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【24h】

Integration of GaN Crystals on Micropatterned Si(001) Substrates by Plasma-Assisted Molecular Beam Epitaxy

机译：等离子体辅助分子束外延在微图案化Si（001）衬底上集成GaN晶体

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We present an innovative approach to integrate arrays of isolated, strain-free GaN crystals on patterned Si substrates. First, micrometer-sized pillars are patterned onto Si(0 0 1) substrates. Subsequently, 2.5 mu m Si substrates are deposited by low-energy plasma-enhanced chemical vapor deposition, forming crystals mostly bounded by {1 1 1}, {1 1 3}, and {15 3 23} facets. Plasma-assisted molecular beam epitaxy is then used for GaN deposition. GaN crystals with slanted {0 0 0 1} facets having a root-mean-square surface roughness of 0.7 nm are obtained for a deposited material thickness of >3 mu m. Microphotoluminescence measurements performed at room and cryogenic temperature show no yellow luminescence and a neutral donor-bound A exciton transition at 3.471 eV (10 K) with a full width at half-maximum of 10 meV. Microphotoluminescence and micro-Raman spectra reveal that GaN grown on Si pillars is strain-free. Our results indicate that the shape of GaN crystals can be tuned by the pattern periodicity and that a reduction of threading dislocations is achieved in their top part.
机译：我们提出了一种创新的方法，可以在图案化的Si衬底上集成隔离的，无应变的GaN晶体阵列。首先，将微米级的支柱图案化到Si（0 0 1）衬底上。随后，通过低能等离子体增强化学气相沉积法沉积2.5μm的Si衬底，形成主要由{1 1 1}，{1 1 3}和{15 3 23}晶面界定的晶体。然后将等离子辅助分子束外延用于GaN沉积。对于沉积的材料厚度>3μm，获得具有倾斜的{0 0 0 1}面的GaN晶体，其均方根表面粗糙度为0.7nm。在室温和低温下进行的微光致发光测量显示无黄色发光，在3.471 eV（10 K）处有中性的供体结合的A激子跃迁，半峰全宽为10 meV。显微光致发光和显微拉曼光谱表明，在Si柱上生长的GaN无应变。我们的结果表明，可以通过图案周期性来调整GaN晶体的形状，并减少了其顶部的穿线位错。

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