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Self-assembled Multilayers of Silica Nanospheres forDefect Reduction in Non- and Semipolar Gallium Nitride Epitaxial Layers

机译：自组装二氧化硅纳米球的多层非和半极性氮化镓外延层中的缺陷减少

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Non- and semipolar GaN have great potential to improve the efficiency of light emitting devices due to much reduced internal electric fields. However, heteroepitaxial GaN growth in these crystal orientations suffers from very high dislocation and stacking faults densities. Here, we report a facile method to obtain low defect density non- and semipolar heteroepitaxial GaN via selective area epitaxy using self-assembled multilayers of silica nanospheres (MSN). Nonpolar (11–20) and semipolar (11–22) GaN layers with high crystal quality have been achieved by epitaxial integration of the MSN and a simple one-step overgrowth process, by which both dislocation and basal plane stacking fault densities can be significantly reduced. The underlying defect reduction mechanisms include epitaxial growth through the MSN covered template, island nucleation via nanogaps in the MSN, and lateral overgrowth and coalescence above the MSN. InGaN/GaN multiple quantum wells structures grown on a nonpolar GaN/MSN template show more than 30-fold increase in the luminescence intensity compared to a controlsample without the MSN. This self-assembled MSN technique providesa new platform for epitaxial growth of nitride semiconductors andoffers unique opportunities for improving the material quality ofGaN grown on other orientations and foreign substrates or heteroepitaxialgrowth of other lattice-mismatched materials.
机译：由于大大减少了内部电场，非极性和半极性GaN具有提高发光器件效率的巨大潜力。然而，在这些晶体取向上的异质外延GaN生长受到非常高的位错和堆叠缺陷密度的影响。在这里，我们报告一种简便的方法，使用自组装的二氧化硅纳米球多层（MSN），通过选择区域外延获得低缺陷密度的非极性和半极性异质外延GaN。通过MSN的外延集成和简单的一步过长过程，已经获得了具有高晶体质量的非极性（11-20）和半极性（11-22）GaN层，通过该过程，位错和基面堆叠的缺陷密度都可以显着提高减少。潜在的缺陷减少机制包括通过MSN覆盖的模板进行外延生长，通过MSN中的纳米间隙进行岛形成核以及在MSN上方横向过度生长和合并。与对照相比，在非极性GaN / MSN模板上生长的InGaN / GaN多量子阱结构显示出超过30倍的发光强度增长没有MSN的示例。这种自组装的MSN技术可提供氮化物半导体外延生长的新平台提供了改善材料质量的独特机会在其他方向和异质衬底或异质外延上生长的GaN其他晶格失配材料的生长。

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