A step-graded AlxGa1-xN electron blocking layer (EBL) is studied on InGaN-based laser diodes (LDs). Its efficacy on device performance is investigated with respect to stimulated emission properties, internal quantum efficiency, internal loss, and temperature-dependent characteristics. When compared to a LD structure with an abrupt Al0.18Ga0.82N EBL design, the LD with the step-graded AlxGa1-xN EBL design demonstrates lower threshold current density and higher slope efficiency. The threshold current density is reduced from 4.6 kA/cm2 to 2.5 kA/cm2 under pulsed-current operation and the corresponding slope efficiency is increased from 0.72 W/A to 1.03 W/A. The insertion of the step-graded AlxGa1−xN EBL leads to a dramatic enhancement in internal quantum efficiency from 0.60 to 0.92, while internal loss keeps at 9 ∼ 10 cm−1. The temperature-dependent measurement also shows that the step-graded AlxGa1−xN EBL can improve the thermal stability with reduced red-shift from 0.05 nm/K to 0.034 nm/K. This simple yet efficient structural design change provides an effective way to achieve high-performance InGaN-based LDs with higher optical-output power and lower electric-power consumption.

1.
I.
Ichimura
,
F.
Maeda
,
K.
Osato
,
K.
Yamamoto
, and
Y.
Kasami
,
Jpn. J. Appl. Phys.
39
,
937
(
2000
).
2.
T.
Maeda
,
M.
Terao
, and
T.
Shimano
,
Jpn. J. Appl. Phys.
42
,
1044
(
2003
).
3.
T.
Asano
,
M.
Takeya
,
T.
Mizuno
,
S.
Ikeda
,
Y.
Ohfuji
,
T.
Fujimoto
,
K.
Oikawa
,
S.
Goto
,
T.
Hashizu
,
K.
Aga
, and
M.
Ikeda
,
Proc. SPIE
5365
,
297
(
2004
).
4.
S.
Lutgen
,
A.
Avramescu
,
T.
Lermer
,
M.
Schillgalies
,
D.
Queren
,
J.
Müller
,
D.
Dini
,
A.
Breidenassel
, and
U.
Strauss
,
Proc. SPIE
7616
,
76160G
(
2010
).
5.
A.
Avramescu
,
T.
Lermer
,
J.
Müller
,
C.
Eichler
,
G.
Brüderl
,
M.
Sabathil
,
S.
Lutgen
, and
U.
Strauss
,
Appl. Phys. Express
3
,
061003
(
2010
).
6.
D.
Queren
,
A.
Avramescu
,
G.
Brüderl
,
A.
Breidenassel
,
M.
Schillgalies
,
S.
Lutgen
, and
U.
Strauß
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
081119
(
2009
).
7.
T.
Miyoshi
,
S.
Masui
,
T.
Okada
,
T.
Yanamoto
,
T.
Kozaki
,
S.-i.
Nagahama
, and
T.
Mukai
,
Appl. Phys. Express
2
,
062201
(
2009
).
8.
A.
Avramescu
,
T.
Lermer
,
J.
Müller
,
S.
Tautz
,
D.
Queren
,
S.
Lutgen
, and
U.
Strauß
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
071103
(
2009
).
9.
J. W.
Raring
,
E. M.
Hall
,
M. C.
Schmidt
,
C.
Poblenz
,
B.
Li
,
N.
Pfister
,
D. F.
Feezell
,
R.
Craig
,
J. S.
Speck
,
S. P.
DenBaars
, and
S.
Nakamura
,
Proc. SPIE
7602
,
760218
(
2010
).
10.
R. M.
Farrell
,
P. S.
Hsu
,
D. A.
Haeger
,
K.
Fujito
,
S. P.
DenBaars
,
J. S.
Speck
, and
S.
Nakamura
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
231113
(
2010
).
11.
K.
Okamoto
,
J.
Kashiwagi
,
T.
Tanaka
, and
M.
Kubota
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
071105
(
2009
).
12.
Y.-D.
Lin
,
M. T.
Hardy
,
P. S.
Hsu
,
K. M.
Kelchner
,
C.-Y.
Huang
,
D. A.
Haeger
,
R. M.
Farrell
,
K.
Fujito
,
A.
Chakraborty
,
H.
Ohta
,
J. S.
Speck
,
S. P.
DenBaars
, and
S.
Nakamura
,
Appl. Phys. Express
2
,
082102
(
2009
).
13.
A.
Tyagi
,
R. M.
Farrell
,
K. M.
Kelchner
,
C.-Y.
Huang
,
P. S.
Hsu
,
D. A.
Haeger
,
M. T.
Hardy
,
C.
Holder
,
K.
Fujito
,
D. A.
Cohen
,
H.
Ohta
,
J. S.
Speck
,
S. P.
DenBaars
, and
S.
Nakamura
,
Appl. Phys. Express
3
,
011002
(
2010
).
14.
M.
Adachi
,
Y.
Yoshizumi
,
Y.
Enya
,
T.
Kyono
,
T.
Sumitomo
,
S.
Tokuyama
,
S.
Takagi
,
K.
Sumiyoshi
,
N.
Saga
,
T.
Ikegami
,
M.
Ueno
,
K.
Katayama
, and
T.
Nakamura
,
Appl. Phys. Express
3
,
121001
(
2010
).
15.
Y.
Yoshizumi
,
M.
Adachi
,
Y.
Enya
,
T.
Kyono
,
S.
Tokuyama
,
T.
Sumitomo
,
K.
Akita
,
T.
Ikegami
,
M.
Ueno
,
K.
Katayama
, and
T.
Nakamura
,
Appl. Phys. Express
2
,
092101
(
2009
).
16.
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
).
17.
S.
Nakamura
,
M.
Senoh
,
S.-i.
Nagahama
,
N.
Iwasa
,
T.
Yamada
,
T.
Matsushita
,
H.
Kiyoku
, and
Y.
Sugimoto
,
Jpn. J. Appl. Phys.
35
,
L74
(
1996
).
18.
S.-N.
Lee
,
S. Y.
Cho
,
H. Y.
Ryu
,
J. K.
Son
,
H. S.
Paek
,
T.
Sakong
,
T.
Jang
,
K. K.
Choi
,
K. H.
Ha
,
M. H.
Yang
,
O. H.
Nam
,
Y.
Park
, and
E.
Yoon
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
111101
(
2006
).
19.
J.
Piprek
,
R.
Farrell
,
S.
DenBaars
, and
S.
Nakamura
,
IEEE Photonics Technol. Lett.
18
,
7
(
2006
).
20.
L. A.
Coldren
and
S. W.
Corzine
,
Diode Lasers and Photonic Integrated Circuits
, 1st ed. (
Wiley
,
New York
,
1995
).
21.
S.-H.
Han
,
D.-Y.
Lee
,
S.-J.
Lee
,
C.-Y.
Cho
,
M.-K.
Kwon
,
S. P.
Lee
,
D. Y.
Noh
,
D.-J.
Kim
,
Y. C.
Kim
, and
S.-J.
Park
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
231123
(
2009
).
22.
J.-R.
Chen
,
C.-H.
Lee
,
T.-S.
Ko
,
Y.-A.
Chang
,
T.-C.
Lu
,
H.-C.
Kuo
,
Y.-K.
Kuo
, and
S.-C.
Wang
,
J. Lightwave Technol.
26
,
329
(
2008
).
23.
J.-H.
Ryou
,
P. D.
Yoder
,
J.
Liu
,
Z.
Lochner
,
H.
Kim
,
S.
Choi
,
H. J.
Kim
, and
R. D.
Dupuis
,
IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron.
15
,
1080
(
2009
).
24.
J.
Liu
,
Y.
Zhang
,
Z.
Lochner
,
S.-S.
Kim
,
H.
Kim
,
J.-H.
Ryou
,
S.-C.
Shen
,
P. D.
Yoder
,
R. D.
Dupuis
,
Q. Y.
Wei
,
K. W.
Sun
,
A. M.
Fischer
, and
F. A.
Ponce
,
J. Cryst. Growth
315
,
272
(
2011
).
25.
Y.
Zhang
,
J.
Liu
,
T.-T.
Kao
,
S.-S.
Kim
,
Y.-C.
Lee
,
Z.
Lochner
,
J.-H.
Ryou
,
P. D.
Yoder
,
R. D.
Dupuis
, and
S.-C.
Shen
, in
2010 IEEE Lester Eastman Conference
(
Troy
,
NY, USA
, Aug.
2010
).
26.
H. Y.
Ryu
,
K. H.
Ha
,
J. K.
Son
,
S. N.
Lee
,
H. S.
Paek
,
T.
Jang
,
Y. J.
Sung
,
K. S.
Kim
,
H. K.
Kim
,
Y.
Park
, and
O. H.
Nam
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
011105
(
2008
).
27.
M.
Ikeda
,
T.
Mizuno
,
M.
Takeya
,
S.
Goto
,
S.
Ikeda
,
T.
Fujimoto
,
Y.
Ohfuji
, and
T.
Hashizu
,
Phys. Status Solidi C
1
,
1461
(
2004
).
28.
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
, and
J. I.
Shim
,
IEEE Photonics Technol. Lett.
19
,
1717
(
2007
).
29.
T.
Kozaki
,
H.
Matsumura
,
Y.
Sugimoto
,
S.-i.
Nagahama
, and
T.
Mukai
,
Proc. SPIE
6133
,
613306
(
2006
).
30.
T.
Tojyo
,
S.
Uchida
,
T.
Mizuno
,
T.
Asano
,
M.
Takeya
,
T.
Hino
,
S.
Kijima
,
S.
Goto
,
Y.
Yabuki
, and
M.
Ikeda
,
Jpn. J. Appl. Phys.
41
,
1829
(
2002
).
You do not currently have access to this content.