To evaluate the polarity, energy band diagram, and oxygen (O) distribution of a heavily Mg-doped InN (InN:Mg+) epilayer with a Mg concentration of 1.0 ± 0.5 × 1020 cm−3, the core-level and valence band (VB) photoelectron spectra are investigated by angle-resolved soft and hard X-ray photoelectron spectroscopies. The InN:Mg+ epilayers are grown by radio-frequency plasma-assisted molecular beam epitaxy. In this doping level, the polarity inversion from In-polar to N-polar occurs with the increase in the Mg flow rate under the same growth conditions, and the VB spectrum clearly indicates the direction of polarity of InN:Mg+, which is N-polar. The energy band diagram is considered to exhibit a two-step downward bending structure due to the coexistence of the n+ surface electron accumulation layer and heavily Mg-doped p+ layer formed in the bulk. The O concentration rapidly increases until ∼4 nm with respect to the surface, which is deduced to be one of the reasons of the formation of the anomalous two-step energy band profile.

1.
M.
Oseki
,
K.
Okubo
,
A.
Kobayashi
,
J.
Ohta
, and
H.
Fujioka
,
Sci. Rep.
4
,
3951
(
2014
).
2.
H.
Lu
,
W. J.
Schaff
,
J.
Hwang
,
H.
Wu
,
G.
Koley
, and
L. F.
Eastman
,
Appl. Phys. Lett.
79
,
1489
(
2001
).
3.
V. Y.
Davydov
,
A. A.
Klochikhin
,
R. P.
Seisyan
,
V. V.
Emtsev
,
S. V.
Ivanov
,
F.
Bechstedt
,
J.
Furthmüller
,
H.
Harima
,
A. V.
Mudryi
,
J.
Aderhold
,
O.
Semchinova
, and
J.
Graul
,
Phys. Status Solidi B
229
,
R1
(
2002
).
4.
M.
Higashiwaki
and
T.
Matsui
,
Jpn. J. Appl. Phys.
41
,
L540
(
2002
).
5.
K.
Xu
and
A.
Yoshikawa
,
Appl. Phys. Lett.
83
,
251
(
2003
).
6.
Y.
Nanishi
,
Y.
Saito
, and
T.
Yamaguchi
,
Jpn. J. Appl. Phys.
42
,
2549
(
2003
).
7.
V.
Cimalla
,
C.
Förster
,
G.
Kittler
,
I.
Cimalla
,
R.
Kosiba
,
G.
Ecke
,
O.
Ambacher
,
R.
Goldhahn
,
S.
Shokhovets
,
A.
Georgakilas
,
H.
Lu
, and
W.
Schaff
,
Phys. Status Solidi C
0
,
2818
(
2003
).
8.
S. V.
Ivanov
,
T. V.
Shubina
,
V. N.
Jmerik
,
V. A.
Vekshin
,
P. S.
Kop'ev
, and
B.
Monemar
,
J. Cryst. Growth
269
,
1
(
2004
).
9.
C. S.
Gallinat
,
G.
Koblmüller
,
J. S.
Brown
,
S.
Bernardis
,
J. S.
Speck
,
G. D.
Chern
,
E. D.
Readinger
,
H.
Shen
, and
M.
Wraback
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
032109
(
2006
).
10.
V.
Cimalla
,
G.
Ecke
,
M.
Niebelschütz
,
O.
Ambacher
,
R.
Goldhahn
,
H.
Lu
, and
W. J.
Schaff
,
Phys. Status Solidi C
2
,
2254
(
2005
).
11.
S.
Nakamura
,
M.
Senoh
,
S.-I.
Nagahama
,
N.
Iwasa
,
T.
Yamada
,
T.
Matsushita
,
H.
Kiyoku
, and
Y.
Sugimoto
,
Jpn. J. Appl. Phys.
35
,
L74
(
1996
).
12.
I.
Akasaki
and
H.
Amano
,
Jpn. J. Appl. Phys.
36
,
5393
(
1997
).
13.
U.
Kaufmann
,
P.
Schlotter
,
H.
Obloh
,
K.
Köhler
, and
M.
Maier
,
Phys. Rev. B
62
,
10867
(
2000
).
14.
V.
Cimalla
,
M.
Niebelschütz
,
G.
Ecke
,
V.
Lebedev
,
O.
Ambacher
,
M.
Himmerlich
,
S.
Krischok
,
J. A.
Schaefer
,
H.
Lu
, and
W. J.
Schaff
,
Phys. Status Solidi A
203
,
59
(
2006
).
15.
P. A.
Anderson
,
C. H.
Swartz
,
D.
Carder
,
R. J.
Reeves
,
S. M.
Durbin
,
S.
Chandril
, and
T. H.
Myers
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
184104
(
2006
).
16.
N.
Ma
,
X. Q.
Wang
,
F. J.
Xu
,
N.
Tang
,
B.
Shen
,
Y.
Ishitani
, and
A.
Yoshikawa
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
222114
(
2010
).
17.
R. E.
Jones
,
K. M.
Yu
,
S. X.
Li
,
W.
Walukiewicz
,
J. W.
Ager
,
E. E.
Haller
,
H.
Lu
, and
W. J.
Schaff
,
Phys. Rev. Lett.
96
,
125505
(
2006
).
18.
E.
Alarcón-Lladó
,
M. A.
Mayer
,
B. W.
Boudouris
,
R. A.
Segalman
,
N.
Miller
,
T.
Yamaguchi
,
K.
Wang
,
Y.
Nanishi
,
E. E.
Haller
, and
J. W.
Ager
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
102106
(
2011
).
19.
N.
Miller
,
J. W.
Ager
,
H. M.
Smith
,
M. A.
Mayer
,
K. M.
Yu
,
E. E.
Haller
,
W.
Walukiewicz
,
W. J.
Schaff
,
C.
Gallinat
,
G.
Koblmüller
, and
J. S.
Speck
,
J. Appl. Phys.
107
,
113712
(
2010
).
20.
M. A.
Mayer
,
S.
Choi
,
O.
Bierwagen
,
H. M.
Smith
,
E. E.
Haller
,
J. S.
Speck
, and
W.
Walukiewicz
,
J. Appl. Phys.
110
,
123707
(
2011
).
21.
J. W.
Ager
,
N.
Miller
,
R. E.
Jones
,
K. M.
Yu
,
J.
Wu
,
W. J.
Schaff
, and
W.
Walukiewicz
,
Phys. Status Solidi B
245
,
873
(
2008
).
22.
K.
Wang
,
N.
Miller
,
R.
Iwamoto
,
T.
Yamaguchi
,
M. A.
Mayer
,
T.
Araki
,
Y.
Nanishi
,
K. M.
Yu
,
E. E.
Haller
,
W.
Walukiewicz
, and
J. W.
Ager
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
042104
(
2011
).
23.
T. D.
Veal
,
P. D. C.
King
,
P. H.
Jefferson
,
L. F. J.
Piper
,
C. F.
McConville
,
H.
Lu
,
W. J.
Schaff
,
P. A.
Anderson
,
S. M.
Durbin
,
D.
Muto
,
H.
Naoi
, and
Y.
Nanishi
,
Phys. Rev. B
76
,
075313
(
2007
).
24.
P. D. C.
King
,
T. D.
Veal
,
C. F.
McConville
,
F.
Fuchs
,
J.
Furthmüller
,
F.
Bechstedt
,
J.
Schörmann
,
D. J.
As
,
K.
Lischka
,
H.
Lu
, and
W. J.
Schaff
,
Phys. Rev. B
77
,
115213
(
2008
).
25.
W. M.
Linhart
,
J.
Chai
,
R. J. H.
Morris
,
M. G.
Dowsett
,
C. F.
McConville
,
S. M.
Durbin
, and
T. D.
Veal
,
Phys. Rev. Lett.
109
,
247605
(
2012
).
26.
K.
Kobayashi
,
M.
Yabashi
,
Y.
Takata
,
T.
Tokushima
,
S.
Shin
,
K.
Tamasaku
,
D.
Miwa
,
T.
Ishikawa
,
H.
Nohira
,
T.
Hattori
,
Y.
Sugita
,
O.
Nakatsuka
,
A.
Sakai
, and
S.
Zaima
,
Appl. Phys. Lett.
83
,
1005
(
2003
).
27.
J. J.
Kim
,
E.
Ikenaga
,
M.
Kobata
,
A.
Takeuchi
,
M.
Awaji
,
H.
Makino
,
P. P.
Chen
,
A.
Yamamoto
,
T.
Matsuoka
,
D.
Miwa
,
Y.
Nishino
,
T.
Yamamoto
,
T.
Yao
, and
K.
Kobayashi
,
Appl. Surf. Sci.
252
,
5602
(
2006
).
28.
K.
Kobayashi
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A
601
,
32
(
2009
).
29.
A.
Yang
,
Y.
Yamashita
,
T.
Yamaguchi
,
M.
Imura
,
M.
Kaneko
,
O.
Sakata
,
Y.
Nanishi
, and
K.
Kobayashi
,
Appl. Phys. Express
5
,
031002
(
2012
).
30.
M.
Imura
,
S.
Tsuda
,
T.
Nagata
,
H.
Takeda
,
M. Y.
Liao
,
A. L.
Yang
,
Y.
Yamashita
,
H.
Yoshikawa
,
Y.
Koide
,
K.
Kobayashi
,
T.
Yamaguchi
,
M.
Kaneko
,
N.
Uematsu
,
K.
Wang
,
T.
Araki
, and
Y.
Nanishi
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
162110
(
2013
).
31.
M.
Imura
,
S.
Tsuda
,
T.
Nagata
,
H.
Takeda
,
M.
Liao
,
A.
Yang
,
Y.
Yamashita
,
H.
Yoshikawa
,
Y.
Koide
,
K.
Kobayashi
,
T.
Yamaguchi
,
M.
Kaneko
,
N.
Uematsu
,
T.
Araki
, and
Y.
Nanishi
,
J. Appl. Phys.
114
,
033505
(
2013
).
32.
J.
Wu
,
W.
Walukiewicz
,
K. M.
Yu
,
J. W.
Ager
,
E. E.
Haller
,
H.
Lu
,
W. J.
Schaff
,
Y.
Saito
, and
Y.
Nanishi
,
Appl. Phys. Lett.
80
,
3967
(
2002
).
33.
T.
Yamaguchi
,
D.
Muto
,
T.
Araki
, and
Y.
Nanishi
,
J. Cryst. Growth
311
,
2780
(
2009
).
34.
P. D. C.
King
,
T. D.
Veal
,
C. S.
Gallinat
,
G.
Koblmüller
,
L. R.
Bailey
,
J. S.
Speck
, and
C. F.
McConville
,
J. Appl. Phys.
104
,
103703
(
2008
).
35.
M.
Usuda
,
N.
Hamada
,
K.
Shiraishi
, and
A.
Oshiyama
,
Jpn. J. Appl. Phys.
43
,
L407
(
2004
).
36.
C. K.
Gan
and
D. J.
Srolovitz
,
Phys. Rev. B
74
,
115319
(
2006
).
37.
C. G.
Van de Walle
and
D.
Segev
,
J. Appl. Phys.
101
,
081704
(
2007
).
38.
N.
Ohashi
,
Y.
Adachi
,
T.
Ohsawa
,
K.
Matsumoto
,
I.
Sakaguchi
,
H.
Haneda
,
S.
Ueda
,
H.
Yoshikawa
, and
K.
Kobayashi
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
122102
(
2009
).
39.
X.
Wang
,
S.-B.
Che
,
Y.
Ishitani
,
A.
Yoshikawa
,
H.
Sasaki
,
T.
Shinagawa
, and
S.
Yoshida
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
081912
(
2007
).
40.
V.
Ramachandran
,
R. M.
Feenstra
,
W. L.
Sarney
,
L.
Salamanca-Riba
,
J. E.
Northrup
,
L. T.
Romano
, and
D. W.
Greve
,
Appl. Phys. Lett.
75
,
808
(
1999
).
41.
P.
Vennéguès
,
M.
Benaissa
,
B.
Beaumont
,
E.
Feltin
,
P.
De Mierry
,
S.
Dalmasso
,
M.
Leroux
, and
P.
Gibart
,
Appl. Phys. Lett.
77
,
880
(
2000
).
42.
J. S.
Corneille
,
J.-W.
He
, and
D. W.
Goodman
,
Surf. Sci.
306
,
269
(
1994
).
43.
T.
Hashizume
,
J. Appl. Phys.
94
,
431
(
2003
).
You do not currently have access to this content.