GaN/AlN short-period superlattices for intersubband optoelectronics: A systematic study of their epitaxial growth, design, and performance

Journal of Applied Physics

Volumn 104, Issue 9, 2008, Pages

  Kandaswamy, P K ^a   Guillot, F ^a   Bellet Amalric, E ^a   Monroy, E ^a   Nevou, L ^b   Tchernycheva, M ^b   Michon, A ^b   Julien, F H ^b   Baumann, E ^c   Giorgetta, F R ^c   Hofstetter, D ^c   Remmele, T ^d   Albrecht, M ^d   Birner, S ^e   Dang, Le Si ^a  

^a CEA GRENOBLE   (France)

^b CNRS   (France)

^c UNIVERSITY OF NEUCHÂTEL   (Switzerland)

^d LEIBNIZ INSTITUTE FOR CRYSTAL GROWTH   (Germany)

^e WALTER SCHOTTKY INSTITUT   (Germany)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ABSORPTION; ABSORPTION SPECTROSCOPY; CONCENTRATION (PROCESS); ELECTRIC FIELDS; ELECTRON-ELECTRON INTERACTIONS; ELECTRONS; EMISSION SPECTROSCOPY; ENERGY ABSORPTION; EPITAXIAL GROWTH; GALLIUM ALLOYS; GALLIUM NITRIDE; INFRARED ABSORPTION; LANTHANUM COMPOUNDS; LATTICE CONSTANTS; MOLECULAR BEAM EPITAXY; OPTICAL DEVICES; OPTICAL PROPERTIES; PHOTODEGRADATION; PHOTOEXCITATION; POLARIZATION; SEMICONDUCTING GALLIUM; SEMICONDUCTING SILICON; SEMICONDUCTING SILICON COMPOUNDS; SEMICONDUCTOR DOPING; SEMICONDUCTOR QUANTUM WELLS; SILICON; WELLS;

ALN BARRIERS; BLUE SHIFTS; CAP LAYERS; CHARGE ACCUMULATIONS; DESIGN PARAMETERS; DOMINANT CONTRIBUTIONS; ELASTIC ENERGIES; ELECTRONIC LEVELS; EXPECTED VALUES; GROWTH INTERRUPTIONS; HIGH GROWTH TEMPERATURES; INTERBAND EMISSIONS; INTERNAL ELECTRIC FIELDS; INTERSUBBAND; INTERSUBBAND ABSORPTIONS; LATTICE PARAMETERS; METAL ACCUMULATIONS; MISFIT DISLOCATIONS; MOLE FRACTIONS; MONOLAYER THICKNESSES; MQW STRUCTURES; MULTI QUANTUM WELLS; MULTIPLE PEAKS; NEAR INFRARED; OPTICAL PERFORMANCES; QUANTUM WELLS; SI CONCENTRATIONS; SI DOPING; SPECTRUM BROADENS; SPONTANEOUS POLARIZATIONS; STRUCTURAL QUALITIES; SYSTEMATIC STUDIES; THICKNESS FLUCTUATIONS; UNDERLAYERS; WAVELENGTH RANGES;

STRUCTURAL DESIGN;

EID: 56349084739     PISSN: 00218979     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1063/1.3003507     Document Type: Article

References (90)

1. A. V. Gopal, H. Yoshida, A. Neogi, N. Georgiev, T. Mozume, T. Simoyama, O. Wada, and H. Ishikawa, IEEE J. Quantum Electron. 0018-9197 10.1109/JQE.2002.804293 38, 1515 (2002).
2. R. Akimoto, B. S. Li, K. Akita, and T. Hasama, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.2123379 87, 181104 (2005).
3. B. S. Ma, W. J. Fan, Y. X. Dang, W. K. Cheah, W. K. Loke, W. Liu, D. S. Li, S. F. Yoon, D. H. Zhang, H. Wang, and C. H. Tung, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.2767185 91, 051102 (2007).
4. C. Gmachl, H. M. Ng, S. N. G. Chu, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.1332108 77, 3722 (2000).
5. C. Gmachl, H. M. Ng, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.1403277 79, 1590 (2001).
6. K. Kishino, A. Kikuchi, H. Kanazava, and T. Tachibana, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.1500432 81, 1234 (2002).
7. A. Helman, M. Tchernycheva, A. Lusson, E. Warde, F. H. Julien, Kh. Moumanis, G. Fishman, E. Monroy, B. Daudin, L. S. Dang, E. Bellet-Amalric, and D. Jalabert, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.1635985 83, 5196 (2003).
8. N. Suzuki and N. Iizuka, Jpn. J. Appl. Phys., Part 2 0021-4922 10.1143/JJAP.38.L363 38, L363 (1999).
9. S. Nicolay, J. F. Carlin, E. Feltin, R. Butte, M. Mosca, N. Grandjean, M. Ilegems, M. Tchernycheva, L. Nevou, and F. H. Julien, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.2045559 87, 111106 (2005).
10. M. Tchernycheva, L. Nevou, L. Doyennette, F. H. Julien, E. Warde, F. Guillot, E. Monroy, E. Bellet-Amalric, T. Remmele, and M. Albrecht, Phys. Rev. B 0163-1829 10.1103/PhysRevB.73.125347 73, 125347 (2006).
11. G. Cywiński, C. Skierbiszewski, A. Fedunieiwcz-muda, M. Siekacz, L. Nevou, L. Doyennette, M. Tchernycheva, F. H. Julien, P. Prystawko, M. Kryśko, S. Grzanka, I. Grzegory, A. Presz, J. Z. Domagaa, J. Smalc, M. Albrecht, T. Remmele, and S. Porowski, J. Vac. Sci. Technol. B 1071-1023 10.1116/1.2200382 24, 1505 (2006).
12. G. Martin, S. Strite, A. Botchkarev, A. Agarwal, A. Rockett, W. R. L. Lambrecht, B. Segall, and H. Morko̧, J. Electron. Mater. 225, 24 (1995). 0361-5235
13. S. Wei and A. Zunger, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.117689 69, 2719 (1996).
14. G. Martin, A. Botchkarev, A. Rockett, and H. Morko̧, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.116177 68, 2541 (1996).
15. N. Iizuka, K. Kaneko, N. Suzuki, T. Asano, S. Noda, and O. Wada, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.127073 77, 648 (2000).
16. J. D. He, C. Gmachl, H. M. Ng, and A. Y. Cho, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.1505116 81, 1803 (2002).
17. N. Iizuka, K. Kaneko, and N. Suzuki, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.1505116 81, 1803 (2002).
18. J. Hamazaki, S. Matsui, H. Kunugita, K. Ema, H. Kanazawa, T. Tachibana, A. Kikuchi, and K. Kishino, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.1647275 84, 1102 (2004).
19. N. Iizuka, K. Kaneko, and N. Suzuki, Opt. Express 1094-4087 10.1364/OPEX.13.003835 13, 3835 (2005).
20. S. Valdueza-Felip, F. B. Naranjo, M. González-Herráez, H. Fernández, J. Solis, F. Guillot, E. Monroy, L. Nevou, M. Tchernycheva, and F. H. Julien, "," IEEE Photonics Technol. Lett. 20, 1366 2008.
21. A. Rubio, J. L. Corkill, M. L. Cohen, E. L. Shirley, and S. G. Louie, Phys. Rev. B 0163-1829 10.1103/PhysRevB.48.11810 48, 11810 (1993).
22. W. R. L. Lambrecht and B. Segall, in Properties of Group III Nitrides, EMIS Data Reviews Series No. 11, edited by, J. H. Edgar, (Inspec, London, 1994), Chap..
23. Y. Li, A. Bhattacharyya, C. Thomidis, T. D. Moustakas, and R. Paiella, Opt. Express 1094-4087 10.1364/OE.15.005860 15, 5860 (2007).
24. Kh. Moumanis, A. Helman, F. Fossard, M. Tchernycheva, A. Lusson, F. H. Julien, B. Damilano, N. Grandjean, and J. Massies, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.1543238 82, 868 (2003).
25. M. Tchernycheva, L. Nevou, L. Doyennette, A. Helman, R. Colombelli, F. H. Julien, F. Guillot, E. Monroy, T. Shibata, and M. Tanaka, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.2042540 87, 101912 (2005).
26. F. Guillot, E. Bellet-Amalric, E. Monroy, M. Tchernycheva, L. Nevou, L. Doyennette, F. H. Julien, L. S. Dang, T. Remmele, M. Albrecht, T. Shibata, and M. Tanaka, J. Appl. Phys. 0021-8979 10.1063/1.2335400 100, 044326 (2006).
27. D. Hofstetter, S. -S. Schad, H. Wu, W. J. Schaff, and L. F. Eastman, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.1594265 83, 572 (2003).
28. E. Baumann, F. R. Giorgetta, D. Hofstetter, H. Lu, X. Chen, W. J. Schaff, L. F. Eastman, S. Golka, W. Schrenk, and G. Strasser, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.2126130 87, 191102 (2005).
29. D. Hofstetter, E. Baumann, F. R. Giorgetta, M. Graf, M. Maier, F. Guillot, E. Bellet-Amalric, and E. Monroy, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.2185613 88, 121112 (2006).
30. F. R. Giorgetta, E. Baumann, F. Guillot, E. Monroy, and D. Hofstetter, Electron. Lett. 0013-5194 10.1049/el:20073458 43, 185 (2007).
31. D. Hofstetter, E. Baumann, F. R. Giorgetta, F. Guillot, S. Leconte, and E. Monroy, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.2793190 91, 131115 (2007).
32. D. Hofstetter, E. Baumann, F. Giorgetta, J. Dawlaty, P. George, F. Rana, F. Guillot, and E. Monroy, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.2939433 92, 231104 (2008).
33. L. Doyennette, L. Nevou, M. Tchernycheva, A. Lupu, F. Guillot, E. Monroy, R. Colombelli, and F. H. Julien, Electron. Lett. 0013-5194 10.1049/el:20052598 41, 1077 (2005).
34. A. Vardi, N. Akopian, G. Bahir, L. Doyennette, M. Tchernycheva, L. Nevou, F. H. Julien, F. Guillot, and E. Monroy, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.2186108 88, 143101 (2006).
35. A. Vardi, G. Bahir, F. Guillot, C. Bougerol, E. Monroy, S. E. Schacham, M. Tchernycheva, and F. H. Julien, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.2830704 92, 011112 (2008).
36. N. Iizuka, K. Kaneko, and N. Suzuki, Electron. Lett. 0013-5194 10.1049/el:20045434 40, 962 (2004).
37. N. Iizuka, K. Kaneko, and N. Suzuki, J. Appl. Phys. 0021-8979 10.1063/1.2195422 99, 093107 (2006).
38. Y. Li, A. Bhattacharyya, C. Thomidis, T. D. Moustakas, and R. Paiella, Opt. Express 1094-4087 10.1364/OE.15.017922 15, 17922 (2007).
39. M. Tchernycheva, L. Nevou, L. Doyennette, F. H. Julien, F. Guillot, E. Monroy, T. Remmele, and M. Albrecht, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.2193057 88, 153113 (2006).
40. K. Driscoll, A. Bhattacharyya, T. D. Moustakas, R. Paiella, L. Zhou, and D. J. Smith, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.2794013 91, 141104 (2007).
41. E. Baumann, F. R. Giorgetta, D. Hofstetter, S. Leconte, F. Guillot, E. Bellet-Amalric, and E. Monroy, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.2348759 89, 101121 (2006).
42. L. Nevou, N. Kheirodin, M. Tchernycheva, L. Meignien, P. Crozat, A. Lupu, E. Warde, F. H. Julien, G. Pozzovivo, S. Golka, G. Strasser, F. Guillot, E. Monroy, T. Remmele, and M. Albrecht, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.2745211 90, 223511 (2007).
43. N. Kheirodin, L. Nevoum, H. Machhadani, P. Crozat, L. Vivien, M. Tchernycheva, A. Lupu, F. H. Julien, G. Pozzovivo, S. Golka, G. Strasser, F. Guillot, and E. Monroy, IEEE Photonics Technol. Lett. 1041-1135 10.1109/LPT.2008.919595 20, 724 (2008).
44. L. Nevou, M. Tchernycheva, F. H. Julien, F. Guillot, and E. Monroy, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.2715001 90, 121106 (2007).
45. L. Nevou, F. H. Julien, M. Tchernycheva, F. Guillot, E. Monroy, and E. Sarigiannidou, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.2913756 92, 161105 (2008).
46. Y. Inoue, H. Nagasawa, N. Stone, K. Ishino, A. Ishida, H. Fujiyasu, J. J. Kim, H. Makino, T. Yao, S. Sakakibara, and M. Kuwabara, J. Cryst. Growth 256, 65 (2004).
47. V. D. Jovanovic, D. Indjin, Z. Ikonic, and P. Harrison, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.1707219 84, 2995 (2004).
48. D. Indjin, Z. Ikonic, V. D. Jovanovic, N. Vukmirovic, P. Harrison, and R. W. Kelsall, Semicond. Sci. Technol. 0268-1242 10.1088/0268-1242/20/7/014 20, S237 (2005).
49. A. Ishida, K. Matsue, Y. Inoue, H. Fujiyasu, H. J. Ko, A. Setiawan, J. J. Kim, H. Makino, and T. Yao, Jpn. J. Appl. Phys., Part 1 44, 5918 (2005).
50. N. Vukmirovic, V. D. Jovanovic, D. Indjin, Z. Ikonic, P. Harrison, and V. Milanovic, J. Appl. Phys. 0021-8979 10.1063/1.1900929 97, 103106 (2005).
51. G. Sun, J. B. Khurgin, and R. A. Soref, J. Appl. Phys. 0021-8979 10.1063/1.2169349 99, 033103 (2006).
52. C. Adelmann, J. Brault, G. Mula, B. Daudin, L. Lymperakis, and J. Neugebauer, Phys. Rev. B 0163-1829 10.1103/PhysRevB.67.165419 67, 165419 (2003).
53. J. Neugebauer, T. K. Zywietz, M. Scheffler, J. E. Northrup, H. Chen, and R. M. Feenstra, Phys. Rev. Lett. 0031-9007 10.1103/PhysRevLett.90.056101 90, 056101 (2003).
54. R. M. Feenstra, J. E. Northrup, and J. Neugebauer, MRS Internet J. Nitride Semicond. Res. 7, 3 (2002).
55. B. Heying, R. Averbeck, L. F. Chen, E. Haus, H. Riechert, and J. S. Speck, J. Appl. Phys. 0021-8979 10.1063/1.1305830 88, 1855 (2000).
56. J. E. Northrup, J. Neugebauer, R. M. Feenstra, and A. R. Smith, Phys. Rev. B 0163-1829 10.1103/PhysRevB.61.9932 61, 9932 (2000).
57. A. R. Smith, R. M. Feenstra, D. W. Greve, M. S. Shin, M. Skowronski, J. Neugebauer, and J. E. Northrup, J. Vac. Sci. Technol. B 1071-1023 10.1116/1.590156 16, 2242 (1998).
58. A. R. Smith, V. Ramachandran, R. M. Feenstra, D. W. Greve, A. Ptak, T. Myers, W. Sarney, L. Salamanca-Riba, M. Shin, and M. Skrowronski, MRS Internet J. Nitride Semicond. Res. 3, 12 (1998).
59. N. Grandjean and J. Massies, Phys. Rev. B 0163-1829 10.1103/PhysRevB.53. R13231 53, R13231 (1996).
60. G. Feuillet, H. Hamaguchi, K. Ohta, P. Hacke, H. Okumura, and S. Yoshida, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.118433 70, 1025 (1997).
61. Y. Okamoto, S. Hashigushi, Y. Okada, and M. Kawabe, Jpn. J. Appl. Phys., Part 2 0021-4922 10.1143/JJAP.38.L230 38, L230 (1999).
62. T. Zywietz, J. Neugebauer, M. Scheffler, J. Northrup, and C. G. Van de Walle, MRS Internet J. Nitride Semicond. Res. 3, 26 (1998).
63. F. Widmann, B. Daudin, G. Feuillet, N. Pelekanos, and J. L. Rouvìre, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.122539 73, 2642 (1998).
64. C. Kruse, A. Einfeldt, T. Bottcher, and D. Hommel, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.1419232 79, 3425 (2001).
65. E. Monroy, B. Daudin, E. Bellet-Amalric, N. Gogneau, D. Jalabert, F. Enjalbert, J. Brault, J. Barjon, and L. S. Dang, J. Appl. Phys. 0021-8979 10.1063/1.1535734 93, 1550 (2003).
66. J. E. Northrup and J. Neugebauer, Phys. Rev. B 0163-1829 10.1103/PhysRevB.60.R8473 60, R8473 (1999).
67. E. Monroy, F. Guillot, B. Gayral, E. Bellet-Amalric, D. Jalabert, J. -M. Ǵrard, L. S. Dang, M. Tchernycheva, and F. H. Julien, J. Appl. Phys. 0021-8979 10.1063/1.2193042 99, 093513 (2006).
68. E. Monroy, N. Gogneau, D. Jalabert, E. Bellet-Amalric, Y. Hori, F. Enjalbert, L. S. Dang, and B. Daudin, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.1566465 82, 2242 (2003).
69. E. Iliopoulos and T. D. Moustakas, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.1492853 81, 295 (2002).
70. T. Nakamura, S. Mochizuki, S. Terao, T. Sano, M. Iwaya, S. Kamiyama, H. Amano, and I. Akasaki, J. Cryst. Growth 237-239, 1129 (2002). 0022-0248
71. M. Hermann, E. Monroy, A. Helman, B. Baur, M. Albrecht, B. Daudin, O. Ambacher, M. Stutzmann, and M. Eickhoff, Phys. Status Solidi C 1, 2210 (2004). 0031-8957
72. T. L. Song, J. Appl. Phys. 0021-8979 10.1063/1.2108148 98, 084906 (2005).
73. A. L. Rosa and J. Neugebauer, Phys. Rev. B 0163-1829 10.1103/PhysRevB.73. 205346 73, 205346 (2006).
74. X. -Q. Shen, S. Tanaka, S. Iwai, and Y. Aoyagi, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.1452785 80, 2008 (1998).
75. S. Tanaka, M. Takeuchi, and Y. Aoyagi, Jpn. J. Appl. Phys., Part 2 0021-4922 10.1143/JJAP.39.L831 39, L831 (2000).
76. A. Cremades, L. Görgens, O. Ambacher, M. Stutzmann, and F. Scholz, Phys. Rev. B 0163-1829 10.1103/PhysRevB.61.2812 61, 2812 (2000).
77. L. T. Romano, C. G. Van de Walle, J. W. Ager III, W. Götz, and R. S. Kern, J. Appl. Phys. 0021-8979 10.1063/1.373529 87, 7745 (2000).
78. A. Munkholm, C. Thompson, M. V. Ramana Murty, J. A. Eastman, O. Auciello, G. B. Stephenson, P. Fini, S. P. DenBaars, and J. S. Speck, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.1309023 77, 1626 (2000).
79. A. L. Rosa, J. Neugebauer, J. E. Northrup, C. -D. Lee, and R. M. Feenstra, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.1452785 80, 2008 (2002).
80. E. Monroy, T. Andreev, P. Holliger, E. Bellet-Amalric, T. Shibata, M. Tanaka, and B. Daudin, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.1705719 84, 2554 (2004).
81. F. Bernardini, V. Fiorentini, and D. Venderbilt, Phys. Rev. B 0163-1829 10.1103/PhysRevB.56.R10024 56, R10024 (1997).
82. NEXTNANO3 software, available on-line http://www.nextnano.de
83. I. Vurgaftman and J. R. Meyer, J. Appl. Phys. 0021-8979 10.1063/1.1600519 94, 3675 (2003).
84. A. Polian, M. Grimsditch, and I. Grzegory, J. Appl. Phys. 0021-8979 10.1063/1.361236 79, 3343 (1996).
85. A. F. Wright, J. Appl. Phys. 0021-8979 10.1063/1.366114 82, 2833 (1997).
86. S. -H. Park, Jpn. J. Appl. Phys., Part 1 0021-4922 10.1143/JJAP.39.3478 39, 3478 (2000).
87. P. Rinke, M. Winkelnkemper, A. Qteish, D. Bimberg, J. Neugebauer, and M. Scheffler, Phys. Rev. B 0163-1829 10.1103/PhysRevB.77.075202 77, 075202 (2008).
88. S. Nicolay, E. Feltin, J. -F. Carlin, N. Grandjean, L. Nevou, F. H. Julien, M. Schmidbauer, T. Remmele, and M. Albrecht, Appl. Phys. Lett. 0003-6951 10.1063/1.2769399 91, 061927 (2007).
89. A. D. Bykhovski, B. L. Gelmont, and M. S. Shur, J. Appl. Phys. 0021-8979 10.1063/1.364368 81, 6332 (1997).
90. N. Gogneau, G. Jalabert, E. Monroy, E. Sarigiannidou, J. -L. Rouvìre, T. Shibata, M. Tanaka, J. -M. Ǵrard, and B. Daudin, J. Appl. Phys. 0021-8979 10.1063/1.1759785 96, 1104 (2004).