Abstract

We report the design and optical characterization of fully suspended wire waveguides and photonic crystal (PhC) membranes fabricated on a gallium nitride layer grown on silicon substrate operating at 1.5 μm. W1-type PhC waveguides are coupled with suspended wires and are investigated using a standard end-fire setup. The experimental and theoretical dispersion properties of the propagating modes in the wires and photonic-crystal waveguides are shown. Modified L3 cavities with quality factors of up to 2200 and heterostructure cavities with quality factors of up to 5400 are experimentally demonstrated.

© 2012 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. S. N. Mohammad, A. A. Salvador, and H. Morkoç, Proc. IEEE 83, 1306 (1995).
    [CrossRef]
  2. H. Matsubara, S. Yoshimoto, H. Saito, Y. Jianglin, Y. Tanaka, and S. Noda, Science 319, 445 (2008).
    [CrossRef]
  3. A. David, T. Fujii, R. Sharma, K. McGroddy, S. Nakamura, S. P. DenBaars, E. L. Hu, C. Weisbuch, and H. Benisty, Appl. Phys. Lett. 88, 061124 (2006).
    [CrossRef]
  4. C. Meier, K. Hennessy, E. D. Haberer, R. Sharma, Y.-S. Choi, K. McGroddy, S. Keller, S. P. DenBaars, S. Nakamura, and E. L. Hu, Appl. Phys. Lett. 88, 031111 (2006).
    [CrossRef]
  5. N. Vico Triviño, G. Rossbach, U. Dharanipathy, J. Levrat, A. Castiglia, J.-F. Carlin, K. A. Atlasov, R. Butté, R. Houdré, and N. Grandjean, Appl. Phys. Lett. 100, 071103 (2012).
    [CrossRef]
  6. A. Talneau, K. H. Lee, S. Guilet, and I. Sagnes, Appl. Phys. Lett. 92, 061105 (2008).
    [CrossRef]
  7. J. P. Hugonin, P. Lalanne, T. P. White, and T. F. Krauss, Opt. Lett. 32, 2638 (2007).
    [CrossRef]
  8. N. Le Thomas, R. Houdré, M. V. Kotlyar, D. OBrien, and T. F. Krauss, J. Opt. Soc. Am. B 24, 2964 (2007).
    [CrossRef]
  9. L. C. Andreani and D. Gerace, Phys. Rev. B 73, 235114 (2006).
    [CrossRef]
  10. Y. Akahane, T. Asano, B. Song, and S. Noda, Nature 425, 944 (2003).
    [CrossRef]
  11. B. Song, S. Noda, T. Asano, and Y. Akahane, Nat. Materials 4, 207 (2005).
    [CrossRef]
  12. A. Talneau, K. H. Lee, and I. Sagnes, IEEE Photon. Technol. Lett. 21, 775 (2009).
    [CrossRef]

2012 (1)

N. Vico Triviño, G. Rossbach, U. Dharanipathy, J. Levrat, A. Castiglia, J.-F. Carlin, K. A. Atlasov, R. Butté, R. Houdré, and N. Grandjean, Appl. Phys. Lett. 100, 071103 (2012).
[CrossRef]

2009 (1)

A. Talneau, K. H. Lee, and I. Sagnes, IEEE Photon. Technol. Lett. 21, 775 (2009).
[CrossRef]

2008 (2)

A. Talneau, K. H. Lee, S. Guilet, and I. Sagnes, Appl. Phys. Lett. 92, 061105 (2008).
[CrossRef]

H. Matsubara, S. Yoshimoto, H. Saito, Y. Jianglin, Y. Tanaka, and S. Noda, Science 319, 445 (2008).
[CrossRef]

2007 (2)

2006 (3)

L. C. Andreani and D. Gerace, Phys. Rev. B 73, 235114 (2006).
[CrossRef]

A. David, T. Fujii, R. Sharma, K. McGroddy, S. Nakamura, S. P. DenBaars, E. L. Hu, C. Weisbuch, and H. Benisty, Appl. Phys. Lett. 88, 061124 (2006).
[CrossRef]

C. Meier, K. Hennessy, E. D. Haberer, R. Sharma, Y.-S. Choi, K. McGroddy, S. Keller, S. P. DenBaars, S. Nakamura, and E. L. Hu, Appl. Phys. Lett. 88, 031111 (2006).
[CrossRef]

2005 (1)

B. Song, S. Noda, T. Asano, and Y. Akahane, Nat. Materials 4, 207 (2005).
[CrossRef]

2003 (1)

Y. Akahane, T. Asano, B. Song, and S. Noda, Nature 425, 944 (2003).
[CrossRef]

1995 (1)

S. N. Mohammad, A. A. Salvador, and H. Morkoç, Proc. IEEE 83, 1306 (1995).
[CrossRef]

Akahane, Y.

B. Song, S. Noda, T. Asano, and Y. Akahane, Nat. Materials 4, 207 (2005).
[CrossRef]

Y. Akahane, T. Asano, B. Song, and S. Noda, Nature 425, 944 (2003).
[CrossRef]

Andreani, L. C.

L. C. Andreani and D. Gerace, Phys. Rev. B 73, 235114 (2006).
[CrossRef]

Asano, T.

B. Song, S. Noda, T. Asano, and Y. Akahane, Nat. Materials 4, 207 (2005).
[CrossRef]

Y. Akahane, T. Asano, B. Song, and S. Noda, Nature 425, 944 (2003).
[CrossRef]

Atlasov, K. A.

N. Vico Triviño, G. Rossbach, U. Dharanipathy, J. Levrat, A. Castiglia, J.-F. Carlin, K. A. Atlasov, R. Butté, R. Houdré, and N. Grandjean, Appl. Phys. Lett. 100, 071103 (2012).
[CrossRef]

Benisty, H.

A. David, T. Fujii, R. Sharma, K. McGroddy, S. Nakamura, S. P. DenBaars, E. L. Hu, C. Weisbuch, and H. Benisty, Appl. Phys. Lett. 88, 061124 (2006).
[CrossRef]

Butté, R.

N. Vico Triviño, G. Rossbach, U. Dharanipathy, J. Levrat, A. Castiglia, J.-F. Carlin, K. A. Atlasov, R. Butté, R. Houdré, and N. Grandjean, Appl. Phys. Lett. 100, 071103 (2012).
[CrossRef]

Carlin, J.-F.

N. Vico Triviño, G. Rossbach, U. Dharanipathy, J. Levrat, A. Castiglia, J.-F. Carlin, K. A. Atlasov, R. Butté, R. Houdré, and N. Grandjean, Appl. Phys. Lett. 100, 071103 (2012).
[CrossRef]

Castiglia, A.

N. Vico Triviño, G. Rossbach, U. Dharanipathy, J. Levrat, A. Castiglia, J.-F. Carlin, K. A. Atlasov, R. Butté, R. Houdré, and N. Grandjean, Appl. Phys. Lett. 100, 071103 (2012).
[CrossRef]

Choi, Y.-S.

C. Meier, K. Hennessy, E. D. Haberer, R. Sharma, Y.-S. Choi, K. McGroddy, S. Keller, S. P. DenBaars, S. Nakamura, and E. L. Hu, Appl. Phys. Lett. 88, 031111 (2006).
[CrossRef]

David, A.

A. David, T. Fujii, R. Sharma, K. McGroddy, S. Nakamura, S. P. DenBaars, E. L. Hu, C. Weisbuch, and H. Benisty, Appl. Phys. Lett. 88, 061124 (2006).
[CrossRef]

DenBaars, S. P.

A. David, T. Fujii, R. Sharma, K. McGroddy, S. Nakamura, S. P. DenBaars, E. L. Hu, C. Weisbuch, and H. Benisty, Appl. Phys. Lett. 88, 061124 (2006).
[CrossRef]

C. Meier, K. Hennessy, E. D. Haberer, R. Sharma, Y.-S. Choi, K. McGroddy, S. Keller, S. P. DenBaars, S. Nakamura, and E. L. Hu, Appl. Phys. Lett. 88, 031111 (2006).
[CrossRef]

Dharanipathy, U.

N. Vico Triviño, G. Rossbach, U. Dharanipathy, J. Levrat, A. Castiglia, J.-F. Carlin, K. A. Atlasov, R. Butté, R. Houdré, and N. Grandjean, Appl. Phys. Lett. 100, 071103 (2012).
[CrossRef]

Fujii, T.

A. David, T. Fujii, R. Sharma, K. McGroddy, S. Nakamura, S. P. DenBaars, E. L. Hu, C. Weisbuch, and H. Benisty, Appl. Phys. Lett. 88, 061124 (2006).
[CrossRef]

Gerace, D.

L. C. Andreani and D. Gerace, Phys. Rev. B 73, 235114 (2006).
[CrossRef]

Grandjean, N.

N. Vico Triviño, G. Rossbach, U. Dharanipathy, J. Levrat, A. Castiglia, J.-F. Carlin, K. A. Atlasov, R. Butté, R. Houdré, and N. Grandjean, Appl. Phys. Lett. 100, 071103 (2012).
[CrossRef]

Guilet, S.

A. Talneau, K. H. Lee, S. Guilet, and I. Sagnes, Appl. Phys. Lett. 92, 061105 (2008).
[CrossRef]

Haberer, E. D.

C. Meier, K. Hennessy, E. D. Haberer, R. Sharma, Y.-S. Choi, K. McGroddy, S. Keller, S. P. DenBaars, S. Nakamura, and E. L. Hu, Appl. Phys. Lett. 88, 031111 (2006).
[CrossRef]

Hennessy, K.

C. Meier, K. Hennessy, E. D. Haberer, R. Sharma, Y.-S. Choi, K. McGroddy, S. Keller, S. P. DenBaars, S. Nakamura, and E. L. Hu, Appl. Phys. Lett. 88, 031111 (2006).
[CrossRef]

Houdré, R.

N. Vico Triviño, G. Rossbach, U. Dharanipathy, J. Levrat, A. Castiglia, J.-F. Carlin, K. A. Atlasov, R. Butté, R. Houdré, and N. Grandjean, Appl. Phys. Lett. 100, 071103 (2012).
[CrossRef]

N. Le Thomas, R. Houdré, M. V. Kotlyar, D. OBrien, and T. F. Krauss, J. Opt. Soc. Am. B 24, 2964 (2007).
[CrossRef]

Hu, E. L.

C. Meier, K. Hennessy, E. D. Haberer, R. Sharma, Y.-S. Choi, K. McGroddy, S. Keller, S. P. DenBaars, S. Nakamura, and E. L. Hu, Appl. Phys. Lett. 88, 031111 (2006).
[CrossRef]

A. David, T. Fujii, R. Sharma, K. McGroddy, S. Nakamura, S. P. DenBaars, E. L. Hu, C. Weisbuch, and H. Benisty, Appl. Phys. Lett. 88, 061124 (2006).
[CrossRef]

Hugonin, J. P.

Jianglin, Y.

H. Matsubara, S. Yoshimoto, H. Saito, Y. Jianglin, Y. Tanaka, and S. Noda, Science 319, 445 (2008).
[CrossRef]

Keller, S.

C. Meier, K. Hennessy, E. D. Haberer, R. Sharma, Y.-S. Choi, K. McGroddy, S. Keller, S. P. DenBaars, S. Nakamura, and E. L. Hu, Appl. Phys. Lett. 88, 031111 (2006).
[CrossRef]

Kotlyar, M. V.

Krauss, T. F.

Lalanne, P.

Le Thomas, N.

Lee, K. H.

A. Talneau, K. H. Lee, and I. Sagnes, IEEE Photon. Technol. Lett. 21, 775 (2009).
[CrossRef]

A. Talneau, K. H. Lee, S. Guilet, and I. Sagnes, Appl. Phys. Lett. 92, 061105 (2008).
[CrossRef]

Levrat, J.

N. Vico Triviño, G. Rossbach, U. Dharanipathy, J. Levrat, A. Castiglia, J.-F. Carlin, K. A. Atlasov, R. Butté, R. Houdré, and N. Grandjean, Appl. Phys. Lett. 100, 071103 (2012).
[CrossRef]

Matsubara, H.

H. Matsubara, S. Yoshimoto, H. Saito, Y. Jianglin, Y. Tanaka, and S. Noda, Science 319, 445 (2008).
[CrossRef]

McGroddy, K.

A. David, T. Fujii, R. Sharma, K. McGroddy, S. Nakamura, S. P. DenBaars, E. L. Hu, C. Weisbuch, and H. Benisty, Appl. Phys. Lett. 88, 061124 (2006).
[CrossRef]

C. Meier, K. Hennessy, E. D. Haberer, R. Sharma, Y.-S. Choi, K. McGroddy, S. Keller, S. P. DenBaars, S. Nakamura, and E. L. Hu, Appl. Phys. Lett. 88, 031111 (2006).
[CrossRef]

Meier, C.

C. Meier, K. Hennessy, E. D. Haberer, R. Sharma, Y.-S. Choi, K. McGroddy, S. Keller, S. P. DenBaars, S. Nakamura, and E. L. Hu, Appl. Phys. Lett. 88, 031111 (2006).
[CrossRef]

Mohammad, S. N.

S. N. Mohammad, A. A. Salvador, and H. Morkoç, Proc. IEEE 83, 1306 (1995).
[CrossRef]

Morkoç, H.

S. N. Mohammad, A. A. Salvador, and H. Morkoç, Proc. IEEE 83, 1306 (1995).
[CrossRef]

Nakamura, S.

A. David, T. Fujii, R. Sharma, K. McGroddy, S. Nakamura, S. P. DenBaars, E. L. Hu, C. Weisbuch, and H. Benisty, Appl. Phys. Lett. 88, 061124 (2006).
[CrossRef]

C. Meier, K. Hennessy, E. D. Haberer, R. Sharma, Y.-S. Choi, K. McGroddy, S. Keller, S. P. DenBaars, S. Nakamura, and E. L. Hu, Appl. Phys. Lett. 88, 031111 (2006).
[CrossRef]

Noda, S.

H. Matsubara, S. Yoshimoto, H. Saito, Y. Jianglin, Y. Tanaka, and S. Noda, Science 319, 445 (2008).
[CrossRef]

B. Song, S. Noda, T. Asano, and Y. Akahane, Nat. Materials 4, 207 (2005).
[CrossRef]

Y. Akahane, T. Asano, B. Song, and S. Noda, Nature 425, 944 (2003).
[CrossRef]

OBrien, D.

Rossbach, G.

N. Vico Triviño, G. Rossbach, U. Dharanipathy, J. Levrat, A. Castiglia, J.-F. Carlin, K. A. Atlasov, R. Butté, R. Houdré, and N. Grandjean, Appl. Phys. Lett. 100, 071103 (2012).
[CrossRef]

Sagnes, I.

A. Talneau, K. H. Lee, and I. Sagnes, IEEE Photon. Technol. Lett. 21, 775 (2009).
[CrossRef]

A. Talneau, K. H. Lee, S. Guilet, and I. Sagnes, Appl. Phys. Lett. 92, 061105 (2008).
[CrossRef]

Saito, H.

H. Matsubara, S. Yoshimoto, H. Saito, Y. Jianglin, Y. Tanaka, and S. Noda, Science 319, 445 (2008).
[CrossRef]

Salvador, A. A.

S. N. Mohammad, A. A. Salvador, and H. Morkoç, Proc. IEEE 83, 1306 (1995).
[CrossRef]

Sharma, R.

A. David, T. Fujii, R. Sharma, K. McGroddy, S. Nakamura, S. P. DenBaars, E. L. Hu, C. Weisbuch, and H. Benisty, Appl. Phys. Lett. 88, 061124 (2006).
[CrossRef]

C. Meier, K. Hennessy, E. D. Haberer, R. Sharma, Y.-S. Choi, K. McGroddy, S. Keller, S. P. DenBaars, S. Nakamura, and E. L. Hu, Appl. Phys. Lett. 88, 031111 (2006).
[CrossRef]

Song, B.

B. Song, S. Noda, T. Asano, and Y. Akahane, Nat. Materials 4, 207 (2005).
[CrossRef]

Y. Akahane, T. Asano, B. Song, and S. Noda, Nature 425, 944 (2003).
[CrossRef]

Talneau, A.

A. Talneau, K. H. Lee, and I. Sagnes, IEEE Photon. Technol. Lett. 21, 775 (2009).
[CrossRef]

A. Talneau, K. H. Lee, S. Guilet, and I. Sagnes, Appl. Phys. Lett. 92, 061105 (2008).
[CrossRef]

Tanaka, Y.

H. Matsubara, S. Yoshimoto, H. Saito, Y. Jianglin, Y. Tanaka, and S. Noda, Science 319, 445 (2008).
[CrossRef]

Vico Triviño, N.

N. Vico Triviño, G. Rossbach, U. Dharanipathy, J. Levrat, A. Castiglia, J.-F. Carlin, K. A. Atlasov, R. Butté, R. Houdré, and N. Grandjean, Appl. Phys. Lett. 100, 071103 (2012).
[CrossRef]

Weisbuch, C.

A. David, T. Fujii, R. Sharma, K. McGroddy, S. Nakamura, S. P. DenBaars, E. L. Hu, C. Weisbuch, and H. Benisty, Appl. Phys. Lett. 88, 061124 (2006).
[CrossRef]

White, T. P.

Yoshimoto, S.

H. Matsubara, S. Yoshimoto, H. Saito, Y. Jianglin, Y. Tanaka, and S. Noda, Science 319, 445 (2008).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (4)

A. David, T. Fujii, R. Sharma, K. McGroddy, S. Nakamura, S. P. DenBaars, E. L. Hu, C. Weisbuch, and H. Benisty, Appl. Phys. Lett. 88, 061124 (2006).
[CrossRef]

C. Meier, K. Hennessy, E. D. Haberer, R. Sharma, Y.-S. Choi, K. McGroddy, S. Keller, S. P. DenBaars, S. Nakamura, and E. L. Hu, Appl. Phys. Lett. 88, 031111 (2006).
[CrossRef]

N. Vico Triviño, G. Rossbach, U. Dharanipathy, J. Levrat, A. Castiglia, J.-F. Carlin, K. A. Atlasov, R. Butté, R. Houdré, and N. Grandjean, Appl. Phys. Lett. 100, 071103 (2012).
[CrossRef]

A. Talneau, K. H. Lee, S. Guilet, and I. Sagnes, Appl. Phys. Lett. 92, 061105 (2008).
[CrossRef]

IEEE Photon. Technol. Lett. (1)

A. Talneau, K. H. Lee, and I. Sagnes, IEEE Photon. Technol. Lett. 21, 775 (2009).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. B (1)

Nat. Materials (1)

B. Song, S. Noda, T. Asano, and Y. Akahane, Nat. Materials 4, 207 (2005).
[CrossRef]

Nature (1)

Y. Akahane, T. Asano, B. Song, and S. Noda, Nature 425, 944 (2003).
[CrossRef]

Opt. Lett. (1)

Phys. Rev. B (1)

L. C. Andreani and D. Gerace, Phys. Rev. B 73, 235114 (2006).
[CrossRef]

Proc. IEEE (1)

S. N. Mohammad, A. A. Salvador, and H. Morkoç, Proc. IEEE 83, 1306 (1995).
[CrossRef]

Science (1)

H. Matsubara, S. Yoshimoto, H. Saito, Y. Jianglin, Y. Tanaka, and S. Noda, Science 319, 445 (2008).
[CrossRef]

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (5)

Fig. 1.
Fig. 1.

Scanning electron microscope (SEM) image of GaN wire waveguides suspended with tethers. Top right: inset shows the cross section at the facet of the nanowire along with the undercut. Bottom left: inset shows the photonic-crystal W1 waveguide coupled by a tapered ridge waveguide.

Fig. 2.
Fig. 2.

(a) Integrated intensity profile of the scattered light from the tethers along the propagation direction. (b) Real-space image of scattered light on top of the wire waveguide imaged with an infrared camera.

Fig. 3.
Fig. 3.

Experimental and numerical dispersion (dotted lines) of wire waveguides is shown. The folding period (G) corresponds to 0.619μm1 for all the modes. As each dispersion line is folded multiple times due to the tethers (grating), the folding order for each mode is indicated in the subscript of the mode labels.

Fig. 4.
Fig. 4.

Dispersion of W1 even-mode propagation in the GaN PhC W1 waveguide with a grating. The dotted black line is the numerical computation performed with guided-mode expansion.

Fig. 5.
Fig. 5.

(a) Emission spectrum of a modified L3 cavity side coupled with eight rows from the W1.02 waveguide. (b) Emission spectrum of an inline heterostructure cavity with a barrier width of 10 a.

Metrics