Self-assembled catalyst-free GaN micropillars grown on (0001) sapphire substrates by metal organic vapor phase epitaxy are investigated. Transmission electron microscopy, as well as KOH etching, shows the systematic presence of two domains of opposite polarity within each single micropillar. The analysis of the initial growth stages indicates that such double polarity originates at the micropillar/substrate interface, i.e., during the micropillar nucleation, and it propagates along the micropillar. Furthermore, dislocations are also generated at the wire/substrate interface, but bend after several hundreds of nanometers. This leads to micropillars several tens of micrometers in length that are dislocation-free. Spatially resolved cathodoluminescence and microphotoluminescence show large differences in the optical properties of each polarity domain, suggesting unequal impurity/dopant/vacancy incorporation depending on the polarity.

1.
X. H.
Wu
,
L. M.
Brown
,
D.
Kapolnek
,
S.
Keller
,
B.
Keller
,
S. P.
DenBaars
, and
J. S.
Speck
,
J. Appl. Phys.
80
,
3228
(
1996
).
2.
T.
Akasaka
,
Y.
Kobayashi
,
S.
Ando
, and
N.
Kobayashi
,
Appl. Phys. Lett.
71
,
2196
(
1997
).
3.
B.
Beaumont
,
P.
Gibart
, and
P.
Vennéguès
,
Phys. Status Solidi B
227
,
1
43
(
2001
).
4.
E.
Calleja
,
M. A.
Sanchez-Garcia
,
F. J.
Sanchez
,
F.
Calle
,
F. B.
Naranjo
,
E.
Muñoz
,
U.
Jahn
, and
K.
Ploog
,
Phys. Rev. B
62
,
16826
(
2000
).
5.
R.
Birkhahn
and
A. J.
Steckl
,
Appl. Phys. Lett.
73
,
2143
(
1998
).
6.
H. T.
Ng
,
J.
Li
,
M. K.
Smith
,
P.
Nguyen
,
A.
Cassell
,
J.
Han
, and
M.
Meyyappan
,
Science
300
,
1249
(
2003
).
7.
K.
Hestroffer
,
C.
Leclere
,
C.
Bougerol
,
H.
Renevier
, and
B.
Daudin
,
Phys. Rev. B
84
,
245302
(
2011
).
8.
L.
Largeau
,
E.
Galopin
,
N.
Gogneau
,
L.
Travers
,
F.
Glas
, and
J. C.
Harmand
,
Cryst. Growth Des.
12
(
6
),
2724
(
2012
).
9.
X.
Kong
,
J.
Ristic
,
M. A.
Sanchez-Garcia
,
E.
Calleja
, and
A.
Trampert
,
Nanotechnology
22
,
415701
(
2011
).
10.
B.
Alloing
,
S.
Vézian
,
O.
Tottereau
,
P.
Vennéguès
,
E.
Beraudo
, and
J.
Zúñiga-Pérez
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
011914
(
2011
).
11.
J.
Jasinski
,
Z.
Liliental-Weber
,
Q. S.
Paduano
, and
D. W.
Weyburne
,
Appl. Phys. Lett.
83
,
2811
(
2003
).
12.
M.
Sumiya
,
K.
Yoshimura
,
T.
Ito
,
K.
Ohtsuka
,
S.
Fuke
,
K.
Mizuno
,
M.
Yoshimoto
,
H.
Koinuma
,
A.
Ohtomo
, and
M.
Kawasaki
,
J. Appl. Phys.
88
,
1158
(
2000
).
13.
M.
Seelmann-Eggebert
,
J. L.
Weyher
,
H.
Obloh
,
H.
Zimmermann
,
A.
Rar
, and
S.
Porowski
,
Appl. Phys. Lett.
71
,
2635
(
1997
).
14.
A. R.
Arehart
,
T.
Homan
,
M. H.
Wong
,
C.
Poblenz
,
J. S.
Speck
, and
S. A.
Ringel
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
242112
(
2010
).
15.
M.
Sumiya
,
K.
Yoshimura
,
K.
Ohtsuka
, and
S.
Fuke
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
2098
(
2000
).
16.
S. F.
Chichibu
,
A.
Setoguchi
,
A.
Uedono
,
K.
Yoshimura
, and
M.
Sumiya
,
Appl. Phys. Lett.
78
,
28
(
2001
).
17.
F.
Tuomisto
,
T.
Suski
,
H.
Teisseyre
,
M.
Krysko
,
M.
Leszczynski
,
B.
Lucznik
,
I.
Grzegory
,
S.
Porowski
,
D.
Wasik
,
A.
Witowski
,
W.
Gebicki
,
P.
Hageman
, and
K.
Saarinen
,
Phys. Status Solidi B
240
,
289
292
(
2003
).
18.
X. J.
Chen
,
G.
Perillat-Merceroz
,
D.
Sam-Giao
,
C.
Durand
, and
J.
Eymery
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
151909
(
2010
).
19.
J. D.
Wei
,
S. F.
Li
,
A.
Atamuratov
,
H. H.
Wehmann
, and
A.
Waag
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
172111
(
2010
).
20.
P. M.
Coulon
,
H.
Hugues
,
B.
Alloing
,
E.
Beraudo
,
M.
Leroux
, and
J.
Zúñiga-Pérez
,
Opt. Express
20
,
18707
(
2012
).
21.
A.
Trichet
,
F.
Médard
,
J.
Zúñiga-Pérez
,
B.
Alloing
, and
M.
Richard
,
New J. Phys.
14
,
073004
(
2012
).
22.
S.
Li
and
A.
Waag
,
J. Appl. Phys.
111
,
071101
(
2012
).
23.
B.
Alloing
,
E.
Beraudo
,
Y.
Cordier
,
F.
Semond
,
S.
Sergent
,
O.
Tottereau
,
P.
Vennéguès
,
S.
Vézian
, and
J.
Zúñiga-Pérez
,
Int. J. Nanotechnol.
9
,
412
427
(
2012
).
24.
P.
Vennéguès
and
B.
Beaumont
,
Appl. Phys. Lett.
75
,
4115
(
1999
).
25.
R.
Koester
,
J. S.
Hwang
,
C.
Durand
,
D.
Le Si Dang
, and
J.
Eymery
,
Nanotechnology
21
,
015602
(
2010
).
26.
S. D.
Hersee
,
X.
Sun
, and
X.
Wang
,
Nano Lett.
6
(
8
),
1808
1811
(
2006
).
27.
P.
Corfdir
,
P.
Lefebvre
,
J.
Ristić
,
P.
Valvin
,
E.
Calleja
,
A.
Trampert
,
J. D.
Ganière
, and
B.
Deveaud-Plédran
,
J. Appl. Phys.
105
,
013113
(
2009
).
28.
O.
Landré
,
C.
Bougerol
,
H.
Renevier
, and
B.
Daudin
,
Nanotechnology
20
,
415602
(
2009
).
29.
P. A.
Stadelmann
,
Ultramicroscopy
21
,
131
(
1987
).
30.
D.
Li
,
M.
Sumiya
,
K.
Yoshimura
,
Y.
Suzuki
,
Y.
Fukuda
, and
S.
Fuke
,
Phys. Status Solidi A
180
,
357
(
2000
).
31.
J. E.
Northrup
,
J.
Neugebauer
, and
L. T.
Romano
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
103
(
1996
).
32.
V.
Kueller
,
A.
Knauer
,
F.
Brunner
,
A.
Mogilatenko
,
M.
Kneissl
, and
M.
Weyers
,
Phys. Status Solidi C
9
,
496
498
(
2012
).
33.
M.
Sumiya
,
N.
Ogusu
,
Y.
Yotsuda
,
M.
Itoh
,
S.
Fuke
,
T.
Nakamura
,
S.
Mochizuki
,
T.
Sano
,
S.
Kamiyama
,
H.
Amano
, and
I.
Akasaki
,
J. Appl. Phys.
93
,
1311
(
2003
).
34.
M.
Sumiya
,
M.
Tanaka
,
K.
Ohtsuka
,
S.
Fuke
,
T.
Ohnishi
,
I.
Ohkubo
,
M.
Yoshimoto
,
H.
Koinuma
, and
M.
Kawasaki
,
Appl. Phys. Lett.
75
(
5
),
674
(
1999
).
35.
F. A.
Ponce
,
D. P.
Bour
,
W. T.
Young
,
M.
Saunders
, and
J. W.
Steeds
,
Appl. Phys. Lett.
69
,
337
(
1996
).
36.
O.
Ambacher
,
J.
Smart
,
J. R.
Shealy
,
N. G.
Weimann
,
K.
Chu
,
M.
Murphy
,
W. J.
Schaff
,
L. F.
Eastman
,
R.
Dimitrov
,
L.
Wittmer
,
M.
Stutzmann
,
W.
Rieger
, and
J.
Hilsenbeck
,
J. Appl. Phys.
85
,
3222
(
1999
).
37.
R.
Dimitrov
,
M.
Murphy
,
J.
Smart
,
W.
Schaff
,
J. R.
Shealy
,
L. F.
Eastman
,
O.
Ambacher
, and
M.
Stutzmann
,
J. Appl. Phys.
87
,
3375
(
2000
).
38.
B.
Daudin
,
J. L.
Rouvière
, and
M.
Arlery
,
Appl. Phys. Lett.
69
,
2480
(
1996
).
39.
W.
Bergbauer
,
M.
Strassburg
,
Ch.
Kölper
,
N.
Linder
,
C.
Roder
,
J.
Lähnemann
,
A.
Trampert
,
S.
Fündling
,
S. F.
Li
,
H. H.
Wehmann
, and
A.
Waag
,
Nanotechnology
21
,
305201
(
2010
).
40.
W.
Bergbauer
,
M.
Strassburg
,
Ch.
Kölper
,
N.
Linder
,
C.
Roder
,
J.
Lähnemann
,
A.
Trampert
,
S.
Fündling
,
S. F.
Li
,
H. H.
Wehmannc
, and
A.
Waag
,
J. Cryst. Growth
315
,
164
(
2011
).
41.
S.
Haffouz
,
H.
Lahrèche
,
P.
Vennéguès
,
P.
De Mierry
,
B.
Beaumont
,
F.
Omnès
, and
P.
Gibart
,
Appl. Phys. Lett.
73
,
1278
(
1998
).
42.
X. J.
Chen
,
B.
Gayral
,
D.
Sam-Giao
,
C.
Bougerol
,
C.
Durand
, and
J.
Eymery
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
251910
(
2011
).
43.
D.
Cherns
,
L.
Meshi
,
I.
Griffiths
,
S.
Khongphetsak
,
S. V.
Novikov
,
N.
Farley
,
R. P.
Campion
, and
C. T.
Foxon
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
121902
(
2008
).
44.
E.
Calleja
,
J.
Ristic
,
S.
Fernandez-Garrido
,
L.
Cerutti
,
M. A.
Sanchez-Garcia
,
J.
Grandal
,
A.
Trampert
,
U.
Jahn
,
G.
Sanchez
,
A.
Griol
, and
B.
Sanchez
,
Phys. Status Solidi C
244
(
8
),
2816
2837
(
2007
).
45.
P.
Vennéguès
,
B.
Beaumont
,
V.
Bousquet
,
M.
Vaille
, and
P.
Gibart
,
J. Appl. Phys.
87
,
4175
(
2000
).
46.
T.
Gühne
,
Z.
Bougrioua
,
P.
Vennéguès
,
M.
Leroux
, and
M.
Albrecht
,
J. Appl. Phys.
101
,
113101
(
2007
).
47.
J.
Neugebauer
and
C. G.
Van de Walle
,
Appl. Phys. Lett.
69
,
503
(
1996
).
48.
M.
Leroux
,
B.
Beaumont
,
N.
Grandjean
,
P.
Lorenzini
,
S.
Haffouz
,
P.
Vennéguès
,
J.
Massies
, and
P.
Gibart
,
Mater. Sci. Eng., B
50
,
97
104
(
1997
).
49.
R.
Dingle
and
M.
Ilegems
,
Solid State Commun.
9
,
175
(
1971
).
50.
J.
Jayapalan
,
B. J.
Skromme
,
R. P.
Vaudo
, and
V. M.
Phanse
,
Appl. Phys. Lett.
73
,
1188
(
1998
).
51.
P.
Laukkanen
,
S.
Lehkonen
,
P.
Uusimaa
,
M.
Pessa
,
J.
Oila
,
S.
Hautakangas
,
K.
Saarinen
,
J.
Likonen
, and
J.
Keränen
,
J. Appl. Phys.
92
,
786
(
2002
).
52.
U.
Kaufmann
,
M.
Kunzer
,
H.
Obloh
,
M.
Maier
,
Ch.
Manz
,
A.
Ramakrishnan
, and
B.
Santic
,
Phys. Rev. B
59
,
5561
(
1999
).
53.
E. F.
Schubert
,
I. D.
Goepfert
, and
J. M.
Redwing
,
Appl. Phys. Lett.
71
(
22
),
3224
(
1997
).
54.
S.
Nakamura
and
G.
Fasol
,
The Blue Laser Diode
(
Springer
,
Berlin
,
1998
).
55.
I. H.
Lee
,
I. H.
Choi
,
C. R.
Lee
,
S. J.
Son
,
J. Y.
Leem
, and
S. K.
Noh
,
J. Cryst. Growth.
182
,
314
(
1997
).
56.
J.
Neugebauer
and
C. G.
Van de Walle
,
Phys. Rev. B.
50
,
8067
(
1994
).
57.
X.
Zhang
,
P.
Kung
,
A.
Saxler
,
D.
Walker
,
T. C.
Wang
, and
M.
Razeghi
,
Appl. Phys. Lett.
67
,
1745
(
1995
).
58.
Y. T.
Rebane
,
Y. G.
Shreter
, and
M.
Albrecht
,
Phys. Status Solidi A
164
,
141
(
1997
).
59.
G.
Salviati
 et al.,
Inst. Phys. Conf. Ser.
157
,
199
(
1997
).
60.
R.
Liu
,
A.
Bell
,
F. A.
Ponce
,
C. Q.
Chen
,
J. W.
Yang
, and
M. A.
Khan
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
021908
(
2005
).
61.
T.
Gühne
,
Z.
Bougrioua
,
S.
Laügt
,
M.
Nemoz
,
P.
Vennéguès
,
B.
Vinter
, and
M.
Leroux
,
Phys. Rev. B
77
,
075308
(
2008
).
You do not currently have access to this content.