Optimum Design of InGaN Blue Laser Diodes with Indium-Tin-Oxide and Dielectric Cladding Layers

材料科学 包层(金属加工) 光电子学 二极管 氧化铟锡 等效串联电阻 激光阈值 图层(电子) 激光器 边坡效率 电压 光学 复合材料 电气工程 光纤激光器 波长 工程类 物理
作者
Chibuzo Onwukaeme,Han-Youl Ryu
出处
期刊:Nanomaterials [MDPI AG]
卷期号:14 (17): 1409-1409
标识
DOI:10.3390/nano14171409
摘要

The efficiency of current GaN-based blue laser diodes (LDs) is limited by the high resistance of a thick p-AlGaN cladding layer. To reduce the operation voltage of InGaN blue LDs, we investigated optimum LD structures with an indium tin oxide (ITO) partial cladding layer using numerical simulations of LD device characteristics such as laser power, forward voltage, and wall-plug efficiency (WPE). The wall-plug efficiency of the optimized structure with the ITO layer was found to increase by more than 20% relative to the WPE of conventional LD structures. In the optimum design, the thickness of the p-AlGaN layer decreased from 700 to 150 nm, resulting in a significantly reduced operation voltage and, hence, increased WPE. In addition, we have proposed a new type of GaN-based blue LD structure with a dielectric partial cladding layer to further reduce the optical absorption of a lasing mode. The p-cladding layer of the proposed structure consisted of SiO2, ITO, and p-AlGaN layers. In the optimized structure, the total thickness of the ITO and p-AlGaN layers was less than 100 nm, leading to significantly improved slope efficiency and operation voltage. The WPE of the optimized structure was increased relatively by 25% compared to the WPE of conventional GaN-based LD structures with a p-AlGaN cladding layer. The investigated LD structures employing the ITO and SiO2 cladding layers are expected to significantly enhance the WPE of high-power GaN-based blue LDs.
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