Growth of wurtzite ScxAl1−xN (x < 0.23) by plasma-assisted molecular-beam epitaxy on c-plane GaN at high temperatures significantly alters the extracted lattice constants of the material due to defects likely associated with remnant phases. In contrast, ScAlN grown below a composition-dependent threshold temperature exhibits uniform alloy distribution, reduced defect density, and atomic-step surface morphology. The c-plane lattice constant of this low-temperature ScAlN varies with composition as expected from previous theoretical calculations and can be used to reliably estimate alloy composition. Moreover, lattice-matched Sc0.18Al0.82N/GaN multi-quantum wells grown under these conditions display strong and narrow near-infrared intersubband absorption lines that confirm advantageous optical and electronic properties.

1.
O.
Ambacher
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
31
,
2653
(
1998
).
2.
S.
Choi
,
F.
Wu
,
R.
Shivaraman
,
E. C.
Young
, and
J. S.
Speck
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
232102
(
2012
).
3.
S.
Dasgupta
,
S.
Choi
,
F.
Wu
,
J. S.
Speck
, and
U. K.
Mishra
,
Appl. Phys. Express
4
,
045502
(
2011
).
4.
W.
Kong
,
W. Y.
Jiao
,
J. C.
Li
,
K.
Collar
,
J. H.
Leach
,
J.
Fournelle
,
T. H.
Kim
, and
A. S.
Brown
,
J. Electron. Mater.
45
,
654
(
2016
).
5.
L.
Zhou
,
D. J.
Smith
,
M. R.
McCartney
,
D. S.
Katzer
, and
D. F.
Storm
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
081917
(
2007
).
6.
S.-L.
Sahonta
,
G. P.
Dimitrakopulos
,
T.
Kehagias
,
J.
Kioseoglou
,
A.
Adikimenakis
,
E.
Iliopoulos
,
A.
Georgakilas
,
H.
Kirmse
,
W.
Neumann
, and
P.
Komninou
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
021913
(
2009
).
7.
M. A.
Caro
,
S.
Zhang
,
T.
Riekkinen
,
M.
Ylilammi
,
M. A.
Moram
,
O.
Lopez-Acevedo
,
J.
Molarius
, and
T.
Laurila
,
J. Phys.: Condens. Matter
27
,
245901
(
2015
).
8.
J.
Casamento
,
H.
Lee
,
T.
Maeda
,
V.
Gund
,
K.
Nomoto
,
L.
van Deurzen
,
W.
Turner
,
P.
Fay
,
S.
Mu
,
C. G.
Van de Walle
,
A.
Lal
,
H.
(Grace) Xing
, and
D.
Jena
,
Appl. Phys. Lett.
120
,
152901
(
2022
).
9.
A. J.
Green
,
J. K.
Gillespie
,
R. C.
Fitch
,
D. E.
Walker
,
M.
Lindquist
,
A.
Crespo
,
D.
Brooks
,
E.
Beam
,
A.
Xie
,
V.
Kumar
,
J.
Jimenez
,
C.
Lee
,
Y.
Cao
,
K. D.
Chabak
, and
G. H.
Jessen
,
IEEE Electron Device Lett.
40
,
1056
(
2019
).
10.
P.
Wang
,
D.
Wang
,
B.
Wang
,
S.
Mohanty
,
S.
Diez
,
Y.
Wu
,
Y.
Sun
,
E.
Ahmadi
, and
Z.
Mi
,
Appl. Phys. Lett.
119
,
082101
(
2021
).
11.
A. J.
Green
,
N.
Moser
,
N. C.
Miller
,
K. J.
Liddy
,
M.
Lindquist
,
M.
Elliot
,
J. K.
Gillespie
,
R. C.
Fitch
,
R.
Gilbert
,
D. E.
Walker
,
E.
Werner
,
A.
Crespo
,
E.
Beam
,
A.
Xie
,
C.
Lee
,
Y.
Cao
, and
K. D.
Chabak
,
IEEE Electron Device Lett.
41
,
1181
(
2020
).
12.
T. E.
Kazior
,
E. M.
Chumbes
,
B.
Schultz
,
J.
Logan
,
D. J.
Meyer
, and
M. T.
Hardy
, in
2019 IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS)
(
IEEE
,
2019
), pp.
1136
1139
.
13.
G.
Wingqvist
,
F.
Tasnádi
,
A.
Zukauskaite
,
J.
Birch
,
H.
Arwin
, and
L.
Hultman
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
112902
(
2010
).
14.
W.
Wang
,
P. M.
Mayrhofer
,
X.
He
,
M.
Gillinger
,
Z.
Ye
,
X.
Wang
,
A.
Bittner
,
U.
Schmid
, and
J. K.
Luo
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
133502
(
2014
).
15.
W. B.
Wang
,
Y. Q.
Fu
,
J. J.
Chen
,
W. P.
Xuan
,
J. K.
Chen
,
X. Z.
Wang
,
P.
Mayrhofer
,
P. F.
Duan
,
A.
Bittner
,
U.
Schmid
, and
J. K.
Luo
,
J. Micromech. Microeng.
26
,
075006
(
2016
).
16.
R.
Dargis
,
A.
Clark
,
A.
Ansari
,
Z.
Hao
,
M.
Park
,
D.
Kim
,
R.
Yanka
,
R.
Hammond
,
M.
Debnath
, and
R.
Pelzel
,
Phys. Status Solidi A
217
,
1900813
(
2020
).
17.
A.
Ding
,
L.
Kirste
,
Y.
Lu
,
R.
Driad
,
N.
Kurz
,
V.
Lebedev
,
T.
Christoph
,
N. M.
Feil
,
R.
Lozar
,
T.
Metzger
,
O.
Ambacher
, and
A.
Žukauskaitė
,
Appl. Phys. Lett.
116
,
101903
(
2020
).
18.
V. J.
Gokhale
,
B. P.
Downey
,
M. T.
Hardy
,
E. N.
Jin
,
J. A.
Roussos
, and
D. J.
Meyer
, in
2020 IEEE 33rd International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS)
(
IEEE
,
Vancouver, BC
,
2020
), pp.
1262
1265
.
19.
M. T.
Hardy
,
B. P.
Downey
,
D. J.
Meyer
,
N.
Nepal
,
D. F.
Storm
, and
D. S.
Katzer
,
IEEE Trans. Semicond. Manuf.
30
,
475
(
2017
).
20.
S.
Zhang
,
D.
Holec
,
W. Y.
Fu
,
C. J.
Humphreys
, and
M. A.
Moram
,
J. Appl. Phys.
114
,
133510
(
2013
).
21.
P.
Wang
,
D.
Wang
,
N. M.
Vu
,
T.
Chiang
,
J. T.
Heron
, and
Z.
Mi
,
Appl. Phys. Lett.
118
,
223504
(
2021
).
22.
S.
Barth
,
H.
Bartzsch
,
D.
Gloess
,
P.
Frach
,
T.
Modes
,
O.
Zywitzki
,
G.
Suchaneck
, and
G.
Gerlach
,
Proc. SPIE
9517
, 951704 (2015).
23.
R.
Deng
,
S. R.
Evans
, and
D.
Gall
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
112103
(
2013
).
24.
N.
Farrer
and
L.
Bellaiche
,
Phys. Rev. B
66
,
201203
(
2002
).
25.
S.
Zhang
,
W. Y.
Fu
,
D.
Holec
,
C. J.
Humphreys
, and
M. A.
Moram
,
J. Appl. Phys.
114
,
243516
(
2013
).
26.
O.
Ambacher
,
B.
Christian
,
N.
Feil
,
D. F.
Urban
,
C.
Elsässer
,
M.
Prescher
, and
L.
Kirste
,
J. Appl. Phys.
130
,
045102
(
2021
).
27.
D. F.
Urban
,
O.
Ambacher
, and
C.
Elsässer
,
Phys. Rev. B
103
,
115204
(
2021
).
28.
F.
Tasnádi
,
B.
Alling
,
C.
Höglund
,
G.
Wingqvist
,
J.
Birch
,
L.
Hultman
, and
I. A.
Abrikosov
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
137601
(
2010
).
29.
M. T.
Hardy
,
B. P.
Downey
,
N.
Nepal
,
D. F.
Storm
,
D. S.
Katzer
, and
D. J.
Meyer
,
Appl. Phys. Lett.
110
,
162104
(
2017
).
30.
P.
Wang
,
D. A.
Laleyan
,
A.
Pandey
,
Y.
Sun
, and
Z.
Mi
,
Appl. Phys. Lett.
116
,
151903
(
2020
).
31.
J.
Casamento
,
H.
Lee
,
C. S.
Chang
,
M. F.
Besser
,
T.
Maeda
,
D. A.
Muller
,
H.
(Grace) Xing
, and
D.
Jena
,
APL Mater.
9
,
091106
(
2021
).
32.
J.
Casamento
,
H. G.
Xing
, and
D.
Jena
,
Phys. Status Solidi B
257
,
1900612
(
2020
).
33.
M. T.
Hardy
,
E. N.
Jin
,
N.
Nepal
,
D. S.
Katzer
,
B. P.
Downey
,
V. J.
Gokhale
,
D. F.
Storm
, and
D. J.
Meyer
,
Appl. Phys. Express
13
,
065509
(
2020
).
34.
K.
Frei
,
R.
Trejo-Hernández
,
S.
Schütt
,
L.
Kirste
,
M.
Prescher
,
R.
Aidam
,
S.
Müller
,
P.
Waltereit
,
O.
Ambacher
, and
M.
Fiederle
,
Jpn. J. Appl. Phys.
58
,
SC1045
(
2019
).
35.
J. R.
Riley
,
R. A.
Bernal
,
Q.
Li
,
H. D.
Espinosa
,
G. T.
Wang
, and
L. J.
Lauhon
,
ACS Nano
6
,
3898
(
2012
).
36.
D. R.
Diercks
,
B. P.
Gorman
,
R.
Kirchhofer
,
N.
Sanford
,
K.
Bertness
, and
M.
Brubaker
,
J. Appl. Phys.
114
,
184903
(
2013
).
37.
E. D.
Russo
,
I.
Blum
,
J.
Houard
,
M.
Gilbert
,
G.
Da Costa
,
D.
Blavette
, and
L.
Rigutti
,
Ultramicroscopy
187
,
126
(
2018
).
38.
D. J.
Larson
,
T. J.
Prosa
,
R. M.
Ulfig
,
B. P.
Geiser
, and
T. F.
Kelly
,
Local Electrode Atom Probe Tomography
(
Springer
,
New York
,
2013
).
39.
F.
Tang
,
M. P.
Moody
,
T. L.
Martin
,
P. A. J.
Bagot
,
M. J.
Kappers
, and
R. A.
Oliver
,
Microsc. Microanal.
21
,
544
(
2015
).
40.
S. M.
Knoll
,
S. K.
Rhode
,
S.
Zhang
,
T. B.
Joyce
, and
M. A.
Moram
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
101906
(
2014
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.