In this article, we report on structural and magnetic properties of cubic GaN epitaxial layers implanted with Fe ions and subsequently subjected to thermal annealing. The epitaxial quality of the layers was studied by X-ray diffraction rocking curves (ω-scans) and Raman spectroscopy. The results show that the implantation damages the crystal structure producing an expansion of the lattice parameter in the implanted region. These damages are partially removed by the thermal treatment. Room temperature ferromagnetism is observed for the sample implanted with a dose of 1.2 × 1016 cm−2, while samples implanted with 2.4 × 1016 cm−2 show a coexistence of ferromagnetism and paramagnetism due to disperse Fe3+. Thermal annealing changes these magnetic properties. For the low dose sample, the ferromagnetism is converted into paramagnetism while for the high dose we observed an enhancement of the ferromagnetic contribution characterized by a superparamagnetism behavior attributed to Fe-based particles.

1.
T.
Dietl
,
H.
Ohno
,
F.
Matsukura
,
J.
Cibert
, and
D.
Ferrand
,
Science
287
,
1019
1022
(
2000
).
2.
A.
Alsaad
,
Phys. B: Condens. Matter
440
,
1
9
(
2014
).
3.
N.
Theodoropoulou
,
A. F.
Hebard
,
S. N. G.
Chu
,
M. E.
Overberg
,
C. R.
Abernathy
,
S. J.
Pearton
,
R. G.
Wilson
, and
J. M.
Zavada
,
Appl. Phys. Lett.
79
,
3452
3454
(
2001
).
4.
Y.
Shon
,
Y. H.
Kwon
,
Y. S.
Park
,
Sh. U.
Yuldashev
,
S. J.
Lee
,
C. S.
Park
,
K. J.
Chung
,
S. J.
Yoon
,
H. J.
Kim
,
W. C.
Lee
,
D. J.
Fu
,
T. W.
Kang
,
X. J.
Fan
,
Y. J.
Park
, and
H. T.
Oh
,
J. Appl. Phys.
95
,
761
763
(
2004
).
5.
L. E.
Ramos
,
J.
Furthmüller
,
J. R.
Leite
,
L. M. R.
Scolfaro
, and
F.
Bechstedt
,
Phys. Rev. B
68
,
085209
(
2003
).
6.
K.
Lorenz
,
I. S.
Roqan
,
N.
Franco
,
K. P.
O'Donnell
,
V.
Darakchieva
,
E.
Alves
,
C.
Trager-Cowan
,
R. W.
Martin
,
D. J.
As
, and
M.
Panfilova
,
J. Appl. Phys.
105
,
113507
(
2009
).
7.
V. A.
Chitta
,
J. A. H.
Coaquira
,
J. R. L.
Fernandez
,
C. A.
Duarte
,
J. R.
Leite
,
D.
Schikora
,
D. J.
As
,
K.
Lischka
, and
E.
Abramof
,
Appl. Phys. Lett.
85
,
3777
3779
(
2004
).
8.
F.-Y.
Lo
,
A.
Melnikov
,
D.
Reuter
,
A. D.
Wieck
,
V.
Ney
,
T.
Kammermeier
,
A.
Ney
,
J.
Schörmann
,
S.
Potthast
,
D. J.
As
, and
K.
Lischka
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
262505
(
2007
).
9.
J.
Schörmann
,
S.
Potthast
,
D. J.
As
, and
K.
Lischka
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
041918
(
2007
).
10.
J.
Ziegler
,
J.
Biersack
, and
M.
Ziegler
,
SRIM—The Stopping and Range of Ions in Matter
(
Lulu Books
,
2008
).
11.
J. P.
Biersack
and
L. G.
Haggmark
,
Nucl. Instrum. Methods
174
,
257
269
(
1980
).
12.
O.
Madelung
,
U.
Roessler
, and
M.
Schulz
, eds., “
Silicon carbide (SiC), magnetic properties
,”
Landolt-Boernstein—Group III Condensed Matter
(
Springer
,
Berlin, Heidelberg
,
2002
), Vol.
41A1b
.
13.
D. P.
Xu
,
Y. T.
Wang
,
H.
Yang
,
S. F.
Li
,
D. G.
Zhao
,
Y.
Fu
,
S. M.
Zhang
,
R. H.
Wu
,
Q. J.
Jia
,
W. L.
Zheng
, and
X. M.
Jiang
,
J. Appl. Phys.
88
,
3762
3764
(
2000
).
14.
X. H.
Zheng
,
Y. T.
Wang
,
Z. H.
Feng
,
H.
Yang
,
H.
Chen
,
J. M.
Zhou
, and
J. W.
Liang
,
J. Cryst. Growth
250
,
345
348
(
2003
).
15.
S.
Strite
,
J.
Ruan
,
Z.
Li
,
A.
Salvador
,
H.
Chen
,
D. J.
Smith
,
W. J.
Choyke
, and
H.
Morkoç
,
J. Vac. Sci. Technol., B
9
,
1924
1929
(
1991
).
16.
B.
Daudin
,
G.
Feuillet
,
J.
Hübner
,
Y.
Samson
,
F.
Widmann
,
A.
Philippe
,
C.
Bru-Chevallier
,
G.
Guillot
,
E.
Bustarret
,
G.
Bentoumi
, and
A.
Deneuville
,
J. Appl. Phys.
84
,
2295
2300
(
1998
).
17.
C. H.
Wei
,
Z. Y.
Xie
,
L. Y.
Li
,
Q. M.
Yu
, and
J. H.
Edgar
,
J. Electron. Mater.
29
,
317
321
(
2000
).
18.
M.
Häberlen
,
J. W.
Gerlach
,
B.
Murphy
,
J. K. N.
Lindner
, and
B.
Stritzker
,
J. Cryst. Growth
312
,
762
769
(
2010
).
19.
M.
Leszcynski
,
I.
Grzegory
, and
M.
Bockowski
,
J. Cryst. Growth
126
,
601
604
(
1993
).
20.
B. E.
Warren
,
X-ray Diffraction
, Addison-Wesley Series in Metallurgy and Materials (
Dover Publications, Inc.
,
New York
,
1990
).
21.
R. C.
Powell
,
N.-E.
Lee
,
Y.-W.
Kim
, and
J. E.
Greene
,
J. Appl. Phys.
73
,
189
204
(
1993
).
22.
H.
Liu
,
A. C.
Frenkel
,
J. G.
Kim
, and
R. M.
Park
,
J. Appl. Phys.
74
,
6124
6127
(
1993
).
23.
H.
Okumura
,
K.
Ohta
,
G.
Feuillet
,
K.
Balakrishnan
,
S.
Chichibu
,
H.
Hamaguchi
,
P.
Hacke
, and
S.
Yoshida
,
J. Cryst. Growth
178
,
113
133
(
1997
).
24.
C.
Liu
,
E.
Alves
,
A. D.
Sequeira
,
N.
Franco
,
M. F.
da Silva
, and
J. C.
Soares
,
J. Appl. Phys.
90
,
81
86
(
2001
).
25.
M.
Mamor
,
V.
Matias
,
A.
Vantomme
,
A.
Colder
,
P.
Marie
, and
P.
Ruterana
,
Appl. Phys. Lett.
85
,
2244
2246
(
2004
).
26.
P.
Wu
,
G.
Saraf
,
Y.
Lu
,
D. H.
Hill
,
R.
Gateau
,
L.
Wielunski
,
R. A.
Bartynski
,
D. A.
Arena
,
J.
Dvorak
,
A.
Moodenbaugh
,
T.
Siegrist
,
J. A.
Raley
, and
Y. K.
Yeo
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
012508
(
2006
).
27.
A.
Tabata
,
A. P.
Lima
,
J. R.
Leite
,
V.
Lemos
,
D.
Schikora
,
B.
Schöttker
,
U.
Köhler
,
D. J.
As
, and
K.
Lischka
,
Semicond. Sci. Technol.
14
,
318
322
(
1999
).
28.
D. G.
Pacheco-Salazar
,
S. F.
Li
,
F.
Cerdeira
,
E. A.
Meneses
,
J. R.
Leite
,
L. M. R.
Scolfaro
,
D. J.
As
, and
K.
Lischka
,
J. Cryst. Growth
284
,
379
387
(
2005
).
29.
A.
Bonanni
,
M.
Kiecana
,
C.
Simbrunner
,
T.
Li
,
M.
Sawicki
,
M.
Wegscheider
,
M.
Quast
,
H.
Przybylińska
,
A.
Navarro-Quezada
,
R.
Jakiela
,
A.
Wolos
,
W.
Jantsch
, and
T.
Dietl
,
Phys. Rev. B
75
,
125210
(
2007
).
30.
O.
Margeat
,
M.
Respaud
,
C.
Amiens
,
P.
Lecante
, and
B.
Chaudret
,
Beilstein J. Nanotechnol.
1
,
108
118
(
2010
).
31.
G.
Talut
,
H.
Reuther
,
S.
Zhou
,
K.
Potzger
,
F.
Eichhorn
, and
F.
Stromberg
,
J. Appl. Phys.
102
,
083909
(
2007
).
You do not currently have access to this content.