We explore the effect of growth kinetics on the structural properties of In-polar InN films on GaN templates grown near the thermal dissociation limit by plasma-assisted molecular beam epitaxy. Unlike the common growth temperature limit (T ≈ 500 °C) for In-polar InN grown under In-rich conditions, slightly N-rich conditions are demonstrated to shift the available growth temperature window to much higher temperatures (by >50 °C). InN films grown in this high-T/N-rich regime show significantly reduced off-axis X-ray diffraction rocking curve peak widths and record low threading dislocation densities (TDD ∼ 4 × 109 cm−2) even for film thicknesses <1 μm, as compared to state of the art In-rich growth. The reduction of TDD is attributed to more effective TD inclination and annihilation under N-rich growth, delineating prospective routes for improved InN-based materials.

1.
S. K.
O'Leary
,
B. E.
Foutz
,
M. S.
Shur
, and
L. F.
Eastman
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
152113
(
2006
).
2.
R.
Ascazubi
,
I.
Wilke
,
K.
Denniston
,
H.
Lu
, and
W. J.
Schaff
,
Appl. Phys. Lett.
84
,
4810
(
2004
).
3.
G. D.
Chern
,
E. D.
Readinger
,
H.
Shen
,
M.
Wraback
,
C. S.
Gallinat
,
G.
Koblmüller
, and
J. S.
Speck
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
141115
(
2006
).
4.
G. G.
Wu
,
W. C.
Li
,
C. S.
Shen
,
F. B.
Gao
,
H. W.
Liang
,
H.
Wang
,
L. J.
Song
, and
G. T.
Du
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
103504
(
2012
).
5.
J.
Wu
,
W.
Walukiewicz
,
K. M.
Yu
,
W.
Shan
,
J. W.
Ager
 III
,
E. E.
Haller
,
H.
Lu
,
W. J.
Schaff
,
W. K.
Metzger
, and
S.
Kurtz
,
J. Appl. Phys.
94
,
6477
(
2003
).
6.
O.
Ambacher
,
M. S.
Brandt
,
R.
Dimitrov
,
T.
Metzger
,
M.
Stutzmann
,
R. A.
Fischer
,
A.
Miehr
,
A.
Bergmaier
, and
G.
Dollinger
,
J. Vac. Sci. Technol. B
14
,
3532
(
1996
).
7.
C. S.
Gallinat
,
G.
Koblmüller
,
J. S.
Brown
,
S.
Bernardis
,
J. S.
Speck
,
G. D.
Chern
,
E. D.
Readinger
,
H.
Shen
, and
M.
Wraback
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
032109
(
2006
).
8.
X.
Wang
,
S. B.
Che
,
Y.
Ishitani
, and
A.
Yoshikawa
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
151901
(
2007
).
9.
T.
Yamaguchi
and
Y.
Nanishi
,
Appl. Phys. Express
2
,
051001
(
2009
).
10.
X.
Wang
,
S.
Liu
,
N.
Ma
,
L.
Feng
,
G.
Chen
,
F.
Xu
,
N.
Tang
,
S.
Huang
,
K. J.
Chen
,
S.
Zhou
, and
B.
Shen
,
Appl. Phys. Express
5
,
015502
(
2012
).
11.
K.
Wang
,
Y.
Cao
,
J.
Simon
,
J.
Zhang
,
A.
Mintairov
,
J.
Merz
,
D.
Hall
,
T.
Kosel
, and
D.
Jena
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
162110
(
2006
).
12.
C. S.
Gallinat
,
G.
Koblmüller
,
J. S.
Brown
, and
J. S.
Speck
,
J. Appl. Phys.
102
,
064907
(
2007
).
13.
G.
Koblmüller
,
S.
Fernandez-Garrido
,
E.
Calleja
, and
J. S.
Speck
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
161904
(
2007
).
14.
G.
Koblmüller
,
F.
Wu
,
T.
Mates
,
S.
Fernandez-Garrido
,
E.
Calleja
, and
J. S.
Speck
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
221905
(
2007
).
15.
S.
Fernandez-Garrido
,
G.
Koblmüller
,
E.
Calleja
, and
J. S.
Speck
,
J. Appl. Phys.
104
,
033541
(
2008
).
16.
J. J. M.
Law
,
E. T.
Yu
,
G.
Koblmüller
,
F.
Wu
, and
J. S.
Speck
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
102111
(
2010
).
17.
G.
Koblmüller
,
F.
Reurings
,
F.
Tuomisto
, and
J. S.
Speck
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
191915
(
2010
).
18.
G.
Koblmüller
,
R. M.
Chu
,
F.
Wu
,
C.
Poblenz
,
A.
Corrion
,
U. K.
Mishra
, and
J. S.
Speck
,
Appl. Phys. Express
1
,
061103
(
2008
).
19.
J. E.
Ayers
,
J. Cryst. Growth
135
,
71
(
1994
).
20.
V.
Srikant
,
J. S.
Speck
, and
D. R.
Clarke
,
J. Appl. Phys.
82
,
4286
(
1997
).
21.
S. R.
Lee
,
A. M.
West
,
A. A.
Allerman
,
K. E.
Waldrip
,
D. M.
Follstaedt
,
P. P.
Provencio
,
D. D.
Koleske
, and
C. R.
Abernathy
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
241904
(
2005
).
22.
C. S.
Gallinat
,
G.
Koblmüller
,
F.
Wu
, and
J. S.
Speck
,
J. Appl. Phys.
107
,
053517
(
2010
).
23.
B.
Heying
,
X. H.
Wu
,
S.
Keller
,
Y.
Li
,
D.
Kapolnek
,
B. P.
Keller
,
S. P.
DenBaars
, and
J. S.
Speck
,
Appl. Phys. Lett.
68
,
643
(
1996
).
24.
C. S.
Gallinat
,
G.
Koblmüller
, and
J. S.
Speck
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
022103
(
2009
).
25.
N.
Miller
,
E. E.
Haller
,
G.
Koblmüller
,
C. S.
Gallinat
,
J. S.
Speck
,
W. J.
Schaff
,
M. E.
Hawkridge
,
K. M.
Yu
, and
J. W.
Ager
,
Phys. Rev. B
84
,
075315
(
2011
).
26.
A. E.
Romanov
and
J. S.
Speck
,
Appl. Phys. Lett.
83
,
2569
(
2003
).
27.
J. S.
Speck
, private communication (
2012
).
28.
P.
Waltereit
,
C.
Poblenz
,
S.
Rajan
,
F.
Wu
,
U. K.
Mishra
, and
J. S.
Speck
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 2
43
,
L1520
(
2004
).
29.
P.
Cantu
,
F.
Wu
,
P.
Waltereit
,
S.
Keller
,
A. E.
Romanov
,
U. K.
Mishra
,
S. P.
DenBaars
, and
J. S.
Speck
,
Appl. Phys. Lett.
83
,
674
(
2003
).
30.
S.
Rajan
,
P.
Waltereit
,
C.
Poblenz
,
S. J.
Heikman
,
D. S.
Green
,
J. S.
Speck
, and
U. K.
Mishra
,
IEEE Electron Device Lett.
25
,
247
(
2004
).
You do not currently have access to this content.