Skip to main content
Log in

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

  • Published:
Applied Physics B Aims and scope Submit manuscript

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.

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

Access this article

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

Instant access to the full article PDF.

Institutional subscriptions

Similar content being viewed by others

References

  1. E.F. Schubert, J.K. Kim, Science 308, 1274 (2005)

    Article  ADS  Google Scholar 

  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)

    Article  Google Scholar 

  3. S. Nakamura, G. Fasol, The Blue Laser Diode (Springer, Berlin, 1997)

    Google Scholar 

  4. S. Nakamura, M. Senoh, S. Nagahama, N. Iwasa, T. Matsushita, T. Mukai, Appl. Phys. Lett. 76, 22 (2000)

    Article  ADS  Google Scholar 

  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)

    Article  ADS  Google Scholar 

  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)

    Article  Google Scholar 

  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)

    Article  Google Scholar 

  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)

    Article  Google Scholar 

  9. L.H. Peng, C.W. Chuang, L.H. Lou, Appl. Phys. Lett. 74, 795 (1999)

    Article  Google Scholar 

  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)

    Article  ADS  Google Scholar 

  11. M.D. Craven, S.H. Lim, F. Wu, J.S. Speck, S.P. DenBaars, Appl. Phys. Lett. 81, 469 (2002)

    Article  ADS  Google Scholar 

  12. P. Waltereit, O. Brandt, A. Trampert, H.T. Grahn, J. Menniger, M. Ramsteiner, M. Reiche, K.H. Ploog, Nature 406, 865 (2000)

    Article  ADS  Google Scholar 

  13. X. Ni, Ü. Özgür, A.A. Baski, H. Morkoç, L. Zhou, D.J. Smith, C.A. Tran, Appl. Phys. Lett. 90, 182109 (2007)

    Article  ADS  Google Scholar 

  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)

    Article  Google Scholar 

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

    Article  ADS  Google Scholar 

  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)

    Article  ADS  Google Scholar 

  17. A. Chakraborty, K.C. Kim, F. Wu, J.S. Speck, S.P. DenBaars, U.K. Mishra, Appl. Phys. Lett. 89, 041903 (2006)

    Article  ADS  Google Scholar 

  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)

    Article  ADS  Google Scholar 

  19. J. Zhang, J. Yang, G. Simin, M. Shatalov, M.A. Khan, M.S. Shur, R. Gaska, Appl. Phys. Lett. 77, 2668 (2000)

    Article  ADS  Google Scholar 

  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)

    Article  ADS  Google Scholar 

  21. A. Knauer, H. Wenzel, T. Kolbe, S. Einfeldt, M. Weyers, M. Kneissl, G. Tränkle, Appl. Phys. Lett. 92, 191912 (2008)

    Article  ADS  Google Scholar 

  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)

    Article  ADS  Google Scholar 

  23. LASTIP (Crosslight Software, Inc., Burnaby, BC, Canada, 2005). http://www.crosslight.com

  24. S.L. Chuang, C.S. Chang, Phys. Rev. B 54, 2491 (1996)

    Article  ADS  Google Scholar 

  25. S.L. Chuang, C.S. Chang, Appl. Phys. Lett. 68, 1657 (1996)

    Article  ADS  Google Scholar 

  26. S.L. Chuang, IEEE J. Quantum Electron. 32, 1791 (1996)

    Article  ADS  Google Scholar 

  27. Y.C. Yeo, T.C. Chong, M.-F. Li, W.J. Fan, IEEE J. Quantum Electron. 34, 526 (1998)

    Article  ADS  Google Scholar 

  28. Y.C. Yeo, T.C. Chong, M.F. Li, W.J. Fan, J. Appl. Phys. 84, 1813 (1998)

    Article  ADS  Google Scholar 

  29. B. Romero, J. Arias, I. Esquivias, M. Cada, Appl. Phys. Lett. 76, 1504 (2000)

    Article  ADS  Google Scholar 

  30. J. Piprek, Semiconductor Optoelectronic Devices: Introduction to Physics and Simulation (Academic, San Diego, 2003)

    Google Scholar 

  31. LASTIP User’s Manual Version 2005.11, 1st edn. (Crosslight Software, Burnaby, BC, Canada, 2005)

  32. K. Domen, R. Soejima, A. Kuramata, T. Tanahashi, MRS Internet J. Nitride Semicond. Res. 3, 2 (1998)

    Google Scholar 

  33. Y.-K. Kuo, Y.-A. Chang, IEEE J. Quantum Electron. 40, 437 (2004)

    Article  ADS  Google Scholar 

  34. I. Vurgaftman, J.R. Meyer, J. Appl. Phys. 94, 3675 (2003)

    Article  ADS  Google Scholar 

  35. J. Minch, S.H. Park, T. Keating, S.L. Chuang, IEEE J. Quantum Electron. 35, 771 (1999)

    Article  Google Scholar 

  36. I. Vurgaftman, J.R. Meyer, L.R. Ram-Mohan, J. Appl. Phys. 89, 5815 (2001)

    Article  Google Scholar 

  37. V. Fiorentini, F. Bernardini, O. Ambacher, Appl. Phys. Lett. 80, 1204 (2002)

    Article  ADS  Google Scholar 

  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)

    Article  ADS  Google Scholar 

  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)

    Article  ADS  Google Scholar 

  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)

    Article  ADS  Google Scholar 

  41. H. Zhang, E.J. Miller, E.T. Yu, C. Poblenz, J.S. Speck, Appl. Phys. Lett. 84, 4644 (2004)

    Article  ADS  Google Scholar 

  42. F. Renner, P. Kiesel, G.H. Dőhler, M. Kneissl, C.G. Van de Walle, N.M. Johnson, Appl. Phys. Lett. 81, 490 (2002)

    Article  ADS  Google Scholar 

  43. T. Peng, J. Piprek, Electron. Lett. 32, 2285 (1996)

    Article  Google Scholar 

  44. S.-H. Wei, A. Zunger, Appl. Phys. Lett. 69, 2719 (1996)

    Article  ADS  Google Scholar 

  45. Y.-K. Kuo, B.-T. Liou, M.-L. Chen, S.-H. Yen, C.-Y. Lin, Opt. Commun. 231, 395 (2004)

    Article  ADS  Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

Authors

Corresponding author

Correspondence to J.-R. Chen.

Rights and permissions

Reprints and permissions

About this article

Cite this article

Chen, JR., Ling, SC., Huang, HM. et al. Numerical study of optical properties of InGaN multi-quantum-well laser diodes with polarization-matched AlInGaN barrier layers. Appl. Phys. B 95, 145–153 (2009). https://doi.org/10.1007/s00340-008-3331-9

Download citation

  • Received:

  • Published:

  • Issue Date:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/s00340-008-3331-9

PACS

Navigation