JPH0645697A - ヘテロ構造レーザ共振器とその共振器を備えたレーザ - Google Patents

ヘテロ構造レーザ共振器とその共振器を備えたレーザ

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JPH0645697A
JPH0645697A JP5126492A JP12649293A JPH0645697A JP H0645697 A JPH0645697 A JP H0645697A JP 5126492 A JP5126492 A JP 5126492A JP 12649293 A JP12649293 A JP 12649293A JP H0645697 A JPH0645697 A JP H0645697A
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シベール ジョエル
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ル シ ダング
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 非対称半導体ヘテロ構造レーザ共振器と、こ
れを備えたレーザとを開示する。 【構成】 このレーザ共振器１０は、第１面から第２面
まで変化する組成比と該第１面から該第２面まで直線的
に減少するギャップエネルギーとを有し電子ホール対の
生成と光の閉じ込めと光の導波とを行なう第１ゾーン１
と、量子井戸を含む活性放出ゾーン２である第２ゾーン
２と、第１面から第２面まで変化する組成比と該第１面
から該第２面まで増大するエネルギーギャップとを有し
第２の光の閉じ込めと光の導波とを行なう第３ゾーン３
であって活性ゾーン２が第３、第１ゾーン３、１のそれ
ぞれの前記第１面と前記第２面とに接する、前記第３ゾ
ーン３と、第３ゾーン３と基板１６との間にあるバッフ
ァゾーン４である第４ゾーン４とを有し、第１、第３ゾ
ーン１、３は、活性ゾーン２に関し非対称的で、活性ゾ
ーン２と共に非対称ＧＲＩＮＳＣＨ形構造を画定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特にマイクロレーザに
おいて使用可能な、半導体ヘテロ構造レーザ共振器に関
する。これらのマイクロレーザは、光学的または電子的
にポンピングされて、可視領域から赤外領域までの広い
波長領域において発光することができる。この発光波長
領域は、ヘテロ構造の形成のために使用される材料の関
数である。
【０００２】さらに詳述すると、レーザ共振器は、特に
さまざまな分野で応用される０．４μｍから０．６μｍ
までの波長の可視レーザ光の放出を可能とする共振器外
のポンピング源によってポンピングされる。そのような
レーザは、例えば、オーディオおよびビデオコンパクト
ディスク、レーザプリンタおよび画像再生一般における
ＣＤ−ＲＯＭ（コンパクトディスク−リードオンリーメ
モリ）、ＷＯＲＭメモリ（ライトワンス−リードメモ
リ）、磁気光学形または位相変化形の消去可能メモリ等
における情報の読取りおよび記録のために使用される。
【０００３】それはまた、例えば、バーコード読取り
器、研究所用計測器、分光器、生医学用計測器、ポイン
タ、めがね、投写型ディスクプレイ、潜水艦通信等の分
野でも使用される。
【０００４】情報の光学的読取りおよび記録において、
本発明のレーザ共振器は、記録密度の増大と、光計測の
簡単化とを可能とする。レーザプリンタにおいては、本
発明のレーザ共振器は、画像のより良い画定と、従来の
装置に比べてより速いプリント速度と、感光材料に対す
るより良い波長の適合とを可能とする。
【０００５】
【従来の技術】従来の半導体レーザにはさまざまなレー
ザ形式のものがあり、現在市販されている唯一の半導体
レーザである注入形レーザダイオードと、外部光源によ
りポンピングされるレーザ共振器を有するレーザと、外
部から電子的にポンピングされる共振器を有するレーザ
等がある。外部ポンピング源によってポンピングされる
レーザは、特に機能の分離、即ちポンピング素子と、レ
ーザ共振器との分離の結果として、レーザダイオードに
比べ利点を有する。
【０００６】注入形レーザダイオードにおいては、これ
らの基本的機能（ポンピング、共振器）は、異なるエピ
タキシャル成長層へのＰ形およびＮ形不純物の適切なド
ーピングと、電気的オーム性接触によって半導体上に作
られる。
【０００７】これらのダイオードを製造する際の処理で
は、ヘテロ構造の製造技術の完全な制御が必要であり、
現在のところ（ＧａＡｌＡｓのような）ＩＩＩ−Ｖ族化
合物の半導体についてのみ可能である。このため、これ
らのレーザダイオードの波長領域は、０．６μｍから
１．５μｍの間に制限されている。
【０００８】外部ポンピングレーザにおいては、光放出
のため半導体の活性ゾーンにおいて再結合するキャリア
（電子およびホール）の注入は、定義の通りに、活性半
導体媒質の外部源によって行なわれる。従って、レーザ
構造のさまざまなエピタキシャル層へＰ形またはＮ形の
不純物をドーピングする必要はない。また、それらの層
上に電気的接点を設ける必要もない。
【０００９】これにより、半導体活性媒質の冶金法は極
めて簡単化され、考慮されなくてはならないのは、電気
的閉じ込め特性（電子的ポンピング、量子井戸）と、光
の閉じ込め特性（放出光導波路）と、及び波長特性のみ
になる。
【００１０】従って、外部ポンピングレーザにおいて
は、全ての直接遷移形半導体、特に、ドーピングおよび
接点技術が制御されないか、またはわずかしか制御され
ないですむ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｈｇ、Ｓ、Ｓ
ｅ、Ｔｅを基礎とするＩＩ−ＶＩ族合金を使用すること
ができる。しかし、現在においては、公知のＩＩＩ−Ｖ
族レーザダイオードと同等のレーザダイオードがどのよ
うにしてＩＩ一ＶＩ族材料から作れるかは、わかってい
ない。これらの問題は、材料のギャップが広くなり、従
って発光波長が短くなるのに伴って増大する。これらの
問題は、外部ポンピングレーザの設計によって回避され
る。
【００１１】直接遷移形半導体が全て外部ポンピングレ
ーザ用として使用可能ならば、青領域と中央赤外領域と
の間の波長領域が利用できることになる。特に、青−緑
領域の発光を行なうレーザは、光記録に係る全ての応用
の要求を満たすことができる。この領域は、現在におい
ては、注入形レーザダイオードによってはカバーされて
いない。
【００１２】現在においては、青−緑領域の発光を行な
うレーザダイオードを得るための研究は、上述の困難を
有するＩＩ−ＶＩ族半導体に基いて、または、赤外領域
の発光を行なうＩＩＩ−Ｖ族レーザダイオードでの周波
数２倍または同様の非線形効果に基づいて行なわれつつ
ある。
【００１３】使用されるポンピングモードにはよらず、
現在、３つの構造形式が活性半導体媒質として用いられ
ている。これらの構造には、固体半導体材料、薄膜形半
導体材料、またはヘテロ構造形材料が含まれる。
【００１４】ヘテロ構造レーザの特性は、薄膜形または
固体材料半導体レーザのそれよりもかなり優れている。
ヘテロ構造は、ＩＩＩ−Ｖ族材料のレーザダイオードに
おいて、特に、グレーデッドインデックス形光導波路
と、キャリア（ホールおよび電子）および光の分離形閉
じ込め機能とを有するＧＲＩＮＳＣＨ形構造（グレーデ
ッドインデックス形分離形閉じ込めヘテロ構造）の形式
において広く用いられている。
【００１５】ＧＲＩＮＳＣＨ形レーザダイオード構造
は、Ｗ．Ｔ．Ｔｓａｎｇにより、ＡｐＰｌ．Ｐｈｙｓ・
Ｌｅｔｔ．，３９（２），Ｊｕｌｙ１９８１に所載の
「Ａ ｇｒａｄｅｄ−ｉｎｄｅｘ ｗａｖｅ−ｇｕｉｄ
ｅ ｓｅｐａｒａｔｅ−ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ ｌａ
ｓｅｒ ｗｉｔｈ ｖｅｒｙ ｌｏｗ ｔｈｒｅｓｈｏ
ｌｄ ａｎｄ ａ ｎａｒｒｏｗ Ｇａｕｓｓｉａｎ
ｂｅａｍ」、ｐｐ１３４−１３６に説明されている。こ
の公知のレーザダイオード構造は、対称組成傾斜構造の
中央に位置する量子井戸によって構成される活性ゾーン
を有する。この量子井戸は、隣接する材料よりも低い禁
止帯即ちエネルギーギャップを有する半導体の薄い層で
ある。この組成傾斜は、ギャップ傾斜および光の屈折率
傾斜を与える。ギャップ傾斜は、注入電流によって供給
されるキャリアの収集効率を改善する。屈折率傾斜は、
導波される光モードを活性ゾーンの中央に位置させるこ
とを可能にする。これによって、良好な「電子の閉じ込
め」と、良好な「光の閉じ込め」と、利得ゾーン（量子
井戸）および導波光モードの最適な重なり、が得られ
る。
【００１６】ＧＲＩＮＳＣＨ構造では、極めて小さいレ
ーザスレショルドを得ることが可能であり、それは現在
ＩＩＩ−Ｖ族レーザダイオードにおいて用いられている
「通常の」構造である。
【００１７】残念ながら、この通常の構造は、活性ゾー
ンが構造の表面からあまりにも遠すぎるために、外部源
によりポンピングすることはできない。活性ゾーンと表
面との間の距離は、＞１μｍであり、通常は２μｍない
し３μｍである。さらに、Ｎ形およびＰ形ドーピングを
用いて、ＩＩ−ＶＩ族材料からＧＲＩＮＳＣＨ形レーザ
ダイオード構造を製造することはかなりの困難を伴う。
【００１８】外部電子ポンピングを用いるＧＲＩＮＳＣ
Ｈ形の小形のヘテロ構造レーザは、本出願人による仏国
出願ＦＲ−Ａ−２ ６６１ ５６６に詳述されている。
このレーザは、外部ポンピング源として、マイクロドッ
ト電子源を有する電子銃を用いている。このような半導
体マイクロドットレーザ、すなわちＳＭＬは、前述の外
部ポンピングおよびヘテロ構造を使用する際の全ての利
点を有する。しかし、このＳＭＬは、適合し、最適化さ
れたヘテロ構造が存在しない場合は、レーザスレショル
ド電流密度に達するために高い動作電流と、高い加速電
圧によるポンピングとを必要とする。そのエネルギ損失
は比較的に高レベルになるので、長い寿命の小形装置を
製造するのは困難である。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、これらの欠
点を回避しうるレーザ共振器のための新しい半導体ヘテ
ロ構造に関する。このヘテロ構造は、該ヘテロ構造を備
えたレーザの特性、特にＳＭＬ形レーザのそれを改善す
ることを可能とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】さらに詳述すると、本発
明は、基板上にエピタキシャル成長させられた半導体層
を有する半導体ヘテロ構造レーザ共振器に関し、該共振
器は本質的に４ゾーンを画定しており、該４ゾーンは、
第１面から第２面まで連続的に変化する組成比および該
第１面から該第２面まで減少して行くギャップを有する
第１ゾーンであって、光の閉じ込めおよび光の導波を保
証する該第１ゾーンと、該第１ゾーンの前記第２面に接
し、該第１ゾーンのギャップより小さいギャップを有す
る少なくとも１つの量子井戸を含む活性放出ゾーンを構
成する第２ゾーンと、前記量子のギャップより大きいギ
ャップを有する第３ゾーンであって、光の閉じ込めおよ
び光の導波を保証し、第１面から第２面まで連続的に変
化する組成比および該第１面から該第２面まで増大して
行くギャップを有し、前記第３ゾーンの該第１面が前記
活性ゾーンに接している、該第３ゾーンと、該第３ゾー
ンの前記第２面および前記基板に接するバッファゾーン
を構成する第４ゾーンであって、光の導波のための光の
障壁として働く該第４ゾーンとを具備し、前記第１およ
び第３ゾーンが前記活性ゾーンに関して非対称的であり
且つ該活性ゾーンと非対称なＧＲＩＮＳＣＨ構造を画定
し、該第１および第３ゾーンの一方がまた電子の励起お
よび電子−ホール対の生成を保証し、従って半導体ヘテ
ロ構造の表面の１つを構成している。
【００２１】前記ギャップの増大および減少は、直線
的、準直線的、または放物線的でありうる。このレーザ
共振器は、グリンシュ（ＧＲＩＮＳＣＨ）形ヘテロ構造
レーザ共振器の改良および簡単化を実現し、特に、この
共振器を用いる外部ポンピングレーザの動作スレショル
ドの低下を可能とする。
【００２２】本発明はまた、前述の共振器と外部ポンピ
ング手段とを有するレーザにも関する。これらのポンピ
ング手段は、光学的または電子的形式のものでよい。
【００２３】光学的ポンピングは、励起用の光の集束用
光学装置を備えた、ランプ、レーザ、またはレーザダイ
オードによって行なわれる。励起用レーザの波長は、ヘ
テロ構造レーザ共振器の波長より短くなければならず、
従ってそのエネルギーは高くなければならない。
【００２４】電子的ポンピングは、Ｊ．ｏｆ Ｃｒｙｓ
ｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ，ｖｏｌ．７２，ｐｐ５０４（８
５）に所載のＳ．Ｃｏｌａｋ，Ｌ．Ｊ．Ｆｉｔｚｐａｔ
ｒｉｃｋおよびＲ．Ｎ．Ｂａｒｇａｖａ著「Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎ ｂｅａｍ ｐｕｍｐｅｄ ＩＩ−ＶＩ ｌａｓ
ｅｒｓ」およびＳＰＩＥ，ｖｏｌ．８９３，Ｈｉｇｈｐ
ｏｗｅｒ ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅｓ ａｎｄ ａｐｐ
ｌｉｃａｔｉｏｎ（８８），ｐ２００に所載のＡ．Ｎａ
ｓｉｂｏｎ著「Ｌａｓｅｒ ｃａｔｈｏｄｅｒａｙ ｔ
ｕｂｅｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏ
ｎ」に説明されているもののような通常の電子銃によっ
て、または、電界効果による低温（加熱不要）電子放出
を行なう放出性マイクロドット冷陰極のアレイまたはマ
トリックスにより形成された電子源を有する電子銃によ
っても行なわれうる。そのような電子源は、ＦＲ−Ａ−
２ ６６１ ５６６に説明されている。適応形の電子光
学装置は、電子ビームのリボン形状への集束を可能なら
しめる。
【００２５】前記ヘテロ構造の本質的機能は、電子的ポ
ンピングの場合に、７７°Ｋと３００°Ｋとの間におけ
る低スレショルドレーザ動作（＜１０−２０ｋＷ／ｃｍ
２）と、低い電子加速電圧（＜１０ｋＶ）とを保証する
ことである。これは、ヘテロ構造と、それによって実現
される諸機能間の結合とを最適化することによって得ら
れる。リボン集束の場合には、光学的または電子的ポン
ピング動作は低電力（数ワット）のものであることが必
要である。
【００２６】前記ヘテロ構造の４つの別個のゾーンは、
相異なる３機能、すなわち、キャリアおよび利得の閉じ
込めと、光子の閉じ込めと、キャリアの収集とを実現す
る。
【００２７】光放出活性ゾーンは、電子キャリアの閉じ
込めと、光の利得機能（ホールおよび電子）とを行な
う。それは、１つまたはそれ以上の量子井戸と、交互す
る量子井戸および障壁により形成される任意選択的な超
格子または擬似合金とによって構成される。
【００２８】量子障壁は、隣接する材料より大きいギャ
ップを有する薄い半導体材料層であり、量子井戸は、隣
接する材料より小さいギャップを有する薄い半導体材料
層であることが指摘される。
【００２９】量子井戸の組成および厚さは、レーザの発
光波長を決定する。利得曲線のスペクトル幅は、これら
の井戸の成長すなわち構成条件に直接依存し、ＩＩ−Ｖ
Ｉ族化合物の場合には４００℃より低い温度、特に１５
０℃と４００℃との間において、エピタキシャル成長に
続く熱処理（すなわちアニール）により改善される。こ
の熱処理は、半導体諸層の相互拡散を確実に実現する。
【００３０】第１面から第２面まで減少して行くギャッ
プ傾斜および増大して行く屈折率を有する第１ゾーン
は、原理的に、レーザ共振器の励起ゾーンと、電子−ホ
ール対の発生ゾーンと、活性ゾーンへのキャリアの加速
拡散ゾーンとを形成する。従って、この第１ゾーンは、
ポンピングビームにより作り出されるキャリアを収集す
る機能を行なう。
【００３１】光学的ポンピングにおいては、励起用ビー
ムは数百ナノメートルの深さにおいて吸収される。この
深さは、ポンピングビームと相互作用する半導体材料の
吸収係数に依存し、該係数は、励起用ビームの波長およ
び半導体のギャップによって変化する。
【００３２】電子的ポンピングにおいては、励起用電子
の平均透過深度をＲｐとし該平均深度の広がりをｄＲｐ
とするとき、電子−ホール対は、深さＲｐ±ｄＲｐにわ
たって生成される。ＲｐとｄＲｐとの大きさは同程度
（励起用電子の加速電圧が１０ｋＶより低い場合は、数
百ナノメートル）であり、入射電子のエネルギーと共に
増大する。生成された電子−ホール対は、前記第１ゾー
ンのギャップ傾斜のために、活性放出ゾーンによって引
きつけられる。
【００３３】前記第１ゾーンは、活性ゾーン内における
光子の閉じ込めおよび光の導波の一部を保証する。この
光子の閉じ込めは、一方においては真空の屈折率より、
また他方においては第４ゾーンの屈折率より高く、ゾー
ン１および３内において前述のように変化する屈折率を
有する材料の使用による。
【００３４】光の閉じ込めおよび光の導波の第２部分は
第３ゾーンによって保証され、その屈折率もまた、一方
では真空の屈折率より、他方では第４ゾーンの屈折率よ
り高く、ゾーン１および３内において前述のように変化
する。
【００３５】ある実施例においては、前記第３ゾーンは
また、キャリアを発生し且つ収集するためにも使用され
る。この場合には、第１ゾーンのみが光の閉じ込め機能
を行なう。有利なことに、第３ゾーンは第１ゾーンより
厚さが小さく、そのためにレーザ空胴は非対称的にな
る。
【００３６】外部源によるポンピングを行なうために
は、ＧＲＩＮＳＣＨ構造が、励起用ビームにさらされる
ヘテロ構造の表面に接近していることが必要である。こ
の目的のため、第１および第３ゾーンは最大で１μｍの
厚さを有する。
【００３７】非対称性は、良好な光および電子の閉じ込
めを保証すると同時に、導波光モードを放出ゾーンの中
央に位置せしめることにより、放出光子と導波モードと
の間の結合を最大化する。逆に、（外部ポンピングのた
めに薄い表面層を用いて）表面に接近させた対称ＧＲＩ
ＮＳＣＨ構造の場合は、前記結合は最適のものにはなら
ない。そのため、高電流のもとで、レーザ効率およびレ
ーザ動作の低下が起こる。
【００３８】非対称性はまた、低い加速電圧による電子
的ポンピングを保証する。非対称性はまた、空胴の表面
近くにおいて発生したキャリアの、活性ゾーン内におけ
る収集および閉じ込めの最適化を保証する。この非対称
性は、第１および第３ゾーンの厚さの相違と、第１およ
び第３ゾーンのギャップの減少および増大の相異なるそ
れぞれの傾斜とに起因する。
【００３９】第４ゾーンは、光障壁としても働くので、
その屈折率は、第３ゾーンの最小屈折に等しいか、また
はそれより小でなければならない。このバッファゾーン
は、光子の活性ゾーン内への閉じ込めを保証するのに適
切な屈折率の階段状の段差を保証し、基板と第３閉じ込
めゾーンとの間の結晶格子パラメータの適合を実現し、
半導体材料の品質（構造上の品質および不純物）を改善
し、また基板を閉じ込めゾーン、従って導波モードから
遠ざける。
【００４０】このバッファゾーンは、単一材料から、ま
たは相異なる組成を有するいくつかの層から、形成で
き、あるいは、超格子または擬似合金を含んでもよい。
有利なことに、該バッファゾーンは、本質的に光障壁と
して、また適合層として働くバッファ層を有する。
【００４１】本発明のヘテロ構造は、かなりの格子の不
均衡または非対称性を有する、または有しない材料から
製造することができる。そのような非対称性が存在する
場合には、一般に、全ヘテロ構造を、結合的応力状態、
すなわち第１、第２、および第３ゾーンにより構成され
る構造の活性部分において臨界的厚さより小さい厚さを
有する状態に保持するのが好ましく、一方、第４ゾーン
（バッファ層）は基板に対して緩和された状態におくこ
とができる。
【００４２】このようにして、臨界的厚さより小にすれ
ば、２材料間の格子の不平衡（不均衡）または非対称
は、弾性変形により吸収されるが、臨界的厚さを超える
と、欠点（例えば、転位、積層欠陥、双晶、等）が生じ
る。これらの欠点または欠陥は、特性の劣化を生じ、ま
たレーザ共振器の寿命を短縮する。
【００４３】なお応力状態の構造の場合には、ある材料
（例えばＩＩ−ＶＩ族およびＩＩＩ−Ｖ族化合物）にお
いて、価電子帯は、いわゆる重ホール帯と、いわゆる軽
ホール帯とに分かれる。電子と重ホールとの間の発光再
結合は、電子と軽ホールとの間におけるよりも効果的で
ある。従って、応力状態のヘテロ構造では、エネルギー
帯を重ホールが占拠または占有している方が有利であ
る。
【００４４】本発明が適用されうる材料は、全て直接遷
移形半導体であり、特に、ＩＩＩ−Ｖ族半導体（Ｇａ、
Ａｌ、Ｉｎ−Ａｓ、Ｐ、Ｎ、Ｓｂ）、ＩＩ−ＶＩ族半導
体（Ｃｄ、Ｚｎ、Ｈｇ、Ｍｎ、Ｍｇ−Ｔｅ、Ｓ、Ｓ
ｅ）、およびＩＶ−ＶＩ族半導体（Ｐｂ、Ｓｎ−Ｔｅ、
Ｓｅ）、等である。
【００４５】例えば、本発明のヘテロ構造は、Ｃｄ
１−ｘＭｎｘＴｅ、ＣｄｘＨｇ１−ｘＴｅ、ＣｄｘＺｎ
１−ｘＴｅ、ＣｄｘＺｎｚＭｎ１−ｘ−ｚＴｅ、Ｃｄｘ
Ｚｎ１−ｘＳｅ、ＣｄＳｙＳｅ１−ｙ、ＣｄｘＺｎ
１−ｘＳｙＳｅ１−ｙ、ＺｎｚＭｎ１−ｚＳｅ、Ｚｎｚ
Ｍｇ１−ｚＳｙＳｅ１−ｙ、ＧａｘＡｌ１−ｘＡｓ、Ｇ
ａｘＡｌ１−ｘＮ、ただし０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０
≦ｚ≦１かつ０≦ｘ＋ｚ≦１。の中から選択された少な
くとも１つの半導体材料から作られる。
【００４６】ＩＩ−ＶＩ族半導体においては、発光波長
の調節範囲が大きい。特にＣｄＨｇＴｅを含む共振器は
赤外領域における発光が可能であり、ＣｄＭｎＴｅ、Ｚ
ｎＳｅ、ＺｎＳ、等を含むものは、可視光から青−紫外
領域までの中で発光することかできる。後者は、レーザ
共振器の温度制御が保証されるように、熱シンク上に都
合よく取付けられる。
【００４７】有利なことに、前記レーザ共振器は、エピ
タキシャル層が前記熱シンク上に設置されるように、該
熱シンク上に取付けられる。この場合は、基板がレーザ
空胴の上部を構成し、第３ゾーンがキャリアの発生およ
び収集の機能を行なう。該第３ゾーンに対して外部ポン
ピングを行ないうるためには、基板およびバッファゾー
ンの局部的開放が必要である。
【００４８】本発明の、非対称的組成比傾斜を有する量
子井戸レーザ共振器は、光学的または電子的ポンピング
ビームと、導波光モードおよび利得ゾーンと、の間の結
合を最適化することによって、前記ヘテロ構造の機能を
改善する。
【００４９】本発明のレーザ共振器は、ファブリ−ペロ
ー形または分布形のものであってもよい。この場合に
は、それは、半導体層に対して直角をなす方向の２つの
劈開された、平行側面を有する。これらの側面上には、
任意選択的に半反射ミラーをデポジションしうる。これ
らの半反射ミラーは、特に多層誘電材料デポジションに
より構成される。
【００５０】このレーザ共振器はまた、光利得または屈
折率によっても導波される。この場合は、それは、エッ
チングと交互にいくつかの段階をなしてエピタキシャル
成長させられるリボンを画定するメサ構造を有し、ま
た、注入、相互拡散、または横方向拡散を受けた領域を
有してもよい。
【００５１】（光または電子の集束による）リボンポン
ピングに関連する原形式のものは、励起用リボンを露出
させておいて、励起されるべき表面上の金属デポジショ
ン（Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、または他の適切な金属）による
横方向の範囲制限を行なう。
【００５２】この金属デポジションは、以下の３機能を
行なう。 ａ）注入形レーザダイオードにおける屈折率導波構造の
場合のように、励起用リボンにおける導波モードの閉じ
込めを生じさせる、金属デポジション下部における導波
路の実効屈折率の局部的低下。 ｂ）共振器の温度を制御するための、熱シンクへの外部
ポンピングにより発生する熱の除去。 ｃ）集束リボンの幅の外側に到達する電子（電子的ポン
ピング）または光子（光学的ポンピング）の停止。
【００５３】この金属デポジションは、任意選択的に、
メサ形構造または屈折率導波構造と関連する。屈折率導
波構造の製造は公知であり、例えば、ＡＤＯＰ（Ａｄｖ
ａｎｃｅｓｉｎ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｋ
ＴＫ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ）
に所載の、Ｋ．Ｐｅｔｅｒｍａｎ著の論文「Ｌａｓｅｒ
ｄｉｏｄｅ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｎｏｉ
ｓｅ」ｐｐ３２６／７を参照されたい。
【００５４】さらに、導波モードの横方向閉じ込めのた
めの金属デポジションの使用は、レーザ以外への応用に
おいても公知であり、例えば、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｓｅ
ｒｉｅｓ ｉｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｐ
ｈｏｔｏｎｉｃｓ，２６）に所載の論文Ｔ．Ｔａｍｉｎ
著「Ｇｕｉｄｅｄ−Ｗａｖｅｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ
ｉｃｓ」ｐｐ３２６／７を参照されたい。ポンピング手
段としてマイクロドット源電子銃を使用すれば、数ｃｍ
３の体積を有するマイクロレーザを得ることができる。
【００５５】本発明のレーザ共振器は、半導体レーザの
製造のために、すでにマイクロエレクトロニクスにおい
て使用されている手段および工程により、製造されう
る。以下、本発明は、限定的意味をもたない実施例に関
し、添付図面を参照しつつ詳述される。
【００５６】
【実施例】図１Ａは、本発明の分布形またはファブリー
ペロー（Ｆａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔ）形レーザ共振器を示
す。このレーザ共振器１０は、上面１２から下面１４へ
向かって、基板１６上にエピタキシャル成長させられた
半導体ゾーン１、２、３、４を含む。
【００５７】これらのゾーンは、分子ビームエピタキシ
（ＭＢＥ）、または金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）エ
ピタキシ、または任意の他の類似の公知の工程によりエ
ピタキシャル成長させられる。これらのゾーンは、直接
遷移形のＩＩ−ＶＩ、ＩＩＩ−Ｖ、またはＩＶ−ＩＶ族
半導体材料から作られる。
【００５８】レーザ共振器１０は、平行六面体形状を有
し、互い平行で、エピタキシャル成長ゾーンに対して直
角をなす２側面１８、２０は、ゾーン−基板アセンブリ
を劈開して形成され、レーザ共振器の入口および出口の
ための半反射性ミラーを構成する。他の側面は活性では
ない。
【００５９】例をあげると、レーザ共振器は、５０μｍ
ないし３００μｍの薄膜化された基板１６を含む。レー
ザ共振器の非面間の幅は、ゾーン−基板アセンブリを、
ダイヤモンドカッターにより切断することによりレーザ
共振器の非活性面が形成され、その間は、典型的には１
μｍの幅である。ファブリ−ペロー共振器の長さ、すな
わち劈開面１８、２０間の距離は、１００μｍと１００
０μｍとの間で変化する。代表値は５００μｍである。
【００６０】劈開ミラーの反射率は、半導体の光学的屈
折率によって決定され、一般に、ＩＩ−ＶＩ族またはＩ
ＩＩ−Ｖ族半導体においては約３０％である。この反射
率は、劈開面上に誘導体および金属の多重層をデポジシ
ョンすることにより、選択的に改善することができる。
このデポジションはまた、活性面の保護も行なう。
【００６１】本発明のレーザ共振器は、光学的または電
子的外部ポンピング源による励起すなわちポンピングに
対して最適化される。このポンピングは、エピタキシャ
ル成長ゾーンに対して直角な方向においてレーザ構造と
相互作用をする粒子ビーム１９′によって表わされてい
る。
【００６２】本発明においては、表面ゾーン１は、レー
ザ構造の励起ゾーン、すなわち、ゾーン１の励起ビーム
−半導体材料の相互作用による電子−ホール対の発生ゾ
ーンとして、また該ゾーン内において発生したキャリア
の活性ゾーン２へ向けての加速拡散ゾーンとして機能す
る。ゾーン１はまた、活性ゾーンにおいて放出された光
の光学的閉じ込め作用の第１部分として機能する。
【００６３】ゾーン２は、光放出活性ゾーンとして、ま
たキャリアに対する電子的閉じ込めゾーンとして機能す
る。この活性ゾーン２は、光の閉じ込めおよび励起用の
ゾーン１に隣接している。
【００６４】活性ゾーン２に隣接しているゾーン３は、
光の閉じ込め作用の第２部分として機能する。閉じ込め
ゾーン３と基板１６との間に配置されたゾーン４は、バ
ッファゾーンを構成し、光障壁として働く。
【００６５】本発明によると、図１Ｂにおいて、ゾーン
１は、上面１２からゾーン１および２の境界面２２まで
連続的に変化する組成比ｘを有する半導体材料で作られ
る。この変化は、直線的、または準直線的なものであ
る。ゾーン１の上面１２における組成比はｘｃによって
表わされ、境界面２２における組成比はＸｂによって表
わされている。
【００６６】ゾーン１の組成比の変化は、ＭＢＥの場合
に原子ビームまたは分子ビームを発生するエフュージョ
ンセルの温度を変化させることにより、または原子ビー
ムの組成を逐次変化させることにより、公知の手法で達
成される。
【００６７】この組成比では、ギャップエネルギーＥｇ
が、表面１２から境界面２２まで直線的または準直線的
に減少し、光の屈折率Ｉｏが逆に、表面１２から境界面
２２まで直線的または準直線的に増大する。
【００６８】ＥｇｃおよびＮｃはそれぞれ、組成比Ｘｃ
を有するゾーン１のギャップエネルギーおよび屈折率を
表わし、ＥｇｂおよびＮｂはそれぞれ、組成比Ｘｂを有
するゾーン２のギャップエネルギーおよび屈折率を表わ
している。
【００６９】本発明においては、活性ゾーン２は、キャ
リアを閉じ込めるための、例えば超格子形の１つまたは
それ以上の量子井戸によって構成される。図１Ｂは、量
子障壁２８によって隔てられた２つの量子井戸２４、２
６のみを示している。量子井戸２４、２６は、ゾーン１
との境界面２２におけるギャップエネルギーより低いギ
ャップエネルギーＥｇｐを有する半導体材料で作られ
る。
【００７０】これらの井戸の光の屈折率Ｎｐは、ランダ
ムなものでありえて、例えばゾーン１との境界面２２に
おける屈折率を超えることができる。従って、極めて薄
い量子井戸、光の閉じ込めおよび光導波には極めてわず
かにしか関与せず、導波は、ゾーン１および３によって
保証される。
【００７１】量子障壁２８は、量子井戸２４、２６のギ
ャップエネルギーより高いギャップエネルギーをもたな
ければならず、それは、ゾーン１のギャップエネルギー
と等しくてもよく、あるいは異なっていてもよい。実際
には、障壁層２８のギャップエネルギーは、ゾーン１
の、ゾーン１とゾーン２の境界面２２におけるギャップ
エネルギーに等しい。これは、組成比ｘｂを有するゾー
ン１の材料と同じ材料を用いることによって達成され
る。
【００７２】本発明においては、ゾーン３の半導体組成
比は、その上面３０、すなわちゾーン２とゾーン３の間
の境界面から、その下面、すなわちゾーン３とゾーン４
の間の境界面まで、連続的に変化する。この組成比で
は、ゾーン３のギャップエネルギーが、境界面３０から
境界面３２まで直線的または準直線的に増大し、逆に光
の屈折率が、境界面３０から境界面３２まで直線的また
は準直線的に減少する。
【００７３】ゾーン３は、ゾーン１の半導体材料と異な
る半導体材料で作られてもよい。提示されている例にお
いては、表面１２と境界面３２とにおいて同じ組成比Ｘ
ｃが用いられ、境界面２２および３０において同じ組成
比Ｘｂが用いられている。
【００７４】ゾーン４は、基板まで一定の組成比であっ
てもよく、この組成比はゾーン３の組成比と同じか、ま
たは異なるものであってもよい。ゾーン４は、その屈折
率がゾーン３の境界面３２における屈折率Ｎｃに高々等
しくなるような組成比を有する必要がある。ゾーン４は
また、２つの別個の層、すなわち、光の閉じ込め層１７
と、層１７と基板との間の適合層１９とにより構成して
もよい。
【００７５】本発明においては、ゾーン１の厚さＷ
１と、ゾーン３の厚さＷ３とは異なり、特に、Ｗ１はＷ
３より大きい。さらに、ゾーン１のギャップエネルギー
の減少の傾きＰ１、逆に言えばゾーン１の光学的屈折率
の増加の傾きは、ゾーン３のギャップエネルギーの増加
の傾きＰ２、逆に言えばゾーン３の光学的屈折率減少の
傾きとは異なっている。
【００７６】本発明のレーザ構造は、量子井戸と、ギャ
ップおよび屈折率の傾斜とを有するグリンシュ（ＧＲＩ
ＮＳＣＨ）構造である。それはまた、活性ゾーンに関し
て、さらに詳しく言うと、図１Ｂに示されている場合に
は量子障壁２８に関して非対称である。
【００７７】この非対称構造は、低い電子加速圧を用い
る電子的外部ポンピング、または光学的外部ポンピング
に対して特に適しており、良好な光および電子の閉じ込
めを可能とする。非対称性は、導波光モードが活性放出
ゾーンの中央に位置するように構造の最適化を保証し、
それにより、ゾーン２内において放出された光子と導波
モードとの間の結合を最大化する。ゾーン１および３の
組成比の変化と、ゾーン１および３の厚さＷ１およびＷ
３と、活性ゾーン２の厚さＷ２と、バッファゾーン４の
厚さＷ４とは、相異なる半導体材料間の格子パラメータ
の差と、選択された発光波長と、選択された化合物族と
に依存する。
【００７８】本発明のレーザ共振器は、著しい格子の非
対称性または不均衡を有する、または有しない材料で作
られてもよい。それらを有する場合は、レーザ構造のゾ
ーン１、２、および３には、好ましくは臨界的厚さより
薄い半導体材料を用い、一方、ゾーン４は、基板に対し
てそのような制限は少ない。
【００７９】本発明ではレーザ共振器の外部ポンピング
を採用しているので、半導体ゾーンへのドーピングはラ
ンダムな性質のものでもよい。特に、半導体層は作為的
にドーピングしなくてもよい。従って、本発明のレーザ
共振器は、ＩＩ−ＶＩ族材料で作ることができるという
長所を有する。これらの材料により放出レーザ発光波長
は広範囲に調節可能である。特に、ＣｄＨｇＴｅを含む
材料は、赤外領域における発光が可能であり、ＣｄＭｎ
Ｔｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＣｄＺｎＳｅ、またはＺｎＳ
Ｓｅを含む材料は、可視領域から青−紫外領域までにお
ける発光が可能である。
【００８０】特に、本発明では共振器は、Ｃｄ１−ｘＭ
ｎｘＴｅ（０≦ｘ≦１）で作られている。この場合は、
マンガンの成分比ｘが高くなるのに伴い、ギャップエネ
ルギーＥｇが増大し、光の屈折率は減少する。従って、
特定の実施例においては、量子井戸はＣｄＴｅから作ら
れる。
【００８１】Ｃｄ１−ｘＭｎｘＴｅのヘテロ構造におい
ては、Ｗ１＞Ｗ３として、１００ｎｍないし１μｍのゾ
ーン１と、それぞれが０．１ｎｍないし１００ｎｍの幅
Ｌｚを有する１つまたはそれ以上の小さい量子井戸を含
むゾーン２と、１００ｎｍないし１μｍの厚さＷ３を有
するゾーン３とを用いることができる。
【００８２】ｘｃをゾーン１の表面１２とゾーン３の境
界面３２におけるマンガンの組成比とし、ｘｂをゾーン
１および２の間の境界面２２と、ゾーン２および３の間
の境界面３３、及び障壁層２８におけるマンガンの組成
比とし、Ｘｐを量子井戸のマンガン組成比とすると、放
出された光の光学的閉じ込め作用とキャリアの捕獲とに
十分な階段状の屈折率の変化を保証するために、ｘｂ−
ｘｐ≧０．１０およびｘｃ−ｘｂ≦０．１０を満足する
条件の下でｘｃ、ｘｂ及びｘｐは０から１まで変えるこ
とができる。
【００８３】レーザ共振器はまた、ＣｄｘＨｇ１−ｘＴ
ｅ（０≦ｘ≦１）でも作ることができる。この場合も、
ｘの増大に伴って、ギャップエネルギーＥｇは増大し、
光の屈折率は減少する。
【００８４】また、０≦ｘ≦１、０≦ｚ≦１、かつ０≦
ｘ＋ｚ＜１のもとで４成分合金ＣｄｘＺｎｚＭｎ
１−ｘ−ｚＴｅを用いることもできる。公表された結果
によると、ＭｎＴｅの障壁により隔てられたＣｄＴｅの
量子井戸、またはＭｎＴｅの障壁により隔てられたＺｎ
Ｔｅの量子井戸の場合は、青領域での発光が観測されて
いる。
【００８５】図２Ａは、さまざまなＩＩ−ＶＩ族化合物
における、格子パラメータａ（単位はｎｍ）によるギャ
ップエネルギーＥｇ（単位は電子ボルト）の変化を示
す。図２Ａのグラフは、２成分化合物を示している。２
つの２成分化合物を結ぶ線は、それらの間の中間的化合
物を示している。
【００８６】例えば、線ａはＣｄＨｇＴｅ化合物に対応
する。線ｂはＣｄＭｎＴｅ化合物に、線ｃはＺｎＭｎＴ
ｅ化合物に、線ｄはＺｎＴｅＳ化合物に、線ｅはＭｎＺ
ｎＳｅ化合物に、線ｆはＺｎＣｄＳ化合物に、線ｇはＺ
ｎＳＳｅ化合物に、線ｈはＺｎＣｄＳｅ化合物に、線ｉ
はＣｄＳＳｅ化合物に、線ｊはＨｇＣｄＳｅ化合物に、
線ｋはＣｄＳｅＴｅ化合物に、線ｌはＣｄＳＴｅ化合物
に、線ｍはＺｎＣｄＴｅ化合物に、そして線ｎはＺｎＳ
ｅＴｅ化合物に、それぞれ対応している。
【００８７】これらの化合物は全て、量子障壁および量
子井戸に対するギャップエネルギー条件（図１Ｂ参照）
を考慮して、本発明の共振器の製造に使用できる。
【００８８】図２Ｂは、活性ＣｄＴｅゾーン量子井戸が
形成されたＣｄＭｎＴｅヘテロ構造の場合における光の
閉じ込め作用のための屈折率の変化を示す。さらに詳し
く言うと、図２Ｂは、組成比差ｘｃ−ｘｂの関数として
変化Ｎｂ−Ｎｃを与えている。線ａ′、ｂ′、ｃ′、
ｄ′はそれぞれ、０．３０、０．４０、０．３０、０．
４０の組成比ｘｂと、５、５、１０、１０の単一層の量
子井戸の幅Ｌｚとに対応している。本実施例の場合は、
約０．３２ｎｍの厚さの単一層は、カドミウム原子層お
よびテルル原子層のデポジションを表わす。ただし、ｘ
ｃ≦１とする。
【００８９】各曲線で発光波長は異なり、異なる屈折率
の変化を生じる。図２Ｂには、これらの波長が与えられ
ている。従って、Ｍｎの組成比ｘが直線的に減少する時
は、光の屈折率は直線的に増大する。
【００９０】量子井戸の幅の限度は、臨界幅によって与
えられ、これは公知である。ＣｄＴｅ／ＺｎＴｅの組で
は井戸の幅は１．７μｍに制限され、ＣｄＴｅ／Ｃｄ
０．９６Ｚｎ０．０４Ｔｅの組では、数百ｎｍ（例えば
３００ｎｍ）に制限される。
【００９１】例えばＣｄＴｅ／ＣｄＭｎＴｅ構造のよう
な、格子の非対称性が小さい材料を使用すると、臨界幅
が増大し、それによって量子井戸の幅または井戸の数を
増大させることが可能になる。それによってまた、ゾー
ン１および３の厚さを増大させることにより、または、
組成比差（ｘｃ−ｘｂ）を増大させることにより、より
良い光の閉じ込め作用を実現できる。
【００９２】前記井戸内へのキャリアの閉じ込め作用の
結果として、該井戸の幅によらず、光利得は高レベルに
保たれる。従って、量子井戸は、数原子層にまで狭くす
ることができる。
【００９３】放出光の波長は、量子井戸の組成に依存す
るが、特にその幅に依存する。従って、単原子層の尺度
における該井戸の幅のわずかな変化が、利得曲線のスペ
クトル的拡幅において基本的な役割を演ずる。利得曲線
の幅が拡がり過ぎると、利得曲線の中央部における最大
利得は、小さくなり過ぎる。
【００９４】量子井戸を形成する２材料間の境界面にお
ける結晶性の良好な制御が、そのために重要となる。こ
れは、エピタキシャル成長の条件によって保証される。
ある場合には、後の熱処理が、状態密度のスペクトル分
散を減少させるために用いられそれにより放出線のスペ
クトル幅従って利得曲線が定まる。例えば、１５０℃な
いし４００℃における１分ないし６０分間の熱処理を用
いることができる。これは、レーザ構造のさまざまな層
のエピタキシャル成長の後、またはレーザ共振器のレー
ザへの調製後に、炉内で、電子照射下におけるアセンブ
リの乾燥およびガス抜き中に行なうことができる。
【００９５】図３Ａおよび図３Ｂは、それぞれ井戸幅お
よび井戸間の障壁２８の組成比に対する３００°Ｋおよ
び７７°ＫにおけるＣｄＴｅ／ＣｄＭｎＴｅヘテロ構造
からの発光波長λｅ（単位はナノメートル）の変化を示
す。障壁２８のこの組成比はまた、活性ゾーンとの境界
面２２および３０におけるゾーン１および３の組成比ｘ
ｂでもある。ここでは、井戸はＣｄＴｅで作られ、ゾー
ン１の上面１２と、ゾーン３および４の間の境界面３２
はそれぞれ、ｘｃ−ｘｂ≧０．０５として、Ｃｄ
１−ｘｃＭｎｘｃＴｅで作られている。
【００９６】図３Ａおよび図３Ｂは、幅Ｌｚの単一の量
子井戸の活性ゾーンに対するものである。例えば、ｘｂ
＝０．９の場合、１ｎｍから６ｎｍまでの量子井戸幅で
は、３００°Ｋにおいて、５４０ｎｍから７７５ｎｍま
での放出光波長が得られる。ｘｂ＝０．２の場合には、
１ｎｍから６ｎｍまでの量子井戸幅では、７７°Ｋにお
いて、６７５ｎｍから７５５ｎｍまでの放出光波長が得
られる。
【００９７】これらの曲線に基づけば、発光波長が、量
子井戸の幅と共に増大し、またｘｂの値が増すと減少す
ることがわかる。ＣｄＴｅの量子井戸の代わりにＣｄＭ
ｎＴｅを用いれば、発光波長をさらに短くすることがで
きる。本発明のレーザ空胴の構成の特定の例を、ＣｄＴ
ｅ／Ｃｄ１−ｘＭｎｚＴｅヘテロ構造を用いて以下に説
明する。
【００９８】例Ｉ ゾーン１は５００ｎｍの厚さを有し、Ｍｎの組成比は、
表面１２からゾーン１および２の間の境界面２２まで、
０．２２から０．１７まで連続的に変化する。活性ゾー
ン２は、０．１７のＭｎ組成比を有する１５ｎｍ幅のＣ
ｄＭｎＴｅ障壁により隔てられた、６ｎｍ幅の２つのＣ
ｄＴｅ井戸によって構成される。ゾーン３は、厚さが１
５０ｎｍであり、ゾーン２および３の間の境界面３０か
ら、ゾーン３および４の間の境界面３２まで、０．１７
から０．２２までＭｎ組成比が変化している。バッファ
層４は、０．２２のＭｎ組成比を有する、１．５μｍの
厚さのＣｄＭｎＴｅ層である。ＣｄＴｅ基板は、１００
の配向を有する。
【００９９】例ＩＩ 例ＩＩは、バッファ層と基板との間に格子適合層１９を
用いている点が、例Ｉと異なる。この適合層は５つのＣ
ｄＴｅ井戸により超格子構造に構成され、各井戸は６ｎ
ｍの幅であり０．２２のＭｎ組成比を有する４つのＣｄ
ＭｎＴｅ障壁の幅は１５ｎｍである。
【０１００】この構造は、ＳＩＭＳ分光法により、図４
に示されているように制御された。図４は、マンガン組
成比ｘの変化を、深さｐ（単位はｎｍ）の関数として示
している。これらの測定は、この種の解析において固有
の校正および解像度問題に関して、情報を得るために行
なわれた。
【０１０１】本発明のレーザ空胴共振器は、電子ビーム
により電子的にポンピングすることができる。電子ビー
ムにより、電子の加速電圧と共に増大する平均深度Ｒｐ
において、電子−ホール対が発生する。平均深度Ｒｐは
レーザ共振器の半導体材料に依存する。これらの対は、
Ｒｐ付近の深さｄＲｐにわたって発生する。
【０１０２】電子的ポンピングの効率を最大にするため
には、ＲｐおよびｄＲｐをヘテロ構造の寸法に適合させ
ることが必要である。すなわち、図５から明らかなよう
に、電子−ホール対生成のプロフィールは、ヘテロ構造
のゾーン１内において最大になる必要がある。
【０１０３】曲線Ａは、電子−ホール対生成のプロフィ
ールであり、ヘテロ構造の深さｐの関数として電子−ホ
ール対の数Ｎの変化を示している。図５はまた、ヘテロ
構造のギャップエネルギーＥｇの変化を、深さｐの関数
として示している。これらの電子−ホール対の捕獲は、
矢印Ｆにより示されているように、ヘテロ構造のゾーン
１および３において行なわれる。
【０１０４】本発明においては、制限された厚さ（５μ
ｍ未満）のヘテロ構造が用いられているため、電子の低
い加速電圧（２０ｋＶ未満）を用いることができ、その
結果より容易に、より小形に、及びより高い信頼性でレ
ーザーを調製できる。通常は、１０ｋＶの電子ビームが
用いられる。そのような電子ビームは、ＩＩ−ＶＩ族化
合物に対し、２５０ｎｍの平均透過深度と、約４００ｎ
ｍの広がりｄＲｐとを有する。
【０１０５】活性ゾーンの量子井戸へのキャリアの通過
又は集中の働きは、狭い井戸、従って短波長光を放出す
る構造にとっては特に重要である。それらの井戸は、広
い井戸よりも小さい有効捕獲断面積を有するにすぎない
からである。特に、ＣｄＴｅの量子井戸を有するＣｄＭ
ｎＴｅヘテロ構造の場合にそうである。
【０１０６】ゾーン１および３の光学的屈折率の変化
は、導波される波の存在を保証し、これは、例Ｉのヘテ
ロ構造の場合に、本発明者により、いわゆる「ｍ線」法
を用いて明らかにされた。
【０１０７】２．８４の実効屈折率を有するＴＥＯ（横
方向電気光学的）導波モードが得られた。ＣｄＴｅの真
の光学的屈折率は２．９５５であり、ｘｃ＝０．２２で
あるＣｄ１−ｘｃＭｎｘｃＴｅのゾーン４の真の光学的
屈折率は、７７０ｎｍ付近のレーザ波長において２．８
２５であることを指摘しておく。
【０１０８】この導波モードは、ゾーン１および３内に
おける屈折率の傾斜と、ヘテロ構造の表面１２とその周
囲との間の階段状の屈折率の変化と、ゾーン３とバッフ
ァ層１７との間の階段状の屈折率の変化により定まるゾ
ーン１および３の厚さは、ＴＥＯモードがゾーン２の中
央に位置するように計算される。
【０１０９】図５において、曲線Ｂは、導波モードの強
度変化を、ヘテロ構造の厚さｐの関数として示す。光の
閉じ込め作用は、ゾーン１および３の真の屈折率Ｎｃお
よびＮｂの間の屈折率の段階の差が増大するのに伴っ
て、増強される。しかし、臨界的厚さにより、与えられ
たヘテロ構造における最大の屈折率の差は制限される。
図２Ｂは、ＣｄＭｎＴｅヘテロ構造において得られうる
最大の屈折率差を例示している。
【０１１０】ヘテロ構造の非対称性、すなわちゾーン１
および３の結果として、導波モードは、その最大振幅を
活性ゾーンに有するので、光利得との最適の結合が保証
される。
【０１１１】ヘテロ構造は、当業者には既知の実験結果
に基づいてモデル化できるように、緊密にエピタキシャ
ル成長により、すなわち臨界的厚さ未満に、形成されな
くてはならない。
【０１１２】例ＩおよびＩＩの構造において、レーザを
用いる光学的励起により、また、ＦＲ−Ａ−２ ６６１
５６６に説明されているようなマイクロドット電子源
を用いた電子銃を使用する電子的励起により、常温およ
び低温（加熱不要な状態）の双方において、レーザ発光
が得られた。以下、本発明のレーザ共振器の、他の構造
例を説明する。
【０１１３】例ＩＩＩ：ＧａＡｓ／ＧａＡｌＡｓ構造 この構造は、ＣｄＭｎＴｅ構造の場合とは異なって、格
子の非対称性または不均衡がほとんどなく、臨界的厚さ
の問題は起こらない。さらに、それでは、光学的屈折率
が大きく変化するので、ＣｄＭｎＴｅ構造よりも優れた
光の閉じ込め効果が得られる。しかし、この構造におい
ては、発光波長の調節の可能性は極めて低く、発光波長
は、０．８μｍ付近で極めてわずかしか変化しえない。
【０１１４】活性ゾーン２の量子井戸が、電子の閉じ込
めを保証するためのゾーン１および３よりも低いアルミ
ニウム成分を有するとすると、ゾーン１から４までは、
０≦ｘ≦１として、Ｇａ１−ｘＡｌｘＡｓから成るもの
でありうる。非対称性の条件であるＷ１＞Ｗ３に注意し
て、ゾーン１および３の厚さは１００ｎｍから１０００
ｎｍまでであり、活性ゾーンの厚さは０．５ｎｍから２
００ｎｍまでである。
【０１１５】詳述すると、製造されたヘテロ構造のゾー
ン１は、３５０ｎｍの厚さを有し、その表面１２におい
ては０．５のアルミニウム組成比ｘｃを、ゾーン２との
境界面２２においては０．２０の組成比ｘｂを有する。
活性ゾーンは、１０ｎｍの厚さのＧａＡｓの量子井戸に
より構成される。ゾーン３は、ゾーン２および３の間の
境界面において０．２０の組成比ｘｂを、ゾーン３およ
び４の間の境界面において０．５０の組成比ｘｃを有
し、またその厚さは２００ｎｍである。
【０１１６】バッファゾーンは、超格子により構成さ
れ、１５０ｎｍの厚さを有する適合層上にエピタキシャ
ル成長した、ｘ＝ｘｃ（すなわち、０．５０）であるＧ
ａ１−ｘＡｌｘＡｓの厚さ８００ｎｍの第１バッファ層
１７を含む。それは、それぞれが１０ｎｍの厚さを有す
る５つのＧａＡｓの量子井戸と、それぞれが１０ｎｍの
厚さを有する組成比ｘｃ（ｘｃ＝０．５０）の５つの量
子障壁とを交互に設けた構造を有する。
【０１１７】ＧａＡｓ基板は、結晶配向１００のもので
ある。本発明においては、ＧａＡｌＡｓ層、一般的に言
えば本発明によるＩＩＩ−Ｖ株材料のヘテロ構造は、意
図的にはドーピングされていない。
【０１１８】前述のように、本構造は非対称であり、活
性ゾーン表面に接近しているので、活性ゾーンの量子井
戸内に最大振幅をもつ導波モードを有する、外部の光源
または電子源によるポンピングが保証される。
【０１１９】例ＩＶないしＶＩ 本発明により、材料へのドーピングなしで青領域の発光
のために、セレン化物および硫化物に基づくヘテロ構造
（図２Ａ参照）が計画された。
【０１２０】ｘは０と１との間にあるものとして、１つ
またはそれ以上のＣｄｘＺｎ１−ｘＳｅ井戸を用いる
と、可変組成比ＺｎＳｙＳｅ１−ｘ化合物（ただし０≦
ｙ≦１）をゾーン１および３に使用することが可能であ
る（例ＩＶ）。
【０１２１】ＣｄＳｙＳｅ１−ｙ（０≦ｙ≦１）の活性
ゾーン内の量子井戸に対しては、ゾーン１および３が量
子井戸のギャップ（Ｅｇはｙと共に直線的に増大する）
より大きいギャップを有する限り、ゾーン１および３に
おいて可変組成比のＣｄＳＳｅを使用することが可能で
ある（例Ｖ）。
【０１２２】ＺｎｚＭｎ１−ｚＳｅ（０≦ｚ≦１）ヘテ
ロ構造（例ＶＩ）を製造することも、ゾーン１、２、お
よび３のギャップエネルギー値（Ｅｇは、Ｍｎ組成比が
増加する時増加する）を考慮することにより可能であ
る。これらのヘテロ構造においても、ＣｄＭｎＴｅ構造
におけるように、臨界的厚さの制約を考慮する必要があ
る。
【０１２３】例ＶＩＩないしＩＸ ４成分ＩＩ−ＶＩ族半導体材料によるヘテロ構造もま
た、以下の材料を用いることにより計画された：Ｃｄｘ
ＺｎｘＭｎ１−ｘ−ｚＴｅ、ＣｄｘＺｎ１−ｘＳｙＳｅ
１−ｙ、およびＺｎｚＭｇ１−ｚＳｙＳｅ１−ｙ、ただ
し０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、かつ０≦ｘ＋
ｚ≦１。
【０１２４】例ＸないしＸＩＩＩ これらの例では、赤外部におけるレーザ発光は赤外領域
にある。赤外領域の発光を行なうレーザは、ｘが０と１
との間にあるＣｄｘＨｇ１−ｘＴｅなどの水銀を含むＩ
Ｉ−ＶＩ族材料（例Ｘ）で、またはｘが０と１との間、
ｙが０と１との間にあり、かつ０≦ｘ＋ｙ≦１である、
ＰｂｘＳｎ１−ｙＴｅ（例ＸＩ）、ＰｂｘＥｕ１−ｘＳ
ｅ（例ＸＩＩ）、ＰｂｘＥｕ１−ｘＳｅｙＴｅ
１−ｙ（例ＸＩＩＩ）、の形式のＩＶ−ＶＩ族材料で、
製造することができる。
【０１２５】ＣｄＨｇＴｅヘテロ構造においては、Ｃｄ
ＨｇＴｅ量子井戸の特殊な使用が行なわれる。これらの
材料においては、臨界的厚さの問題は２次的性質のもの
となる。
【０１２６】赤外発光を行なうレーザ、特に発光波長が
１μｍを超えるレーザにおいては、外部ポンピング源と
して、８００ｎｍ付近に発光波長を有するＩＩＩ−Ｖ族
材料でできたレーザダイオードを用いることができる。
【０１２７】本発明においては、図１Ａのものとは異な
るレーザ共振器の形式を考えることもできる。特に、本
発明の共振器は、図６に示されているようなメサ構造で
あってもよい。この場合は、エピタキシャル層（ゾーン
１ないし４）および基板１６の任意選択的部分は、劈開
面１８および２０からこれらに直角な方向に延びるリボ
ン４０を得るために、化学的なドライエッチングまたは
ウェットエッチングされる。リボンの幅Ｌは、２μｍと
５０μｍとの間で変更でき、代表的な値は５μｍないし
１０μｍである。エピタキシャル層のエッチングはま
た、レーザ共振器の励起ゾーンの横方向の閉じ込め作用
を可能とする。
【０１２８】本発明のレーザ共振器はまた、図７に示さ
れる構造を有してもよい。この実施例においては、外部
からの光学的または電子的励起範囲を制限するためのリ
ボン４０ａは、エピタキシャル層の表面１２上への金属
のデポジション４２によって得られる。このデポジショ
ンは、その中央部にリボン状の開口４３を有する。リボ
ン４０ａは、劈開面１８、２０に対し直角な方向を有す
る。その特性は、図６に関連する説明と同じである。層
４２の厚さは２０ｎｍを超える。金属としては、銀、
金、またはアルミニウム等を使用することができる。
【０１２９】前記エッチングされた金属のデポジション
は、横方向の範囲制限以外に、ポンピングビームにより
発生される熱を原因とする過剰エネルギーを除去する。
さらにそれは、励起リボン４０ａ外で放出される電子ま
たは光子を、使用されるポンピングの形式の関数として
阻止することができる。
【０１３０】デポジション４２が、冷却または電子ビー
ムまたは光子ビームの空間的フィルタリングのために使
用される時には、電子または光子を阻止するのに、また
良好な熱伝導を保証するのに十分な厚さである必要があ
る。この場合には、層４２は、０．２μｍと２μｍとの
間の厚さである。
【０１３１】本発明においては、図８Ａから図８Ｅまで
に示されているように、レーザ共振器１０は熱シスク上
に配置される。この熱シンクは、参照番号４４で示され
ており、熱伝導の良好な金属、特に銅で作られる。
【０１３２】図８Ａにおいて、レーザ共振器１０はその
下面１４が溶接材料４６、例えばインジウム、または熱
伝導性および電気伝導性の接着材料またはグルーを用い
て熱シンク４４に固定される。
【０１３３】インジウムを溶接材料４６とする接着で
は、レーザ共振器の下面１４上へ、約１０ｎｍないし５
０ｎｍの厚さのクロム層、次に約５０ｎｍないし２００
ｎｍの金層、次に溶接に用いられる０．０５μｍないし
２μｍの厚さのインジウム層を、順次デポジションする
ことによって確実に行なわれる。熱シンク４４上へのイ
ンジウムのデポジションも、このようにして行なわれ
る。
【０１３４】３金属層が堆積されたレーザ共振器１０を
熱シンク４４上に配置した後、インジウムを融解するた
め１６０℃ないし１８０℃まで加熱され、次に常温へ冷
却される。加熱はまた、ヘテロ構造の熱処理のためにも
用いられる。
【０１３５】エッチングされた金属デポジション４２
が、励起の横方向の制限のために使用される時は、共振
器１０は、図８Ｂに示されているように熱シンク４４上
に配置することができる。この場合は、共振器の背面１
４による溶接部４６のほかに、レーザ共振器の金属制限
層４２上と、非活性側面（すなわち、劈開面に直角な
面）上とにも、インジウムデポジション４８が用いられ
る。
【０１３６】図８Ｃに示されているように、インジウム
の表面溶接部４８を、金属部分５０によって置換するこ
とも可能である。これらの部分５０は、例えば銅から作
られる。もちろん、インジウム溶接部分４８および金属
部分５０は、励起用リボン４０ａに面する開口を有する
必要がある。
【０１３７】図８Ｄに示されている、設置の変形例にお
いては、レーザ共振器１０の極めて効果的な冷却を行う
ために、熱シンク４４が、図８Ａおよび図８Ｃにおける
場合とは逆に取付けられている。換言すれば、エピタキ
シャル層が熱シンク４４上に置かれ、上面１２上に担持
された溶接部４６により固定が行なわれる。このような
逆転取付けにおいても、図８Ｂおよび図８Ｃの形式にお
けるように、表面１４上、従って共振器１０の基板１６
上に、図示されていない金属コーテイング４８または５
０を配置することができる。
【０１３８】外部源による光学的または電子的ポンピン
グを保証するためには、本発明のレーザ共振器は、ゾー
ン３に至る開口部５２を要する。この開口部５２は、基
板１６およびゾーン４の厚さ全体に及ぶ局部的化学エッ
チングにより得られる。
【０１３９】この動作の場合には、ゾーン３が励起およ
び収集ゾーンとして働く。表面１２に対する通常の励起
の場合と比較すると、ゾーン１および３の機能が逆にな
っている。特に、層１および３のそれぞれの厚さＷ１お
よびＷ３は、この逆転の場合には、特別にＷ３＞Ｗ１と
なるように設計されなくてはならない。
【０１４０】ゾーン４のエッチングを容易とするために
は、図８Ｄに示されているように、ゾーン４用のエッチ
ング剤に抵抗しうるエッチング停止（阻止）層５４を、
ゾーン３および４の間に介在するように設ける。従っ
て、それは、ゾーン３とは異なる材料から作られる必要
がある。
【０１４１】ＣｄＭｎＴｅヘテロ構造においては、層５
４は、層４より高いＭｎ濃度と、１０ｎｍないし５００
ｎｍの厚さとを有するＣｄＭｎＴｅであってもよい。ま
た、ＧａＡｌＡｓヘテロ構造においては、層４と異なる
Ａｌ濃度を有するＧａＡｌＡｓが用いられる。
【０１４２】逆転取付け方式の場合には、図８Ｅに示さ
れるように、溶接部４６に接している表面１２からゾー
ン１を遠ざけるために、ゾーン１上に補助層５６をデポ
ジションすることもできる。この層５６は、ゾーン４と
同じ特性を有してもよい。この場合は、構造の非対称性
も、Ｗ３＞Ｗ１として逆転される。
【０１４３】ＣｄＭｎＴｅ、ＧａＡｌＡｓ、または前述
の４成分金属のヘテロ構造の光学的ポンピングは、可視
領域の発光を行なうレーザ（例えば、ダブルＹＡＧレー
ザによる５３２ｎｍ、または青−緑領域における発光を
行なうアルゴンレーザ）によって行なわれうる。
【０１４４】電子的ポンピングの場合には、通常の電子
銃、またはマイクロドット源を備えた電子銃を使用する
こともできる。図９には、本発明のヘテロ構造を有する
マイクロドット源を備えた電子銃レーザが示されてい
る。このレーザは、真空ポンプ６２と、共振器１０から
発生したレーザ光の出口である図示されていない窓とを
備えた真空外囲器６０を有する。外囲器は、真空ポンプ
なしに自律的に動作しうるように、真空シールされたも
のとしてもよい。外囲器６０は、例えば接地電位まで上
昇せしめられる。
【０１４５】共振器を励起するための電子銃６１は、Ｆ
Ｒ−Ａ−２ ６６１ ５６６に正確な構造が説明されて
いる低温（加熱不要）マイクロドット源６３を有する。
それは、平行ストリップ形式の陰極によって支持され
た、モリブデンのマイクロドットマトリックスまたはア
レイによって構成される。陰極から絶縁され、やはり平
行ストリップ形式のグリッドは、陰極に対して直角に配
置され、マイクロドットに対向する開口部を有する。
【０１４６】共振器（空胴）１０は、外部源６６により
高電圧に昇圧される陽極６４に取付けられている。陽極
６４と低温電子源６３との間には、電子源６３から放出
される電子ビーム７０を、レーザ共振器の上面１２また
はゾーン３（図８Ｄ）上に集束させるための電極アレイ
６８がある。
【０１４７】この電極アレイ６８は、電子ビーム７０が
リボン７２形状の共振器面に入射するように、配置され
ており、そのリボン７２の長さＬは、レーザ共振器の活
性面１８、２０間の距離に少なくとも等しく、またその
幅１は５μｍから２００μｍまでの間の値をとる。
【０１４８】この電極アレイ６８は、陽極６４に印加さ
れる高電圧から低温電子源を保護するための静電遮蔽と
しても働くように配置されている。この目的のために、
相異なる寸法を有する少なくとも２対に電極が設けら
れ、第１の対７４と７６は外部正電源７８に接続され、
第２の対８０と８２は、外部負電源８４に接続されてい
る。
【０１４９】電極７４および７６は、電子銃の縦軸８６
に関して対称に配置されている。電極８０および８２も
同様である。
【０１５０】図９に示される本発明のレーザの動作例を
以下に述べる。レーザ共振器１０は、陽極６４により、
３ｋＶないし１０ｋＶの正電圧まで昇圧されている。
【０１５１】電子源６３から放出され電極アレイ６８に
よりリボン状に集束された電子ビーム７０は、共振器１
０のゾーン１内に電子−ホール対を生成し、それらの対
は量子井戸活性ゾーンにより捕獲される。これらの電子
−ホール対は、活性ゾーン内において再結合して、レー
ザ共振器のヘテロ構造に依存する波長の光を発生する。
ＣｄＭｎＴｅ構造においては、発光波長は赤と青緑との
間にある。
【０１５２】電子−ホール対の密度が、ヘテロ構造に依
存するあるスレショルドを超えると、誘導放出が起こ
り、光の利得が現われる。活性ゾーン内において放出さ
れた光は、レーザ共振器内に閉じ込められ、もし光利得
が損失を補償しうるほどに十分高くなると、レーザ発光
が行なわれる。レーザ発光のスレショルドのために必要
な正味の利得は、通常２０ｃｍ−１ないし４０ｃｍ−１
である。レーザ発光スレショルドにおける電力密度は、
通常ｋＷ／ｃｍ２ないし２０ｋＷ／ｃｍ２である。
【０１５３】レーザ共振器が受ける全電力「Ｐ」は、ビ
ームの集束性、特に励起用リボンの幅１に強く依存す
る。与えられたターゲットの長さ（ファブリ・ペロー空
胴の長さ）をＬ、利用可能な電子密度をＤとすると、前
記電力はＰ＝Ｄ．Ｌ．ｌとなる。陽極に一定の加速電圧
Ｖが印加された場合の電子電流１は、Ｉ＝Ｄ．Ｌ．ｌ／
Ｖによって定められる。
【０１５４】数値の例 Ｖ＝１０ｋＶ、Ｌ＝６００μｍ、かつＤ＝２ｋＷ／ｃｍ
２の場合は、１＝１５０μｍならば、Ｐ＝１．８Ｗ、か
つＩ＝１８０μＡとなり、１＝１０μｍならば、Ｐ＝１
２０ｍＷ、かつＩ＝１２μＡとなる。
【０１５５】これらの数値は、最小リボン幅１に対応し
て良好に集束できれば、電子銃により供給される全電力
を減少することができ、従ってその冷却を簡単化し、同
じ電力の場合は、電子ビームの良好な集束により励起電
流密度が増加する事実の結果として高いレーザ発光スレ
ショルド密度を受け入れることができ、ことを示す。レ
ーザの動作電流はかなり減らすことができ、その結果マ
イクロドット源の応力は小さくなる。電子の入射によっ
て発生する熱は、ペルチエ素子またはクライオスタット
に関連された熱シンクにより除去される。
【０１５６】図１０は、８３０ｎｍで発光するＧａＡｓ
／ＧａＡｌＡｓと、７６０ｎｍで発光するＣｄＴｅ／Ｃ
ｄＭｎＴｅとの２つのファブリ・ペローレーザ共振器の
動作の代表的な結果を示す。図１０は、レーザ電力Ｐ１
（単位はｍＷ）の変化を、電子励起Ｅｃ（単位ｋＷ／ｃ
ｍ２）の関数として示している。
【０１５７】曲線ＩはＧａＡｌＡｓに関し、曲線ＩＩは
ＣｄＭｎＴｅに関するものである。レーザ共振器は、例
ＩＩおよびＩＩＩのものである。これらのレーザ電力
は、約９０°Ｋにおいて、１０ｋＶの電子加速電圧およ
び１５０μｍ／６００μｍのリボンによって得られたも
のである。電子銃は、図９のものである。発光パワーは
数百ミリワットで、効率はＧａＡｌＡｓにおいては８．
９％、ＣｄＭｎＴｅにおいては８．３％となり差があ
る。
【０１５８】レーザ発光スレショルドは、それぞれ約１
ｋＷ／ｃｍ２および１．５ｋＷ／ｃｍ２である。これら
のスレショルドは、常温において５ないし１０の因子に
よって増大する。ＦＲ−Ａ−２ ６６１ ５６６のレー
ザにおいては、レーザ発光スレショルドは数＋ｋＷ／ｃ
ｍ２であり、前述の文献、Ｓ．Ｃｏｌａｋ外著「Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ ｐｕｍｐｅｄ ＩＩ−ＶＩ ｌ
ａｓｅｒｓ」において与えられているスレショルドは数
百ｋＷ／ｃｍ２、すなわち本発明のレーザのものより遥
かに高い。
【０１５９】レーザ共振器が受ける電力が高い（数ワッ
ト）ので、レーザ動作は準連続になる。２５０μｓない
し５００μｓの間隔を有する５μｓの電子パルスによ
り、共振器の冷却を保証しつつ、この準連続動作が可能
となる。
【０１６０】図１１Ａおよび図１１Ｂは、例Ｉのレーザ
共振器からの発光スペクトルを示す。これらの曲線は、
レーザ強度Ｉ１を、波長λ（単位はナノメートル）の関
数として、任意単位によって示している。図１１Ｂは、
発光ピークにおける図１１Ａの拡大図である。
【０１６１】図１１Ａは、発光線の詳細および７６３ｎ
ｍからのレーザ強度の急増を示している。図１１Ｂは、
この発光線の細部を示す。これらの曲線は、図９のもの
と同様のレーザが、９０°Ｋにおいて、１０ｋＶの電子
ビームを用いて動作している場合についてプロットした
ものである。
【０１６２】ＣｄＭｎＴｅレーザ共振器に対する光学的
ポンピングの場合も、同じ結果が得られた。その結果は
図１２に示されている。それは、スレッシュホールド電
力Ｐｓ（単位はｋＷ／ｃｍ２）の変化を、レーザの動作
温度Ｔ（単位は°Ｋ）の関数として示している。この場
合の励起用の波長は５３２ｎｍである。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａは、本発明のファブリ・ペローレーザ共振器
の斜視図、Ｂは、Ａの共振器のヘテロ構造における組成
比（ｘ）と、ギャップエネルギー（Ｅｇ）と、光の屈折
率（Ｉｏ）の変化を示す図である。
【図２】Ａは、本発明の共振器において使用されうるＩ
Ｉ−ＶＩ化合物における、ギャップ（Ｅｇ）（単位は電
子ボルト）の変化、および格子パラメータａ（単位はナ
ノメートル）の変化を示す図、Ｂは、ＣｄＴｅ／ＣｄＭ
ｎＴｅヘテロ構造における、光の閉じ込めのための光学
的屈折率の変化を示す図である。
【図３】本発明のＣｄＴｅ／ＣｄＭｎＴｅヘテロ構造に
おける、活性ゾーンの組成の関数としての、発光波長
（λｅ）のグラフであって、Ａは３００°Ｋにおけるも
の、Ｂは７７°Ｋにおけるものである。
【図４】Ｃｄ１−ｘＭｎｘＴｅヘテロ構造において、Ｓ
ＩＭＳ分光法により測定された、深さ（ｐ）（単位はナ
ノメートル）の関数としての、マンガン組成比（ｘ％）
の変化を示すグラフである。
【図５】電子ビームにより電子的にポンピングされた本
発明の共振器における電子−ホール対の生成プロフィー
ルを示す。
【図６】本発明のレーザ共振器の別の形式を示す。
【図７】本発明のレーザ共振器のもう１つの別の形式を
示す。
【図８】ＡからＥまでは、本発明の共振器の、熱シンク
に対する相異なる取付けの形式を示す。
【図９】本発明のレーザの実施例の概略図。
【図１０】ＧａＡｌＡｓヘテロ構造と、ＣｄＭｎＴｅヘ
テロ構造とにおける準連続モードにおいて測定された、
レーザの電子的励起（Ｅｃ）（単位はｋＷ／ｃｍ２）の
関数としての、レーザ電力（Ｐ１）（単位はｍＷ）の変
化を示すグラフ。
【図１１】電子ビームによって励起された、本発明の共
振器のＣｄＴｅ／ＣｄＭｎＴｅヘテロ構造によるレーザ
発光スペクトルのグラフであり、ＡとＢとはこれを相異
なる尺度で示している。
【図１２】本発明のＣｄＴｅ／ＣｄＭｎＴｅヘテロ構造
レーザにおける、動作温度Ｔ（単位はＫ）の関数として
の、光学的ポンピングにおけるレーザスレショルド電力
（Ｐｓ）（単位はｋＷ／ｃｍ２）の変化を示すグラフ。
【符合の説明】
１ 第１ゾーン ２ 第２ゾーン ３ 第３ゾーン ４ 第４ゾーン １０ レーザ共振器 １６ 基板 １７ 光の閉じ込め層 １８ 劈開面 １９ 適合層 ２０ 劈開面 ２４ 量子井戸 ２６ 量子井戸 ２８ 量子障壁 ４２ 金属デポジション ４４ 熱シンク ５４ エッチング停止層 ６１ 電子銃 ６３ 低温マイクロドット源 ６４ 陽極 ６８ 集束電極アレイ ７０ 電子ビーム ７４ リボン
フロントページの続き (72)発明者 ギュイ フイレ フランス国サン マルタン デュリアジ ュ，コルプ デュリアジュ （番地なし) (72)発明者 ジョエル シベール フランス国サン ナゼル レ エメ，シュ マン プレドゥ ラシャル 838 (72)発明者 ダング ル シ フランス国モンボンノ − サン − マ ルタン，ドメン サン − エナル 58 (72)発明者 クレール ボダン − デシェエ フランス国グルノーブル，プラス ルイ ジュヴェ ８

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板上にエピタキシャル成長半導体層を
    有する半導体ヘテロ構造レーザ共振器であって、 その第１面からその第２面まで連続的に変化する組成比
    およひ該第１面から該第２面まで減少して行くギャップ
    を有する第１ゾーンであって、光の閉じ込めおよび光の
    導波を保証するための該第１ゾーンと、 該第１ゾーンの前記第２面に接し、該第１ゾーンのギャ
    ップより小さいギャップを有する少なくとも１つの量子
    井戸を含む活性発光ゾーンを構成する第２ゾーンと、 前記量子井戸のギャップより大きいギャップを有する第
    ３ゾーンであって、光の閉じ込めおよび光の導波を保証
    し、その第１面からその第２面まで連続的に変化する組
    成比および該第１面から該第２面まで増大して行くギャ
    ップを有し、前記第３ゾーンの該第１面が前記活性ゾー
    ンに接している該第３ゾーンと、 該第３ゾーンの前記第２面および前記基板に接するバッ
    ファゾーンを構成する第４ゾーンであって、光の導波の
    ための光の障壁として働く該第４ゾーンとを具備し、 前記第１および第３ゾーンか前記活性ゾーンに関して非
    対称的であり且つ該活性ゾーンと非対称なＧＲＩＮＳＣ
    Ｈ構造を画定し、該第１および第３ゾーンの一方がまた
    電子励起および電子−ホール対の生成を保証し、従って
    半導体ヘテロ構造の表面の１つを構成する、半導体ヘテ
    ロ構造レーザ共振器。
  2. 【請求項２】 前記バッファゾーンが、前記第３ゾーン
    との接触に関して光障壁として働くバッファ層と、前記
    基板に接触する適合層とを有することを特徴とする請求
    項１記載のレーザ共振器。
  3. 【請求項３】 前記バッファゾーンが、量子井戸と量子
    障壁とを交互に組込んだ超格子構造を有することを特徴
    とする請求項１記載のレーザ共振器。
  4. 【請求項４】 前記第１ゾーンが、前記第３ゾーンの厚
    さより大きい厚さを有することを特徴とする請求項１記
    載のレーザ共振器。
  5. 【請求項５】 前記第１ゾーンが最大１μｍの厚さを有
    することを特徴とする請求項１記載のレーザ共振器。
  6. 【請求項６】 前記第１ゾーンの前記第１面における組
    成比が前記第３ゾーンの前記第２面における組成比と同
    じであり、前記第１ゾーンの前記第２面における組成比
    が前記第３ゾーンの前記第１面における組成比と同じで
    あることを特徴とする請求項１記載のレーザ共振器。
  7. 【請求項７】 前記活性層が、前記第１および第３ゾー
    ンのそれぞれの前記第２および第１面における組成比と
    同じ組成比を有する少なくとも１つの量子障壁を含むこ
    とを特徴とする請求項６記載のレーザ共振器。
  8. 【請求項８】 前記ヘテロ構造が、電子的励起用リボン
    の横方向における範囲制限を保証する手段を備えている
    ことを特徴とする請求項１記載のレーザ共振器。
  9. 【請求項９】 前記第１ゾーンの前記第１面が、電子的
    励起の横方向の範囲制限手段を構成する中央部分におけ
    るリボン状開口を有する金属デポジションを備えている
    ことを特徴とする請求項１記載のレーザ共振器。
  10. 【請求項１０】 前記レーザ共振器が、半反射性ミラー
    を構成する、２つの平行な劈開側面を有することを特徴
    とする請求項１記載のレーザ共振器。
  11. 【請求項１１】 前記ヘテロ構造が、 Ｃｄ１−ｘＭｎｘ Ｔｅ、ＣｄｘＨｇ１−ｘＴｅ、Ｃｄ
    ｘＺｎ１−ｘＴｅ、ＣｄｘＺｎｚＭｎ１−ｘ−ｚＴｅ、
    ＣｄｘＺｎ１−ｘＳｅ、ＺｎＳｙＳｅ１−ｙ、ＣｄＳｙ
    Ｓｅ１−ｙ、ＣｄｘＺｎ１−ｘＳｙＳｅ１−ｙ、Ｚｎｚ
    Ｍｎ１−ｚＳｅ、ＺｎｚＭｇ１−ｚＳｙＳｅ１−ｙ、Ｇ
    ａｘＡｌ１−ｘＡｓ、ＧａｘＡｌ１−ｘＮ、ＰｂｘＳｎ
    １−ｘＴｅ、ＰｂｘＥｕ１−ｘＳｅ、ＰｂｘＥｕ１−ｘ
    ＳｅｙＴｅ１−ｙ、ただし０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０
    ≦ｚ≦１かつ０≦ｘ＋ｚ≦１。の中から選択される少な
    くとも１つの半導体材料から作られていることを特徴と
    する請求項１記載のレーザ共振器。
  12. 【請求項１２】 前記ヘテロ構造が、前記半導体諸層を
    相互拡散させるための１５０℃ないし４００℃における
    熱処理を受けることを特徴とする請求項１記載のレーザ
    共振器。
  13. 【請求項１３】 レーザ共振器および共振器ポンピング
    手段を有するレーザであって、該共振器が基板上にエピ
    タキシャル成長半導体層を有し、 第１面から第２面まで連続的に変化する組成比および該
    第１面から該第２面まで減少して行くギャップを有する
    第１ゾーンであって、光の閉じ込めおよび光導波路を保
    証する該第１ゾーンと、 該第１ゾーンの前記第２面に接し、該第１ゾーンのギャ
    ップより小さいギャップを有する少なくとも１つの量子
    井戸を含む活性放出ゾーンを構成する第２ゾーンと、 前記量子井戸のギャップより大きいギャップを有する第
    ３ゾーンであって、光の閉じ込めおよび光導波路を保証
    し、第１面から第２面まで連続的に変化する組成比およ
    び該第１面から該第２面まで増加して行くギャップを有
    し、前記第３ゾーンの該第１面が前記活性ゾーンに接し
    ている該第３ゾーンと、 該第３ゾーンの前記第２面および前記基板に接するバッ
    ファゾーンを構成する第４ゾーンであって、光導波路の
    ための光の障壁として働く該第４ゾーンとを具備し、 前記第１および第３ゾーンが前記活性ゾーンに関して非
    対称的であり且つ該活性ゾーンと非対称なＧＲＩＮＳＣ
    Ｈ構造を画定し、該第１および第３ゾーンの一方がまた
    電子励起および電子−ホール対の生成を保証し、従って
    半導体ヘテロ構造の表面の１つを構成することを特徴と
    する、レーザ共振器および共振器ポンピング手段を有す
    るレーザ。
  14. 【請求項１４】 前記ポンピング手段が電子銃によって
    構成されていることを特徴とする第１３項記載のレー
    ザ。
  15. 【請求項１５】 前記電子銃が、電子ビーム放出のため
    のマイクロドット低温（加熱不要）電子源と、電子を加
    速する高電圧陽極と、前記電子ビームを前記レーザ共振
    器にリボン集束せしめる電極アレイとを有することを特
    徴とする請求項１４記載のレーザ。
  16. 【請求項１６】 前記レーザ共振器が、該レーザ共振器
    の温度制御を保証する熱シンク上に取付けられているこ
    とを特徴とする請求項１３記載のレーザ。
  17. 【請求項１７】 前記レーザ共振器が、前記エピタキシ
    ャル成長せしめられた層を熱シンク上に置いて該熱シン
    ク上に取付けられ、それによって前記第３ゾーンにおけ
    るポンピングを保証するための、前記基板および前記バ
    ッファゾーンの局部的開放がなされていることを特徴と
    する請求項１３記載のレーザ。
  18. 【請求項１８】 前記レーザ共振器が、前記熱シンクに
    対し、溶接またはボンディングによって固定されている
    ことを特徴とする、請求項１７記載のレーザ。
  19. 【請求項１９】 前記レーザ共振器が、前記第１ゾーン
    を、前記熱シンク上の前記接着またはボンディングから
    遠ざける表面層を有することを特徴とする請求項１８記
    載のレーザ。
  20. 【請求項２０】 前記レーザ共振器が、前記バッファゾ
    ーンと前記第３ゾーンとの間の半導体材料から作られた
    エッチング停止層を有することを特徴とする、請求項１
    ７記載のレーザ。
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