Cathodoluminescence experiments were performed on a high-quality AlN epitaxial film grown by organometallic vapor phase epitaxy on a large single crystal AlN substrate. The low-temperature near-bandedge spectra clearly show six very narrow lines. The thermal quenching behavior of these emission lines provides insight on how to assign them to free and bound exciton recombination processes. The binding energy for the free-exciton-A in AlN was found to be nearly twice that in GaN. The observation of the free-exciton-A first excited state permitted us to estimate its reduced effective mass and, by using recent reported values for the hole effective mass in Mg-doped AlN, the electron effective mass in AlN has been deduced.

1.
C.-M.
Zetterling
,
M.
Östling
,
K.
Wongchotigul
,
M. G.
Spencer
,
X.
Tang
,
C. I.
Harris
,
N.
Nordell
, and
S. S.
Wong
,
J. Appl. Phys.
82
,
2990
(
1997
).
2.
X.
Tang
,
F.
Hossain
,
K.
Wongchotigul
, and
M. G.
Spencer
,
Appl. Phys. Lett.
72
,
1501
(
1998
).
3.
Y.
Shishkin
,
R. P.
Devaty
,
W. J.
Choyke
,
F.
Yun
,
T.
King
, and
H.
Morkoç
,
Phys. Status Solidi A
188
,
591
(
2001
).
4.
N.
Teofilov
,
K.
Thonke
,
R.
Sauer
,
D. G.
Ebling
,
L.
Kirste
, and
K. W.
Benz
,
Diamond Relat. Mater.
10
,
1300
(
2001
).
5.
T.
Onuma
,
S. F.
Chichibu
,
T.
Sota
,
K.
Asai
,
S.
Sumiya
,
T.
Shibata
, and
M.
Tanaka
,
Appl. Phys. Lett.
81
,
652
(
2002
).
6.
J.
Li
,
K. B.
Nam
,
M. L.
Nakarmi
,
J. Y.
Lin
, and
H. X.
Jiang
,
Appl. Phys. Lett.
81
,
3365
(
2002
).
7.
K. B.
Nam
,
J.
Li
,
M. L.
Nakarmi
,
J. Y.
Lin
, and
H. X.
Jiang
,
Appl. Phys. Lett.
82
,
1694
(
2003
).
8.
K. B.
Nam
,
M. L.
Nakarmi
,
J.
Li
,
J. Y.
Lin
, and
H. X.
Jiang
,
Appl. Phys. Lett.
83
,
878
(
2003
).
9.
E.
Kuokstis
,
J.
Zhang
,
Q.
Fareed
,
J. W.
Yang
,
G.
Simin
,
M.
Asif Kahn
,
R.
Gaska
,
M.
Shur
,
C.
Rojo
, and
L.
Schowalter
,
Appl. Phys. Lett.
81
,
2755
(
2002
).
10.
G. A.
Slack
,
L. J.
Schowalter
,
D.
Morelli
, and
J. A.
Freitas
, Jr.
,
J. Cryst. Growth
246
,
287
(
2002
).
11.
J. A.
Freitas
, Jr.
,
G. C. B.
Braga
,
E.
Silveira
,
J. G.
Tischler
, and
M.
Fatemi
,
Appl. Phys. Lett.
83
,
2584
(
2003
).
12.
E.
Silveira
,
J. A.
Freitas
, Jr.
,
G. A.
Slack
, and
L. J.
Schowalter
,
Phys. Status Solidi C
0
,
2618
(
2003
).
13.
M.
Suzuki
and
T.
Uenoyama
,
Phys. Rev. B
52
,
8132
(
1995
).
14.
S.-H.
Wei
and
A.
Zunger
,
Appl. Phys. Lett.
69
,
2719
(
1996
).
15.
K.
Kim
,
W. R. L.
Lambrecht
, and
B.
Segall
,
Phys. Rev. B
56
,
7363
(
1997
).
16.
A. T.
Collins
,
E. C.
Lightowlers
, and
P. J.
Dean
,
Phys. Rev.
158
,
833
(
1967
).
17.
T. L.
Chu
and
R. W.
Keln
, Jr.
,
J. Electrochem. Soc.
122
,
995
(
1975
).
18.
T.
Wethkamp
,
K.
Wilmers
,
C.
Cobet
,
N.
Esser
,
W.
Richter
,
O.
Ambacher
,
M.
Stutzmann
, and
M.
Cardona
,
Phys. Rev. B
59
,
1845
(
1999
).
19.
L. J.
Schowalter
,
Y.
Shusterman
,
R.
Wang
,
I.
Bhat
,
G.
Arunmozhi
, and
G. A.
Slack
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
985
(
2000
).
20.
J. C.
Rojo
,
L. J.
Schowalter
,
R.
Gaska
,
M.
Shur
,
M. A.
Khan
,
J.
Yang
, and
D. D.
Koleske
,
J. Cryst. Growth
240
,
508
(
2002
).
21.
T. E.
Everhart
and
P. H.
Hoff
,
J. Appl. Phys.
42
,
5837
(
1971
).
22.
A. V.
Rodina
,
M.
Dietrich
,
A.
Göldner
,
L.
Eckey
,
A.
Hoffmann
,
Al. L.
Efros
,
M.
Rosen
, and
B. K.
Meyer
,
Phys. Rev. B
64
,
115204
(
2001
).
23.
J. A.
Freitas
, Jr.
,
W. J.
Moore
,
B. V.
Shanabrook
,
G. C. B.
Braga
,
S. K.
Lee
,
S. S.
Park
, and
J. Y.
Han
,
Phys. Rev. B
66
,
233311
(
2002
).
24.
Q.
Guo
,
M.
Nishio
, and
H.
Ogawa
,
Phys. Rev. B
64
,
113105
(
2001
).
25.
K. P.
Korona
,
A.
Wysmolek
,
K.
Pakula
,
R.
Stepniewski
,
J. M.
Baranowski
,
I.
Grzegory
,
B.
Lucznik
,
M.
Wroblewski
, and
S.
Porowski
,
Appl. Phys. Lett.
69
,
788
(
1996
).
26.
B. V.
Shanabrook
,
S.
Rudin
,
T. L.
Reinecke
,
W.
Tseng
, and
P.
Newman
,
Phys. Rev. B
41
,
1577
(
1990
).
This content is only available via PDF.
You do not currently have access to this content.