GaN/AlGaN multiple quantum wells (MQWs) are grown on a 2¯01-oriented β-Ga2O3 substrate. The optical and structural characteristics of the MQW structure are compared with those of a similar structure grown on sapphire. Scanning transmission electron microscopy and atomic force microscopy images show that the MQW structure exhibits higher crystalline quality of well-defined quantum wells when compared to a similar structure grown on sapphire. X-ray diffraction rocking curve and photoluminescence excitation analyses confirm the lower density of dislocation defects in the sample grown on a β-Ga2O3 substrate. A detailed analysis of time-integrated and time-resolved photoluminescence measurements shows that the MQWs grown on a β-Ga2O3 substrate are of higher optical quality. Our work indicates that the 2¯01-oriented β-Ga2O3 substrate can be a potential candidate for UV vertical emitting devices.

1.
S. D.
Lester
,
F. A.
Ponce
,
M. G.
Craford
, and
D. A.
Steigerwald
,
Appl. Phys. Lett.
66
,
1249
(
1995
).
2.
S. A.
Kukushkin
,
A. V.
Osipov
,
V. N.
Bessolov
,
B. K.
Medvedev
,
V. K.
Nevolin
, and
K. A.
Tcarik
,
Rev. Adv. Mater. Sci.
17
,
1
(
2008
).
3.
M. M.
Muhammed
,
M.
Peres
,
Y.
Yamashita
,
Y.
Morishima
,
S.
Sato
,
N.
Franco
,
K.
Lorenz
,
A.
Kuramata
, and
I. S.
Roqan
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
042112
(
2014
).
4.
M. M.
Muhammed
,
M. A.
Roldan
,
Y.
Yamashita
,
S. L.
Sahonta
,
I. A.
Ajia
,
K.
Iizuka
,
A.
Kuramata
,
C. J.
Humphreys
, and
I. S.
Roqan
,
Sci. Rep.
6
,
29747
(
2016
).
5.
Z.
Hajnal
,
J.
Miró
,
G.
Kiss
,
F.
Réti
,
P.
Deák
,
R. C.
Herndon
, and
J. M.
Kuperberg
,
J. Appl. Phys.
86
,
3792
(
1999
).
6.
H.
Murakami
,
K.
Nomura
,
K.
Goto
,
K.
Sasaki
,
K.
Kawara
,
Q. T.
Thieu
,
R.
Togashi
,
Y.
Kumagai
,
M.
Higashiwaki
,
A.
Kuramata
,
S.
Yamakoshi
,
B.
Monemar
, and
A.
Koukitu
,
Appl. Phys. Express
8
,
015503
(
2015
).
7.
W.
Mi
,
X.
Du
,
C.
Luan
,
H.
Xiao
, and
J.
Ma
,
RSC Adv.
4
,
30579
(
2014
).
8.
S.
Kim
,
J. E.
Spanier
, and
I. P.
Herman
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
39
,
5875
(
2000
).
9.
K.
Gurnett
and
T.
Adams
,
III-Vs Rev.
19
,
39
(
2006
).
10.
J.
Zhang
,
C.
Xia
,
Q.
Deng
,
W.
Xu
,
H.
Shi
,
F.
Wu
, and
J.
Xu
,
J. Phys. Chem. Solids
67
,
1656
(
2006
).
11.
V. N.
Maslov
,
V. M.
Krymov
,
M. N.
Blashenkov
,
A. A.
Golovatenko
, and
V. I.
Nikolaev
,
Tech. Phys. Lett.
40
,
303
(
2014
).
12.
H.
Aida
,
K.
Nishiguchi
,
H.
Takeda
,
N.
Aota
,
K.
Sunakawa
, and
Y.
Yaguchi
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
47
(
11R
),
8506
(
2008
).
13.
K.
Shimamura
,
E. G.
Víllora
,
K.
Domen
,
K.
Yui
,
K.
Aoki
, and
N.
Ichinose
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 2
44
,
L7
(
2005
).
14.
E. G.
Villora
,
S.
Arjoca
,
K.
Shimamura
,
D.
Inomata
, and
K.
Aoki
,
Proc. SPIE
8987
,
89871U
(
2014
).
15.
E. G.
Víllora
,
K.
Shimamura
,
K.
Kitamura
,
K.
Aoki
, and
T.
Ujiie
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
234102
(
2007
).
16.
S.
Ito
,
K.
Takeda
,
K.
Nagata
,
H.
Aoshima
,
K.
Takehara
,
M.
Iwaya
,
T.
Takeuchi
,
S.
Kamiyama
,
I.
Akasaki
, and
H.
Amano
,
Phys. Status Solidi C
9
,
519
(
2012
).
17.
M. M.
Muhammed
,
N.
Alwadai
,
S.
Lopatin
,
A.
Kuramata
, and
I. S.
Roqan
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
9
,
34057
(
2017
).
18.
Y. J.
Sun
,
O.
Brandt
,
T. Y.
Liu
,
A.
Trampert
,
K. H.
Ploog
,
J.
Bläsing
, and
A.
Krost
,
Appl. Phys. Lett.
81
,
4928
(
2002
).
19.
J.
Bruckbauer
,
P. R.
Edwards
,
T.
Wang
, and
R. W.
Martin
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
141908
(
2011
).
20.
F. C.-P.
Massabuau
,
S.-L.
Sahonta
,
L.
Trinh-Xuan
,
S.
Rhode
,
T. J.
Puchtler
,
M. J.
Kappers
,
C. J.
Humphreys
, and
R. A.
Oliver
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
212107
(
2012
).
21.
X.
Li
,
S.
Sundaram
,
P.
Disseix
,
G.
Le Gac
,
S.
Bouchoule
,
G.
Patriarche
,
F.
Réveret
,
J.
Leymarie
,
Y.
El Gmili
,
T.
Moudakir
,
F.
Genty
,
J. P.
Salvestrini
,
R. D.
Dupuis
,
P. L.
Voss
, and
A.
Ougazzaden
,
Opt. Mater. Express
5
,
380
(
2015
).
22.
I.-H.
Kim
,
H.-S.
Park
,
Y.-J.
Park
, and
T.
Kim
,
Appl. Phys. Lett.
73
,
1634
(
1998
).
23.
K. S.
Son
,
D. G.
Kim
,
H. K.
Cho
,
K.
Lee
,
S.
Kim
, and
K.
Park
,
J. Cryst. Growth
261
,
50
(
2004
).
24.
J.
Bruckbauer
,
P. R.
Edwards
,
S.-L.
Sahonta
,
F. C. P.
Massabuau
,
M. J.
Kappers
,
C. J.
Humphreys
,
R. A.
Oliver
, and
R. W.
Martin
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
47
,
135107
(
2014
).
25.
J.
Smalc-Koziorowska
,
E.
Grzanka
,
R.
Czernecki
,
D.
Schiavon
, and
M.
Leszczyński
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
101905
(
2015
).
26.
F. C. P.
Massabuau
,
C. C.
Tartan
,
R.
Traynier
,
W. E.
Blenkhorn
,
M. J.
Kappers
,
P.
Dawson
,
C. J.
Humphreys
, and
R. A.
Oliver
,
J. Cryst. Growth
386
,
88
(
2014
).
27.
J. H.
Son
and
J. L.
Lee
,
Opt. Express
18
,
5466
(
2010
).
28.
M. A.
Reshchikov
and
H.
Morkoç
,
J. Appl. Phys.
97
,
061301
(
2005
).
29.
A. B.
Slimane
,
A.
Najar
,
R.
Elafandy
,
D. P.
San-Román-Alerigi
,
D.
Anjum
,
T. K.
Ng
, and
B. S.
Ooi
,
Nanoscale Res. Lett.
8
,
342
(
2013
).
30.
A.
Yasan
,
R.
McClintock
,
K.
Mayes
,
D. H.
Kim
,
P.
Kung
, and
M.
Razeghi
,
Appl. Phys. Lett.
83
,
4083
(
2003
).
31.
K. B.
Lee
,
P. J.
Parbrook
,
T.
Wang
,
F.
Ranalli
,
T.
Martin
,
R. S.
Balmer
, and
D. J.
Wallis
,
J. Appl. Phys.
101
,
053513
(
2007
).
32.
I. A.
Ajia
,
P. R.
Edwards
,
Z.
Liu
,
J. C.
Yan
,
R. W.
Martin
, and
I. S.
Roqan
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
122111
(
2014
).
33.
Y. P.
Varshni
,
Physica
34
,
149
(
1967
).
34.
J.
Zhang
and
N.
Tansu
,
J. Appl. Phys.
110
,
113110
(
2011
).
35.
H.
Wang
,
Z.
Ji
,
S.
Qu
,
G.
Wang
,
Y.
Jiang
,
B.
Liu
,
X.
Xu
, and
H.
Mino
,
Opt. Express
20
,
3932
(
2012
).
36.
J.
Elsner
,
R.
Jones
,
M. I.
Heggie
,
P. K.
Sitch
,
M.
Haugk
,
Th.
Frauenheim
,
S.
Öberg
, and
P. R.
Briddon
,
Phys. Rev. B
58
,
12571
(
1998
).
37.
D.
Iida
,
A.
Fadil
,
Y.
Chen
,
Y.
Ou
,
O.
Kopylov
,
M.
Iwaya
,
T.
Takeuchi
,
S.
Kamiyama
,
I.
Akasaki
, and
H.
Ou
,
AIP Adv.
5
,
097169
(
2015
).
38.
T.
Kohno
,
Y.
Sudo
,
M.
Yamauchi
,
K.
Mitsui
,
H.
Kudo
,
H.
Okagawa
, and
Y.
Yamada
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
51
(
7R
),
072102
(
2012
).
39.
O.
Brandt
,
J.
Ringling
,
K. H.
Ploog
,
H. J.
Wunsche
, and
F.
Henneberger
,
Phys. Rev. B
58
,
15977
(
1998
).
40.
J.
Shah
and
Lucent Technologies (Firm)
,
Ultrafast Spectroscopy of Semiconductors and Semiconductor Nanostructures
, 2nd Engl. ed. (
Springer Verlag
,
Berlin, New York
,
1999
), p.
xvi
.
41.
T.
Li
,
A. M.
Fischer
,
Q. Y.
Wei
,
F. A.
Ponce
,
T.
Detchprohm
, and
C.
Wetzel
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
031906
(
2010
).
42.
J.
Dekker
,
A.
Tukiainen
,
N.
Xiang
,
S.
Orsila
,
M.
Saarinen
,
M.
Toivonen
,
M.
Pessa
,
N.
Tkachenko
, and
H.
Lemmetyinen
,
J. Appl. Phys.
86
,
3709
(
1999
).
43.
V.
Liuolia
,
A.
Pinos
,
S.
Marcinkevičius
,
Y. D.
Lin
,
H.
Ohta
,
S. P.
DenBaars
, and
S.
Nakamura
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
151106
(
2010
).
44.
Y.
Li
,
D. P.
Byrnes
, and
E. B.
Stokes
,
ECS J. Solid State Sci. Technol.
2
,
R267
(
2013
).
45.
C.
Du
,
X.
Huang
,
C.
Jiang
,
X.
Pu
,
Z.
Zhao
,
L.
Jing
,
W.
Hu
, and
Z. L.
Wang
,
Sci. Rep.
6
,
37132
(
2016
).
46.
S. A.
Al Muyeed
,
W.
Sun
,
X. L.
Wei
,
R. B.
Song
,
D. D.
Koleske
,
N.
Tansu
, and
J. J.
Wierer
,
AIP Adv.
7
(
10
),
105312
(
2017
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.