We report on our recent progress in improving the performance of nonpolar III-nitride vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) by using an Al ion implanted aperture and employing a multi-layer electron-beam evaporated ITO intracavity contact. The use of an ion implanted aperture improves the lateral confinement over SiNx apertures by enabling a planar ITO design, while the multi-layer ITO contact minimizes scattering losses due to its epitaxially smooth morphology. The reported VCSEL has 10 QWs, with a 3 nm quantum well width, 1 nm barriers, a 5 nm electron-blocking layer, and a 6.95-λ total cavity thickness. These advances yield a single longitudinal mode 406 nm nonpolar VCSEL with a low threshold current density (∼16 kA/cm2), a peak output power of ∼12 μW, and a 100% polarization ratio. The lasing in the current aperture is observed to be spatially non-uniform, which is likely a result of filamentation caused by non-uniform current spreading, lateral optical confinement, contact resistance, and absorption loss.

1.
K.
Iga
,
IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron.
6
,
1201
(
2000
).
2.
K.
Iga
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
47
,
1
(
2008
).
3.
K. L.
Lear
and
A. N.
Al-Omari
,
Proc. SPIE
6484
,
64840
J (
2007
).
4.
J. D.
Lambkin
,
T.
Mccormack
,
T.
Calvert
, and
T.
Moriarty
,
Proceedings of FOSCO
(
Fiber Opt. Sale Co.
,
2015
), p.
1
.
5.
K.
Eben
and
P.
Polishuk
,
Present State-of-the-Art of Plastic Optical Fiber (POF) Components and Systems
(
Brighton
,
MA
,
2004
).
6.
B.
Corbett
,
B. J.
Roycroft
,
A.
Phillips
,
M.
Akhter
,
P.
Maaskant
,
J. D.
Lambkin
, and
T.
McCormack
,
Proc. SPIE
4876
,
176
(
2003
).
7.
J. J. D.
McKendry
,
R. P.
Green
,
A. E.
Kelly
,
Z. G. Z.
Gong
,
B.
Guilhabert
,
D.
Massoubre
,
E.
Gu
, and
M. D.
Dawson
,
IEEE Photonics Technol. Lett.
22
,
1346
(
2010
).
8.
J. J. D.
McKendry
,
D.
Massoubre
,
S.
Zhang
,
B. R.
Rae
,
R. P.
Green
,
E.
Gu
,
R. K.
Henderson
,
A. E.
Kelly
, and
M. D.
Dawson
,
J. Light. Technol.
30
,
61
(
2012
).
9.
J.
Shi
,
J.
Sheu
,
C.
Wang
,
C.
Chen
,
C.
Hsieh
,
J.
Chyi
, and
W.
Lai
,
IEEE Photonics Technol. Lett.
19
,
1368
(
2007
).
10.
T.
Abidi
,
Laser Focus World
37
,
251
(
2001
).
11.
D. K.
Serkland
,
K. M.
Geib
,
G. M.
Peake
,
R.
Lutwak
,
A.
Rashed
,
M.
Varghese
,
G.
Tepolt
, and
M.
Prouty
,
Proc. SPIE
6484
,
648406
(
2007
).
12.
S.
Knappe
,
V.
Shah
,
P. D. D.
Schwindt
,
L.
Hollberg
,
J.
Kitching
,
L. A.
Liew
, and
J.
Moreland
,
Appl. Phys. Lett.
85
,
1460
(
2004
).
13.
R.
Lutwak
,
A.
Rashed
,
M.
Varghese
,
G.
Tepolt
,
J.
Leblanc
,
M.
Mescher
,
C.
Stark
,
D. K.
Serkland
,
K. M.
Geib
, and
G. M.
Peake
,
39th Annual Precise Time Time Interval Meeting
(
The Institute of Navigation (ION)
,
2007
), p.
269
.
14.
Y. Y.
Jau
,
H.
Partner
,
P. D. D.
Schwindt
,
J. D.
Prestage
,
J. R.
Kellogg
, and
N.
Yu
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
253518
(
2012
).
15.
M. J.
Miah
,
A.
Al-Samaneh
,
A.
Kern
,
D.
Wahl
,
P.
Debernardi
, and
R.
Michalzik
,
IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron.
19
,
1701410
(
2013
).
16.
M.
Freeman
,
M.
Champion
, and
S.
Madhavan
,
Opt. Photonics News
20
,
28
(
2009
).
17.
Z. Y.
Fan
,
J. Y.
Lin
, and
H. X.
Jiang
,
J. Phys. D. Appl. Phys.
41
,
094001
(
2008
).
18.
H. X.
Jiang
and
J. Y.
Lin
,
J. Korean Phys. Soc.
42
,
757
(
2003
).
19.
H. X.
Jiang
,
S. X.
Jin
,
J.
Li
,
J.
Shakya
, and
J. Y.
Lin
,
Appl. Phys. Lett.
78
,
1303
(
2015
).
20.
P.
Taylor
,
H. X.
Jiang
, and
J. Y.
Lin
,
Crit. Rev. Solid State Mater. Sci.
28
,
131
(
2003
).
21.
Y.
Inaba
,
K.
Imai
,
I.
Fujieda
, and
I.
Onishi
,
SID Symp. Dig. Tech. Pap.
39
,
1564
(
2008
).
22.
A.
Neumann
,
J. J.
Wierer
,
W.
Davis
,
Y.
Ohno
,
S. R. J.
Brueck
, and
J. Y.
Tsao
,
Opt. Express
19
,
A982
(
2011
).
23.
J. J.
Wierer
and
J. Y.
Tsao
,
Phys. Status Solidi (a)
212
,
980
(
2015
).
24.
K. A.
Denault
,
M.
Cantore
,
S.
Nakamura
,
S. P.
DenBaars
, and
R.
Seshadri
,
AIP Adv.
3
,
072107
(
2013
).
25.
V.
Poher
,
N.
Grossman
,
G. T.
Kennedy
,
K.
Nikolic
,
H. X.
Zhang
,
Z.
Gong
,
E. M.
Drakakis
,
E.
Gu
,
M. D.
Dawson
,
P. M. W.
French
,
P.
Degenaar
, and
M. A. A.
Neil
,
J. Phys. D. Appl. Phys.
41
,
094014
(
2008
).
26.
A.
Pruijmboom
,
Laser Focus World
50
,
21
(
2014
).
27.
J.
Wallace
,
Laser Focus World
51
,
75
(
2015
).
28.
Y.
Higuchi
,
K.
Omae
,
H.
Matsumura
, and
T.
Mukai
,
Appl. Phys. Express
1
,
121102
(
2008
).
29.
K.
Omae
,
Y.
Higuchi
,
K.
Nakagawa
,
H.
Matsumura
, and
T.
Mukai
,
Appl. Phys. Express
2
,
052101
(
2009
).
30.
D.
Kasahara
,
D.
Morita
,
T.
Kosugi
,
K.
Nakagawa
,
J.
Kawamata
,
Y.
Higuchi
,
H.
Matsumura
, and
T.
Mukai
,
Appl. Phys. Express
4
,
072103
(
2011
).
31.
T.
Onishi
,
O.
Imafuji
,
K.
Nagamatsu
,
M.
Kawaguchi
,
K.
Yamanaka
, and
S.
Takigawa
,
IEEE J. Quantum Electron.
48
,
1107
(
2012
).
32.
T.-C.
Lu
,
C.-C.
Kao
,
H.-C.
Kuo
,
G.-S.
Huang
, and
S.-C.
Wang
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
141102
(
2008
).
33.
T.-C.
Lu
,
J.-R.
Chen
,
S.-W.
Chen
,
H.-C.
Kuo
,
C.-C.
Kuo
,
C.-C.
Lee
, and
S.-C.
Wang
,
IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron.
15
,
850
(
2009
).
34.
T.-C.
Lu
,
S.-W.
Chen
,
T.-T.
Wu
,
P.-M.
Tu
,
C.-K.
Chen
,
C.-H.
Chen
,
Z.-Y.
Li
,
H.-C.
Kuo
, and
S.-C.
Wang
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
071114
(
2010
).
35.
T.-C.
Lu
,
T.-T.
Wu
,
S.-W.
Chen
,
P.-M.
Tu
,
Z.-Y.
Li
,
C.-K.
Chen
,
C.-H.
Chen
,
H.-C.
Kuo
, and
S.-C.
Wang
,
IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron.
17
,
1594
(
2011
).
36.
G.
Cosendey
,
A.
Castiglia
,
G.
Rossbach
,
J.-F.
Carlin
, and
N.
Grandjean
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
151113
(
2012
).
37.
C. O.
Holder
,
J. S.
Speck
,
S. P.
DenBaars
,
S.
Nakamura
, and
D.
Feezell
,
Appl. Phys. Express
5
,
092104
(
2012
).
38.
C. O.
Holder
,
J. T.
Leonard
,
R. M.
Farrell
,
D. A.
Cohen
,
B.
Yonkee
,
J. S.
Speck
,
S. P.
DenBaars
,
S.
Nakamura
, and
D. F.
Feezell
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
031111
(
2014
).
39.
T.
Melo
,
Y.-L.
Hu
,
C.
Weisbuch
,
M. C.
Schmidt
,
A.
David
,
B.
Ellis
,
C.
Poblenz
,
Y.-D.
Lin
,
M. R.
Krames
, and
J. W.
Raring
,
Semicond. Sci. Technol.
27
,
024015
(
2012
).
40.
R. M.
Farrell
,
D. A.
Haeger
,
P. S.
Hsu
,
K.
Fujito
,
D. F.
Feezell
,
S. P.
Denbaars
,
J. S.
Speck
, and
S.
Nakamura
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
171115
(
2011
).
41.
W.
Scheibenzuber
,
U.
Schwarz
,
R.
Veprek
,
B.
Witzigmann
, and
A.
Hangleiter
,
Phys. Rev. B
80
,
115320
(
2009
).
42.
S.-H.
Park
,
D.
Ahn
, and
S.-L.
Chuang
,
IEEE J. Quantum Electron.
43
,
1175
(
2007
).
43.
S.-H.
Park
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 2
42
,
L170
(
2003
).
44.
Z. Q.
Li
,
Z. M. S.
Li
, and
J.
Piprek
,
Phys. Status Solidi
7
,
2259
(
2010
).
45.
S.
Sakai
and
A. A.
Yamaguchi
,
Phys. Status Solidi (b)
252
,
885
(
2015
).
46.
L.
Schade
,
U. T.
Schwarz
,
T.
Wernicke
,
M.
Weyers
, and
M.
Kneissl
,
Phys. Status Solidi
248
,
638
(
2011
).
47.
R. M.
Farrell
,
D. A.
Haeger
,
X.
Chen
,
M.
Iza
,
A.
Hirai
,
K. M.
Kelchner
,
K.
Fujito
,
A.
Chakraborty
,
S.
Keller
,
S. P.
DenBaars
,
J. S.
Speck
, and
S.
Nakamura
,
J. Cryst. Growth
313
,
1
(
2010
).
48.
A.
Hirai
,
Z.
Jia
,
M. C.
Schmidt
,
R. M.
Farrell
,
S. P.
DenBaars
,
S.
Nakamura
,
J. S.
Speck
, and
K.
Fujito
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
191906
(
2007
).
49.
R. M.
Farrell
,
D. A.
Haeger
,
X.
Chen
,
C. S.
Gallinat
,
R. W.
Davis
,
M.
Cornish
,
K.
Fujito
,
S.
Keller
,
S. P.
DenBaars
,
S.
Nakamura
, and
J. S.
Speck
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
231907
(
2010
).
50.
L. A.
Coldren
,
S. W.
Corzine
, and
M. L.
Mašanović
,
Diode Lasers and Photonic Integrated Circuits
(
John Wiley & Sons, Inc.
,
Hoboken, NJ, USA
,
2012
).
51.
C. W.
Wilmsen
,
H.
Temkin
, and
L. A.
Coldren
,
Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers: Design, Fabrication, Characterization, and Applications
(
Cambridge University Press
,
New York
,
2001
).
52.
T.
Margalith
,
L. A.
Coldren
, and
S.
Nakamura
, U.S. patent No. 0,180,980 A1 (Dec. 20,
2003
).
53.
T.
Margalith
, “
Development of growth and fabrication technology for gallium nitride-based vertical cavity surface emitting lasers
,” Ph.D. thesis (
University of California
, Santa Barbara,
2002
).
54.
S.
Chowdhury
, “
AlGaN/GaN CAVETs for high power switching application
,” Ph.D. thesis (
University of California
, Santa Barbara,
2010
).
55.
X. A.
Cao
,
A. P.
Zhang
,
G. T.
Dang
,
F.
Ren
, and
S. J.
Pearton
,
J. Electron. Mater.
29
,
256
(
2000
).
56.
X. A.
Cao
,
A. P.
Zhang
,
G. T.
Dang
,
F.
Ren
,
S. J.
Pearton
,
R. J.
Shul
, and
L.
Zhang
,
J. Vac. Sci. Technol. A
18
,
1144
(
2000
).
57.
X. A.
Cao
,
S. J.
Pearton
,
A. P.
Zhang
,
G. T.
Dang
,
F.
Ren
,
R. J.
Shul
,
L.
Zhang
,
R.
Hickman
, and
J. M.
Van Hove
,
Appl. Phys. Lett.
75
,
2569
(
1999
).
58.
X. A.
Cao
,
S. J.
Pearton
,
G. T.
Dang
,
A. P.
Zhang
,
F.
Ren
, and
J. M.
Van Hove
,
IEEE Trans. Electron Devices
47
,
1320
(
2000
).
59.
FIMMWAVE software package, Photon Design, Ltd., http://www.photond.com/products/fimmwave.htm.
60.
E.
Hashemi
,
J.
Gustavsson
,
J.
Bengtsson
,
M.
Stattin
,
G.
Cosendey
,
N.
Grandjean
, and
A.
Haglund
,
Jpn. J. Appl. Phys.
52
,
08JG04
(
2013
).
61.
E.
Hashemi
,
J.
Bengtsson
,
J.
Gustavsson
,
M.
Stattin
,
G.
Cosendey
,
N.
Grandjean
, and
A.
Haglund
,
Opt. Express
22
,
411
(
2014
).
62.
J. T.
Leonard
,
D. A.
Cohen
,
B. P.
Yonkee
,
R. M.
Farrell
,
S. P.
Denbaars
,
J. S.
Speck
, and
S.
Nakamura
, “
Smooth e-beam-deposited tin-doped indium oxide (ITO) for III-nitride vertical-cavity surface-emitting laser intracavity contacts
,”
J. Appl. Phys.
(to be published).
63.
S. E.
Brinkley
,
Y.-D.
Lin
,
A.
Chakraborty
,
N.
Pfaff
,
D.
Cohen
,
J. S.
Speck
,
S.
Nakamura
, and
S. P.
DenBaars
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
011110
(
2011
).
64.
H.
Masui
,
A.
Chakraborty
,
B. A.
Haskell
,
U. K.
Mishra
,
J. S.
Speck
,
S.
Nakamura
, and
S. P.
DenBaars
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 2
44
,
L1329
(
2005
).
65.
W.
Nakwaski
and
P.
Mac
,
Opt. Quantum Electron.
35
,
1037
(
2003
).
66.
J. S.
Gustavsson
,
J. A.
Vukusic
,
J.
Bengtsson
, and
A.
Larsson
,
IEEE J. Quantum Electron.
38
,
203
(
2002
).
67.
F. R.
Nash
,
J. Appl. Phys.
44
,
4696
(
1973
).
68.
S. J.
Pearton
and
O.
Ueda
,
Materials and Reliability Handbook for Semiconductor Optical and Electron Devices
(
Springer
,
New York, NY
,
2013
).
69.
J. V.
Moloney
,
J. Opt. B Quantum Semiclassical Opt.
1
,
183
(
1999
).
70.
L. D. A.
Lundeberg
,
G. P.
Lousberg
,
D. L.
Boiko
, and
E.
Kapon
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
021103
(
2007
).
71.
D. A.
Browne
,
E. C.
Young
,
J. R.
Lang
,
C. A.
Hurni
, and
J. S.
Speck
,
J. Vac. Sci. Technol. A
30
,
041513
(
2012
).
72.
K.
Gelžinytė
,
R.
Ivanov
,
S.
Marcinkevičius
,
Y.
Zhao
,
D. L.
Becerra
,
S.
Nakamura
, and
S. P.
Denbaars
,
J. Appl. Phys.
117
,
023111
(
2015
).
73.
M. S.
Jeong
,
J. Y.
Kim
,
Y. W.
Kim
,
J. O.
White
,
E. K.
Suh
,
C. H.
Hong
, and
H. J.
Lee
,
Appl. Phys. Lett.
79
,
976
(
2001
).
You do not currently have access to this content.