8 Conclusions
This chapter has reviewed the various classes of antimonide Type-II “W” lasers developed to date and the status of their performance, as well as factors limiting their operating temperature, output power, spectral purity, and beam quality. Since the “W” concept was first introduced in 1995, dramatic progress has been made by both optically-pumped devices and their electrically-injected counterparts. Recent results from the latest embodiments of the “W”-ICL configuration have been especially encouraging. PCDFB designs that maintain coherent output from very wide stripes open a promising avenue to “W” devices exhibiting both much higher powers and good beam qualities.
Nonetheless, further issues must be resolved before “W” diodes can operate efficiently in CW mode at higher temperatures. Carrier transport should benefit from the incorporation of smoothing transition regions and appropriate doping profiles. Less straightforward to address are the dominance of Auger non-radiative decay and greater-than-expected internal losses at higher operating temperatures, which induce high lasing thresholds and reduced differential efficiencies. Systematic variation of the design parameters may elucidate the fundamental limitations and suggest solutions. Optimization of the heat sinking, especially using epitaxial-sidedown mounting, should close the gap between pulsed and CW performance levels. While there is still substantial room for improving the current generation of antimonide Type-II “W” devices, we envision that they will ultimately play a valuable role in addressing the need for convenient and low-cost mid-IR sources.
Access this chapter
Tax calculation will be finalised at checkout
Purchases are for personal use only
Preview
Unable to display preview. Download preview PDF.
Similar content being viewed by others
References
J. R. Meyer, C. A. Hoffman, F. J. Bartoli, and L. R. Ram-Mohan, Appl. Phys. Lett. 67, 757 (1995).
J. I. Malin, J. R. Meyer, C. L. Felix, J. R. Lindle, L. Goldberg, C. A. Hoffman, F. J. Bartoli, C.-H. Lin, P. C. Chang, S. J. Murry, R. Q. Yang, and S.-S. Pei, Appl. Phys. Lett. 68, 2976 (1996).
W. Braun, P. Dowd, C.-Z. Guo, S.-L. Chen, C. M. Ryu, U. Koelle, S. R. Johnson, Y.-H. Zhang, J. W. Tomm, T. Elsasser, and D. J. Smith, J. Appl. Phys. 88, 3004 (2000).
W. W. Chow, O. B. Spahn, H. C. Schneider, and J. F. Klem, IEEE J. Quant. Electron. 37, 1178 (2001).
S.-W. Ryu and P. D. Dapkus, Electron. Lett. 38, 564 (2002).
X. H. Zheng, D. S. Jiang, S. Johnson, and Y. H. Zhang, Appl. Phys. Lett. 83, 4149 (2003).
I. Vurgaftman, J. R. Meyer, N. Tansu, and L. J. Mawst, Appl. Phys. Lett. 83, 2742 (2003).
I. Vurgaftman, J. R. Meyer, N. Tansu, and L. J. Mawst, J. Appl. Phys. (in press).
R. H. Miles, D. H. Chow, Y.-H. Zhang, P. D. Brewer, and R. G. Wilson, Appl. Phys. Lett. 66, 1921 (1995).
M. W. Sigrist, (ed.) Air Monitoring by Spectroscopic Techniques, (New York, Wiley, 1994).
M. J. Yang, W. J. Moore, B. R. Bennett, and B. V. Shanabrook, Electron. Lett. 34, 1525 (1998).
M. J. Yang, W. J. Moore, B. R. Bennett, B. V. Shanabrook, J. O. Cross, W. W. Bewley, C. L. Felix, I. Vurgaftman, and J. R. Meyer, J. Appl. Phys. 86, 1796 (1999).
G. W. Turner and H. K. Choi, in Antimonide-Related Strained-Layer Heterostructures, edited by M. O. Manasreh, (Gordon and Breach, Singapore, 1997), Chap. 8.
C. Mourad, D. Gianardi, K. J. Malloy, and R. Kaspi, J. Appl. Phys. 88, 5543 (2000).
T. Borca Tasciuc, D. W. Song, J. R. Meyer, I. Vurgaftman, M. J. Yang, B. Z. Nosho, L. J. Whitman, H. Lee, R. U. Martinelli, G. W. Turner, M. J. Manfra, and G. Chen, J. Appl. Phys. 92, 4994 (2002).
J. Steinshnider, M. Weimer, R. Kaspi, and G. W. Turner, Phys. Rev. Lett. 85, 2593 (2000).
B. Z. Nosho, W. Barvosa-Carter, M. J. Yang, B. R. Bennett, and L. J. Whitman, Surf. Sci. 465, 361 (2000).
R. Kaspi, J. Steinshnider, M. Weimer, C. Moeller, and A. Ongstad, J. Cryst. Growth 225, 544 (2001).
C. L. Canedy, W. W. Bewley, C. S. Kim, M. Kim, I. Vurgaftman, and J. R. Meyer, J. Appl. Phys. 94, 1347 (2003).
R. Kaspi, A. Ongstad, G. C. Dente, J. Chavez, M. L. Tilton, and D. Gianardi, Appl. Phys. Lett. 81, 406 (2002).
L. R. Ram-Mohan and J. R. Meyer, J. Nonlinear Opt. Phys. Mater. 4, 191 (1995).
J. R. Meyer, C. L. Felix, W. W. Bewley, I. Vurgaftman, E. H. Aifer, L. J. Olafsen, J. R. Lindle, C. A. Hoffman, M. J. Yang, B. R. Bennett, B. V. Shanabrook, H. Lee, C.-H. Lin, S. S. Pei, and R. H. Miles, Appl. Phys. Lett. 73, 2857 (1998).
C. L. Canedy, G. I. Boishin, W. W. Bewley, C. S. Kim, I. Vurgaftman, M. Kim, J. R. Lindle, J.R. Meyer, and L. J. Whitman, J. Vac. Sci. Technol. B 22, 1575 (2004).
C. L. Felix, J. R. Meyer, I. Vurgaftman, C.-H. Lin, S. J. Murry, D. Zhang, and S.-S. Pei, IEEE Photon. Technol. Lett. 9, 734 (1997).
W. W. Bewley, C. L. Felix, E. H. Aifer, I. Vurgaftman, L. J. Olafsen, J. R. Meyer, H. Lee, R. U. Martinelli, J. C. Connolly, A. R. Sugg, G. H. Olsen, M. J. Yang, B. R. Bennett, and B. V. Shanabrook, Appl. Phys. Lett. 73, 3833 (1998).
C.-H. Lin, R. Q. Yang, S. J. Murry, S.-S. Pei, C. Yan, D. L. McDaniel, Jr., and M. Falcon, IEEE Photon. Technol. Lett. 9, 1573 (1997).
M. E. Flatte, T. C. Hasenberg, J. T. Olesberg, S. A. Anson, T. F. Boggess, C. Yan, and D. L. McDaniel, Jr., Appl. Phys. Lett. 71, 3764 (1997).
H. Q. Le, C. H. Lin, and S. S. Pei, Appl. Phys. Lett. 72, 3434 (1998).
D. W. Stokes, L. J. Olafsen, W. W. Bewley, I. Vurgaftman, C. L. Felix, E. H. Aifer, J. R. Meyer, and M. J. Yang, J. Appl. Phys. 86, 4729 (1999).
G. C. Dente, R. Kaspi, A. P. Ongstad, M. L. Tilton, J. C. Chavez, and D. M. Gianardi, Jr., 6 th Int. Conf. Mid-IR Optoelectronics Materials and Devices, (St. Petersburg, June 2004).
C. L. Felix, W. W. Bewley, I. Vurgaftman, L. J. Olafsen, D. W. Stokes, J. R. Meyer, and M. J. Yang, Appl. Phys. Lett. 75, 2876 (1999).
A. K. Goyal, G. W. Turner, H. K. Choi, P. J. Foti, M. J. Manfra, T. Y. Fan, and A. Sanchez, Conference Proceedings of the IEEE Lasers and Electro-Optics Society (LEOS) Annual Meeting, Puerto Rico, 2000, p. 249.
W. W. Bewley, C. L. Felix, I. Vurgaftman, D. W. Stokes, E. H. Aifer, L. J. Olafsen, J. R. Meyer, M. J. Yang, B. V. Shanabrook, H. Lee, R. U. Martinelli, and A. R. Sugg, Appl. Phys. Lett. 74, 1075 (1999).
W. W. Bewley, C. L. Felix, E. H. Aifer, D. W. Stokes, I. Vurgaftman, L. J. Olafsen, J. R. Meyer, M. J. Yang, and H. Lee, IEEE J. Quantum Electron. 35, 1597 (1999).
W. W. Bewley, C. L. Felix, I. Vurgaftman, D. W. Stokes, J. R. Meyer, H. Lee, and R. U. Martinelli, IEEE Photon. Technol. Lett. 12, 477 (2000).
T. C. McAlpine, K. R. Greene, M. R. Santilli, L. J. Olafsen, W. W. Bewley, C. L. Felix, I. Vurgaftman, J. R. Meyer, H. Lee, and R. U. Martinelli, J. Appl. Phys. (in press).
R. Kaspi, A. Ongstad, C. Moeller, G. C. Dente, J. Chavez, M. L. Tilton, and D. Gianardi, Appl. Phys. Lett. 79, 302 (2001).
A. K. Goyal, G. W. Turner, M. J. Manfra, P. J. Foti, P. O’Brien, and A. Sanchez, Conference Proceedings of the IEEE Lasers and Electro-Optics Society (LEOS) Annual Meeting, San Diego, CA, 2001, p. 200.
A. P. Ongstad, R. Kaspi, C. E. Moeller, M. L. Tilton, J. R. Chavez, and G. C. Dente, J. Appl. Phys. 95, 1619 (2004).
E. V. Arzhanov, A. P. Bogatov, V. P. Konyaev, O. M. Nikitina, and V. I. Shveikin, Quantum Electron. 24, 581 (1994).
W. W. Bewley, C. L. Canedy, C. S. Kim, I. Vurgaftman, M. Kim, and J. R. Meyer, Physica E 20, 466 (2004).
G. Hoffmann, C. Schwender, B. Vogelgesang, H. J. Schimper, J. O. Drumm, N. Herhammer, G. F. West, H. Fouckhardt, and M. Scheib, IEE Proc.-Optoelectron. 150, 403 (2003).
L. Song, I. Vurgaftman, S. Degroote, W. W. Bewley, C. S. Kim, G. Borghs, J. R. Meyer, and P. Heremans, IEE Proc.-Optoelectron. 150, 327 (2003).
W. W. Bewley, H. Lee, I. Vurgaftman, R. J. Menna, C. L. Felix, R. U. Martinelli, D. W. Stokes, D. Z. Garbuzov, J. R. Meyer, M. Maiorov, J. C. Connolly, A. R. Sugg, and G. H. Olsen, Appl. Phys. Lett. 76, 256 (2000).
H. Lee, L. J. Olafsen, R. J. Menna, W. W. Bewley, R. U. Martinelli, I. Vurgaftman, D. Z. Garbuzov, C. L. Felix, M. Maiorov, J. R. Meyer, J. C. Connolly, A. R. Sugg, and G. H. Olsen, Electron. Lett. 35, 1743 (1999).
S. Suchalkin, D. Donetski, D. Westerfeld, R. Martinelli, I. Vurgaftman, J. R. Meyer, S. Luryi, and G. Belenky, Appl. Phys. Lett. 80, 2833 (2002).
M. Kim, W. W. Bewley, J. R. Lindle, C. S. Kim, I. Vurgaftman, J. R. Meyer, J. G. Kim, and R. U. Martinelli, Appl. Phys. Lett. 83, 5374 (2003).
W. W. Bewley, I. Vurgaftman, C. S. Kim, M. Kim, C. L. Canedy, J. R. Meyer, J. D. Bruno and F. J. Towner, submitted to Appl. Phys. Lett.
W. W. Bewley, C. L. Canedy, I. Vurgaftman, C. S. Kim, M. Kim, J. R. Lindle, and J. R. Meyer, unpublished data.
A. Joullie, E. M. Skouri, M. Garcia, P. Grech, A. Wilk, P. Christol, A. N. Baranov, A. Behres, J. Kluth, A. Stein, K. Heime, M. Heuken, S. Rushworth, E. Hulicius, and T. Simacek, Appl. Phys. Lett. 76, 2499 (2000).
P. Christol, M. El Gazouli, P. Bigenwald, and A. Joullie, Physica E 14, 375 (2002).
F. Capasso, R. Paiella, R. Martini, R. Colombelli, C. Gmachl, T. L. Myers, M. S. Taubman, R. M. Williams, C. G. Bethea, K. Unterrainer, H. Y. Hwang, D. L. Sivco, A. Y. Cho, A. M. Sergent, H. C. Liu, and E. A. Whittaker, IEEE J. Quantum Electron. 38, 511 (2002).
R. Q. Yang, Superlatt. Microstruct. 17, 77 (1995).
I. Vurgaftman, J. R. Meyer, and L. R. Ram-Mohan, IEEE Phot. Tech. Lett. 9, 170(1997).
J. R. Meyer, I. Vurgaftman, R. Q. Yang, and L. R. Ram-Mohan, Electron. Lett. 32, 45(1996).
C. L. Felix, W. W. Bewley, I. Vurgaftman, J. R. Meyer, D. Zhang, C.-H. Lin, R. Q. Yang, and S.-S. Pei, IEEE Phot. Tech. Lett. 9, 1433 (1997).
R. Q. Yang, B. H. Yang, D. Zhang, C.-H. Lin, S. J. Murry, H. Wu, and S. S. Pei, Appl. Phys. Lett. 71, 2409 (1997).
B. H. Yang, D. Zhang, R. Q. Yang, C.-H. Lin, S. J. Murry, and S. S. Pei, Appl. Phys. Lett. 72, 2220 (1998).
J. L. Bradshaw, R. Q. Yang, J. D. Bruno, J. T. Pham, and D. E. Wortman, Appl. Phys. Lett. 75, 2362 (1999).
J. D. Bruno, J. L. Bradshaw, R. Q. Yang, J. T. Pham, and D. W. Wortman, Appl. Phys. Lett. 76, 3167 (2000).
R. Q. Yang, C. J. Hill, B. Yang, and J. K. Liu, Appl. Phys. Lett. 83, 2109 (2003).
I. Vurgaftman, J. R. Meyer, and L. R. Ram-Mohan, IEEE J. Quantum Electron. 34, 147 (1998).
1C.-H. Lin, R. Q. Yang, D. Zhang, S. J. Murry, S. S. Pei, A. A. Allerman, and S. R. Kurtz, Electron. Lett. 33, 598 (1997).
L. J. Olafsen, E. H. Aifer, I. Vurgaftman, W. W. Bewley, C. L. Felix, J. R. Meyer, D. Zhang, C.-H. Lin, and S. S. Pei, Appl. Phys. Lett. 72, 2370 (1998).
R. Q. Yang, J. L. Bradshaw, J. D. Bruno, J. T. Pham, D. E. Wortman, and R. L. Tober, Appl. Phys. Lett. 81, 397 (2002).
R. Q. Yang, J. L. Bradshaw, J. D. Bruno, J. T. Pham, and D. E. Wortman, IEEE J. Quantum Electron. 38, 559 (2002).
J. L. Bradshaw, J. D. Bruno, J. T. Pham, D. E. Wortman, and R. Q. Yang, J. Vac. Sci. Technol. B 18, 1628 (2000).
J. L. Bradshaw, J. T. Pham, R. Q. Yang, J. D. Bruno, and D. E. Wortman, IEEE J. Sel. Topics Quant. Electron. 7, 102 (2001).
J. L. Bradshaw, N. P. Breznay, J. D. Bruno, J. M. Gomes, J. T. Pham, F. J. Towner, D. E. Wortman, R. L. Tober, C. J. Monroy, and K. A. Olver, Physica E 20, 479 (2004).
C. J. Hill, B. Yang, and R. Q. Yang, Physica E 20, 486 (2004).
R. Q. Yang, Proc. 27 th Int. Conf. Phys. Semicond. (Flagstaff, 2004).
Yang, C. J. Hill, B. H. Yang, and C. M. Wong, IEEE Photon. Technol. Lett. 16, 987 (2004).
C. J. Hill, C. M. Wong, B. Yang, and R. Q. Yang, Electron. Lett. 40, 878 (2004).
J. L. Bradshaw, J. D. Bruno, J. T. Pham, D. E. Wortman, S. Zhang, and S. R. J. Brueck, IEE Proc.-Optoelectron. 150, 288 (2003).
R. Q. Yang, C. J. Hill, B. H. Yang, C. M. Wong, R. E. Muller, and P. M. Echternach, Appl. Phys. Lett. 84, 3699 (2004).
C. L. Felix, W. W. Bewley, I. Vurgaftman, J. R. Meyer, L. Goldberg, D. H. Chow, and E. Selvig, Appl. Phys. Lett. 71, 3483 (1997).
W. W. Bewley, C. L. Felix, I. Vurgaftman, E. H. Aifer, J. R. Meyer, L. Goldberg, J. R. Lindle, D. H. Chow, and E. Selvig, IEEE Photon. Technol. Lett. 10, 660 (1998).
R. J. Lang, K. Dzurko, A. A. Hardy, S. DeMars, A. Schoenfelder, and D. F. Welch, IEEE J. Quantum Electron. 34, 2196 (1998).
A. M. Sarangan, M. W. Wright, J. R. Marciante, and D. J. Bossert, IEEE J. Quantum Electron. 35, 1220 (1999).
R. E. Bartolo, W. W. Bewley, I. Vurgaftman, C. L. Felix, J. R. Meyer, and M. J. Yang, Appl. Phys. Lett. 76, 3164 (2000).
I. Vurgaftman, W. W. Bewley, R. E. Bartolo, C. L. Felix, M. J. Jurkovic, J. R. Meyer, M. J. Yang, H. Lee, and R. U. Martinelli, J. Appl. Phys. 88, 6997 (2000).
S. Kalluri, T. Vang, R. Lodenkamper, M. Nesnidal, M. Wickham, D. Forbes, J. Lacey, L. Lembo, and J. Brock, Proceedings, OSA Topical Meeting on Advanced Semiconductor Lasers and Applications, 1999, paper AWA6.
I. Vurgaftman and J. R. Meyer, Appl. Phys. Lett. 78, 1475 (2001).
I. Vurgaftman and J. R. Meyer, IEEE J. Quantum Electron. 38, 592 (2002).
W. W. Bewley, C. L. Felix, I. Vurgaftman, R. E. Bartolo, J. R. Lindle, J. R. Meyer, H. Lee, and R. U. Martinelli, Appl. Phys. Lett. 79, 3221 (2001).
W. W. Bewley, C. L. Felix, I. Vurgaftman, R. E. Bartolo, J. R. Lindle, J. R. Meyer, H. Lee, and R. U. Martinelli, Solid State Electron. 46, 1557 (2002).
I. Vurgaftman, W. W. Bewley, C. L. Canedy, J. R. Lindle, C. S. Kim, J. R. Meyer, S. J. Spector, D. M. Lennon, G. W. Turner, and M. J. Manfra, IEE Proc.-Optoelectron. 150, 322 (2003).
W. W. Bewley, C. S. Kim, M. Kim, C. L. Canedy, J.R. Lindle, I. Vurgaftman, J. R. Meyer, R. E. Muller, P. M. Echternach, and R. Kaspi, Appl. Phys. Lett. 83, 5383(2003).
C. S. Kim, W. W. Bewley, C. L. Canedy, I. Vurgaftman, M. Kim, and J. R. Meyer, IEEE Photon. Technol. Lett. 16, 1250 (2004).
I. Vurgaftman and J. R. Meyer, IEEE J. Quantum Electron. 39, 689 (2003).
C. H. Grein and H. Ehrenreich, J. Appl. Phys. 93, 1075 (2003).
C. H. Grein, P. M. Young, and H. Ehrenreich, J. Appl. Phys. 76, 1940 (1994).
H. P. Hjalmarson and S. R. Kurtz, Appl. Phys. Lett. 69, 949 (1996).
M. E. Flatte, C. H. Grein, H. Ehrenreich, Appl. Phys. Lett. 72, 1424 (1998).
M. E. Flatte, C. H. Grein, T. C. Hasenberg, S. A. Anson, D. J. Jang, J. T. Olesberg, and T. F. Boggess, Phys. Rev. B 59, 5745 (1999).
M. E. Flatte and C. H. Grein, Opt. Express 2, 131 (1998).
C. H. Grein, M. E. Flatte, J. T. Olesberg, S. A. Anson, L. Zhang, and T. F. Boggess, J. Appl. Phys. 92, 7311 (2002).
J. O. Drumm, B. Vogelgesang, G. Hoffmann, C. Schwender, N. Herhammer, and H. Fouckhardt, Semicond. Sci. Technol. 17, 1115 (2002).
M. E. Flatte, J. T. Olesberg, S. A. Anson, T. F. Boggess, T. C. Hasenberg, R. H. Miles, and C. H. Grein, Appl. Phys. Lett. 70, 3212 (1997).
W. W. Bewley, I. Vurgaftman, C. L. Felix, J. R. Meyer, C.-H. Lin, D. Zhang, S. J. Murry, S. S. Pei, and L. R. Ram-Mohan, J. Appl. Phys. 83, 2384 (1998).
H. H. Chen, M. P. Houng, Y. H. Wang, and Y.-C. Chang, Appl. Phys. Lett. 61, 509(1992).
F. Szmulowicz and G. J. Brown, Phys. Rev. B 51, 13203 (1995).
W. H. Lau and M. E. Flatte, Appl. Phys. Lett. 80, 1683 (2002).
F. Szmulowicz, H. Haugan, and G. J. Brown, Phys. Rev. B 69, 155321 (2004).
G. C. Dente and M. L. Tilton, Phys. Rev. B 66, 165307 (2002).
R. Magri and A. Zunger, Phys. Rev. B 65, 165302 (2002).
R. Magri and A. Zunger, Phys. Rev. B 68, 155329 (2003).
J. T. Olesberg, M. E. Flatté, T. C. Hasenberg, and C. H. Grein, J. Appl. Phys. 89, 3283(2001).
S. Suchalkin, J. Bruno, R. Tober, D. Westerfeld, M. Kisin, and G. Belenky, Appl. Phys. Lett. 83, 1500 (2003).
J. T. Olesberg, M. E. Flatté, and T. F. Boggess, J. Appl. Phys. 87, 7164 (2000).
S. A. Anson, J. T. Olesberg, M. E. Flatté, T. C. Hasenberg, and T. F. Boggess, J. Appl. Phys. 86, 713 (1999).
M. Lerttamrab, S. L. Chuang, R. Q. Yang, and C. J. Hill, J. Appl. Phys. 96, 3568(2004).
Author information
Authors and Affiliations
Editor information
Editors and Affiliations
Rights and permissions
Copyright information
© 2006 Springer-Verlag London Limited
About this chapter
Cite this chapter
Vurgaftman, I. et al. (2006). Antimonide Type-II “W” Lasers. In: Krier, A. (eds) Mid-infrared Semiconductor Optoelectronics. Springer Series in Optical Sciences, vol 118. Springer, London . https://doi.org/10.1007/1-84628-209-8_5
Download citation
DOI: https://doi.org/10.1007/1-84628-209-8_5
Publisher Name: Springer, London
Print ISBN: 978-1-84628-208-9
Online ISBN: 978-1-84628-209-6
eBook Packages: Physics and AstronomyPhysics and Astronomy (R0)