The influence of the polarization field on the emission properties of the AlGaN-based quantum structures grown on AlN substrates was investigated as a function of well width, barrier width, and barrier height. A thin AlGaN well and a thin AlN barrier design reduced the polarization field to ∼0.5 MV/cm, resulting in an ultralow laser threshold of 3 kW/cm2 in an optically pumped configuration. These experimental results were used to validate the simulation. In the next step, a structure with Al0.7Ga0.3N barriers was designed to support carrier injection with a minimal loss in optical performance. This structure showed a threshold of 7 kW/cm2 under optical pumping and an estimated threshold current of 8 kA/cm2 for the electric injection.
REFERENCES
1.
H.
Hirayama
, S.
Fujikawa
, and N.
Kamata
, Electron. Commun. Jpn.
98
, 1
(2015
). 2.
D.
Li
, K.
Jiang
, X.
Sun
, and C.
Guo
, Adv. Opt. Photonics
10
, 43
(2018
). 3.
Y.
Nagasawa
and A.
Hirano
, Appl. Sci.
8
, 1264
(2018
). 4.
M.
Kneissl
, III-Nitride Ultraviolet Emitters
(Springer
, Cham
, 2016
), pp. 1
–25
.5.
J.
Xie
, S.
Mita
, Z.
Bryan
, W.
Guo
, L.
Hussey
, B.
Moody
, R.
Schlesser
, R.
Kirste
, M.
Gerhold
, R.
Collazo
, and Z.
Sitar
, Appl. Phys. Lett.
102
, 171102
(2013
). 6.
R.
Kirste
, N.
Rohrbaugh
, I.
Bryan
, Z.
Bryan
, R.
Collazo
, and A.
Ivanisevic
, Annu. Rev. Anal. Chem.
8
, 149
(2015
). 7.
R.
Kirste
, Q.
Guo
, J. H.
Dycus
, A.
Franke
, S.
Mita
, B.
Sarkar
, P.
Reddy
, J. M.
LeBeau
, R.
Collazo
, and Z.
Sitar
, Appl. Phys. Express
11
, 082101
(2018
). 8.
Z.
Bryan
, I.
Bryan
, J.
Xie
, S.
Mita
, Z.
Sitar
, and R.
Collazo
, Appl. Phys. Lett.
106
, 142107
(2015
). 9.
Q.
Dai
, M. F.
Schubert
, M. H.
Kim
, J. K.
Kim
, E. F.
Schubert
, D. D.
Koleske
, M. H.
Crawford
, S. R.
Lee
, A. J.
Fischer
, G.
Thaler
, and M. A.
Banas
, Appl. Phys. Lett.
94
, 111109
(2009
). 10.
K.
Ban
, J.
Yamamoto
, K.
Takeda
, K.
Ide
, M.
Iwaya
, T.
Takeuchi
, S.
Kamiyama
, I.
Akasaki
, and H.
Amano
, Appl. Phys. Express
4
, 052101
(2011
). 11.
U.
Zeimer
, V.
Kueller
, A.
Knauer
, A.
Mogilatenko
, M.
Weyers
, and M.
Kneissl
, J. Cryst. Growth
377
, 32
(2013
). 12.
H.
Hirayama
, J.
Norimatsu
, N.
Noguchi
, S.
Fujikawa
, T.
Takano
, K.
Tsubaki
, and N.
Kamata
, Phys. Status Solidi C
6
, S474
(2009
). 13.
J. P.
Zhang
, H. M.
Wang
, M. E.
Gaevski
, C. Q.
Chen
, Q.
Fareed
, J. W.
Yang
, G.
Simin
, and M. A.
Khan
, Appl. Phys. Lett.
80
, 3542
(2002
). 14.
H.-M.
Wang
, J.-P.
Zhang
, C.-Q.
Chen
, Q.
Fareed
, J.-W.
Yang
, and M. A.
Khan
, Appl. Phys. Lett.
81
, 604
(2002
). 15.
Y.-S.
Liu
, Z.
Lochner
, T.-T.
Kao
, M. M.
Satter
, X.-H.
Li
, J.-H.
Ryou
, S.-C.
Shen
, P. D.
Yoder
, T.
Detchprohm
, R. D.
Dupuis
, Y.
Wei
, H.
Xie
, A.
Fischer
, and F.
Ponce
, Phys. Status Solidi C
11
, 258
(2014
). 16.
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.
Dupuis
, Appl. Phys. Lett.
106
, 041115
(2015
). 17.
H.
Miyake
, G.
Nishio
, S.
Suzuki
, K.
Hiramatsu
, H.
Fukuyama
, J.
Kaur
, and N.
Kuwano
, Appl. Phys. Express
9
, 025501
(2016
). 18.
R.
Dalmau
, B.
Moody
, R.
Schlesser
, S.
Mita
, J.
Xie
, M.
Feneberg
, B.
Neuschl
, K.
Thonke
, R.
Collazo
, A.
Rice
, J.
Tweedie
, and Z.
Sitar
, J. Electrochem. Soc.
158
, H530
(2011
). 19.
P.
Reddy
, F.
Kaess
, J.
Tweedie
, R.
Kirste
, S.
Mita
, R.
Collazo
, and Z.
Sitar
, Appl. Phys. Lett.
111
, 152101
(2017
). 20.
P.
Reddy
, S.
Washiyama
, F.
Kaess
, R.
Kirste
, S.
Mita
, R.
Collazo
, and Z.
Sitar
, J. Appl. Phys.
122
, 245702
(2017
). 21.
Q.
Guo
, R.
Kirste
, S.
Mita
, J.
Tweedie
, P.
Reddy
, S.
Washiyama
, M. H.
Breckenridge
, R.
Collazo
, and Z.
Sitar
, Jpn. J. Appl. Phys.
58
, SCCC10
(2019
). 22.
A.
Pinos
, S.
Marcinkevičius
, K.
Liu
, M. S.
Shur
, E.
Kuokštis
, G.
Tamulaitis
, R.
Gaska
, J.
Yang
, and W.
Sun
, Appl. Phys. Lett.
92
, 061907
(2008
). 23.
S.
Ichikawa
, Y.
Iwata
, M.
Funato
, S.
Nagata
, and Y.
Kawakami
, Appl. Phys. Lett.
104
, 252102
(2014
). 24.
A.
Kuramata
, K.
Domen
, R.
Soejima
, K.
Horino
, S.
Kubota
, and T.
Tanahashi
, J. Cryst. Growth
189–190
, 826
(1998
). 25.
W. W.
Chow
, H.
Amano
, T.
Takeuchi
, and J.
Han
, Appl. Phys. Lett.
75
, 244
(1999
). 26.
N.
Grandjean
, B.
Damilano
, S.
Dalmasso
, M.
Leroux
, M.
Laügt
, and J.
Massies
, J. Appl. Phys.
86
, 3714
(1999
). 27.
T.
Takeuchi
, S.
Sota
, M.
Katsuragawa
, M.
Komori
, H.
Takeuchi
, H.
Amano
, and I.
Akasaki
, Jpn. J. Appl. Phys.
36
, L382
(1997
). 28.
T.
Takeuchi
, C.
Wetzel
, S.
Yamaguchi
, H.
Sakai
, H.
Amano
, I.
Akasaki
, Y.
Kaneko
, S.
Nakagawa
, Y.
Yamaoka
, and N.
Yamada
, Appl. Phys. Lett.
73
, 1691
(1998
). 29.
E.
Kuokstis
, C. Q.
Chen
, M. E.
Gaevski
, W. H.
Sun
, J. W.
Yang
, G.
Simin
, M.
Asif Khan
, H. P.
Maruska
, D. W.
Hill
, M. C.
Chou
, J. J.
Gallagher
, and B.
Chai
, Appl. Phys. Lett.
81
, 4130
(2002
). 30.
A.
Bonfiglio
, M.
Lomascolo
, G.
Traetta
, R.
Cingolani
, A.
Di Carlo
, F.
Della Sala
, P.
Lugli
, A.
Botchkarev
, and H.
Morkoc
, J. Appl. Phys.
87
, 2289
(2000
). 31.
M.
Leroux
, N.
Grandjean
, J.
Massies
, B.
Gil
, P.
Lefebvre
, and P.
Bigenwald
, Phys. Rev. B
60
, 1496
(1999
). 32.
J.
Zhang
, H.
Zhao
, and N.
Tansu
, Appl. Phys. Lett.
98
, 171111
(2011
). 33.
J.
Piprek
, Nitride Semiconductor Devices Principle and Simulation
(Wiley-VCH
, 2007
).34.
A.
Chakraborty
, B. A.
Haskell
, S.
Keller
, J. S.
Speck
, S. P.
Denbaars
, S.
Nakamura
, and U. K.
Mishra
, Jpn. J. Appl. Phys.
44
, L173
(2005
). 35.
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
). 36.
K.
Kojima
, A. A.
Yamaguchi
, M.
Funato
, Y.
Kawakami
, and S.
Noda
, J. Appl. Phys.
110
, 043115
(2011
). 37.
R. G.
Banal
, Y.
Taniyasu
, and H.
Yamamoto
, Appl. Phys. Lett.
105
, 053104
(2014
). 38.
I.
Bryan
, Z.
Bryan
, M.
Bobea
, L.
Hussey
, R.
Kirste
, R.
Collazo
, and Z.
Sitar
, J. Appl. Phys.
116
, 133517
(2014
). 39.
I.
Bryan
, Al-Rich AlGaN and AlN Growth on Bulk AlN Single Crystal Substrates
(North Carolina State University
, 2015
).40.
Z. A.
Bryan
, Point Defect Identification and Management for Sub-300 Nm Light Emitting Diodes and Laser Diodes Grown on Bulk AlN Substrates
(North Carolina State University
, 2015
).41.
A.
Rice
, R.
Collazo
, J.
Tweedie
, R.
Dalmau
, S.
Mita
, J.
Xie
, and Z.
Sitar
, J. Appl. Phys.
108
, 043510
(2010
). 42.
I.
Bryan
, C. R.
Akouala
, J.
Tweedie
, Z.
Bryan
, A.
Rice
, R.
Kirste
, R.
Collazo
, and Z.
Sitar
, Phys. Status Solidi C Curr. Top. Solid State Phys.
11
, 454
(2014
). 43.
I.
Bryan
, A.
Rice
, L.
Hussey
, Z.
Bryan
, M.
Bobea
, S.
Mita
, J.
Xie
, R.
Kirste
, R.
Collazo
, and Z.
Sitar
, Appl. Phys. Lett.
102
, 061602
(2013
). 44.
J.
Houston Dycus
, S.
Washiyama
, T. B.
Eldred
, Y.
Guan
, R.
Kirste
, S.
Mita
, Z.
Sitar
, R.
Collazo
, and J. M.
LeBeau
, Appl. Phys. Lett.
114
, 031602
(2019
). 45.
Q.
Guo
, R.
Kirste
, P.
Reddy
, S.
Mita
, Y.
Guan
, R.
Collazo
, and Z.
Sitar
, in 2019 IEEE Research and Applications of Photonics in Defense Conference
(IEEE
, 2019
), pp. 1
–4
.46.
M.
Rigler
, M.
Zgonik
, M. P.
Hoffmann
, R.
Kirste
, M.
Bobea
, R.
Collazo
, Z.
Sitar
, S.
Mita
, and M.
Gerhold
, Appl. Phys. Lett.
102
, 221106
(2013
). 47.
W.
Guo
, Z.
Bryan
, J.
Xie
, R.
Kirste
, S.
Mita
, I.
Bryan
, L.
Hussey
, M.
Bobea
, B.
Haidet
, M.
Gerhold
, R.
Collazo
, and Z.
Sitar
, J. Appl. Phys.
115
, 103108
(2014
). 48.
H.
Yoshida
, M.
Kuwabara
, Y.
Yamashita
, Y.
Takagi
, K.
Uchiyama
, and H.
Kan
, New J. Phys.
11
, 125013
(2009
). 49.
M.
Martens
, C.
Kuhn
, T.
Simoneit
, S.
Hagedorn
, A.
Knauer
, T.
Wernicke
, M.
Weyers
, and M.
Kneissl
, Appl. Phys. Lett.
110
, 081103
(2017
). 50.
T.
Deguchi
, T.
Azuhata
, T.
Sota
, S.
Chichibu
, and S.
Nakamura
, Mater. Sci. Eng. B
50
, 251
(1997
). 51.
Q.
Guo
, R.
Kirste
, P.
Reddy
, S.
Mita
, R.
Collazo
, and Z.
Sitar
, in 2019 IEEE Research and Applications of Photonics in Defense Conference
(IEEE
, 2018
), pp. 131
–134
.52.
M. L.
Nakarmi
, K. H.
Kim
, M.
Khizar
, Z. Y.
Fan
, J. Y.
Lin
, and H. X.
Jiang
, Appl. Phys. Lett.
86
, 092108
(2005
). 53.
M. L.
Nakarmi
, N.
Nepal
, J. Y.
Lin
, and H. X.
Jiang
, Appl. Phys. Lett.
94
, 091903
(2009
). 54.
B.
Sarkar
, S.
Washiyama
, M. H.
Breckenridge
, A.
Klump
, J. N.
Baker
, P.
Reddy
, J.
Tweedie
, S.
Mita
, R.
Kirste
, D. L.
Irving
, R.
Collazo
, and Z.
Sitar
, ECS Trans.
86
, 25
(2018
). © 2019 Author(s).
2019
Author(s)
You do not currently have access to this content.
