We present ultrafast time-resolved optical spectroscopy on GaN nanorods at room temperature. The studied GaN nanorods, with diameters of ∼50 nm and lengths of ∼400 nm, were grown on the silicon substrate. After femtosecond optical pulses excited carriers in the GaN nanorods, the carriers thermalized within a few picoseconds. Subsequently, the electrons are trapped by the surface states on the order of 20 ps. After the surface electric field was reformed in the GaN nanorods, we found the lifetime of the residue carriers in GaN nanorods is longer than 1.7 ns at room temperature, while the lifetime of carriers in GaN thin film is typically a few hundred picoseconds. Our findings indicate that GaN nanorods have higher electrical quality compared with GaN thin film.

1.
M.
Meneghini
,
L.
Trevisanello
,
G.
Meneghesso
, and
E.
Zanoni
,
IEEE Trans. Device Mater. Reliab.
8
,
323
(
2008
).
2.
H.
Masui
,
S.
Nakamura
,
S. P.
DenBaars
, and
U. K.
Mishra
,
IEEE Trans. Electron Devices
57
,
88
(
2010
).
3.
J. Q.
Wu
,
J. Appl. Phys.
106
,
011101
(
2009
).
4.
M. A.
Reshchikov
and
H.
Morkoc
,
J. Appl. Phys.
97
,
061301
(
2005
).
5.
S.
Li
and
A.
Waag
,
J. Appl. Phys.
111
,
071101
(
2012
).
6.
H. W.
Lin
,
Y. J.
Lu
,
H. Y.
Chen
,
H. M.
Lee
, and
S.
Gwo
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
073101
(
2010
).
7.
Y. J.
Lu
,
H. W.
Lin
,
H. Y.
Chen
,
Y. C.
Yang
, and
S.
Gwo
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
233101
(
2011
).
8.
Y. J.
Lu
,
J.
Kim
,
H. Y.
Chen
,
C. H.
Wu
,
N.
Dabidian
,
C. E.
Sanders
,
C. Y.
Wang
,
M. Y.
Lu
,
B. H.
Li
,
X. G.
Qiu
,
W. H.
Chang
,
L. J.
Chen
,
G.
Shvets
,
C. K.
Shih
, and
S.
Gwo
,
Science
337
,
450
(
2012
).
9.
Y. J.
Lu
,
C. Y.
Wang
,
J.
Kim
,
H. Y.
Chen
,
M. Y.
Lu
,
Y. C.
Chen
,
W. H.
Chang
,
L. J.
Chen
,
M. I.
Stockman
,
C. K.
Shih
, and
S.
Gwo
,
Nano Lett.
14
,
4381
(
2014
).
10.
Y. S.
Park
,
M. J.
Holmes
,
Y.
Shon
,
I. T.
Yoon
,
H.
Im
, and
R. A.
Taylor
,
Nanoscale Res. Lett.
6
,
81
(
2011
).
11.
J. H.
Na
,
R. A.
Taylor
,
J. H.
Rice
,
J. W.
Robinson
,
K. H.
Lee
,
Y. S.
Park
,
C. M.
Park
, and
T. W.
Kang
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
123102
(
2005
).
12.
J.
Yoo
,
Y. J.
Hong
,
S. J.
An
,
G. C.
Yi
,
B.
Chon
,
T.
Joo
,
J. W.
Kim
, and
J. S.
Lee
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
043124
(
2006
).
13.
J. B.
Schlager
,
K. A.
Bertness
,
P. T.
Blanchard
,
L. H.
Robins
,
A.
Roshko
, and
N. A.
Sanford
,
J. Appl. Phys.
103
,
124309
(
2008
).
14.
P.
Corfdir
,
P.
Lefebvre
,
J.
Ristic
,
P.
Valvin
,
E.
Calleja
,
A.
Trampert
,
J. D.
Ganiere
, and
B.
Deveaud-Pledran
,
J. Appl. Phys.
105
,
013113
(
2009
).
15.
C. W.
Hsu
,
A.
Ganguly
,
C. P.
Chen
,
C. C.
Kuo
,
P. P.
Paskov
,
P. O.
Holtz
,
L. C.
Chen
, and
K. H.
Chen
,
J. Appl. Phys.
109
,
053523
(
2011
).
16.
J. B.
Schlager
,
N. A.
Sanford
,
K. A.
Bertness
, and
A.
Roshko
,
J. Appl. Phys.
109
,
044312
(
2011
).
17.
A.
Gorgis
,
T.
Flissikowski
,
O.
Brandt
,
C.
Cheze
,
L.
Geelhaar
,
H.
Riechert
, and
H. T.
Grahn
,
Phys. Rev. B
86
,
041302
(
2012
).
18.
C.
Hauswald
,
T.
Flissikowski
,
T.
Gotschke
,
R.
Calarco
,
L.
Geelhaar
,
H. T.
Grahn
, and
O.
Brandt
,
Phys. Rev. B
88
,
075312
(
2013
).
19.
A. H.
Chin
,
T. S.
Ahn
,
H. W.
Li
,
S.
Vaddiraju
,
C. J.
Bardeen
,
C. Z.
Ning
, and
M. K.
Sunkara
,
Nano Lett.
7
,
626
(
2007
).
20.
R. P.
Prasankumar
,
P. C.
Upadhya
, and
A. J.
Taylor
,
Phys. Status Solidi B
246
,
1973
(
2009
).
21.
P. C.
Upadhya
,
Q. M.
Li
,
G. T.
Wang
,
A. J.
Fischer
,
A. J.
Taylor
, and
R. P.
Prasankumar
,
Semicond. Sci. Technol.
25
,
024017
(
2010
).
22.
A.
Kar
,
Q. M.
Li
,
P. C.
Upadhya
,
M. A.
Seo
,
J.
Wright
,
T. S.
Luk
,
G. T.
Wang
, and
R. P.
Prasankumar
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
143104
(
2012
).
23.
P.
Parkinson
,
C.
Dodson
,
H. J.
Joyce
,
K. A.
Bertness
,
N. A.
Sanford
,
L. M.
Herz
, and
M. B.
Johnston
,
Nano Lett.
12
,
4600
(
2012
).
24.
L.
Polenta
,
M.
Rossi
,
A.
Cavallini
,
R.
Calarco
,
M.
Marso
,
R.
Meijers
,
T.
Richter
,
T.
Stoica
, and
H.
Lueth
,
ACS Nano
2
,
287
(
2008
).
25.
H.-Y.
Chen
,
H.-W.
Lin
,
C.-H.
Shen
, and
S.
Gwo
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
243105
(
2006
).
26.
K.-H.
Lin
,
K.-J.
Wang
,
C.-C.
Chang
,
Y.-C.
Wen
,
D.-H.
Tsai
,
Y.-R.
Wu
,
Y.-T.
Hsieh
,
M.-J.
Wang
,
B.
Lv
,
P. C.-W.
Chu
, and
M.-K.
Wu
,
Phys. Rev. B
90
,
174502
(
2014
).
27.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4902927 for more experimental and numerical results.
28.
T.
Shih
,
M. T.
Winkler
,
T.
Voss
, and
E.
Mazur
,
Appl. Phys. A
96
,
363
(
2009
).
29.
J. F.
Muth
,
J. H.
Lee
,
I. K.
Shmagin
,
R. M.
Kolbas
,
H. C.
Casey
,
B. P.
Keller
,
U. K.
Mishra
, and
S. P.
DenBaars
,
Appl. Phys. Lett.
71
,
2572
(
1997
).
30.
R. P.
Prasankumar
,
S.
Choi
,
S. A.
Trugman
,
S. T.
Picraux
, and
A. J.
Taylor
,
Nano Lett.
8
,
1619
(
2008
).
31.
M.
Kocan
,
A.
Rizzi
,
H.
Luth
,
S.
Keller
, and
U. K.
Mishra
,
Phys. Status Solidi B
234
,
773
(
2002
).
32.
D. J.
Carter
and
C.
Stampfl
,
Phys. Rev. B
79
,
195302
(
2009
).
33.
B. S.
Simpkins
,
M. A.
Mastro
,
C. R.
Eddy
, Jr.
, and
P. E.
Pehrsson
,
J. Appl. Phys.
103
,
104313
(
2008
).
34.
R.
Calarco
,
T.
Stoica
,
O.
Brandt
, and
L.
Geelhaar
,
J. Mater. Res.
26
,
2157
(
2011
).
35.
R.
Calarco
,
M.
Marso
,
T.
Richter
,
A. I.
Aykanat
,
R.
Meijers
,
A. V.
Hart
,
T.
Stoica
, and
H.
Luth
,
Nano Lett.
5
,
981
(
2005
).
36.
C.
Pfuller
,
O.
Brandt
,
F.
Grosse
,
T.
Flissikowski
,
C.
Cheze
,
V.
Consonni
,
L.
Geelhaar
,
H. T.
Grahn
, and
H.
Riechert
,
Phys. Rev. B
82
,
045320
(
2010
).
37.
K.-H.
Lin
,
C.-Y.
Chuang
,
Y.-Y.
Lee
,
F.-C.
Li
,
Y.-M.
Chang
,
I. P.
Liu
,
S.-C.
Chou
, and
Y.-L.
Lee
,
J. Phys. Chem. C
116
,
1550
(
2012
).
38.
P.
Scajev
,
A.
Usikov
,
V.
Soukhoveev
,
R.
Aleksiejunas
, and
K.
Jarasiunas
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
202105
(
2011
).
39.
J.
Bai
,
T.
Wang
, and
S.
Sakai
,
J. Appl. Phys.
88
,
4729
(
2000
).
40.
V.
Bougrov
,
M. E.
Levinshtein
,
S. L.
Rumyantsev
, and
A.
Zubrilov
, in
Properties of Advanced Semiconductor Materials GaN, AlN, InN, BN, SiC, SiGe
, edited by
M. E.
Levinshtein
,
S. L.
Rumyantsev
, and
M. S.
Shur
(
John Wiley & Sons, Inc.
,
New York
,
2001
), p.
1
.
41.
T. P.
Chow
and
M.
Ghezzo
,
Symposium E – III-Nitride, SiC, and Diamond Materials for Electronic
, edited by
C. D.
Brandt
,
D. K.
Gaskill
, and
R. J.
Nemanich
(
Mater. Res. Symp. Proc.
,
1996
), Vol.
423
, pp.
69
73
.
42.
G.
Nogues
,
T.
Auzelle
,
M.
Den Hertog
,
B.
Gayral
, and
B.
Daudin
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
102102
(
2014
).
43.
J.
Mickevicius
,
M. S.
Shur
,
R. S. Q.
Fareed
,
J. P.
Zhang
,
R.
Gaska
, and
G.
Tamulaitis
,
Appl. Phys. Lett.
87
,
241918
(
2005
).
44.
J. A.
Johnson
,
A. A.
Maznev
,
J.
Cuffe
,
J. K.
Eliason
,
A. J.
Minnich
,
T.
Kehoe
,
C. M.
Sotomayor Torres
,
G.
Chen
, and
K. A.
Nelson
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
025901
(
2013
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.