
S.
Raghavan
, and
D. N.
Nath
,
IEEE Photonics Technol. Lett.
31
,
1237
(
2019
).
20.
L.
Zhang
,
K.
Ding
,
J. C.
Yan
,
J. X.
Wang
,
Y. P.
Zeng
,
T. B.
Wei
,
Y. Y.
Li
,
B. J.
Sun
,
R. F.
Duan
, and
J. M.
Li
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
062103
(
2010
).
21.
R.
Dalmau
and
B.
Moody
,
ECS Trans.
86
,
31
(
2018
).
22.
L.
Yan
,
Y.
Zhang
,
X.
Han
,
G.
Deng
,
P.
Li
,
Y.
Yu
,
L.
Chen
,
X.
Li
, and
J.
Song
,
Appl. Phys. Lett.
112
,
182104
(
2018
).
23.
T.
Yasuda
,
K.
Yagi
,
T.
Suzuki
,
T.
Nakashima
,
M.
Watanabe
,
T.
Takeuchi
,
M.
Iwaya
,
S.
Kamiyama
, and
I.
Akasaki
,
Jpn. J. Appl. Phys.
52
,
08JJ05
(
2013
).
24.
T.
Yasuda
,
T.
Takeuchi
,
M.
Iwaya
,
S.
Kamiyama
,
I.
Akasaki
, and
H.
Amano
,
Appl. Phys. Express
10
,
025502
(
2017
).
25.
C.
Wood
and
D.
Jena
,
Polarization Effects in Semiconductors
(
Springer
,
2008
).
26.
D.
Jena
,
J.
Simon
,
A. K.
Wang
,
Y.
Cao
,
K.
Goodman
,
J.
Verma
,
S.
Ganguly
,
G.
Li
,
K.
Karda
,
V.
Protasenko
,
C.
Lian
,
T.
Kosel
,
P.
Fay
, and
H.
Xing
,
Phys. Status Solidi A
208
,
1511
(
2011
).
27.
T.
Narita
,
K.
Tomita
,
Y.
Tokuda
,
T.
Kogiso
,
M.
Horita
, and
T.
Kachi
,
J. Appl. Phys.
124
,
215701
(
2018
).
28.
A.
Klump
,
M.
Hoffmann
,
F.
Kaess
,
J.
Tweedie
,
P.
Reddy
,
R.
Kirste
,
Z.
Sitar
, and
R.
Collazo
,
J. Appl. Phys.
127
,
045702
(
2020
).
29.
31.
C.
Chien
and
C.
Westgate
,
The Hall Effect and Its Applications
(
Springer Science & Business Media
,
2013
).
32.
Y.
Kajikawa
,
Phys. Status Solidi C
14
,
1600129
(
2017
).
33.
Y.
Kajikawa
,
Phys. Status Solidi C
13
,
387
(
2016
).
34.
T.
Narita
,
K.
Tomita
,
K.
Kataoka
,
Y.
Tokuda
,
T.
Kogiso
,
H.
Yoshida
,
N.
Ikarashi
,
K.
Iwata
,
M.
Nagao
,
N.
Sawada
,
M.
Horita
,
J.
Suda
, and
T.
Kachi
,
Jpn. J. Appl. Phys.
59
,
SA0804
(
2020
).
35.
D. C.
Look
,
J.
Sizelove
,
S.
Keller
,
Y.
Wu
,
U.
Mishra
, and
S.
DenBaars
,
Solid State Commun.
102
,
297
(
1997
).
36.
H.
Morkoç
,
Nitride Semiconductors and Devices
(
Springer
,
1999
), pp.
8
44
.
37.
K.
Seeger
,
Semiconductor Physics: An Introduction
, 9th ed. (
Springer
,
2004
).
You do not currently have access to this content.