We report persistent photoconductivity in Mg-doped GdN thin films grown by molecular beam epitaxy. Temperature-dependent measurements were carried out in the time and frequency domains to probe the nature of Mg impurities in GdN. The results reveal an initial fast decay followed by a slow persistent photoconductivity. The magnitude of the photoconductivity as well as the characteristic fast- and slow-decay times was found to decrease systematically with increasing the Mg-doping level. Our experimental results suggest that Mg impurities in epitaxial GdN thin films act as acceptor-like centres. Interestingly they also show that the incorporation of Mg result in a significant decrease in the concentration of nitrogen vacancies, as is demonstrated also to be in agreement with an ab initio calculation.
References
1.
S. A.
Wolf
, D. D.
Awschalom
, R. A.
Buhrman
, J. M.
Daughton
, S.
von Molnár
, M. L.
Roukes
, A. Y.
Chtchelkanova
, and D. M.
Treger
, Science
294
, 1488
(2001
).2.
I.
Žutić
, J.
Fabian
, and S.
Das Sarma
, Rev. Mod. Phys.
76
, 323
(2004
).3.
D. D.
Awschalom
and M. E.
Flatté
, Nat. Phys.
3
, 153
(2007
).4.
T.
Dietl
, H.
Ohno
, F.
Matsukara
, J.
Cibert
, and D.
Ferrand
, Science
287
, 1019
(2000
).5.
J.
Fabian
, A.
Matos-Abiaguea
, C.
Ertlera
, P.
Stano
, and I.
Žutić
, Acta Phys. Slovaca
57
, 565
(2007
).6.
S.
von Molnár
and D.
Reed
, Proc. IEEE
91
, 715
(2003
).7.
F.
Natali
, B.
Ruck
, N.
Plank
, H.
Trodahl
, S.
Granville
, C.
Meyer
, and W.
Lambrecht
, Prog. Mater. Sci.
58
, 1316
(2013
).8.
P. K.
Muduli
, A.
Pal
, and M. G.
Blamire
, Phys. Rev. B
89
, 094414
(2014
).9.
S.
Krishnamoorthy
, T. F.
Kent
, J.
Yang
, P. S.
Park
, R. C.
Myers
, and S.
Rajan
, Nano Lett.
13
, 2570
(2013
).10.
H.
Warring
, H. J.
Trodahl
, N. O. V.
Plank
, F.
Natali
, S.
Granville
, and B. J.
Ruck
, Phys. Rev. Appl.
6
, 044002
(2016
).11.
H.
Warring
, B. J.
Ruck
, H. J.
Trodahl
, and F.
Natali
, Appl. Phys. Lett.
102
, 132409
(2013
).12.
F.
Leuenberger
, A.
Parge
, W.
Felsch
, K.
Fauth
, and M.
Hessler
, Phys. Rev. B
72
, 014427
(2005
).13.
14.
R. A.
Cutler
and A. W.
Lawson
, J. Appl. Phys.
46
, 2739
(1975
).15.
K.
Khazen
, H. J.
von Bardeleben
, J. L.
Cantin
, A.
Bittar
, S.
Granville
, H. J.
Trodahl
, and B. J.
Ruck
, Phys. Rev. B
74
, 245330
(2006
).16.
B. M.
Ludbrook
, I. L.
Farrell
, M.
Kuebel
, B. J.
Ruck
, A. R. H.
Preston
, H. J.
Trodahl
, L.
Ranno
, R. J.
Reeves
, and S. M.
Durbin
, J. Appl. Phys.
106
, 063910
(2009
).17.
C.-M.
Lee
, H.
Warring
, S.
Vézian
, B.
Damilano
, S.
Granville
, M.
Al Khalfioui
, Y.
Cordier
, H. J.
Trodahl
, B. J.
Ruck
, and F.
Natali
, Appl. Phys. Lett.
106
, 022401
(2015
).18.
A.
Punya
, T.
Cheiwchanchamnangij
, A.
Thiess
, and W. R. L.
Lambrecht
, Symposium I Magnetism and Correlated Electronic Structure of Nitrides Rare-Earth and Transition Metals as Constituents and Dopants
(Mater. Res. Soc. Symp. Proc.
, 2011
), Vol. 1290
, p. 4
.19.
S.
Granville
, B. J.
Ruck
, F.
Budde
, A.
Koo
, D. J.
Pringle
, F.
Kuchler
, A. R. H.
Preston
, D. H.
Housden
, N.
Lund
, A.
Bittar
, G. V. M.
Williams
, and H. J.
Trodahl
, Phys. Rev. B
73
, 235335
(2006
).20.
F.
Natali
, N.
Plank
, J.
Galipaud
, B.
Ruck
, H.
Trodahl
, F.
Semond
, S.
Sorieul
, and L.
Hirsch
, J. Cryst. Growth
312
, 3583
(2010
).21.
M.
Scarpulla
, C.
Gallinat
, S.
Mack
, J.
Speck
, and A.
Gossard
, J. Cryst. Growth
311
, 1239
(2009
).22.
R.
Vidyasagar
, T.
Kita
, T.
Sakurai
, and H.
Ohta
, Appl. Phys. Lett.
102
, 222408
(2013
).23.
N. O. V.
Plank
, F.
Natali
, J.
Galipaud
, J. H.
Richter
, M.
Simpson
, H. J.
Trodahl
, and B. J.
Ruck
, Appl. Phys. Lett.
98
, 112503
(2011
).24.
F.
Natali
, S.
Vézian
, S.
Granville
, B.
Damilano
, H.
Trodahl
, E.-M.
Anton
, H.
Warring
, F.
Semond
, Y.
Cordier
, S.
Chong
, and B.
Ruck
, J. Cryst. Growth
404
, 146
(2014
).25.
S.
Vézian
, B.
Damilano
, F.
Natali
, M. A.
Khalfioui
, and J.
Massies
, J. Cryst. Growth
450
, 22
(2016
).26.
H. J.
Trodahl
, A. R. H.
Preston
, J.
Zhong
, B. J.
Ruck
, N. M.
Strickland
, C.
Mitra
, and W. R. L.
Lambrecht
, Phys. Rev. B
76
, 085211
(2007
).27.
P.
Larson
, W. R. L.
Lambrecht
, A.
Chantis
, and M.
van Schilfgaarde
, Phys. Rev. B
75
, 045114
(2007
).28.
J. Z.
Li
, J. Y.
Lin
, H. X.
Jiang
, A.
Salvador
, A.
Botchkarev
, and H.
Morkoc
, Appl. Phys. Lett.
69
, 1474
(1996
).29.
G.
Beadie
, W. S.
Rabinovich
, A. E.
Wickenden
, D. D.
Koleske
, S. C.
Binari
, and J. A.
Freitas
, Jr., Appl. Phys. Lett.
71
, 1092
(1997
).30.
C. H.
Qiu
and J. I.
Pankove
, Appl. Phys. Lett.
70
, 1983
(1997
).31.
S.
Cai
, G.
Parish
, J. M.
Dell
, and B. D.
Nener
, J. Appl. Phys.
96
, 1019
(2004
).32.
P.
Sharma
, K.
Sreenivas
, and K. V.
Rao
, J. Appl. Phys.
93
, 3963
(2003
).33.
K.
Saarinen
, J.
Nissil
, P.
Hautojrvi
, J.
Likonen
, T.
Suski
, I.
Grzegory
, B.
Lucznik
, and S.
Porowski
, Appl. Phys. Lett.
75
, 2441
(1999
).34.
J.
Oila
, V.
Ranki
, J.
Kivioja
, K.
Saarinen
, P.
Hautojärvi
, J.
Likonen
, J. M.
Baranowski
, K.
Pakula
, T.
Suski
, M.
Leszczynski
, and I.
Grzegory
, Phys. Rev. B
63
, 045205
(2001
).35.
P. E.
Blöchl
, Phys. Rev. B
50
, 17953
(1994
).36.
G.
Kresse
and D.
Joubert
, Phys. Rev. B
59
, 1758
(1999
).37.
G.
Kresse
and J.
Hafner
, Phys. Rev. B
47
, 558
(1993
).38.
G.
Kresse
and J.
Hafner
, Phys. Rev. B
49
, 14251
(1994
).39.
G.
Kresse
and J.
Hafner
, J. Phys.: Condens. Matter
6
, 8245
(1994
).40.
G.
Kresse
and J.
Furthmüller
, Comput. Mater. Sci.
6
, 15
(1996
).41.
G.
Kresse
and J.
Furthmüller
, Phys. Rev. B
54
, 11169
(1996
).42.
J. P.
Perdew
, K.
Burke
, and M.
Ernzerhof
, Phys. Rev. Lett.
77
, 3865
(1996
).43.
J. P.
Perdew
, K.
Burke
, and M.
Ernzerhof
, Phys. Rev. Lett.
78
, 1396
(1997
).44.
H. J.
Monkhorst
and J. D.
Pack
, Phys. Rev. B
13
, 5188
(1976
).© 2018 Author(s).
2018
Author(s)
You do not currently have access to this content.