The electronic structure of Al1xInxN(101¯0) surfaces is investigated by cross-sectional scanning tunneling spectroscopy and density functional theory calculations. The surface exhibits empty Al and/or In-derived dangling bond states, which are calculated to be within the fundamental bulk band gap for In compositions smaller than 60%. The energy of the lowest empty In-derived surface state is extracted from the tunnel spectra for lattice-matched Al1–xInxN with In compositions of x = 0.19 and x = 0.20 to be EC − 1.82 ± 0.41 and EC − 1.80 ± 0.56 eV, respectively, in good agreement with the calculated energies. Under growth conditions, the Fermi level is hence pinned (unpinned) for In compositions smaller (larger) than 60%. The analysis of the tunnel spectra suggests an electron affinity of ∼3.5 eV for nonpolar lattice-matched Al1–xInxN cleavage surfaces, which is large compared to linearly interpolated values of polar AlN and InN (0001) surfaces.

1.
J.-F.
Carlin
and
M.
Ilegems
,
Appl. Phys. Lett.
83
,
668
(
2003
).
2.
R.
Butté
,
J.-F.
Carlin
,
E.
Feltin
,
M.
Gonschorek
,
S.
Nicolay
,
G.
Christmann
,
D.
Simeonov
,
A.
Castiglia
,
J.
Dorsaz
,
H. J.
Buehlmann
,
S.
Christopoulos
,
G. B. H.
von Högersthal
,
A. J. D.
Grundy
,
M.
Mosca
,
C.
Pinquier
,
M. A.
Py
,
F.
Demangeot
,
J.
Frandon
,
P. G.
Lagoudakis
,
J. J.
Baumberg
, and
N.
Grandjean
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
40
,
6328
(
2007
).
3.
J.-F.
Carlin
,
J.
Dorsaz
,
E.
Feltin
,
R.
Butté
,
N.
Grandjean
,
M.
Ilegems
, and
M.
Laügt
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
031107
(
2005
).
4.
M.
Gonschorek
,
J.-F.
Carlin
,
E.
Feltin
,
M. A.
Py
, and
N.
Grandjean
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
062106
(
2006
).
5.
J.
Kotani
,
A.
Yamada
,
T.
Ishiguro
,
S.
Tomabechi
, and
N.
Nakamura
,
Appl. Phys. Lett.
108
,
152109
(
2016
).
6.
H. F.
Sun
,
A. R.
Alt
,
H.
Benedickter
,
E.
Feltin
,
J.-F.
Carlin
,
M.
Gonschorek
,
N.
Grandjean
, and
C. R.
Bolognesi
,
IEEE Electron Device Lett.
31
,
957
(
2010
).
7.
N.
Sarazin
,
E.
Morvan
,
M. A. D.
Poisson
,
M.
Oualli
,
C.
Gaquiere
,
O.
Jardel
,
O.
Drisse
,
M.
Tordjiman
,
M.
Magis
, and
S. L.
Delage
,
IEEE Electron Device Lett.
31
,
11
(
2010
).
8.
T.
Kajima
,
A.
Kobayashi
,
K.
Ueno
,
K.
Shimomoto
,
T.
Fujii
,
J.
Ohta
,
H.
Fujioka
, and
M.
Oshima
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
49
,
070202
(
2010
).
9.
M. R.
Laskar
,
T.
Ganguli
,
A. A.
Rahman
,
A.
Arora
,
N.
Hatui
,
M. R.
Gokhale
,
S.
Ghosh
, and
A.
Bhattacharya
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
181108
(
2011
).
10.
C.
Durand
,
C.
Bougerol
,
J.-F.
Carlin
,
G.
Rossbach
,
F.
Godel
,
J.
Eymery
,
P.-H.
Jouneau
,
A.
Mukhtarova
,
R.
Butté
, and
N.
Grandjean
,
ACS Photonics
1
,
38
(
2014
).
11.
E. R.
Buß
,
P.
Horenburg
,
U.
Rossow
,
H.
Bremers
,
T.
Meisch
,
M.
Caliebe
,
F.
Scholz
, and
A.
Hangleiter
,
Phys. Status Solidi B
253
,
84
(
2016
).
12.
P.
Waltereit
,
O.
Brandt
,
A.
Trampert
,
H. T.
Grahn
,
J.
Menniger
,
M.
Ramsteiner
,
M.
Reiche
, and
K. H.
Ploog
,
Nature
406
,
865
(
2000
).
13.
C. G.
Van de Walle
and
D.
Segev
,
J. Appl. Phys.
101
,
081704
(
2007
).
14.
L.
Lymperakis
and
J.
Neugebauer
,
Phys. Rev. B
79
,
241308
(
2009
).
15.
L.
Ivanova
,
S.
Borisova
,
H.
Eisele
,
M.
Dähne
,
A.
Laubsch
, and
Ph.
Ebert
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
192110
(
2008
).
16.
M.
Bertelli
,
P.
Löptien
,
M.
Wenderoth
,
A.
Rizzi
,
R. G.
Ulbrich
,
M. C.
Righi
,
A.
Ferretti
,
L.
Martin-Samos
,
C. M.
Bertoni
, and
A.
Catellani
,
Phys. Rev. B
80
,
115324
(
2009
).
17.
Ph.
Ebert
,
S.
Schaafhausen
,
A.
Lenz
,
A.
Sabitova
,
L.
Ivanova
,
M.
Dähne
,
Y.-L.
Hong
,
S.
Gwo
, and
H.
Eisele
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
062103
(
2011
).
18.
L.
Lymperakis
,
P. H.
Weidlich
,
H.
Eisele
,
M.
Schnedler
,
J.-P.
Nys
,
B.
Grandidier
,
D.
Stievenard
,
R. E.
Dunin-Borkowski
,
J.
Neugebauer
, and
Ph.
Ebert
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
152101
(
2013
).
19.
M.
Schnedler
,
V.
Portz
,
H.
Eisele
,
R. E.
Dunin-Borkowski
, and
Ph.
Ebert
,
Phys. Rev. B
91
,
205309
(
2015
).
20.
G.
Cosendey
,
J.-F.
Carlin
,
N. A. K.
Kaufmann
,
R.
Butté
, and
N.
Grandjean
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
181111
(
2011
).
21.
G.
Perillat-Merceroz
,
G.
Cosendey
,
J.-F.
Carlin
,
R.
Butté
, and
N.
Grandjean
,
J. Appl. Phys.
113
,
063506
(
2013
).
22.
R. M.
Feenstra
and
J. A.
Stroscio
,
J. Vac. Sci. Technol. B
5
,
923
(
1987
).
23.
M.
Schnedler
,
V.
Portz
,
P. H.
Weidlich
,
R. E.
Dunin-Borkowski
, and
Ph.
Ebert
,
Phys. Rev. B
91
,
235305
(
2015
).
24.
M.
Schnedler
,
R. E.
Dunin-Borkowski
, and
Ph.
Ebert
,
Phys. Rev. B
93
,
195444
(
2016
).
25.
G.
Kresse
and
J.
Furthmüller
,
Phys. Rev. B
54
,
11169
(
1996
).
26.
G.
Kresse
and
J.
Hafner
,
Phys. Rev. B
47
,
558
(
1993
).
27.
S.
Schulz
,
M. A.
Caro
,
L.-T.
Tan
,
P. J.
Parbrook
,
R. W.
Martin
, and
E. P.
O'Reilly
,
Appl. Phys. Express
6
,
121001
(
2013
).
28.
M. S.
Miao
,
A.
Janotti
, and
C. G.
Van de Walle
,
Phys. Rev. B
80
,
155319
(
2009
).
29.
V.
Portz
,
M.
Schnedler
,
M.
Duchamp
,
F.-M.
Hsiao
,
H.
Eisele
,
J.-F.
Carlin
,
R.
Butté
,
N.
Grandjean
,
R. E.
Dunin-Borkowski
, and
Ph.
Ebert
,
Appl. Phys. Lett.
109
,
132102
(
2016
).
30.
E.
Sakalauskas
,
H.
Behmenburg
,
C.
Hums
,
P.
Schley
,
G.
Rossbach
,
C.
Giesen
,
M.
Heuken
,
H.
Kalisch
,
R. H.
Jansen
,
J.
Bläsing
,
A.
Dadgar
,
A.
Krost
, and
R.
Goldhahn
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
43
,
365102
(
2010
).
31.
J.
Wu
,
W.
Walukiewicz
,
S. X.
Li
,
R.
Armitage
,
J. C.
Ho
,
E. R.
Weber
,
E. E.
Haller
,
H.
Lu
,
W. J.
Schaff
,
A.
Barcz
, and
R.
Jakiela
,
Appl. Phys. Lett.
84
,
2805
(
2004
).
32.
V. M.
Bermudez
,
T. M.
Jung
,
K.
Doverspike
, and
A. E.
Wickenden
,
J. Appl. Phys.
79
,
110
(
1996
).
33.
C. I.
Wu
and
A.
Kahn
,
Appl. Phys. Lett.
74
,
546
(
1999
).
34.
C. I.
Wu
,
A.
Kahn
,
E. S.
Hellman
, and
D. N. E.
Buchanan
,
Appl. Phys. Lett.
73
,
1346
(
1998
).
35.
C. D.
Lee
,
Y.
Dong
,
R. M.
Feenstra
,
J. E.
Northrup
, and
J.
Neugebauer
,
Phys. Rev. B
68
,
205317
(
2003
).
You do not currently have access to this content.