Defects in the Al2O3(25 nm)/GaN structure were probed by using monoenergetic positron beams. Al2O3 films were deposited on GaN by atomic layer deposition at 300 °C. Temperature treatment above 800 °C leads to the introduction of vacancy-type defects in GaN due to outdiffusion of atoms from GaN into Al2O3. The width of the damaged region was determined to be 40–50 nm from the Al2O3/GaN interface, and some of the vacancies were identified to act as electron trapping centers. In the Al2O3 film before and after annealing treatment at 300–900 °C, open spaces with three different sizes were found to coexist. The density of medium-sized open spaces started to decrease above 800 °C, which was associated with the interaction between GaN and Al2O3. Effects of the electron trapping/detrapping processes of interface states on the flat band voltage and the defects in GaN were also discussed.

1.
U. K.
Mishra
,
L.
Shen
,
T. E.
Kazior
, and
Y.-F.
Wu
,
Prof. IEEE
96
,
287
(
2008
).
2.
B. J.
Baliga
,
Semicond. Sci. Technol.
28
,
074011
(
2013
).
3.
M. A.
Khan
,
M. S.
Shur
,
J. N.
Kuznia
,
Q.
Chen
,
J.
Burm
, and
W.
Schaff
,
Appl. Phys. Lett.
66
,
1083
(
1995
).
4.
O.
Aktas
,
Z. F.
Fan
,
S. N.
Mohammad
,
A. E.
Bothkarev
, and
H.
Morkoc
,
Appl. Phys. Lett.
69
,
3872
(
1996
).
5.
N.
Maeda
,
T.
Saitoh
,
K.
Ttsubaki
,
T.
Nishida
, and
N.
Kobayashi
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 2
38
,
L987
(
1999
).
6.
Y.
Nakano
,
T.
Kachi
, and
T.
Jimbo
,
J. Vac. Sci. Technol., B
21
,
2220
(
2003
).
7.
Y.
Zhou
,
C.
Ahyi
,
T.
Issacs-Smith
,
M.
Bozack
,
C.-C.
Tin
,
J.
Williams
,
M.
Park
,
A.-J.
Cheng
,
J.-H.
Park
,
D.-J.
Kim
,
D.
Wang
,
E. A.
Preble
,
A.
Hanser
, and
K.
Evans
,
Solid-State Electron.
52
,
756
(
2008
).
8.
M.
Grodzicki
,
P.
Mazur
,
S.
Zuber
,
J.
Brona
, and
A.
Ciszewski
,
Appl. Surf. Sci.
304
,
20
(
2014
).
9.
T.
Yamada
,
J.
Ito
,
R.
Asahara
,
K.
Watanabe
,
M.
Nozaki
,
S.
Nakazawa
,
Y.
Anda
,
M.
Ishida
,
T.
Ueda
,
A.
Yoshigoe
,
T.
Hosoi
,
T.
Shimura
, and
H.
Watanabe
,
J. Appl. Phys.
121
,
035303
(
2017
).
10.
M. A.
Kahn
,
X.
Hu
,
A.
Tarakji
,
G.
Simin
,
J.
Yang
,
R.
Gaska
, and
M. S.
Sher
,
Appl. Phys. Lett.
77
,
1339
(
2000
).
11.
N.
Maeda
,
C.
Wang
,
T.
Enoki
,
T.
Makimoto
, and
T.
Tawara
,
Appl. Phys. Lett.
87
,
073504
(
2005
).
12.
T.
Hashizume
,
S.
Ootomo
,
S.
Oyama
,
M.
Konishi
, and
H.
Hasegawa
,
J. Vac. Sci. Technol., B
19
,
1675
(
2001
).
13.
X.
Hu
,
A.
Koudymov
,
G.
Simon
,
J.
Yang
,
M.
Asif Khan
,
A.
Tarakji
,
M. S.
Shur
, and
R.
Gaska
,
Appl. Phys. Lett.
79
,
2832
(
2001
).
14.
S.
Huang
,
S.
Yang
,
J.
Roberts
, and
K. J.
Chen
,
Jpn. J. Appl. Phys.
50
,
110202
(
2011
).
15.
Y.
Hori
,
C.
Mizue
, and
T.
Hashizume
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
49
,
080201
(
2010
).
16.
X.
Qin
and
R. M.
Wallace
,
Appl. Phys. Lett.
107
,
081608
(
2015
).
17.
R.
Asahara
,
M.
Nozaki
,
T.
Yamada
,
J.
Ito
,
S.
Nakazawa
,
M.
Ishida
,
T.
Ueda
,
A.
Yoshigoe
,
T.
Hosoi
,
T.
Shimura
, and
H.
Watanabe
,
Appl. Phys. Express
9
,
101002
(
2016
).
18.
M.
Matys
,
B.
Adamowicz
,
A.
Domanowska
,
A.
Michalewicz
,
R.
Stoklas
,
M.
Akazawa
,
Z.
Yatabe
, and
T.
Hashizume
,
J. Appl. Phys.
120
,
225305
(
2016
).
19.
M.
Matys
,
R.
Stoklas
,
M.
Blaho
, and
B.
Adamowicz
,
Appl. Phys. Lett.
110
,
243505
(
2017
).
20.
K.
Watanabe
,
M.
Nozaki
,
T.
Yamada
,
S.
Nakazawa
,
Y.
Anda
,
M.
Ishida
,
T.
Ueda
,
A.
Yoshigoe
,
T.
Hosoi
,
T.
Shimura
, and
H.
Watanabe
,
Appl. Phys. Lett.
111
,
042102
(
2017
).
21.
J.
Robertson
,
Eur. Phys. J. Appl. Phys.
28
,
265
(
2004
).
22.
R.
Krause-Rehberg
and
H. S.
Leipner
,
Positron Annihilation in Semiconductors, Solid-State Sciences
(
Springer-Verlag
,
Berlin
,
1999
), Vol.
127
.
23.
F.
Tuomisto
and
I.
Makkonen
,
Rev. Mod. Phys.
85
,
1583
(
2013
).
24.
K.
Saarinen
,
T.
Laine
,
S.
Kuisma
,
J.
Nissilä
,
P.
Hautojärvi
,
L.
Dobrzynski
,
J. M.
Baranowski
,
K.
Pakula
,
R.
Stepniewski
,
M.
Wojdak
,
A.
Wysmolek
,
T.
Suski
,
M.
Leszczynski
,
I.
Grzegory
, and
S.
Porowski
,
Phys. Rev. Lett.
79
,
3030
(
1997
).
25.
K.
Saarinen
,
T.
Suski
,
I.
Grzegory
, and
D. C.
Look
,
Phys. Rev. B
64
,
233201
(
2001
).
26.
A.
Uedono
,
S. F.
Chichibu
,
Z. Q.
Chen
,
M.
Sumiya
,
R.
Suzuki
,
T.
Ohdaira
,
T.
Mikado
,
T.
Mukai
, and
S.
Nakamura
,
J. Appl. Phys.
90
,
181
(
2001
).
27.
J.
Oila
,
J.
Kivioja
,
V.
Ranki
,
K.
Saarinen
,
D. C.
Look
,
R. J.
Molnar
,
S. S.
Park
,
S. K.
Lee
, and
J. Y.
Han
,
Appl. Phys. Lett.
82
,
3433
(
2003
).
28.
A.
Uedono
,
T.
Naito
,
T.
Otsuka
,
K.
Shiraishi
,
K.
Yamabe
,
S.
Miyazaki
,
H.
Watanabe
,
N.
Umezawa
,
T.
Chikyow
,
Y.
Akasaka
,
S.
Kamiyama
,
Y.
Nara
, and
K.
Yamada
,
J. Appl. Phys.
100
,
064501
(
2006
).
29.
A.
Uedono
,
K.
Ikeuchi
,
T.
Otsuka
,
K.
Shiraishi
,
S.
Miyazaki
,
N.
Umezawa
,
A.
Hamid
,
T.
Chikyow
,
T.
Ohdaira
,
M.
Muramatsu
,
R.
Suzuki
,
S.
Inumiya
,
S.
Kamiyama
,
Y.
Akasaka
,
Y.
Nara
, and
K.
Yamada
,
J. Appl. Phys.
99
,
054507
(
2006
).
30.
Y.
Irokawa
,
T. T.
Suzuki
,
K.
Yuge
,
A.
Ohi
,
T.
Nabatame
,
K.
Kimoto
,
T.
Ohnishi
,
K.
Mitsuishi
, and
Y.
Koide
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
56
,
128004
(
2017
).
31.
T.
Nabatame
,
A.
Ohi
,
T.
Chikyo
,
M.
Kimura
,
H.
Yamada
, and
T.
Ohishi
,
J. Vac. Sci. Technol., B
32
,
03D121
(
2014
).
32.
A.
Uedono
,
S.
Ishibashi
,
N.
Oshima
, and
R.
Suzuki
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
52
,
08JJ02
(
2013
).
33.
A.
Uedono
,
S.
Takashima
,
M.
Edo
,
K.
Ueno
,
H.
Matsuyama
,
H.
Kudo
,
H.
Naramoto
, and
S.
Ishibashi
,
Phys. Status Solidi B
252
,
2794
(
2015
).
34.
A.
van Veen
,
H.
Schut
,
M.
Clement
,
J. M. M.
de Nijs
,
A.
Kruseman
, and
M. R.
IJpma
,
Appl. Surf. Sci.
85
,
216
(
1995
).
35.
P.
Sperr
,
W.
Egger
,
G.
Kögel
,
G.
Dollinger
,
C.
Hugenschmidt
,
R.
Repper
, and
C.
Piochacz
,
Appl. Surf. Sci.
255
,
35
(
2008
).
36.
C.
Hugenschmidt
,
B.
Löwe
,
J.
Mayer
,
C.
Piochacz
,
P.
Pikart
,
R.
Repper
,
M.
Stadlbauer
, and
K.
Schreckenbach
,
Nucl. Instrum. Methods A
593
,
616
(
2008
).
37.
C.
Hugenschmidt
,
J. Phys.: Conf. Ser.
262
,
012002
(
2011
).
38.
P.
Kirkegaard
,
M.
Eldrup
,
O. E.
Mogensen
, and
N. J.
Pedersen
,
Comput. Phys. Commun.
23
,
307
(
1981
).
39.
K.
Kimoto
,
Y.
Matsui
,
T.
Nabatame
,
T.
Yasuda
,
T.
Mizoguchi
,
I.
Tanaka
, and
A.
Toriumi
,
Appl. Phys. Lett.
83
,
4306
(
2003
).
40.
S.
Ishibashi
,
T.
Tamura
,
S.
Tanaka
,
M.
Kohyama
, and
K.
Terakura
,
Phys. Rev. B
76
,
153310
(
2007
).
41.
S.
Ishibashi
and
A.
Uedono
,
J. Phys. Conf.
505
,
012010
(
2014
).
42.
F. H.
Streitz
and
J. W.
Mintmire
,
Phys. Rev. B
60
,
773
(
1999
).
43.
C. Y.
Ouyang
,
Ž.
Šljivančanin
, and
A.
Baldereschi
,
Phys. Rev. B
79
,
235410
(
2009
).
44.
E.
Menéndez-Proupin
and
G.
Gutiérrez
,
Phys. Rev. B
72
,
035116
(
2005
).
45.
R.-S.
Zhou
and
R. L.
Snyder
,
Acta Crystallogr., Sect. B
47
,
617
(
1991
).
46.
E.
Boroński
and
R. M.
Nieminen
,
Phys. Rev. B
34
,
3820
(
1986
).
47.
A. K.
Harman
,
S.
Ninomiya
, and
S.
Adachi
,
J. Appl. Phys.
76
,
8032
(
1994
).
48.
A.
Uedono
,
Y.
Tsukada
,
Y.
Mikawa
,
T.
Mochizuki
,
H.
Fujisawa
,
H.
Ikeda
,
K.
Kurihara
,
K.
Fujito
,
S.
Terada
,
S.
Ishibashi
, and
S. F.
Chichibu
,
J. Cryst. Growth
448
,
117
(
2016
).
49.
A.
Uedono
,
M.
Imanishi
,
M.
Imade
,
M.
Yoshimura
,
S.
Ishibashi
,
M.
Sumiya
, and
Y.
Mori
,
J. Cryst. Growth
475
,
261
(
2017
).
50.
M. A.
Reshchikova
and
H.
Morkoç
,
J. Appl. Phys.
97
,
061301
(
2005
).
51.
J. L.
Lyons
,
A.
Janotti
, and
C. G.
Van de Walle
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
152108
(
2010
).
52.
M. A.
Reshchikov
,
D. O.
Demchenko
,
A.
Usikov
,
H.
Helava
, and
Yu.
Makarov
,
Phys. Rev. B
90
,
235203
(
2014
).
53.
Principle and Application of Positron and Positronium Chemistry
, edited by
Y. C.
Jean
and
D. M.
Schrader
(
World Scientific
,
Singapore
,
2003
), p.
167
.
54.
A.
Uedono
,
K.
Ikeuchi
,
K.
Yamabe
,
T.
Ohdaira
,
M.
Muramatsu
,
R.
Suzuki
,
A. S.
Hamid
,
T.
Chikyow
,
K.
Torii
, and
K.
Yamada
,
J. Appl. Phys.
98
,
023506
(
2005
).
55.
L.
Kronik
and
Y.
Shapir
,
Surf. Interface Anal.
31
,
954
(
2001
).
56.
A.
Uedono
,
T.
Fujishima
,
D.
Piedra
,
N.
Yoshihara
,
S.
Ishibashi
,
M.
Sumiya
,
O.
Laboutin
,
W.
Johnson
, and
T.
Palacios
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
052108
(
2014
).
57.
A.
Uedono
,
T.
Tanaka
,
N.
Ito
,
K.
Nakahara
,
W.
Egger
,
C.
Hugenschmidt
,
S.
Ishibashi
, and
M.
Sumiya
,
Thin Solid Films
639
,
78
(
2017
).
58.
A.
Uedono
,
S.
Takashima
,
M.
Edo
,
K.
Ueno
,
H.
Matsuyama
,
W.
Egger
,
T.
Koschine
,
C.
Hugenschmidt
,
M.
Dickmann
,
K.
Kojima
,
S. F.
Chichibu
, and
S.
Ishibashi
,
Phys. Status Solidi B
2017
,
1700521
.
You do not currently have access to this content.