The use of AlInN-delta-GaN quantum wells (QWs) active region for ultraviolet (UV) laser with wavelength (λ) ∼ 250–300 nm was proposed and investigated in this work. The design of active region consists of 24 Å staggered Al0.91In0.09N/Al0.82In0.18N layers with a 3 Å lattice-matched GaN delta layer, which enables dominant conduction band (C) to heavy hole (HH) subband transition. In addition, the insertion of the ultra-thin delta GaN layer will strongly localize the electron-hole wave functions toward the center of the QW, which leads to large transverse electric (TE) polarized optical gain. In comparison to the use of a conventional AlGaN QW system, the proposed AlInN-delta-GaN QW structure results in ∼3 times improvement in TE-gain at 255 nm. By tuning the delta-GaN thickness, the TE-polarized optical gain up to 3700 cm−1 can be obtained for λ ∼ 280–300 nm, which is very promising to serve as an alternative active region for high-efficiency UV lasers.

1.
Y.
Taniyasu
,
M.
Kasu
, and
T.
Makimoto
,
Nature
441
,
325
(
2006
).
2.
F.
Mehnke
,
C.
Kuhn
,
M.
Guttmann
,
C.
Reich
,
T.
Kolbe
,
V.
Kueller
,
A.
Knauer
,
M.
Lapeyrade
,
S.
Einfeldt
,
J.
Rass
,
T.
Wernicke
,
M.
Weyers
, and
M.
Kneissl
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
051113
(
2014
).
3.
C. G.
Moe
,
M. L.
Reed
,
G. A.
Garrett
,
A. V.
Sampath
,
T.
Alexander
,
H.
Shen
,
M.
Wraback
,
Y.
Bilenko
,
M.
Shatalov
,
J.
Yang
,
W.
Sun
,
J.
Deng
, and
R.
Gaska
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
213512
(
2010
).
4.
A.
Yasan
,
R.
McClintock
,
K.
Mayes
,
D.
Shiell
,
L.
Gautero
,
S. R.
Darvish
,
P.
Kung
, and
M.
Razeghi
,
Appl. Phys. Lett.
83
,
4701
(
2003
).
5.
A. J.
Fischer
,
A. A.
Allerman
,
M. H.
Crawford
,
K. H. A.
Bogart
,
S. R.
Lee
,
R. J.
Kaplar
,
W. W.
Chow
,
S. R.
Kurtz
,
K. W.
Fullmer
, and
J. J.
Figiel
,
Appl. Phys. Lett.
84
,
3394
(
2004
).
6.
V.
Adivarahan
,
S.
Wu
,
J. P.
Zhang
,
A.
Chitnis
,
M.
Shatalov
,
V.
Mandawilli
,
R.
Gaska
, and
M. A.
Khan
,
Appl. Phys. Lett.
84
,
4762
(
2004
).
7.
Z.
Ren
,
Q.
Sun
,
S. Y.
Kwon
,
J.
Han
,
K.
Davitt
,
Y. K.
Song
,
A. V.
Nurmikko
,
H. K.
Cho
,
W.
Liu
,
J. A.
Smart
, and
L. J.
Schowalter
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
051116
(
2007
).
8.
H.
Hirayama
,
N.
Noguchi
, and
N.
Kamata
,
Appl. Phys. Express
3
,
032102
(
2010
).
9.
M.
Martens
,
F.
Mehnke
,
C.
Kuhn
,
C.
Reich
,
V.
Kueller
,
A.
Knauer
,
C.
Netzel
,
C.
Hartmann
,
J.
Wollweber
,
J.
Rass
,
T.
Wernicke
,
M.
Bickermann
,
M.
Weyers
, and
M.
Kneissl
,
IEEE Photonics Technol. Lett.
26
,
342
(
2014
).
10.
F.
Asif
,
M.
Lachab
,
A.
Coleman
,
I.
Ahmad
,
B.
Zhang
,
V.
Adivarahan
, and
A.
Khan
,
J. Vac. Sci. Technol., B
32
,
061204
(
2014
).
11.
X. H.
Li
,
T. T.
Kao
,
M. M.
Satter
,
Y. O.
Wei
,
S.
Wang
,
H.
Xie
,
S. C.
Shen
,
P. D.
Yoder
,
A. M.
Fischer
,
F. A.
Ponce
,
T.
Detchprohm
, and
R. D.
Dubuis
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
041115
(
2015
).
12.
H.
Sun
,
J.
Woodward
,
J.
Yin
,
A.
Moldawer
,
E. F.
Pecora
,
A. Y.
Nikiforov
,
L. D.
Negro
,
R.
Paiella
,
K.
Ludwig
, Jr.
,
D. J.
Smith
, and
T. D.
Moustakas
,
J. Vac. Sci. Technol., B
31
,
03C117
(
2013
).
13.
V. N.
Jmerik
,
A. M.
Mizerov
,
A. A.
Sitnikova
,
P. S.
Kop'ev
,
S. V.
Ivanov
,
E. V.
Lutsenko
,
N. P.
Tarasuk
,
N. V.
Rzheutskii
, and
G. P.
Yablonskii
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
141112
(
2010
).
14.
M.
Kneissl
,
Z.
Yang
,
M.
Teepe
,
C.
Knollemberg
,
O.
Schmidt
,
P.
Kiessel
,
N. M.
Johnson
,
S.
Schujman
, and
L. J.
Schowalter
,
J. Appl. Phys.
101
,
123103
(
2007
).
15.
M.
Kneissl
,
D. W.
Treat
,
M.
Teepe
,
N.
Miyashita
, and
N. M.
Johnson
,
Appl. Phys. Lett.
82
,
4441
(
2003
).
16.
S.
Masui
,
Y.
Matsuyama
,
T.
Yanamoto
,
T.
Kozaki
,
S.
Nagahama
, and
T.
Mukai
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 2
42
,
L1318
(
2003
).
17.
H.
Yoshida
,
M.
Kuwabara
,
Y.
Yamashita
,
Y.
Takagi
,
K.
Uchiyama
, and
H.
Kan
,
New J. Phys.
11
,
125013
(
2009
).
18.
H.
Yoshida
,
Y.
Yamashita
,
M.
Kuwabara
, and
H.
Kan
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
241106
(
2008
).
19.
K.
Iida
,
T.
Kawashima
,
A.
Miyazaki
,
H.
Kasugai
,
S.
Mishima
,
A.
Honshio
,
Y.
Miyake
,
M.
Iwaya
,
S.
Kamiyama
,
H.
Amano
, and
I.
Akasaki
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 2
43
,
L499
(
2004
).
20.
B.
Cheng
,
S.
Choi
,
J. E.
Northrup
,
Z.
Yang
,
C.
Knollenberg
,
M.
Teepe
,
T.
Wunderer
,
C. L.
Chua
, and
N. M.
Johnson
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
231106
(
2013
).
21.
J. Y.
Duboz
,
Semicond. Sci. Technol.
29
,
035017
(
2014
).
22.
V.
Kueller
,
A.
Knauer
,
F.
Brunner
,
U.
Zeimer
,
H.
Rodriguez
,
M.
Kneissl
, and
M.
Weyers
,
J. Cryst. Growth
315
,
200
(
2011
).
23.
J.
Zhang
,
H.
Zhao
, and
N.
Tansu
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
111105
(
2010
).
24.
J.
Zhang
,
H.
Zhao
, and
N.
Tansu
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
171111
(
2011
).
25.
T.
Fujimori
,
H.
Imai
,
A.
Wakahara
,
H.
Okada
,
A.
Yoshida
,
T.
Shibata
, and
M.
Tanaka
,
J. Cryst. Growth
272
,
381
(
2004
).
26.
S.
Iwata
,
Y.
Nanjo
,
T.
Okuno
,
S.
Kurai
, and
T.
Taguchi
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
46
,
3394
(
2007
).
27.
S.
Choi
,
H. J.
Kim
,
Z.
Lochner
,
J.
Kim
,
R. D.
Dupuis
,
A. M.
Fischer
,
R.
Juday
,
Y.
Huang
,
T.
Li
,
J. Y.
Huang
,
F. A.
Ponce
, and
J. H.
Ryou
,
J. Cryst. Growth
388
,
137
(
2014
).
28.
J.
Kim
,
Z.
Lochner
,
M. H.
Ji
,
S.
Choi
,
H. J.
Kim
,
J. S.
Kim
,
R. D.
Dupuis
,
A. M.
Fischer
,
R.
Juday
,
Y.
Huang
,
T.
Li
,
J. Y.
Huang
,
F. A.
Ponce
, and
J. H.
Ryou
,
J. Cryst. Growth
388
,
143
(
2014
).
29.
N.
Hatui
,
M.
Frentrup
,
A. A.
Rahman
,
A.
Kadir
,
S.
Subramanian
,
M.
Kneissl
, and
A.
Bhattacharya
,
J. Cryst. Growth
411
,
106
(
2015
).
30.
M. M.
Satter
,
H.
Kim
,
Z.
Lochner
,
J.
Ryou
,
S.
Shen
,
R. D.
Dupuis
, and
P. D.
Yoder
,
IEEE J. Quantum Electron.
48
,
703
(
2012
).
31.
S. L.
Chuang
,
IEEE J. Quantum Electron.
32
,
1791
(
1996
).
32.
S. L.
Chuang
and
C. S.
Chang
,
Semicond. Sci. Technol.
12
,
252
(
1997
).
33.
S. L.
Chuang
,
Physics of Photonic Devices
, 2nd ed. (
Wiley
,
New York
,
2009
), Chap. 4.
34.
H.
Zhao
,
R. A.
Arif
,
Y. K.
Ee
, and
N.
Tansu
,
IEEE J. Quantum Electron.
45
,
66
(
2009
).
35.
I.
Vurgaftman
and
J. R.
Meyer
, in
Nitride Semiconductor Devices
, edited by
J.
Piprek
(
Wiley
,
New York
,
2007
), Chap. 2.
36.
I.
Vurgaftman
and
J. R.
Meyer
,
J. Appl. Phys.
94
,
3675
(
2003
).
37.
H.
Zhao
,
G.
Liu
, and
N.
Tansu
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
131114
(
2010
).
38.
J.
Zhang
and
N.
Tansu
,
IEEE Photonics J.
5
,
2600209
(
2013
).
39.
S. H.
Park
and
D.
Suh
,
Phys. Status Solidi B
252
,
1844
(
2015
).
You do not currently have access to this content.