Wolfhard Möller, Bruno Daudin, Eduardo Alves, M. Felizardo, D. Nd. Faye, Emilio Nogales, Mathieu Kociak, T. Auzelle, Luiz H. G. Tizei, Katharina Lorenz, Marco Peres, Bianchi Méndez, Andrés Redondo-Cubero, Pierre Ruterana, X. Biquard, Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear [Lisboa] (IPFN), Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa (IST), Nanostructures et Rayonnement Synchrotron (NRS ), Modélisation et Exploration des Matériaux (MEM), Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Departamento de Física de Materiales [Madrid], Universidad Autonoma de Madrid (UAM), Nanophysique et Semiconducteurs (NPSC), PHotonique, ELectronique et Ingénierie QuantiqueS (PHELIQS), Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Laboratoire de Physique des Solides (LPS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11), Centre de recherche sur les Ions, les MAtériaux et la Photonique (CIMAP - UMR 6252), Université de Caen Normandie (UNICAEN), Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN), Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institute of Ion Beam Physics and Materials Research [Dresden], Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), Universidad Autónoma de Madrid (UAM), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Matériaux Avancés (IRMA), Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Normandie Université (NU)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
International audience; Rare earth (RE)-doped GaN nanowires (NWs), combining the well-defined and controllable optical emission lines of trivalent RE ions with the high crystalline quality, versatility, and small dimension of the NW host, are promising building blocks for future nanoscale devices in optoelectronics and quantum technologies. Europium doping of GaN NWs was performed by ion implantation, and structural and optical properties were assessed in comparison to thin film reference samples. Despite some surface degradation for high implantation fluences, the NW core remains of high crystalline quality with lower concentrations of extended defects than observed in ion-implanted thin films. Strain introduced by implantation defects is efficiently relaxed in NWs and the measured deformation stays much below that in thin films implanted in the same conditions. Optical activation is achieved for all samples after annealing, and while optical centers are similar in all samples, Eu3+ emission from NW samples is shown to be less affected by residual implantation damage than for the case of thin films. The incorporation of Eu in GaN NWs was further investigated by nano-cathodoluminescence and X-ray absorption spectroscopy (XAS). Maps of the Eu-emission intensity within a single NW agree well with the Eu-distribution predicted by Monte Carlo simulations, suggesting that no pronounced Eu-diffusion takes place. XAS shows that 70–80% of Eu is found in the 3+ charge state while 20–30% is 2+ attributed to residual implantation defects. A similar local environment was found for Eu in NWs and thin films: for low fluences, Eu is mainly incorporated on substitutional Ga-sites, while for high fluences XAS points at the formation of a local EuN-like next neighbor structure. The results reveal the high potential of ion implantation as a processing tool at the nanoscale.