We report a systematic study of the effects of wet chemical treatment, inductively coupled plasma etching, and thermal annealing on the surface and optical properties of Mg-doped p-type GaN. The chemical bonding and surface stoichiometry of the GaN surface subjected to different processing steps are analyzed based on the results of x-ray photoelectron spectroscopy. Atomic force microscopy has been employed to characterize the surface morphology. Photoluminescence (PL) and micro-Raman techniques have been used to investigate the electronic and vibrational properties of plasma etched surface. We have correlated the surface changes induced by dry etching of p-type GaN to the corresponding changes in the defect and impurity related states, through their manifestation in the PL spectra. We have observed several local vibrational modes (LVMs) in p-type GaN subjected to various processing steps. A broad structure in the low-temperature Raman spectra around 865 cm−1 is attributed to the electronic Raman scattering from neutral Mg acceptors. In addition to the LVMs of Mg–Hn complexes, two new modes near 2405 and 2584 cm−1 are observed from the etched p-GaN surface. We have also carried out PL and micro-Raman analyses of Mg-doped GaN films annealed under different conditions.

1.
H.
Amano
,
M.
Kito
,
K.
Hiramatsu
, and
I.
Akasaki
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 2
28
,
L2112
(
1989
).
2.
S.
Nakamura
,
M.
Senoh
,
N.
Iwasa
, and
S.
Nagahama
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 2
34
,
L797
(
1995
).
3.
S.
Nakamura
,
M.
Senoh
,
S.
Nagahama
,
N.
Iwasa
,
T.
Yamada
,
T.
Matsushita
,
H.
Kiyoku
, and
Y.
Sugimoto
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 2
35
,
L74
(
1996
).
4.
M. A.
Reshchikov
,
G. C.
Yi
, and
B. W.
Wessels
,
Phys. Rev. B
59
,
13176
(
1999
).
5.
U.
Kauffmann
,
M.
Kunzer
,
M.
Maier
,
H.
Obloh
,
A.
Ramakrishnan
,
B.
Santic
, and
P.
Schlotter
,
Appl. Phys. Lett.
72
,
1326
(
1998
).
6.
J. K.
Sheu
,
Y. K.
Su
,
G. C.
Chi
,
B. J.
Pong
,
C. Y.
Chen
,
C. N.
Huang
, and
W. C.
Chen
,
J. Appl. Phys.
84
,
4590
(
1998
).
7.
Y. H.
Kwon
,
S. K.
Shee
,
G. H.
Gainer
,
G. H.
Park
,
S. J.
Hwang
, and
J. J.
Song
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
840
(
2000
).
8.
F.
Shahedipour
and
B. W.
Wessels
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
3011
(
2000
).
9.
J.
Neugebauer
and
C. G.
Van de Walle
,
Phys. Rev. B
50
,
8067
(
1994
);
J.
Neugebauer
and
C. G.
Van de Walle
,
Appl. Phys. Lett.
69
,
503
(
1996
).
10.
T.
Matilla
and
R. M.
Nieminen
,
Phys. Rev. B
55
,
9571
(
1997
).
11.
U.
Kauffmann
,
M.
Kunzer
,
C.
Merz
,
I.
Akasaki
, and
H.
Amano
,
Mater. Res. Soc. Symp. Proc.
395
,
633
(
1996
).
12.
S.
Hess
,
R. A.
Taylor
,
J. F.
Ryan
,
N. J.
Cain
,
V.
Roberts
, and
J.
Roberts
,
Phys. Status Solidi B
210
,
465
(
1998
);
A. K.
Viswanath
,
E.
Shin
,
J. I.
Lee
,
S.
Yu
,
D.
Kim
,
B.
Kim
,
Y.
Choi
, and
C. H.
Hong
,
J. Appl. Phys.
83
,
2272
(
1998
);
E.
Oh
,
H.
Park
, and
Y.
Park
,
Appl. Phys. Lett.
72
,
70
(
1998
);
W.
Gotz
,
N. M.
Johnson
,
J.
Walker
,
D. P.
Bour
, and
R. A.
Street
,
Appl. Phys. Lett.
68
,
667
(
1996
).
13.
J. S.
Colton
and
P. Y.
Yu
,
Appl. Phys. Lett.
78
,
2500
(
2001
).
14.
S. J.
Pearton
,
J. C.
Zolper
,
R. J.
Shul
, and
F.
Ren
,
J. Appl. Phys.
86
,
1
(
1999
).
15.
S. W.
King
,
J. P.
Barnak
,
M. D.
Bremser
,
K. M.
Tracy
,
C.
Ronning
,
R. F.
Davis
, and
R. J.
Nemanich
,
J. Appl. Phys.
84
,
5248
(
1998
);
H.
Ishikawa
,
S.
Kobayashi
,
Y.
Koide
,
S.
Yamasaki
,
S.
Nagai
,
J.
Umezaki
,
M.
Koike
, and
M.
Murakami
,
J. Appl. Phys.
81
,
1315
(
1997
);
B. J.
Kim
,
J. Y.
Lee
,
H. S.
Park
,
Y.
Park
, and
T. I.
Kim
,
J. Electron. Mater.
27
,
L32
(
1998
).
16.
J. L.
Lee
,
J. K.
Kim
,
J. W.
Lee
,
Y. J.
Park
, and
T.
Kim
,
Solid-State Electron.
43
,
435
(
1999
).
17.
J. L.
Lee
,
M.
Weber
,
J. K.
Kim
,
J. W.
Lee
,
Y. J.
Park
,
T.
Kim
, and
K.
Lynn
,
Appl. Phys. Lett.
74
,
2289
(
1999
).
18.
J.
Sun
,
K. A.
Rickert
,
J. M.
Redwing
,
A. B.
Ellis
,
F. J.
Himpsel
, and
T. F.
Kuech
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
415
(
2000
).
19.
H.
Harima
,
T.
Inoue
,
S.
Nakashima
,
K.
Furukawa
, and
M.
Taneya
,
Appl. Phys. Lett.
73
,
2000
(
1998
).
20.
H.
Harima
,
T.
Inoue
,
S.
Nakashima
,
M.
Ishida
, and
M.
Taneya
,
Appl. Phys. Lett.
75
,
1383
(
1999
).
21.
A.
Kaschner
,
H.
Siegle
,
G.
Kaczmarczyk
,
M.
Straβburg
,
A.
Hoffmann
,
C.
Thomsen
,
U.
Birkle
,
S.
Einfeldt
, and
D.
Hommel
,
Appl. Phys. Lett.
74
,
3281
(
1999
).
22.
M. S.
Brandt
,
J. W. Ager
III
,
W.
Gotz
,
N. M.
Johnson
,
J. S.
Harris
, Jr.
,
R. J.
Molnar
, and
T. D.
Moustakas
,
Phys. Rev. B
49
,
14758
(
1994
).
23.
W.
Gotz
,
N. M.
Johnson
,
D. P.
Bour
,
M. D.
McCluskey
, and
E. E.
Haller
,
Appl. Phys. Lett.
69
,
3725
(
1996
);
G. M.
Criado
,
A.
Cros
,
A.
Cantarero
,
R.
Dimitrov
,
O.
Ambacher
, and
M.
Stutzmann
,
J. Appl. Phys.
88
,
3470
(
2000
).
24.
K. T.
Tsen
,
C.
Koch
,
Y.
Chen
,
H.
Morkoc
,
J.
Li
,
J. Y.
Lin
, and
H. X.
Jiang
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
2889
(
2000
).
25.
S.
Guha
,
R. C.
Keller
,
V.
Yang
,
F.
Shahedipour
, and
B. W.
Wessels
,
Appl. Phys. Lett.
78
,
58
(
2001
).
26.
G.
Kaczmarczyk
,
A.
Kaschner
,
A.
Hoffmann
, and
C.
Thomsen
,
Phys. Rev. B
61
,
5353
(
2000
).
27.
A.
Kaschner
,
G.
Kaczmarczyk
,
A.
Hoffmann
,
C.
Thomsen
,
U.
Birkle
,
S.
Einfeldt
, and
D.
Hommel
,
Phys. Status Solidi B
216
,
551
(
1999
).
28.
Y. B.
Hahn
,
Y. H.
Im
,
J. S.
Park
,
K. S.
Nahm
, and
Y. S.
Lee
,
J. Vac. Sci. Technol. A
19
,
1277
(
2001
).
29.
I.
Akasaki
,
H.
Amano
,
Y.
Koide
,
K.
Hiramatsu
, and
N.
Sawaki
,
J. Cryst. Growth
98
,
209
(
1989
).
30.
H. Z.
Xiao
,
N. E.
Lee
,
R. C.
Powell
,
Z.
Ma
,
L. H.
Allen
,
J. E.
Green
, and
R.
Rockett
,
J. Appl. Phys.
76
,
8195
(
1994
).
31.
S.
Tripathy
,
A.
Ramam
,
S. J.
Chua
,
J. S.
Pan
, and
A.
Huan
,
J. Vac. Sci. Technol. A
19
,
2522
(
2001
).
32.
A. R.
Smith
,
R. M.
Feenstra
,
D. W.
Greeve
,
J.
Neugebauer
, and
J. E.
Northrup
,
Phys. Rev. Lett.
79
,
3934
(
1997
).
33.
A. R.
Smith
,
R. M.
Feenstra
,
D. W.
Greeve
,
M. S.
Shin
,
M.
Skowronski
,
J.
Neugebauer
, and
J. E.
Northrup
,
Appl. Phys. Lett.
72
,
2114
(
1997
).
34.
B. A.
Hull
,
S. E.
Mohney
,
H. S.
Venugopalan
, and
J. C.
Ramer
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
2271
(
2000
).
35.
S.
Nakamura
,
T.
Mukai
,
M.
Senoh
, and
N.
Iwasa
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 2
31
,
L139
(
1991
).
36.
Y.
Koide
,
T.
Maeda
,
T.
Kawakami
,
S.
Fujita
,
T.
Uemura
,
N.
Shibata
, and
M.
Murakami
,
J. Electron. Mater.
28
,
341
(
1999
).
37.
J. M.
Hayes
,
M.
Kuball
,
A.
Bell
,
I.
Harrison
,
D.
Korakakis
, and
C. T.
Foxon
,
Appl. Phys. Lett.
75
,
2097
(
1999
).
38.
L. K.
Li
,
M. J.
Jurkovic
,
W. I.
Wang
,
J. M. Van
Hove
, and
P. P.
Chow
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
1740
(
2000
).
39.
D. J.
Chadi
,
Appl. Phys. Lett.
71
,
2970
(
1997
).
40.
C. H.
Park
and
D. J.
Chadi
,
Phys. Rev. B
55
,
12995
(
1997
).
41.
S.
Fisher
,
C.
Wetzel
,
E. E.
Haller
, and
B. K.
Meyer
,
Appl. Phys. Lett.
67
,
1298
(
1995
).
42.
T.
Tanaka
,
A.
Watanabe
,
H.
Amano
,
Y.
Kobayashi
,
I.
Akasaki
,
S.
Yamazaki
, and
M.
Koike
,
Appl. Phys. Lett.
65
,
593
(
1994
).
43.
V. Y.
Davydov
,
N. S.
Averkiev
,
I. N.
Goncharuk
,
D. K.
Nelson
,
I. P.
Nikitina
,
A. S.
Polkovnikov
,
A. N.
Smirnov
,
M. A.
Jacobson
, and
O. K.
Semchinova
,
J. Appl. Phys.
82
,
5097
(
1997
).
44.
S.
Tripathy
,
R. K.
Soni
,
H.
Asahi
,
K.
Iwata
,
R.
Kuroiwa
,
K.
Asami
, and
S.
Gonda
,
J. Appl. Phys.
85
,
8386
(
1999
).
45.
P.
Perlin
,
J.
Camassel
,
W.
Knap
,
T.
Taliercio
,
J. C.
Chervin
,
T.
Suski
,
I.
Grzegory
, and
S.
Porowski
,
Appl. Phys. Lett.
67
,
2524
(
1995
).
46.
J.
Neugebauer
and
C. G. Van de
Walle
,
Phys. Rev. Lett.
75
,
4452
(
1995
).
47.
F. A.
Reboredo
and
S. T.
Pantelides
,
Phys. Rev. Lett.
82
,
1887
(
1999
).
This content is only available via PDF.
You do not currently have access to this content.