Here we investigate the hexagonal-to-cubic phase transition in metalorganic-chemical-vapor-deposition-grown gallium nitride enabled via silicon (100) nano-patterning. Electron backscatter diffraction and depth-resolved cathodoluminescence experiments show complete cubic phase GaN surface coverage when GaN deposition thickness (hc), etch depth (td), and opening width (p) obey hc1.06p0.75td; in line with a geometrical model based on crystallography. Cubic GaN uniformity is studied via electron backscatter diffraction and cathodoluminescence measurements. Atomic force microscopy reveals a smooth cubic GaN surface. Phase-transition cubic GaN shows promising optical and structural quality for integrated photonic devices.

1.
M.
Shur
and
R.
Gaska
,
IEEE Trans. Electron Devices
57
(
1
),
12
(
2010
).
2.
T.
Oto
,
R. G.
Banal
,
K.
Kataoka
,
M.
Funato
, and
Y.
Kawakami
,
Nat. Photonics
4
,
767
771
(
2010
).
3.
G.
Verzellesi
,
D.
Saguatti
,
M.
Meneghini
,
F.
Bertazzi
,
M.
Goano
,
G.
Meneghesso
, and
E.
Zanoni
,
J. Appl. Phys.
114
,
071101
(
2013
).
4.
J.
Cho
,
E. F.
Schubert
, and
J. K.
Kim
,
Laser Photonics Rev.
7
(
3
),
408
421
(
2013
).
5.
D. S.
Meyaard
,
G.-B.
Lin
,
J.
Cho
,
E. F.
Schubert
,
H.
Shim
,
S.-H.
Han
,
M.-H.
Kim
,
C.
Sone
, and
Y. S.
Kim
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
251114
(
2013
).
6.
S.
Karpov
,
Opt. Quantum Electron.
47
(
6
),
1293
1303
(
2015
).
7.
C.
Weisbuch
,
M.
Piccardo
,
L.
Martinelli
,
J.
Iveland
,
J.
Peretti
, and
J. S.
Speck
,
Phys. Status Solidi A
212
(
5
),
899
913
(
2015
).
8.
C.-H.
Kim
and
B.-H.
Han
,
Solid State Commun.
106
(
3
),
127
132
(
1998
).
9.
D. J.
As
,
Microelectron. J.
40
,
204
209
(
2009
).
10.
R.
Granzner
,
E.
Tschumak
,
M.
Kittler
,
K.
Tonisch
,
W.
Jatal
,
J.
Pezoldt
,
D.
As
, and
F.
Schwierz
,
J. Appl. Phys.
110
,
114501
(
2011
).
11.
V. A.
Chitta
,
J. A. H.
Coaquira
,
J. R. L.
Fernandez
,
C. A.
Duarte
,
J. R.
Leite
,
D.
Schikora
,
D. J.
As
,
K.
Lischka
, and
E.
Abramof
,
Appl. Phys. Lett.
85
,
3777
3779
(
2004
).
12.
J. H.
Bub
,
A.
Schaefer
,
T.
Schupp
,
D. J.
As
,
D.
Hagele
, and
J.
Rudolph
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
182404
(
2014
).
13.
S.
Kako
,
M.
Holmes
,
S.
Sergent
,
M.
Burger
,
D. J.
As
, and
Y.
Arakawa
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
011101
(
2014
).
14.
D. J.
As
,
A.
Richter
,
J.
Bush
,
M.
Lubbers
,
J.
Mimkes
, and
K.
Lischka
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
13
15
(
2000
).
15.
S. F.
Chichibu
,
T.
Onuma
,
T.
Aoyama
,
K.
Nakajima
,
P.
Ahmet
,
T.
Chikyow
,
T.
Sota
,
S. P.
DenBaars
,
S.
Nakamura
,
T.
Kitamura
,
Y.
Ishida
, and
H.
Okumura
,
J. Vac. Sci. Technol., B
21
(
4
),
1856
1862
(
2003
).
16.
C. H.
Wei
,
Z. Y.
Xie
,
L. Y.
Li
,
Q. M.
Yu
, and
J. H.
Edgar
,
J. Electron. Mater.
29
(
3
),
317
321
(
2000
).
17.
V. D. C.
Garcia
,
I. E. O.
Hinostroza
,
A. E.
Echavarria
,
E. L.
Luna
,
A. G.
Rodriguez
, and
M. A.
Vidal
,
J. Cryst. Growth
418
,
120
125
(
2015
).
18.
S.
Dhara
,
A.
Datta
,
C. T.
Wu
,
Z. H.
Lan
,
K. H.
Chen
,
Y. L.
Wang
,
C. W.
Hsu
,
C. H.
Shen
,
L. C.
Chen
, and
C. C.
Chen
,
Appl. Phys. Lett.
84
,
5473
5475
(
2004
).
19.
Y.
Cui
,
V. K.
Lazorov
,
M. M.
Goetz
,
H.
Liu
,
D. O.
Robertson
,
M.
Gajdardziska-Josifovska
, and
L.
Li
,
Appl. Phys. Lett.
82
,
4666
4668
(
2003
).
20.
S. C.
Lee
,
X. Y.
Sun
,
S. D.
Hersee
, and
S. R. J.
Brueck
,
J. Cryst. Growth
279
,
289
292
(
2005
).
21.
B.
Reuters
,
J.
Strate
,
A.
Wille
,
M.
Marx
,
G.
Lükens
,
L.
Heuken
,
M.
Heuken
,
H.
Kalisch
, and
A.
Vescan
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
48
,
485103
(
2015
).
22.
M. T.
Durniak
,
A. S.
Bross
,
D.
Elsaesser
,
A.
Chaudhuri
,
M. L.
Smith
,
A. A.
Allerman
,
S. C.
Lee
,
S. R. J.
Brueck
, and
C.
Wetzel
,
Adv. Electron. Mater.
2
,
1500327
(
2016
).
23.
C.
Bayram
,
J.
Ott
,
K.-T.
Shiu
,
C.-W.
Cheng
,
Y.
Zhu
,
J.
Kim
,
M.
Razeghi
, and
D. K.
Sadana
,
Adv. Func. Mater.
24
(
28
),
4492
(
2014
).
24.
C.
Bayram
,
C.-W.
Cheng
,
D. K.
Sadana
, and
K.-T.
Shiu
, U.S. patent 9,048,173 (2 June
2015
).
25.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4960005 for supplementary geometrical modelling.
26.
R.
Liu
and
C.
Bayram
,
J. Appl. Phys.
120
,
025106
(
2016
).
27.
K.
Kanaya.
and
S.
Okayama
,
J. Phys. D.: Appl. Phys.
5
,
43
(
1972
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.