Applied Physics B

, Volume 95, Issue 1, pp 145–153 | Cite as

Numerical study of optical properties of InGaN multi-quantum-well laser diodes with polarization-matched AlInGaN barrier layers

  • J.-R. Chen
  • S.-C. Ling
  • H.-M. Huang
  • P.-Y. Su
  • T.-S. Ko
  • T.-C. Lu
  • H.-C. Kuo
  • Y.-K. Kuo
  • S.-C. Wang
Article

Abstract

The optical properties of InGaN multi-quantum-well laser diodes with different polarization-matched AlInGaN barrier layers have been investigated numerically by employing an advanced device simulation program. The use of quaternary polarization-matched AlInGaN barrier layers enhances the electron–hole wave function overlap due to the compensation of polarization charges between InGaN quantum well and AlInGaN barrier layer. According to the simulation results, it is found that, among the polarization-matched quantum-well structures under study, lower threshold current and higher slope efficiency can be achieved simultaneously when the aluminum composition in AlInGaN barrier layers is about 10–15%. The optimal polarization-matched InGaN/AlInGaN laser diode shows lower threshold current and higher slope efficiency compared to conventional InGaN/InGaN laser diodes.

PACS

42.55.Px 78.20.-e 78.20.Bh 78.30.Fs 

Preview

Unable to display preview. Download preview PDF.

Unable to display preview. Download preview PDF.

References

  1. 1.
    E.F. Schubert, J.K. Kim, Science 308, 1274 (2005) CrossRefADSGoogle Scholar
  2. 2.
    D.A. Steigerwald, J.C. Bhat, D. Collins, R.M. Fletcher, M.O. Holcomb, M.J. Ludowise, P.S. Martin, S.L. Rudaz, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 8, 310 (2002) CrossRefGoogle Scholar
  3. 3.
    S. Nakamura, G. Fasol, The Blue Laser Diode (Springer, Berlin, 1997) Google Scholar
  4. 4.
    S. Nakamura, M. Senoh, S. Nagahama, N. Iwasa, T. Matsushita, T. Mukai, Appl. Phys. Lett. 76, 22 (2000) CrossRefADSGoogle Scholar
  5. 5.
    T. Asano, T. Tojyo, T. Mizuno, M. Takeya, S. Ikeda, K. Shibuya, T. Hino, S. Uchida, M. Ikeda, IEEE J. Quantum Electron. 39, 135 (2003) CrossRefADSGoogle Scholar
  6. 6.
    S. Kamiyama, K. Iida, T. Kawashima, H. Kasugai, S. Mishima, A. Honshio, Y. Miyake, M. Iwaya, H. Amano, I. Akasaki, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 11, 1069 (2005) CrossRefGoogle Scholar
  7. 7.
    H.Y. Ryu, H. Ha, S.N. Lee, K.K. Choi, T. Jang, J.K. Son, J.H. Chae, S.H. Chae, H.S. Paek, Y.J. Sung, T. Sakong, H.G. Kim, K.S. Kim, Y.H. Kim, O.H. Nam, Y.J. Park, IEEE Photon. Technol. Lett. 18, 1001 (2006) CrossRefGoogle Scholar
  8. 8.
    H.Y. Ryu, K.H. Ha, S.N. Lee, T. Jang, J.K. Son, H.S. Paek, Y.J. Sung, H.K. Kim, K.S. Kim, O.H. Nam, Y.J. Park, J.I. Shim, IEEE Photon. Technol. Lett. 19, 1717 (2007) CrossRefGoogle Scholar
  9. 9.
    L.H. Peng, C.W. Chuang, L.H. Lou, Appl. Phys. Lett. 74, 795 (1999) CrossRefGoogle Scholar
  10. 10.
    G. Franssen, T. Suski, P. Perlin, R. Bohdan, A. Bercha, W. Trzeciakowski, I. Makarowa, P. Prystawko, M. Leszczyński, I. Grzegory, S. Porowski, S. Kokenyesi, Appl. Phys. Lett. 87, 041109 (2005) CrossRefADSGoogle Scholar
  11. 11.
    M.D. Craven, S.H. Lim, F. Wu, J.S. Speck, S.P. DenBaars, Appl. Phys. Lett. 81, 469 (2002) CrossRefADSGoogle Scholar
  12. 12.
    P. Waltereit, O. Brandt, A. Trampert, H.T. Grahn, J. Menniger, M. Ramsteiner, M. Reiche, K.H. Ploog, Nature 406, 865 (2000) CrossRefADSGoogle Scholar
  13. 13.
    X. Ni, Ü. Özgür, A.A. Baski, H. Morkoç, L. Zhou, D.J. Smith, C.A. Tran, Appl. Phys. Lett. 90, 182109 (2007) CrossRefADSGoogle Scholar
  14. 14.
    R. Sharma, P.M. Pattison, H. Masui, R.M. Farrell, T.J. Baker, B.A. Haskell, F. Wu, S.P. DenBaars, J.S. Speck, S. Nakamura, Appl. Phys. Lett. 87, 231110 (2005) CrossRefGoogle Scholar
  15. 15.
    H. Yu, L.K. Lee, T. Jung, P.C. Ku, Appl. Phys. Lett. 90, 141906 (2007) CrossRefADSGoogle Scholar
  16. 16.
    T. Paskova, R. Kroeger, S. Figge, D. Hommel, V. Darakchieva, B. Monemar, E. Preble, A. Hanser, N.M. Williams, M. Tutor, Appl. Phys. Lett. 89, 051914 (2006) CrossRefADSGoogle Scholar
  17. 17.
    A. Chakraborty, K.C. Kim, F. Wu, J.S. Speck, S.P. DenBaars, U.K. Mishra, Appl. Phys. Lett. 89, 041903 (2006) CrossRefADSGoogle Scholar
  18. 18.
    M.A. Khan, J.W. Yang, G. Simin, R. Gaska, M.S. Shur, H.-C. Loye, G. Tamulaitis, A. Zukauskas, D.J. Smith, D. Chandrasekhar, R.B. Tassius, Appl. Phys. Lett. 76, 1161 (2000) CrossRefADSGoogle Scholar
  19. 19.
    J. Zhang, J. Yang, G. Simin, M. Shatalov, M.A. Khan, M.S. Shur, R. Gaska, Appl. Phys. Lett. 77, 2668 (2000) CrossRefADSGoogle Scholar
  20. 20.
    M.-H. Kim, M.F. Schubert, Q. Dai, J.K. Kim, E.F. Schubert, J. Piprek, Y. Park, Appl. Phys. Lett. 91, 183507 (2007) CrossRefADSGoogle Scholar
  21. 21.
    A. Knauer, H. Wenzel, T. Kolbe, S. Einfeldt, M. Weyers, M. Kneissl, G. Tränkle, Appl. Phys. Lett. 92, 191912 (2008) CrossRefADSGoogle Scholar
  22. 22.
    M.F. Schubert, J. Xu, J.K. Kim, E.F. Schubert, M.H. Kim, S. Yoon, S.M. Lee, C. Sone, T. Sakong, Y. Park, Appl. Phys. Lett. 93, 041102 (2008) CrossRefADSGoogle Scholar
  23. 23.
    LASTIP (Crosslight Software, Inc., Burnaby, BC, Canada, 2005). http://www.crosslight.com
  24. 24.
    S.L. Chuang, C.S. Chang, Phys. Rev. B 54, 2491 (1996) CrossRefADSGoogle Scholar
  25. 25.
    S.L. Chuang, C.S. Chang, Appl. Phys. Lett. 68, 1657 (1996) CrossRefADSGoogle Scholar
  26. 26.
    S.L. Chuang, IEEE J. Quantum Electron. 32, 1791 (1996) CrossRefADSGoogle Scholar
  27. 27.
    Y.C. Yeo, T.C. Chong, M.-F. Li, W.J. Fan, IEEE J. Quantum Electron. 34, 526 (1998) CrossRefADSGoogle Scholar
  28. 28.
    Y.C. Yeo, T.C. Chong, M.F. Li, W.J. Fan, J. Appl. Phys. 84, 1813 (1998) CrossRefADSGoogle Scholar
  29. 29.
    B. Romero, J. Arias, I. Esquivias, M. Cada, Appl. Phys. Lett. 76, 1504 (2000) CrossRefADSGoogle Scholar
  30. 30.
    J. Piprek, Semiconductor Optoelectronic Devices: Introduction to Physics and Simulation (Academic, San Diego, 2003) Google Scholar
  31. 31.
    LASTIP User’s Manual Version 2005.11, 1st edn. (Crosslight Software, Burnaby, BC, Canada, 2005) Google Scholar
  32. 32.
    K. Domen, R. Soejima, A. Kuramata, T. Tanahashi, MRS Internet J. Nitride Semicond. Res. 3, 2 (1998) Google Scholar
  33. 33.
    Y.-K. Kuo, Y.-A. Chang, IEEE J. Quantum Electron. 40, 437 (2004) CrossRefADSGoogle Scholar
  34. 34.
    I. Vurgaftman, J.R. Meyer, J. Appl. Phys. 94, 3675 (2003) CrossRefADSGoogle Scholar
  35. 35.
    J. Minch, S.H. Park, T. Keating, S.L. Chuang, IEEE J. Quantum Electron. 35, 771 (1999) CrossRefGoogle Scholar
  36. 36.
    I. Vurgaftman, J.R. Meyer, L.R. Ram-Mohan, J. Appl. Phys. 89, 5815 (2001) CrossRefGoogle Scholar
  37. 37.
    V. Fiorentini, F. Bernardini, O. Ambacher, Appl. Phys. Lett. 80, 1204 (2002) CrossRefADSGoogle Scholar
  38. 38.
    O. Ambacher, B. Foutz, J. Smart, J.R. Shealy, N.G. Weimann, K. Chu, M. Murphy, A.J. Sierakowski, W.J. Schaff, L.F. Eastman, R. Dimitrov, A. Mitchell, M. Stutzmann, J. Appl. Phys. 87, 334 (2000) CrossRefADSGoogle Scholar
  39. 39.
    J.P. Ibbetson, P.T. Fini, K.D. Ness, S.P. DenBaars, J.S. Speck, U.K. Mishra, Appl. Phys. Lett. 77, 250 (2000) CrossRefADSGoogle Scholar
  40. 40.
    S.F. Chichibu, A.C. Abare, M.S. Minsky, S. Keller, S.B. Fleischer, J.E. Bowers, E. Hu, U.K. Mishra, L.A. Coldren, S.P. DenBaars, T. Sota, Appl. Phys. Lett. 73, 2006 (1998) CrossRefADSGoogle Scholar
  41. 41.
    H. Zhang, E.J. Miller, E.T. Yu, C. Poblenz, J.S. Speck, Appl. Phys. Lett. 84, 4644 (2004) CrossRefADSGoogle Scholar
  42. 42.
    F. Renner, P. Kiesel, G.H. Dőhler, M. Kneissl, C.G. Van de Walle, N.M. Johnson, Appl. Phys. Lett. 81, 490 (2002) CrossRefADSGoogle Scholar
  43. 43.
    T. Peng, J. Piprek, Electron. Lett. 32, 2285 (1996) CrossRefGoogle Scholar
  44. 44.
    S.-H. Wei, A. Zunger, Appl. Phys. Lett. 69, 2719 (1996) CrossRefADSGoogle Scholar
  45. 45.
    Y.-K. Kuo, B.-T. Liou, M.-L. Chen, S.-H. Yen, C.-Y. Lin, Opt. Commun. 231, 395 (2004) CrossRefADSGoogle Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag 2008

Authors and Affiliations

  • J.-R. Chen
    • 1
  • S.-C. Ling
    • 1
  • H.-M. Huang
    • 1
  • P.-Y. Su
    • 1
  • T.-S. Ko
    • 1
  • T.-C. Lu
    • 1
  • H.-C. Kuo
    • 1
  • Y.-K. Kuo
    • 2
  • S.-C. Wang
    • 1
  1. 1.Department of Photonics & Institute of Electro-Optical EngineeringNational Chiao Tung UniversityHsinchuTaiwan
  2. 2.Department of PhysicsNational Changhua University of EducationChanghuaTaiwan

Personalised recommendations