Skip to main content
SpringerLink
Log in

Recent Developments in Semipolar InGaN Laser Diodes

  • PHYSICS OF SEMICONDUCTOR DEVICES
  • Published:
Semiconductors Aims and scope Submit manuscript

Abstract

Group III-nitride semiconductors (GaN, AlN, and InN) are attractive materials for a wide range of electronic and photonic applications. The most widely employed growth plane for III-nitrides is the polar plane, characterized by the presence of a polarization-induced internal electric field in heterostructures. To eliminate the deleterious effects of polarization, III-nitride devices grown on nonpolar and semipolar orientations have become a major area of research. In addition to the reduction in the polarization-induced internal electric field, semipolar orientations potentially offer the possibility of higher indium incorporation, which is necessary for the emission of light in the visible range and is the preferred growth orientation for green/yellow light-emitting diodes and lasers. This review presents the recent progress on the development of semipolar InGaN quantum well laser diodes. The developments of laser diodes in three different semipolar planes such as (11–22), (20–21), and (20–2–1) planes are discussed including the bright prospects of group III-nitrides.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Log in via an institution

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Institutional subscriptions

Fig. 1.
Fig. 2.
Fig. 3.
Fig. 4.
Fig. 5.

Similar content being viewed by others

REFERENCES

  1. M. Meneghini, G. Meneghesso, and E. Zanoni, Power GaN Devices (Springer, Germany, 2017).

    Book  Google Scholar 

  2. S. Nakamura and G. Fasol, The Blue Laser Diode: GaN Based Light Emitters and Lasers (Springer Science, Germany, 2013).

    Google Scholar 

  3. E. A. DeCuir, Jr., M. O. Manasreh, E. Tschumak, J. Schörmann, D. J. As, and K. Lischka, Appl. Phys. Lett. 92, 201910 (2008).

    Article  ADS  Google Scholar 

  4. S. J. Pearton, J. C. Zolper, R. J. Shul, and F. Ren, J. Appl. Phys. 86, 1 (1999).

    Article  ADS  Google Scholar 

  5. F. Bernardini, V. Fiorentin, and D. Vanderbilt, Phys. Rev. B 56, R10024 (1998).

    Article  ADS  Google Scholar 

  6. G. Martin, A. Botchkarev, A. Rockett, and H. Morkoç, Appl. Phys. Lett. 68, 2541 (1996).

    Article  ADS  Google Scholar 

  7. M. Leroux, N. Grandjean, M. Laügt, J. Massies, B. Gil, P. Lefebvre, and P. Bigenwald, Phys. Rev. B 58, 13371 (1998).

    Article  ADS  Google Scholar 

  8. A. E. Romanov, E. C. Young, F. Wu, A. Tyagi, C. S. Gallinat, S. Nakamura, S. P. DenBaars, and J. S. Speck, J. Appl. Phys. 109, 103522 (2011).

    Article  ADS  Google Scholar 

  9. A. Strittmatter, J. E. Northrup, N. M. Johnson, M. V. Kisin, P. Spiberg, H. El-Ghoroury, A. Usikov, and A. Syrkin, Phys. Status Solidi B 248, 561 (2011).

    Article  ADS  Google Scholar 

  10. H. Fu, Z. Lu, and Y. Zhao, AIP Adv. 6, 065013 (2016).

    Article  ADS  Google Scholar 

  11. B. Amstatt, J. Renard, C. Bougerol, E. Bellet-Amalric, B. Gayral, and B. Daudin, J. Appl. Phys. 102, 074913 (2007).

    Article  ADS  Google Scholar 

  12. S. Founta, F. Rol, E. Bellet-Amalric, J. Bleuse, B. Daudin, B. Gayral, H. Mariette, and C. Moisson, Appl. Phys. Lett. 86, 171901 (2005).

    Article  ADS  Google Scholar 

  13. A. M. Fischer, Z. Wu, K. Sun, Q. Wei, Y. Huang, R. Senda, D. Iida, M. Iwaya, H. Amano, and F. A. Ponce, Appl. Phys. Express 2, 041002 (2009).

    Article  ADS  Google Scholar 

  14. M. Kubota, K. Okamoto, T. Tanaka, and H. Ohta, Appl. Phys. Express 1, 011102 (2008).

    Article  ADS  Google Scholar 

  15. K. M. Kelchner, Y. D. Lin, M. T. Hardy, C. Y. Huang, P. S. Hsu, R. M. Farrell, D. A. Haeger, H. C. Kuo, F. Wu, K. Fujito, D. A. Cohen, A. Chakraborty, H. Ohta, J. S. Speck, S. Nakamura, and S. P. DenBaars, Appl. Phys. Express 2, 071003 (2009).

    Article  ADS  Google Scholar 

  16. A. Chakraborty, T. J. Baker, B. A. Haskell, F. Wu, J. S. Speck, S. P. DenBaars, S. Nakamura, and U. K. Mishra, Jpn. J. Appl. Phys. 44, L954 (2005).

    Google Scholar 

  17. K. Nishizuka, M. Funato, Y. Kawakami, S. Fujita, Y. Narukawa, and T. Mukai, Appl. Phys. Lett. 85, 3122 (2004).

    Article  ADS  Google Scholar 

  18. Y. Zhao, Q. Yan, C. Y. Huang, S. C. Huang, P. Shan Hsu, S. Tanaka, C. C. Pan, Y. Kawaguchi, K. Fujito, C. G. van de Walle, J. S. Speck, S. P. DenBaars, S. Nakamura, and D. Feezell, Appl. Phys. Lett. 100, 201108 (2012).

    Article  ADS  Google Scholar 

  19. M. Monavarian, S. Metzner, N. Izyumskaya, S. Okur, F. Zhang, N. Can, S. Das, V. Avrutin, U. Özgür, F. Bertram, J. Christen, and H. MorkoSc, Proc. SPIE 9363, 93632P (2015).

    Article  ADS  Google Scholar 

  20. A. Tyagi, F. Wu, E. C. Young, A. Chakraborty, H. Ohta, R. Bhat, K. Fujito, S. P. DenBaars, S. Nakamura, and J. S. Speck, Appl. Phys. Lett. 95, 251905 (2009).

    Article  ADS  Google Scholar 

  21. A. Das, S. Magalhaes, Y. Kotsar, P. K. Kandaswamy, B. Gayral, K. Lorenz, E. J. C. Alves, P. Ruterana, and E. Monroy, Appl. Phys. Lett. 96, 181907 (2010).

    Article  ADS  Google Scholar 

  22. A. Das, P. Sinha, Y. Kotsar, P. K. Kandaswamy, G. P. Dimitrakopulos, T. Kehagias, P. Komninou, G. Nataf, P. De Mierry, and E. Monroy, J. Cryst. Growth 323, 161 (2011).

    Article  ADS  Google Scholar 

  23. A. Das, G. P. Dimitrakopulos, Y. Kotsar, A. Lotsari, T. Kehagias, P. Komninou, and E. Monroy, Appl. Phys. Lett. 98, 201911 (2011).

    Article  ADS  Google Scholar 

  24. A. Lotsari, A. Das, T. Kehagias, Y. Kotsar, E. Monroy, T. Karakostas, P. Gladkov, P. Komninou, and G. P. Dimitrakopulos, J. Cryst. Growth 339, 1 (2012).

    Article  ADS  Google Scholar 

  25. A. Lotsari, G. P. Dimitrakopulos, T. Kehagias, A. Das, E. Monroy, and P. Komninou, Microelectron. Eng. 90, 108 (2012).

    Article  Google Scholar 

  26. T. Koukoula, A. Lotsari, T. Kehagias, G. P. Dimitrakopulos, I. Häusler, A. Das, E. Monroy, T. Karakostas, and P. Komninou, Appl. Surf. Sci. 260, 7 (2012).

    Article  ADS  Google Scholar 

  27. A. Das, L. Lahourcade, J. Pernot, S. Valdueza-Felip, P. Ruterana, A. Laufer, M. Eickhoff, and E. Monroy, Phys. Status Solidi C 7, 1913 (2010).

    Article  ADS  Google Scholar 

  28. E. Monroy, P. K. Kandaswamy, H. Machhadani, A. Wirthmüller, S. Sakr, L. Lahourcade, A. Das, M. Tchernycheva, P. Ruterana, and F. H. Julien, Proc. SPIE 7608, 76081G (2010).

    Article  ADS  Google Scholar 

  29. J. Song, J. Choi, C. Zhang, Z. Deng, Y. Xie, and J. Han, ACS Appl. Mater. Interfaces 11, 33140 (2019).

    Article  Google Scholar 

  30. J. Song, J. Choi, and J. Han, J. Cryst. Growth 536, 125575 (2020).

    Article  Google Scholar 

  31. K. W. Hamdy, E. C. Young, A. I. Alhassan, D. L. Becerra, S. P. DenBaars, J. S. Speck, and S. Nakamura, Opt. Express 27, 8327 (2019).

    Article  ADS  Google Scholar 

  32. M. Khoury, H. Li, H. Zhang, B. Bonef, M. S. Wong, F. Wu, D. Cohen, P. De Mierry, P. Vennéguès, J. S. Speck, S. Nakamura, and S. P. DenBaars, ACS Appl. Mater. Interfaces 11, 47106 (2019).

    Article  Google Scholar 

  33. J. Iveland, L. Martinelli, J. Peretti, J. S. Speck, and C. Weisbuch, Phys. Rev. Lett. 110, 177406 (2013).

    Article  ADS  Google Scholar 

  34. S. Nakamura, M. Senoh, S. Nagahama, N. Iwasa, T. Yamada, T. Matsushita, H. Kiyoku, and Y. Sugimoto, Jpn. J. Appl. Phys. 35, L74 (1996).

    Article  Google Scholar 

  35. L. Y. Kuritzky and J. S. Speck, MRS Commun. 5, 463 (2015).

    Article  Google Scholar 

  36. C. Lee, C. Zhang, M. Cantore, R. M. Farrell, S. H. Oh, T. Margalith, J. S. Speck, S. Nakamura, J. E. Bowers, and S. P. DenBaars, Opt. Express 23, 16232 (2015).

    Article  ADS  Google Scholar 

  37. S. Masui, Y. Nakatsu, D. Kasahara, and S. Nagahama, Proc. SPIE 10104, 101041H (2017).

    Article  Google Scholar 

  38. M. Cantore, N. Pfaff, R. M. Farrell, J. S. Speck, S. Nakamura, and S. P. DenBaars, Opt. Express 24, A215 (2016).

    Article  ADS  Google Scholar 

  39. C. Lee, C. Shen, H. M. Oubei, M. Cantore, B. Janjua, T. K. Ng, R. M. Farrell, M. M. El-Desouki, J. S. Speck, S. Nakamura, B. S. Ooi, and S. P. DenBaars, Opt. Express 23, 29779 (2015).

    Article  ADS  Google Scholar 

  40. A. Tyagi, H. Zhong, R. B. Chung, D. F. Feezell, M. Saito, K. Fujito, J. S. Speck, S. P. DenBaars, and S. Nakamura, Appl. Phys. Express 46, L444 (2007).

    ADS  Google Scholar 

  41. H. Asamizu, M. Saito, K. Fujito, J. S. Speck, S. P. DenBaars, and S. Nakamura, Appl. Phys. Express 1, 091102 (2008).

    Article  ADS  Google Scholar 

  42. Y. Enya, Y. Yoshizumi, T. Kyono, K. Akita, M. Ueno, M. Adachi, T. Sumitomo, S. Tokuyama, T. Ikegami, K. Katayama, and T. Nakamura, Appl. Phys. Express 2, 082101 (2009).

    Article  ADS  Google Scholar 

  43. P. S. Hsu, K. M. Kelchner, A. Tyagi, R. M. Farrell, D. A. Haeger, K. Fujito, H. Ohta, S. P. DenBaars, J. S. Speck, and S. Nakamura, Appl. Phys. Express 3, 052702 (2010).

    Article  ADS  Google Scholar 

  44. C.-Y. Huang, M. T. Hardy, K. Fujito, D. F. Feezell, J. S. Speck, S. P. DenBaars, and S. Nakamura, Appl. Phys. Lett. 99, 241115 (2011).

    Article  ADS  Google Scholar 

  45. D. F. Feezell, J. S. Speck, S. P. DenBaars, and S. Nakamura, J. Disp. Technol. 9, 190 (2013).

    Article  ADS  Google Scholar 

  46. A. Pourhashemi, R. M. Farrell, M. T. Hardy, P. S. Hsu, K. M. Kelchner, J. S. Speck, S. P. DenBaars, and S. Nakamura, Appl. Phys. Lett. 103, 151112 (2013).

    Article  ADS  Google Scholar 

  47. H. Y. Ryu, K. H. Ha, J. K. Son, H. S. Paek, Y. J. Sung, K. S. Kim, H. K. Kim, Y. Park, S. N. Lee, and O. H. Nam, J. Appl. Phys. 105, 103102 (2009).

    Article  ADS  Google Scholar 

  48. S. L. Yellen, A. H. Shepard, R. J. Dalby, J. A. Baumann, H. B. Serreze, T. S. Guido, R. Soltz, K. J. Bystrom, C. M. Harding, and R. G. Waters, IEEE J. Quantum Electron. 29, 2058 (1993).

    Article  ADS  Google Scholar 

  49. M. T. Hardy, C. O. Holder, D. F. Feezell, S. Nakamura, J. S. Speck, D. A. Cohen, and S. P. DenBaars, Appl. Phys. Lett. 103, 081103 (2013).

    Article  ADS  Google Scholar 

  50. C. Chua, Z. Yang, C. Knollenberg, M. Teepe, B. Cheng, A. Strittmatter, D. Bour, and N. M. Johnson, Proc. SPIE 2011, 7939 (2011).

    ADS  Google Scholar 

  51. J. K. Sheu and G. C. Chi, J. Phys.: Condens. Matter 14, R657 (2002).

    ADS  Google Scholar 

  52. M. Takeya, T. Hashizu, and M. Ikeda, Proc. SPIE 5738, 63 (2005).

    Article  ADS  Google Scholar 

  53. C. G. Granqvist and A. Hultaker, Thin Solid Films 411, 1 (2002).

    Article  ADS  Google Scholar 

  54. A. Pourhashemi, R. M. Farrell, D. A. Cohen, J. S. Speck, S. P. DenBaars, and S. Nakamura, Appl. Phys. Lett. 106, 111105 (2015).

    Article  ADS  Google Scholar 

  55. M. T. Hardy, F. Wu, C.-Y. Huang, Y. Zhao, D. F. Feezell, S. Nakamura, J. S. Speck, and S. P. DenBaars, IEEE Photon. Technol. Lett. 26, 43 (2014).

    Article  ADS  Google Scholar 

  56. A. Myzaferi, A. H. Reading, D. A. Cohen, R. M. Farrell, S. Nakamura, J. S. Speck, and S. P. DenBaars, Appl. Phys. Lett. 109, 061109 (2016).

    Article  ADS  Google Scholar 

  57. A. Myzaferi, A. H. Reading, R. M. Farrell, D. A. Cohen, S. Nakamura, and S. P. DenBaars, Opt. Express 25, 16922 (2017).

    Article  ADS  Google Scholar 

  58. S. Mehari, D. A. Cohen, D. L. Becerra, S. Nakamura, and S. P. DenBaars, Opt. Express 26, 1564 (2018).

    Article  ADS  Google Scholar 

  59. H.-S. Choi, D.-G. Zheng, H. Kim, J.-I. Shim, and D.-S. Shin, J. Korean Phys. Soc. 66, 1554 (2015).

    Article  ADS  Google Scholar 

  60. S. Tan, J. Zhang, T. Egawa, and G. Chen, Appl. Sci. 8, 2402 (2018).

    Article  Google Scholar 

  61. D.-J. Kim, Y.-T. Moon,  K.-M. Song, C.-J. Choi, Y.-W. Ok, T. Y. Seong, and S.-J. Park, J. Cryst. Growth 221, 368 (2000).

    Article  ADS  Google Scholar 

  62. B. Yaghtin, R. Ghayour, and M. Hossein Sheikhi, Int. J. Optoelectron. Eng. 7, 13 (2017).

    Google Scholar 

  63. D. L. Becerra, D. A. Cohen, R. M. Farrell, S. P. DenBaars, and S. Nakamura, Appl. Phys. Express 9, 092104 (2016).

    Article  ADS  Google Scholar 

  64. G. Yuan, K. Xiong, C. Zhang, Y. Li, and J. Han, ACS Photon. 3, 1604 (2016).

  65. C. Zhang, G. Yuan, K. Xiong, S. H. Park, and J. Han, ECS Trans. 72, 47 (2016).

    Article  ADS  Google Scholar 

  66. R. Anderson, D. Cohen, S. Mehari, S. Nakamura, and S. P. DenBaars, Opt. Express 27, 22764 (2019).

    Article  ADS  Google Scholar 

  67. E. Kioupakis, P. Rinke, and C. G. van de Walle, Appl. Phys. Express 3, 082101 (2010).

    Article  ADS  Google Scholar 

  68. D. Hwang, A. J. Mughal, M. S. Wong, A. I. Alhassan, S. Nakamura, and S. P. DenBaars, Appl. Phys. Express 11, 012102 (2018).

    Article  ADS  Google Scholar 

  69. S. Lee, C. A. Forman, C. Lee, J. Kearns, E. C. Young, J. T. Leonard, D. A. Cohen, J. S. Speck, S. Nakamura, and S. P. DenBaars, Appl. Phys. Express 11, 062703 (2018).

    Article  ADS  Google Scholar 

  70. J. T. Leonard, E. C. Young, B. P. Yonkee, D. A. Cohen, T. Margalith, S. P. DenBaars, J. S. Speck, and S. Nakamura, Appl. Phys. Lett. 107, 091105 (2015).

    Article  ADS  Google Scholar 

  71. B. P. Yonkee, E. C. Young, C. Lee, J. T. Leonard, S. P. DenBaars, J. S. Speck, and S. Nakamura, Opt. Express 24, 7816 (2016).

    Article  ADS  Google Scholar 

  72. C. Shen, C. Lee, E. Stegenburgs, J. H. Lerma, T. K. Ng, S. Nakamura, S. P. DenBaars, A. Y. Alyamani, M. M. El-Desouki, and B. S. Ooi, Appl. Phys. Express 10, 042201 (2017).

    Article  ADS  Google Scholar 

  73. C. Shen, T. K. Ng, C. Lee, S. Nakamura, J. S. Speck, S. P. DenBaars, A. Y. Alyamani, M. M. El-Desouki, and B. S. Ooi, Opt. Express 26, A219 (2018).

    Article  Google Scholar 

  74. C. Lee, C. Zhang, D. L. Becerra, S. Lee, C. A. Forman, S. H. Oh, R. M. Farrell, J. S. Speck, S. Nakamura, J. E. Bowers, and S. P. DenBaars, Appl. Phys. Lett. 109, 101104 (2016).

    Article  ADS  Google Scholar 

  75. T. Wernicke, L. Schade, C. Netzel, J. Rass, V. Hoffmann, S. Ploch, A. Knauer, M. Weyers, U. Schwarz, and M. Kneissl, Semicond. Sci. Technol. 27, 024014 (2012).

    Article  ADS  Google Scholar 

  76. C. Mounir, I. L. Koslow, T. Wernicke, M. Kneissl, L. Y. Kuritzky, N. L. Adamski, S. H. Oh, C. D. Pynn, S. P. DenBaars, S. Nakamura, J. S. Speck, and U. T. Schwarz, J. Appl. Phys. 123, 085705 (2018).

    Article  ADS  Google Scholar 

  77. A. J. Mughal, S. Oh, A. Myzaferi, S. Nakamura, J. S. Speck, and S. P. DenBaars, Electron. Lett. 52, 304 (2016).

    Article  ADS  Google Scholar 

  78. A. Myzaferi, A. J. Mughal, D. A. Cohen, R. M. Farrell, S. Nakamura, J. S. Speck, and S. P. DenBaars, Opt. Express 26, 12490 (2018).

    Article  ADS  Google Scholar 

  79. K. Katayama, N. Saga, M. Ueno, T. Ikegami, and T. Nakamura, Electron. Commun. Jpn. 98, 9 (2015).

    Article  Google Scholar 

  80. D. Sizov, R. Bhat, J. Wang, and C.-E. Zah, Appl. Phys. Express 7, 112701 (2014).

    Article  ADS  Google Scholar 

  81. L. Marona, J. Smalc-Koziorowska, E. Grzanka, M. Sarzynski, T. Suski, D. Schiavon, R. Czernecki, P. Perlin, R. Kucharski, and J. Domagala, Semicond. Sci. Technol. 31, 035001 (2016).

    Article  ADS  Google Scholar 

  82. M. Murayama, Y. Nakayama, K. Yamazaki, Y. Hoshina, H. Watanabe, N. Fuutagawa, H. Kawanishi, T. Uemura, and H. Narui, Phys. Status Solidi A 215, 1700513 (2018).

    Article  ADS  Google Scholar 

  83. P. S. Hsu, M. T. Hardy, F. Wu, I. Koslow, E. C. Young, A. E. Romanov, K. Fujito, D. F. Feezell, S. P. DenBaars, J. S. Speck, and S. Nakamura, Appl. Phys. Lett. 100, 021104 (2012).

    Article  ADS  Google Scholar 

  84. P. S. Hsu, F. Wu, E. C. Young, A. E. Romanov, K. Fujito, S. P. DenBaars, J. S. Speck, and S. Nakamura, Appl. Phys. Lett. 103, 161117 (2013).

    Article  ADS  Google Scholar 

  85. X. Han, Y. Liu, Y. Ren, J. Xing, T. Zhu, Z. Wu, Y. Liu, and B. Zhang, Mater. Sci. Semicond. Process. 91, 327 (2019).

    Article  Google Scholar 

  86. H. Yu, L. K. Lee, T. Jung, and P. C. Ku, Appl. Phys. Lett. 90, 141906 (2007).

    Article  ADS  Google Scholar 

  87. M. Feneberg, F. Lipski, R. Sauer, K. Thonke, P. Brückner, B. Neubert, T. Wunderer, and F. Scholz, J. Appl. Phys. 101, 053530 (2007).

    Article  ADS  Google Scholar 

  88. M. Kushimoto, T. Tanikawa, Y. Honda, and H. Amano, Appl. Phys. Express 8, 022702 (2015).

    Article  ADS  Google Scholar 

  89. S. Sakai, K. Matsuura, and A. A. Yamaguchi, Phys. Status Solidi B 254, 1600746 (2017).

    Article  ADS  Google Scholar 

  90. H. Zhang, D. A. Cohen, P. Chan, M. S. Wong, S. Mehari, D. L. Becerra, S. Nakamura, and S. P. DenBaars, Opt. Lett. 44, 3106 (2019).

    Article  ADS  Google Scholar 

  91. S. Mehari, D. A. Cohen, D. L. Becerra, S. Nakamura, and S. P. DenBaars, Jpn. J. Appl. Phys. 58, 020902 (2019).

    Article  ADS  Google Scholar 

Download references

ACKNOWLEDGMENTS

The author is grateful to Prince Mohammad Bin Fahd University for support.

Author information

Authors and Affiliations

  1. Department of Mathematics and Natural Sciences, College of Sciences and Human Studies, Prince Mohammad Bin Fahd University, Al Khobar, Kingdom of Saudi Arabia

    Aparna Das

Authors
  1. Aparna Das
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

Corresponding author

Correspondence to Aparna Das.

Ethics declarations

The author declares no conflict of interest.

Rights and permissions

Reprints and permissions

About this article

Check for updates. Verify currency and authenticity via CrossMark

Cite this article

Das, A. Recent Developments in Semipolar InGaN Laser Diodes. Semiconductors 55, 272–282 (2021). https://doi.org/10.1134/S106378262102010X

Download citation

  • Received:

  • Revised:

  • Accepted:

  • Published:

  • Issue Date:

  • DOI: https://doi.org/10.1134/S106378262102010X

Keywords:

Search

Navigation