Abstract

An ordered hexagonal closed-packed nanopillar array is fabricated on GaN. A metal coating is then applied to encapsulate the pillars for promoting optical confinement within the cylindrical cavity. Room-temperature lasing at 373 nm is observed under pulsed excitation, at a lasing threshold of 0.42MW/cm2. With pillar diameters of around 980 nm, the number of modes overlapping the emission spectrum is reduced, giving rise to single-mode whispering gallery stimulated emission. Finite-difference time-domain simulations are carried out for the prediction of resonant frequencies and electric field patterns corresponding to the resonant modes.

© 2012 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. Y. Higuchi, K. Omae, H. Matsumura, and T. Mukai, Appl. Phys. Express 1, 121102 (2008).
    [CrossRef]
  2. T. C. Lu, C. C. Kao, H. C. Kuo, G. S. Huang, and S. C. Wang, Appl. Phys. Lett. 92, 141102 (2008).
    [CrossRef]
  3. J. F. Carlin, J. Dorsaz, E. Feltin, R. Butté, N. Grandjean, and M. Ilegems, Appl. Phys. Lett. 86, 031107 (2005).
    [CrossRef]
  4. J. Y. Zhang, L. E. Cai, B. P. Zhang, X. L. Hu, F. Jiang, J. Z. Yu, and Q. M. Wang, J. Lightwave Technol. 27, 55 (2009).
    [CrossRef]
  5. W. S. Wong, T. Sands, N. W. Cheung, M. Kneissl, D. P. Bour, P. Mei, L. T. Romano, and N. M. Johnson, Appl. Phys. Lett. 75, 1360 (1999).
    [CrossRef]
  6. S. Chang, N. B. Rex, R. K. Chang, G. Chong, and L. J. Guido, Appl. Phys. Lett. 75, 166 (1999).
    [CrossRef]
  7. D. Simeonov, E. Feltin, H. J. Bühlmann, T. Zhu, A. Castiglia, M. Mosca, J.-F. Carlin, R. Butté, and N. Grandjean, Appl. Phys. Lett. 90, 061106 (2007).
    [CrossRef]
  8. H. W. Choi, K. N. Hui, P. T. Lai, P. Chen, X. H. Zhang, S. Tripathy, J. H. Teng, and S. J. Chua, Appl. Phys. Lett. 89, 211101 (2006).
    [CrossRef]
  9. K. H. Li and H. W. Choi, J. Appl. Phys. 110, 053104 (2011).
    [CrossRef]
  10. D. R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, 82nd ed. (CRC Press, 2001).
  11. G. F. Neumark, I. Kuskovsky, and H. X. Jiang, Wide Bandgap Light-Emitting Materials and Devices (Wiley, 2007).
  12. A. C. Tamboli, E. D. Haberer, R. Sharma, K. H. Lee, S. Nakamura, and E. L. Hu, Nat. Photon. 1, 61 (2007).
    [CrossRef]
  13. V. M. Apalkov and M. E. Raikh, Phys. Rev. B 70, 195317 (2004).
    [CrossRef]

2011 (1)

K. H. Li and H. W. Choi, J. Appl. Phys. 110, 053104 (2011).
[CrossRef]

2009 (1)

2008 (2)

Y. Higuchi, K. Omae, H. Matsumura, and T. Mukai, Appl. Phys. Express 1, 121102 (2008).
[CrossRef]

T. C. Lu, C. C. Kao, H. C. Kuo, G. S. Huang, and S. C. Wang, Appl. Phys. Lett. 92, 141102 (2008).
[CrossRef]

2007 (2)

A. C. Tamboli, E. D. Haberer, R. Sharma, K. H. Lee, S. Nakamura, and E. L. Hu, Nat. Photon. 1, 61 (2007).
[CrossRef]

D. Simeonov, E. Feltin, H. J. Bühlmann, T. Zhu, A. Castiglia, M. Mosca, J.-F. Carlin, R. Butté, and N. Grandjean, Appl. Phys. Lett. 90, 061106 (2007).
[CrossRef]

2006 (1)

H. W. Choi, K. N. Hui, P. T. Lai, P. Chen, X. H. Zhang, S. Tripathy, J. H. Teng, and S. J. Chua, Appl. Phys. Lett. 89, 211101 (2006).
[CrossRef]

2005 (1)

J. F. Carlin, J. Dorsaz, E. Feltin, R. Butté, N. Grandjean, and M. Ilegems, Appl. Phys. Lett. 86, 031107 (2005).
[CrossRef]

2004 (1)

V. M. Apalkov and M. E. Raikh, Phys. Rev. B 70, 195317 (2004).
[CrossRef]

1999 (2)

W. S. Wong, T. Sands, N. W. Cheung, M. Kneissl, D. P. Bour, P. Mei, L. T. Romano, and N. M. Johnson, Appl. Phys. Lett. 75, 1360 (1999).
[CrossRef]

S. Chang, N. B. Rex, R. K. Chang, G. Chong, and L. J. Guido, Appl. Phys. Lett. 75, 166 (1999).
[CrossRef]

Apalkov, V. M.

V. M. Apalkov and M. E. Raikh, Phys. Rev. B 70, 195317 (2004).
[CrossRef]

Bour, D. P.

W. S. Wong, T. Sands, N. W. Cheung, M. Kneissl, D. P. Bour, P. Mei, L. T. Romano, and N. M. Johnson, Appl. Phys. Lett. 75, 1360 (1999).
[CrossRef]

Bühlmann, H. J.

D. Simeonov, E. Feltin, H. J. Bühlmann, T. Zhu, A. Castiglia, M. Mosca, J.-F. Carlin, R. Butté, and N. Grandjean, Appl. Phys. Lett. 90, 061106 (2007).
[CrossRef]

Butté, R.

D. Simeonov, E. Feltin, H. J. Bühlmann, T. Zhu, A. Castiglia, M. Mosca, J.-F. Carlin, R. Butté, and N. Grandjean, Appl. Phys. Lett. 90, 061106 (2007).
[CrossRef]

J. F. Carlin, J. Dorsaz, E. Feltin, R. Butté, N. Grandjean, and M. Ilegems, Appl. Phys. Lett. 86, 031107 (2005).
[CrossRef]

Cai, L. E.

Carlin, J. F.

J. F. Carlin, J. Dorsaz, E. Feltin, R. Butté, N. Grandjean, and M. Ilegems, Appl. Phys. Lett. 86, 031107 (2005).
[CrossRef]

Carlin, J.-F.

D. Simeonov, E. Feltin, H. J. Bühlmann, T. Zhu, A. Castiglia, M. Mosca, J.-F. Carlin, R. Butté, and N. Grandjean, Appl. Phys. Lett. 90, 061106 (2007).
[CrossRef]

Castiglia, A.

D. Simeonov, E. Feltin, H. J. Bühlmann, T. Zhu, A. Castiglia, M. Mosca, J.-F. Carlin, R. Butté, and N. Grandjean, Appl. Phys. Lett. 90, 061106 (2007).
[CrossRef]

Chang, R. K.

S. Chang, N. B. Rex, R. K. Chang, G. Chong, and L. J. Guido, Appl. Phys. Lett. 75, 166 (1999).
[CrossRef]

Chang, S.

S. Chang, N. B. Rex, R. K. Chang, G. Chong, and L. J. Guido, Appl. Phys. Lett. 75, 166 (1999).
[CrossRef]

Chen, P.

H. W. Choi, K. N. Hui, P. T. Lai, P. Chen, X. H. Zhang, S. Tripathy, J. H. Teng, and S. J. Chua, Appl. Phys. Lett. 89, 211101 (2006).
[CrossRef]

Cheung, N. W.

W. S. Wong, T. Sands, N. W. Cheung, M. Kneissl, D. P. Bour, P. Mei, L. T. Romano, and N. M. Johnson, Appl. Phys. Lett. 75, 1360 (1999).
[CrossRef]

Choi, H. W.

K. H. Li and H. W. Choi, J. Appl. Phys. 110, 053104 (2011).
[CrossRef]

H. W. Choi, K. N. Hui, P. T. Lai, P. Chen, X. H. Zhang, S. Tripathy, J. H. Teng, and S. J. Chua, Appl. Phys. Lett. 89, 211101 (2006).
[CrossRef]

Chong, G.

S. Chang, N. B. Rex, R. K. Chang, G. Chong, and L. J. Guido, Appl. Phys. Lett. 75, 166 (1999).
[CrossRef]

Chua, S. J.

H. W. Choi, K. N. Hui, P. T. Lai, P. Chen, X. H. Zhang, S. Tripathy, J. H. Teng, and S. J. Chua, Appl. Phys. Lett. 89, 211101 (2006).
[CrossRef]

Dorsaz, J.

J. F. Carlin, J. Dorsaz, E. Feltin, R. Butté, N. Grandjean, and M. Ilegems, Appl. Phys. Lett. 86, 031107 (2005).
[CrossRef]

Feltin, E.

D. Simeonov, E. Feltin, H. J. Bühlmann, T. Zhu, A. Castiglia, M. Mosca, J.-F. Carlin, R. Butté, and N. Grandjean, Appl. Phys. Lett. 90, 061106 (2007).
[CrossRef]

J. F. Carlin, J. Dorsaz, E. Feltin, R. Butté, N. Grandjean, and M. Ilegems, Appl. Phys. Lett. 86, 031107 (2005).
[CrossRef]

Grandjean, N.

D. Simeonov, E. Feltin, H. J. Bühlmann, T. Zhu, A. Castiglia, M. Mosca, J.-F. Carlin, R. Butté, and N. Grandjean, Appl. Phys. Lett. 90, 061106 (2007).
[CrossRef]

J. F. Carlin, J. Dorsaz, E. Feltin, R. Butté, N. Grandjean, and M. Ilegems, Appl. Phys. Lett. 86, 031107 (2005).
[CrossRef]

Guido, L. J.

S. Chang, N. B. Rex, R. K. Chang, G. Chong, and L. J. Guido, Appl. Phys. Lett. 75, 166 (1999).
[CrossRef]

Haberer, E. D.

A. C. Tamboli, E. D. Haberer, R. Sharma, K. H. Lee, S. Nakamura, and E. L. Hu, Nat. Photon. 1, 61 (2007).
[CrossRef]

Higuchi, Y.

Y. Higuchi, K. Omae, H. Matsumura, and T. Mukai, Appl. Phys. Express 1, 121102 (2008).
[CrossRef]

Hu, E. L.

A. C. Tamboli, E. D. Haberer, R. Sharma, K. H. Lee, S. Nakamura, and E. L. Hu, Nat. Photon. 1, 61 (2007).
[CrossRef]

Hu, X. L.

Huang, G. S.

T. C. Lu, C. C. Kao, H. C. Kuo, G. S. Huang, and S. C. Wang, Appl. Phys. Lett. 92, 141102 (2008).
[CrossRef]

Hui, K. N.

H. W. Choi, K. N. Hui, P. T. Lai, P. Chen, X. H. Zhang, S. Tripathy, J. H. Teng, and S. J. Chua, Appl. Phys. Lett. 89, 211101 (2006).
[CrossRef]

Ilegems, M.

J. F. Carlin, J. Dorsaz, E. Feltin, R. Butté, N. Grandjean, and M. Ilegems, Appl. Phys. Lett. 86, 031107 (2005).
[CrossRef]

Jiang, F.

Jiang, H. X.

G. F. Neumark, I. Kuskovsky, and H. X. Jiang, Wide Bandgap Light-Emitting Materials and Devices (Wiley, 2007).

Johnson, N. M.

W. S. Wong, T. Sands, N. W. Cheung, M. Kneissl, D. P. Bour, P. Mei, L. T. Romano, and N. M. Johnson, Appl. Phys. Lett. 75, 1360 (1999).
[CrossRef]

Kao, C. C.

T. C. Lu, C. C. Kao, H. C. Kuo, G. S. Huang, and S. C. Wang, Appl. Phys. Lett. 92, 141102 (2008).
[CrossRef]

Kneissl, M.

W. S. Wong, T. Sands, N. W. Cheung, M. Kneissl, D. P. Bour, P. Mei, L. T. Romano, and N. M. Johnson, Appl. Phys. Lett. 75, 1360 (1999).
[CrossRef]

Kuo, H. C.

T. C. Lu, C. C. Kao, H. C. Kuo, G. S. Huang, and S. C. Wang, Appl. Phys. Lett. 92, 141102 (2008).
[CrossRef]

Kuskovsky, I.

G. F. Neumark, I. Kuskovsky, and H. X. Jiang, Wide Bandgap Light-Emitting Materials and Devices (Wiley, 2007).

Lai, P. T.

H. W. Choi, K. N. Hui, P. T. Lai, P. Chen, X. H. Zhang, S. Tripathy, J. H. Teng, and S. J. Chua, Appl. Phys. Lett. 89, 211101 (2006).
[CrossRef]

Lee, K. H.

A. C. Tamboli, E. D. Haberer, R. Sharma, K. H. Lee, S. Nakamura, and E. L. Hu, Nat. Photon. 1, 61 (2007).
[CrossRef]

Li, K. H.

K. H. Li and H. W. Choi, J. Appl. Phys. 110, 053104 (2011).
[CrossRef]

Lide, D. R.

D. R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, 82nd ed. (CRC Press, 2001).

Lu, T. C.

T. C. Lu, C. C. Kao, H. C. Kuo, G. S. Huang, and S. C. Wang, Appl. Phys. Lett. 92, 141102 (2008).
[CrossRef]

Matsumura, H.

Y. Higuchi, K. Omae, H. Matsumura, and T. Mukai, Appl. Phys. Express 1, 121102 (2008).
[CrossRef]

Mei, P.

W. S. Wong, T. Sands, N. W. Cheung, M. Kneissl, D. P. Bour, P. Mei, L. T. Romano, and N. M. Johnson, Appl. Phys. Lett. 75, 1360 (1999).
[CrossRef]

Mosca, M.

D. Simeonov, E. Feltin, H. J. Bühlmann, T. Zhu, A. Castiglia, M. Mosca, J.-F. Carlin, R. Butté, and N. Grandjean, Appl. Phys. Lett. 90, 061106 (2007).
[CrossRef]

Mukai, T.

Y. Higuchi, K. Omae, H. Matsumura, and T. Mukai, Appl. Phys. Express 1, 121102 (2008).
[CrossRef]

Nakamura, S.

A. C. Tamboli, E. D. Haberer, R. Sharma, K. H. Lee, S. Nakamura, and E. L. Hu, Nat. Photon. 1, 61 (2007).
[CrossRef]

Neumark, G. F.

G. F. Neumark, I. Kuskovsky, and H. X. Jiang, Wide Bandgap Light-Emitting Materials and Devices (Wiley, 2007).

Omae, K.

Y. Higuchi, K. Omae, H. Matsumura, and T. Mukai, Appl. Phys. Express 1, 121102 (2008).
[CrossRef]

Raikh, M. E.

V. M. Apalkov and M. E. Raikh, Phys. Rev. B 70, 195317 (2004).
[CrossRef]

Rex, N. B.

S. Chang, N. B. Rex, R. K. Chang, G. Chong, and L. J. Guido, Appl. Phys. Lett. 75, 166 (1999).
[CrossRef]

Romano, L. T.

W. S. Wong, T. Sands, N. W. Cheung, M. Kneissl, D. P. Bour, P. Mei, L. T. Romano, and N. M. Johnson, Appl. Phys. Lett. 75, 1360 (1999).
[CrossRef]

Sands, T.

W. S. Wong, T. Sands, N. W. Cheung, M. Kneissl, D. P. Bour, P. Mei, L. T. Romano, and N. M. Johnson, Appl. Phys. Lett. 75, 1360 (1999).
[CrossRef]

Sharma, R.

A. C. Tamboli, E. D. Haberer, R. Sharma, K. H. Lee, S. Nakamura, and E. L. Hu, Nat. Photon. 1, 61 (2007).
[CrossRef]

Simeonov, D.

D. Simeonov, E. Feltin, H. J. Bühlmann, T. Zhu, A. Castiglia, M. Mosca, J.-F. Carlin, R. Butté, and N. Grandjean, Appl. Phys. Lett. 90, 061106 (2007).
[CrossRef]

Tamboli, A. C.

A. C. Tamboli, E. D. Haberer, R. Sharma, K. H. Lee, S. Nakamura, and E. L. Hu, Nat. Photon. 1, 61 (2007).
[CrossRef]

Teng, J. H.

H. W. Choi, K. N. Hui, P. T. Lai, P. Chen, X. H. Zhang, S. Tripathy, J. H. Teng, and S. J. Chua, Appl. Phys. Lett. 89, 211101 (2006).
[CrossRef]

Tripathy, S.

H. W. Choi, K. N. Hui, P. T. Lai, P. Chen, X. H. Zhang, S. Tripathy, J. H. Teng, and S. J. Chua, Appl. Phys. Lett. 89, 211101 (2006).
[CrossRef]

Wang, Q. M.

Wang, S. C.

T. C. Lu, C. C. Kao, H. C. Kuo, G. S. Huang, and S. C. Wang, Appl. Phys. Lett. 92, 141102 (2008).
[CrossRef]

Wong, W. S.

W. S. Wong, T. Sands, N. W. Cheung, M. Kneissl, D. P. Bour, P. Mei, L. T. Romano, and N. M. Johnson, Appl. Phys. Lett. 75, 1360 (1999).
[CrossRef]

Yu, J. Z.

Zhang, B. P.

Zhang, J. Y.

Zhang, X. H.

H. W. Choi, K. N. Hui, P. T. Lai, P. Chen, X. H. Zhang, S. Tripathy, J. H. Teng, and S. J. Chua, Appl. Phys. Lett. 89, 211101 (2006).
[CrossRef]

Zhu, T.

D. Simeonov, E. Feltin, H. J. Bühlmann, T. Zhu, A. Castiglia, M. Mosca, J.-F. Carlin, R. Butté, and N. Grandjean, Appl. Phys. Lett. 90, 061106 (2007).
[CrossRef]

Appl. Phys. Express (1)

Y. Higuchi, K. Omae, H. Matsumura, and T. Mukai, Appl. Phys. Express 1, 121102 (2008).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (6)

T. C. Lu, C. C. Kao, H. C. Kuo, G. S. Huang, and S. C. Wang, Appl. Phys. Lett. 92, 141102 (2008).
[CrossRef]

J. F. Carlin, J. Dorsaz, E. Feltin, R. Butté, N. Grandjean, and M. Ilegems, Appl. Phys. Lett. 86, 031107 (2005).
[CrossRef]

W. S. Wong, T. Sands, N. W. Cheung, M. Kneissl, D. P. Bour, P. Mei, L. T. Romano, and N. M. Johnson, Appl. Phys. Lett. 75, 1360 (1999).
[CrossRef]

S. Chang, N. B. Rex, R. K. Chang, G. Chong, and L. J. Guido, Appl. Phys. Lett. 75, 166 (1999).
[CrossRef]

D. Simeonov, E. Feltin, H. J. Bühlmann, T. Zhu, A. Castiglia, M. Mosca, J.-F. Carlin, R. Butté, and N. Grandjean, Appl. Phys. Lett. 90, 061106 (2007).
[CrossRef]

H. W. Choi, K. N. Hui, P. T. Lai, P. Chen, X. H. Zhang, S. Tripathy, J. H. Teng, and S. J. Chua, Appl. Phys. Lett. 89, 211101 (2006).
[CrossRef]

J. Appl. Phys. (1)

K. H. Li and H. W. Choi, J. Appl. Phys. 110, 053104 (2011).
[CrossRef]

J. Lightwave Technol. (1)

Nat. Photon. (1)

A. C. Tamboli, E. D. Haberer, R. Sharma, K. H. Lee, S. Nakamura, and E. L. Hu, Nat. Photon. 1, 61 (2007).
[CrossRef]

Phys. Rev. B (1)

V. M. Apalkov and M. E. Raikh, Phys. Rev. B 70, 195317 (2004).
[CrossRef]

Other (2)

D. R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, 82nd ed. (CRC Press, 2001).

G. F. Neumark, I. Kuskovsky, and H. X. Jiang, Wide Bandgap Light-Emitting Materials and Devices (Wiley, 2007).

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 (4)

Fig. 1.
Fig. 1.

FE-SEM images showing (a) ordered hexagonal monolayer arrays of spheres; (b) pillar array with etch depth and pillar diameter of 750 nm and 980 nm, respectively; and cross-sectional views of pillars (c) before and (d) after metal coating.

Fig. 2.
Fig. 2.

(a) R.t. PL spectra of nanopillars with various metal coatings at high excitation power density of 0.85MW/cm2. (b) PL spectra of Al-coated nanopillars under varying excitation power density, with lasing mode observed at 373 nm; the inset shows integrated PL intensity versus pump power density.

Fig. 3.
Fig. 3.

CCD-captured images of PL emission from Al-clad pillar (a) below and (b) above threshold. (c) Effects of Al coating on as-grown and nanopillar samples; the inset shows the reflectance curves for Au, Ag, and Al.

Fig. 4.
Fig. 4.

(a) FDTD-simulated spectra showing resonant characteristics of metal-clad nanopillar cavities; FDTD-computed steady-state electric field patterns of the resonant modes at (b) 365 nm and (c) 373 nm. (d) Schematic diagram showing the setup for measuring in-plane angular emission pattern. (e) Angular emission patterns of Al-clad pillars from the in-plane (black) and vertical (blue) directions. The curve in red corresponds to in-plane measurement from an as-grown sample.

Metrics