This paper assesses nonpolar m- and a-plane GaN/Al(Ga)N multi-quantum-wells grown on bulk GaN for intersubband optoelectronics in the short- and mid-wavelength infrared ranges. The characterization results are compared to those for reference samples grown on the polar c-plane, and are verified by self-consistent Schrödinger-Poisson calculations. The best results in terms of mosaicity, surface roughness, photoluminescence linewidth and intensity, as well as intersubband absorption are obtained from m-plane structures, which display room-temperature intersubband absorption in the range from 1.5 to 2.9 μm. Based on these results, a series of m-plane GaN/AlGaN multi-quantum-wells were designed to determine the accessible spectral range in the mid-infrared. These samples exhibit tunable room-temperature intersubband absorption from 4.0 to 5.8 μm, the long-wavelength limit being set by the absorption associated with the second order of the Reststrahlen band in the GaN substrates.

1.
M.
Beeler
,
E.
Trichas
, and
E.
Monroy
,
Semicond. Sci. Technol.
28
,
074022
(
2013
).
2.
D.
Hofstetter
,
E.
Baumann
,
F. R.
Giorgetta
,
R.
Théron
,
H.
Wu
,
W. J.
Schaff
,
J.
Dawlaty
,
P. A.
George
,
L. F.
Eastman
,
F.
Rana
,
P. K.
Kandaswamy
,
F.
Guillot
, and
E.
Monroy
,
Proc. IEEE
98
,
1234
(
2010
).
3.
H.
Machhadani
,
P.
Kandaswamy
,
S.
Sakr
,
A.
Vardi
,
A.
Wirtmüller
,
L.
Nevou
,
F.
Guillot
,
G.
Pozzovivo
,
M.
Tchernycheva
,
A.
Lupu
,
L.
Vivien
,
P.
Crozat
,
E.
Warde
,
C.
Bougerol
,
S.
Schacham
,
G.
Strasser
,
G.
Bahir
,
E.
Monroy
, and
F. H.
Julien
,
New J. Phys.
11
,
125023
(
2009
).
4.
N.
Suzuki
and
N.
Iizuka
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 2
36
,
L1006
(
1997
).
5.
N.
Iizuka
,
H.
Yoshida
,
N.
Managaki
,
T.
Shimizu
,
S.
Hassanet
,
C.
Cumtornkittikul
,
M.
Sugiyama
, and
Y.
Nakano
,
Opt. Express
17
,
23247
(
2009
).
6.
E.
Bellotti
,
K.
Driscoll
,
T. D.
Moustakas
, and
R.
Paiella
,
J. Appl. Phys.
105
,
113103
(
2009
).
7.
G.
Sun
,
J. B.
Khurgin
, and
D. P.
Tsai
,
Opt. Express
21
,
28054
(
2013
).
8.
P. K.
Kandaswamy
,
F.
Guillot
,
E.
Bellet-Amalric
,
E.
Monroy
,
L.
Nevou
,
M.
Tchernycheva
,
A.
Michon
,
F. H.
Julien
,
E.
Baumann
,
F. R.
Giorgetta
,
D.
Hofstetter
,
T.
Remmele
,
M.
Albrecht
,
S.
Birner
, and
L. S.
Dang
,
J. Appl. Phys.
104
,
093501
(
2008
).
9.
H.
Machhadani
,
Y.
Kotsar
,
S.
Sakr
,
M.
Tchernycheva
,
R.
Colombelli
,
J.
Mangeney
,
E.
Bellet-Amalric
,
E.
Sarigiannidou
,
E.
Monroy
, and
F. H.
Julien
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
191101
(
2010
).
10.
F. F.
Sudradjat
,
W.
Zhang
,
J.
Woodward
,
H.
Durmaz
,
T. D.
Moustakas
, and
R.
Paiella
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
241113
(
2012
).
11.
M.
Beeler
,
C.
Bougerol
,
E.
Bellet-Amalric
, and
E.
Monroy
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
091108
(
2013
).
12.
M.
Beeler
,
C.
Bougerol
,
E.
Bellet-Amalric
, and
E.
Monroy
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
131106
(
2014
).
13.
J. S.
Speck
and
S. F.
Chichibu
,
MRS Bull.
34
,
304
(
2011
).
14.
C.
Gmachl
and
H. M.
Ng
,
Electron. Lett.
39
,
567
(
2003
).
15.
C.
Edmunds
,
J.
Shao
,
M.
Shirazi-HD
,
M. J.
Manfra
, and
O.
Malis
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
021109
(
2014
).
16.
T.
Kotani
,
M.
Arita
, and
Y.
Arakawa
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
261108
(
2014
).
17.
A.
Pesach
,
E.
Gross
,
C.-Y.
Huang
,
Y.-D.
Lin
,
A.
Vardi
,
S. E.
Schacham
,
S.
Nakamura
, and
G.
Bahir
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
022110
(
2013
).
18.
B.
Heying
,
R.
Averbeck
,
L. F.
Chen
,
E.
Haus
,
H.
Riechert
, and
J. S.
Speck
,
J. Appl. Phys.
88
,
1855
(
2000
).
19.
C.
Adelmann
,
J.
Brault
,
G.
Mula
,
B.
Daudin
,
L.
Lymperakis
, and
J.
Neugebauer
,
Phys. Rev. B
67
,
165419
(
2003
).
20.
S.
Birner
,
T.
Zibold
,
T.
Andlauer
,
T.
Kubis
,
M.
Sabathil
,
A.
Trellakis
, and
P.
Vogl
,
IEEE Trans. Electron Devices
54
,
2137
(
2007
).
21.
H. C.
Liu
and
F.
Capasso
,
Intersubband Transitions in Quantum Wells:Physics and Device Applications I
(
Academic Press
,
San Diego, CA
,
2000
).
22.
P.
Waltereit
,
O.
Brandt
,
M.
Ramsteiner
,
R.
Uecker
,
P.
Reiche
, and
K.
Ploog
,
J. Cryst. Growth
218
,
143
(
2000
).
23.
R.
Schuber
,
M. M. C.
Chou
,
P.
Vincze
,
T.
Schimmel
, and
D. M.
Schaadt
,
J. Cryst. Growth
312
,
1665
(
2010
).
24.
O.
Brandt
,
Y. J.
Sun
,
L.
Däweritz
, and
K. H.
Ploog
,
Phys. Rev. B
69
,
165326
(
2004
).
25.
S.
Einfeldt
,
V.
Kirchner
,
H.
Heinke
,
M.
Dießelberg
,
S.
Figge
,
K.
Vogeler
, and
D.
Hommel
,
J. Appl. Phys.
88
,
7029
(
2000
).
26.
S.
Einfeldt
,
H.
Heinke
,
V.
Kirchner
, and
D.
Hommel
,
J. Appl. Phys.
89
,
2160
(
2001
).
27.
P.
Vennegues
,
S.
Founta
,
H.
Mariette
, and
B.
Daudin
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
49
,
040201
(
2010
).
28.
P.
Vennéguès
and
Z.
Bougrioua
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
111915
(
2006
).
29.
C. H.
Chiang
,
K. M.
Chen
,
Y. H.
Wu
,
Y. S.
Yeh
,
W. I.
Lee
,
J. F.
Chen
,
K. L.
Lin
,
Y. L.
Hsiao
,
W. C.
Huang
, and
E. Y.
Chang
,
Appl. Surf. Sci.
257
,
2415
(
2011
).
30.
K.
Okamoto
,
T.
Tanaka
,
M.
Kubota
, and
H.
Ohta
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 2
46
,
L820
(
2007
).
31.
E. C.
Young
,
A. E.
Romanov
,
C. S.
Gallinat
,
A.
Hirai
,
G. E.
Beltz
, and
J. S.
Speck
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
041913
(
2010
).
32.
S.
Figge
,
H.
Kröncke
,
D.
Hommel
, and
B. M.
Epelbaum
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
101915
(
2009
).
33.
J.
Brault
,
E.
Bellet-Amalric
,
S.
Tanaka
,
F.
Enjalbert
,
D.
Le Si Dang
,
E.
Sarigiannidou
,
J.-L.
Rouviere
,
G.
Feuillet
, and
B.
Daudin
,
Phys. Status Solidi B
240
,
314
(
2003
).
34.
I.
Vurgaftman
and
J. R.
Meyer
,
J. Appl. Phys.
94
,
3675
(
2003
).
35.
A. F.
Wright
,
J. Appl. Phys.
82
,
2833
(
1997
).
36.
H.
Machhadani
,
M.
Beeler
,
S.
Sakr
,
E.
Warde
,
Y.
Kotsar
,
M.
Tchernycheva
,
M. P.
Chauvat
,
P.
Ruterana
,
G.
Nataf
,
P.
De Mierry
,
E.
Monroy
, and
F. H.
Julien
,
J. Appl. Phys.
113
,
143109
(
2013
).
37.
M.
Hao
,
S.
Mahanty
,
R. S.
Qhalid Fareed
,
S.
Tottori
,
K.
Nishino
, and
S.
Sakai
,
Appl. Phys. Lett.
74
,
2788
(
1999
).
38.
J.
Yang
,
G. J.
Brown
,
M.
Dutta
, and
M. A.
Stroscio
,
J. Appl. Phys.
98
,
043517
(
2005
).
39.
M.
Welna
,
R.
Kudrawiec
,
M.
Motyka
,
R.
Kucharski
,
M.
Zając
,
M.
Rudziński
,
J.
Misiewicz
,
R.
Doradziński
, and
R.
Dwiliński
,
Cryst. Res. Technol.
47
,
347
(
2012
).
40.
P. K.
Kandaswamy
,
H.
Machhadani
,
C.
Bougerol
,
S.
Sakr
,
M.
Tchernycheva
,
F. H.
Julien
, and
E.
Monroy
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
141911
(
2009
).
41.
D.
Hofstetter
,
J.
Di Francesco
,
P. K.
Kandaswamy
, and
E.
Monroy
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
071104
(
2011
).
You do not currently have access to this content.