JP3351477B2 - 固体レーザー結晶薄膜作成方法および固体レーザー結晶薄膜作成装置 - Google Patents

固体レーザー結晶薄膜作成方法および固体レーザー結晶薄膜作成装置

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JP3351477B2 JP04055193A JP4055193A JP3351477B2 JP 3351477 B2 JP3351477 B2 JP 3351477B2 JP 04055193 A JP04055193 A JP 04055193A JP 4055193 A JP4055193 A JP 4055193A JP 3351477 B2 JP3351477 B2 JP 3351477B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、固体レーザー結晶薄膜
作成方法および固体レーザー結晶薄膜作成装置に関し、
さらに詳細には、マイクロ・キャビティ（微小共振器）
などの開発や、半導体レーザー上に直接固体レーザーを
成長させることを可能とする固体レーザー結晶薄膜を作
成できる固体レーザー結晶薄膜作成方法および固体レー
ザー結晶薄膜作成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、固体レーザー結晶は、発振波長の
短波長化、発振波長帯域の拡大化、レーザーの高出力
化、レーザーの高効率化ならびにビーム品質の向上化な
どの多様な要求に答えるために、新しい固体レーザー材
料の探索や、従来から知られている固体レーザー結晶の
高品質化に関して、さかんに研究されてきている。
【０００３】従来、固体レーザー結晶は、フラックス
法、結晶引き上げ法あるいはベルヌーイ法などによって
作成されてきた。以下、これらの方法を、簡単に説明す
る。
【０００４】〔フラックス法〕高温における溶融体から
結晶の析出成長を行うものであり、溶融無機塩あるいは
酸化物が溶媒としての役割を果たす方法である。
【０００５】〔結晶引き上げ法〕融液または飽和溶液に
種子結晶をつけてなじませたあと、これを徐々に引き上
げて、種子結晶の先端部に単結晶を成長させる方法であ
る。
【０００６】〔ベルヌーイ法〕原料を細かい粉末として
酸水素炎などの高温炎に吹き込み、加熱溶融して種子結
晶に受けて単結晶を成長させる方法である。
【０００７】上記したように、従来の方法はいずれも、
まず固体レーザー結晶となる材料を高熱で溶融するもの
であり、その後に結晶を析出成長させたり種子結晶に単
結晶を成長させたりするものであった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たフラックス法、結晶引き上げ法あるいはベルヌーイ法
などは、大型バルク結晶を作成するためには、極めて有
効な方法であるが、レーザー光の発光主となる活性イオ
ン種を、レーザー母材中で空間的に制御して均一に分布
させることや、レーザー光の吸収主となるイオン種のレ
ーザー母材中への混在を防止することが困難であること
が知られていた。
【０００９】即ち、従来の技術にあっては、固体レーザ
ー結晶を棒状に成長させていくため、当該棒状の固体レ
ーザー結晶の中心部と周部では温度が異なるようにな
り、イオンの拡散の状態が異なっていた。従って、発光
主となる活性イオン種のドーピングを、固体レーザー結
晶の軸方向ならびに径方向に均一に行うことが困難であ
った。このため、レーザー母材中に、活性イオン種を均
一に分布させることができなかった。
【００１０】さらに、活性イオン種としてドーピングす
るイオンの価数を制御することが困難であるため、ドー
ピングされたイオンがレーザー光の発光主とはならず
に、レーザー光の吸収主となるイオン種となってしまう
場合があった。例えば、レーザー母材としてＡｌ2Ｏ3を
用い、Ｔｉを活性イオン種としてドーピングする場合に
は、Ｔｉが３価であるならば発光主となるが、Ｔｉが２
価または４価になると吸収主となってしまうものであっ
たが、従来の技術にあっては、こうした価数の制御を行
うことが極めて困難であった。
【００１１】また、上記したように従来の技術は、大型
バルク結晶を作成するには好適であるが、薄膜の結晶を
製造することは困難であり、従って、原子レベルで膜厚
を制御することが難しかった。
【００１２】さらにまた、上記の従来技術においては、
半導体製造プロセスとは全く異なる方法により固体レー
ザー結晶を作成するので、半導体製造プロセスで使用さ
れる半導体基板を収容する容器内において、半導体基板
上に固体レーザー結晶を成長させることができなかっ
た。このため、固体レーザー結晶を半導体もしくは半導
体レーザーと組み合わせて製造することができなかっ
た。
【００１３】本発明は、従来の技術の有するこのような
種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的と
するところは、薄膜結晶の作成であるならば、原子オー
ダーで材料ならびに膜厚を制御できるＣＶＤ（Ｃｈｅｍ
ｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（化学的
気相成長法）：材料をガスとして、そのガスを基板上で
熱分解させることによって、材料を基板上に堆積させ
る。）法などの半導体製造プロセス的手法を用いること
ができることに着目し、従来の技術とは全く異なる半導
体製造プロセス的手法を用いることにより、上記したよ
うな従来の技術の問題点を克服した固体レーザー結晶薄
膜作成方法および固体レーザー結晶薄膜作成装置を提供
しようとするものである。
【００１４】なお、半導体製造プロセス的手法とは、上
記したガリウム砒素の成長などに用いられるＣＶＤ法、
ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘ
ｙ）法、ＡＬＥ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｅｐｉｔ
ａｘｙ）法、レーザー、電子、イオンによるアブレーシ
ョン・ディポジション（Ａｂｌａｔｉｏｎ Ｄｅｐｏｓ
ｉｔｉｏｎ）法などがあり、材料ガスあるいは分子やイ
オンをガス状あるいはビーム状に供給して、加熱した基
板上に結晶成長させる手法を総称するものとする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による固体レーザー結晶薄膜作成方法は、高
真空中の容器の中で基板を加熱し、金属材料を含むレー
ザー母材を形成する材料を上記基板表面に供給して、上
記基板表面で結晶成長させて固体レーザー結晶薄膜を作
成する固体レーザー結晶薄膜作成方法において、上記レ
ーザー母材を形成する材料のなかで上記金属材料のみが
供給されているときにのみ、該供給と同期して活性イオ
ン種材料を上記基板表面に供給し、上記活性イオン種材
料の価数を上記レーザー母材の結晶を構成する金属イオ
ンの価数と同じに制御するものである。
【００１６】また、本発明による固体レーザー結晶薄膜
作成装置は、固体レーザー結晶薄膜を表面に結晶成長さ
せる基板を収容する内部が高真空とされた容器と、上記
基板を加熱する加熱装置と、上記容器内部に収容された
上記基板表面に、金属材料を含むレーザー母材を形成す
る材料を供給するレーザー母材供給装置と、上記容器内
部に収容された上記基板表面に、上記レーザー母材供給
装置により上記レーザー母材を形成する材料のなかで上
記金属材料のみが供給されているときにのみ、該供給と
同期して活性イオン種材料を供給する活性イオン種材料
供給装置とを備えるようにした。
【００１７】
【作用】高真空中の容器の中で基板を加熱し、金属材料
を含むレーザー母材を形成する材料を基板表面に供給し
て結晶成長させるため、半導体製造プロセス的手法と同
様に、種子結晶以外のＳｉなどの半導体基板上にも、固
体レーザー結晶を成長させることができる。
【００１８】また、レーザー母材を形成する材料のなか
で金属材料のみが供給されているときにのみ、該供給と
同期して活性イオン種材料を基板表面に供給するため、
活性イオン種材料の価数を、レーザー母材の結晶を構成
する金属イオンの価数と同一に制御できる。従って、吸
収主の存在しない欠陥の少ない固体レーザー結晶を作成
できる。
【００１９】さらにまた、原子レベルの膜厚の制御が容
易であり、活性イオン種材料も空間的に均一に注入でき
る。
【００２０】
【実施例】以下、図面に基づいて、本発明による固体レ
ーザー結晶薄膜作成方法および固体レーザー結晶薄膜作
成装置の実施例を詳細に説明するものとする。
【００２１】図１には、本発明による固体レーザー結晶
薄膜作成装置の一実施例が示されている。
【００２２】この固体レーザー結晶薄膜作成装置は、円
筒状のステンレス製の容器１０と、容器１０内と導通し
て、容器１０内部へレーザー母材を形成する金属材料を
供給する連通管１２と、容器１０内と導通して、容器１
０内部へレーザー母材を形成する酸化剤あるいはハロゲ
ン化剤を供給する連通管１４と、容器１０内と導通し
て、容器１０内部へ活性イオン種材料を供給する連通管
１６と、連通管１２、連通管１４および連通管１６をそ
れぞれ開閉する電磁バルブ装置１８、電磁バルブ装置２
０および電磁バルブ装置２２と、一方の端部２４ａを容
器１０の外部に位置させて容器１０内に立設された石英
ロッド２４と、端部２４ａに赤外線を入射し、石英ロッ
ド２４の他方の端部２４ｂ上に載置された基板１００を
加熱するハロゲン・ランプと２６とを備えている。
【００２３】また、容器１０内部は、図示しないターボ
分子ポンプにより、１０-7Ｔｏｒｒ台の高真空に引かれ
ている。
【００２４】以上の構成において、半導体製造プロセス
的手法として、材料ガス交互供給型ＣＶＤ法を用いて、
基板１００たるＳｉ（１００）基板上に固体レーザー結
晶薄膜としてチタン・サファイア（レーザー母材：Ａｌ
2Ｏ3，活性イオン種：Ｔｉ）の薄膜を製造する場合につ
いて説明する。
【００２５】なお、基板１００としては、Ｓｉ（１０
０）あるいはα−Ａｌ2Ｏ3などのように、レーザー母材
と格子定数がマッチングしたものを使用できる。例え
ば、α−Ａｌ2Ｏ3を基板１００として使用する場合に
は、レーザー母材と同じ材料であるためなんらの支障を
生じるものではなく、またＳｉ（１００）はレーザー母
材とは異なる材料ではあるが、格子定数がマッチングす
るので、基板１００として使用できる。
【００２６】そして、レーザー母材としてＡｌ2Ｏ3を形
成し、活性イオン種としてＴｉを用いるものであるた
め、電磁バルブ装置１８を開閉して連通管１２からレー
ザー母材を形成する金属材料としてＴＭＡを、電磁バル
ブ装置２０を開閉して連通管１４からレーザー母材を形
成する酸化剤としてＮ2Ｏを、さらに電磁バルブ装置２
２を開閉して連通管１６から活性イオン種材料としてＴ
ｉガスを容器１０内に送出するように設定する。
【００２７】この際に、ＴＭＡ、Ｎ2ＯならびにＴｉガ
スを、ガス・パルスとして容器１０内部に供給すること
になるが、供給サイクルは図２に示すように、ＴＭＡと
Ｎ2Ｏとの材料ガスを２秒おきに交互に、かつガス噴出
時間１秒で容器１０内に載値した基板１００に吹き付け
る。
【００２８】即ち、容器１０内部に１秒間ＴＭＡガス
（またはＮ2Ｏガス）を供給してＴＭＡガス（またはＮ2
Ｏガス）の圧力を高め、その後２秒間はＴＭＡガスなら
びにＮ2Ｏガスの供給を停止して、ターボ分子ポンプに
より容器１０内部を真空に引く。次に、１秒間Ｎ2Ｏガ
ス（またはＴＭＡガス）を供給してＮ2Ｏガス（または
ＴＭＡガス）の圧力を高め、その後２秒間はＴＭＡガス
ならびにＮ2Ｏガスの供給を停止して、ターボ分子ポン
プにより容器１０内部を真空に引く。以上の処理を１サ
イクルとして、所定サイクル繰り返すことになる。従っ
て、１サイクルは、６秒間要することになる。また、活
性イオン種たるＴｉガスの供給は、ＴＭＡの供給と同期
させて行う。
【００２９】また、基板１００を石英ロッド２４の端部
２４ｂ上に載置し、ハロゲン・ランプ２６によって照射
される赤外線によって、基板１００を裏面から加熱す
る。
【００３０】なお、ベース圧力は１×１０-7Ｔｏｒｒ台
で、ガス導入時の容器１０内の圧力は、２×１０-4Ｔｏ
ｒｒに設定した。
【００３１】図３は、基板１００としてのＳｉ（１０
０）上におけるＡｌ2Ｏ3膜の成長のガス供給サイクル数
依存性（グラフの縦軸にＴＨＩＣＫＮＥＳＳ（薄膜の厚
さ：ｎｍ）をとり、横軸にＣＹＣＬＥＳ（サイクル）の
数をとる。）を示している。上記したように、ＴＭＡお
よびＮ2Ｏの容器１０内の圧力はいずれも２×１０-4Ｔ
ｏｒｒ（圧力比は、「ＴＭＡ／Ｎ2Ｏ＝１」である。）
に設定し、基板温度は３６０゜Ｃ（Ｔsub＝３６０゜
Ｃ）とした。図３からは、Ａｌ2Ｏ3膜が、線形に約０．
４ｎｍ／ｃｙｃｌｅで成長していることが理解される。
【００３２】即ち、Ａｌ2Ｏ3膜の厚さは、ガス供給サイ
クル数に比例し、その成長速度は、０．４ｎｍ／ｃｙｃ
ｌｅであった。また、薄膜の組成をＸＰＳ（Ｘ線光電子
分光法）で調べたところ、２：３のストイキメトリーに
なっていることが分かった。
【００３３】次に、ＴＭＡおよびＮ2Ｏの容器１０内の
圧力を、上記と同様に２×１０-4Ｔｏｒｒに設定し、基
板（Ｔsub）温度を変化させて、分光型エリプソメータ
ーにより薄膜および屈折率を測定した。
【００３４】図４のグラフは、縦軸に膜厚をサイクル数
で割ったＧＲＯＷＴＨ ＲＡＴＥ（成長速度：ｎｍ／ｃ
ｙｃｌｅｓ）をとり、横軸に基板（Ｔsub）の温度（゜
Ｃ）の変化をとって、成長速度と基板の温度変化の関係
を示している。また、図５のグラフは、縦軸に６３２．
８ｎｍでの屈折率（ｎ）をとり、横軸に基板（Ｔsub）
の温度（゜Ｃ）の変化をとって、屈折率と基板の温度変
化の関係を示している。
【００３５】図４を見ると、３２０゜Ｃまでは、０．０
２ｎｍ／ｃｙｃｌｅの低い成長速度であることがわか
る。そのときの屈折率は、１．６−１．７で、アモルフ
ァス状のＡｌ2Ｏ3の屈折率と同程度か高い値が得られ
た。さらに、基板温度の高い３０６０゜Ｃでは、成長速
度は０．４ｎｍ／ｃｙｃｌｅで屈折率は１．７７であっ
た。
【００３６】また、活性イオン種のドーピングのタイミ
ングは、図２に示すようにＴＭＡの供給のタイミングと
同期している。このようにすると、３価のＡｌにＴｉが
置換されるので、ドーピングされるＴｉは３価のみとす
ることができる。
【００３７】図６乃至図８には、レーザー母材の材料
と、活性イオン種の材料と、基板の材料との可能な組み
合わせの一例が示されている。図６はレーザー母材とし
てＡｌ 2Ｏ3を形成する場合の例を示し、図７はレーザー
母材としてＹ3Ａｌ5Ｏ12を形成する場合の例を示し、図
８はレーザー母材としてＬｉＹＦ4を形成する場合の例
を示している。
【００３８】また、図９には、本発明による固体レーザ
ー結晶薄膜作成装置の他の実施例が示されているが、図
１と同一の構成部材に関しては、同一の符号を付して示
すことにより、詳細な構成および作用の説明は省略す
る。レーザー母材を形成する材料たる金属単体もしくは
金属化合物および活性イオン種材料が常温で固体の場合
は、加熱による蒸発、レーザー、電子ビーム、イオン・
ビームによる蒸散を行うために、図９に示すような固体
レーザー結晶薄膜作成装置を用いればよい。
【００３９】即ち、図９に示す固体レーザー結晶薄膜作
成装置は、容器１０にレーザー導入窓部３０が形成され
ていて、外部から容器１０内部へレーザーを照射可能と
されている。さらに、容器１０内のレーザの照射位置
に、常温で固体のレーザー母材を形成する材料たる金属
単体もしくは金属化合物および活性イオン種材料を支持
するホルダー３２を配置して、このホルダー３２をマグ
ネテイック・カップリング３４を介してモータ３６によ
り回転駆動可能に構成されている。
【００４０】以上の構成において、図１に示す実施例と
同様に、電磁バルブ装置１８を開閉して連通管１２から
レーザー母材を形成する金属材料としてＴＭＡを、電磁
バルブ装置２０を開閉して連通管１４からレーザー母材
を形成する酸化剤としてＮ2Ｏを容器１０内に送出する
ように設定するとともに、ホルダー３２にＴｉを添着
し、このホルダー３２をマグネテイック・カップリング
３４を介してモータ３６により回転駆動させながら、レ
ーザー導入窓部３０から導入したレーザーをＴｉに照射
加熱する。こうして、ホルダー３２に添着されたＴｉを
蒸散させることにより、基板１００上に、チタン・サフ
ァイア（レーザー母材：Ａｌ2Ｏ3，活性イオン種：Ｔ
ｉ）の薄膜を形成することができる。
【００４１】また、レーザー母材を形成する材料として
固体の材料を使用する場合にも、上記したＴｉの場合と
同様な装置をさらに配設して、レーザー照射を行って蒸
散させるようにすればよい。
【００４２】さらに、特に図示はしないが、図９に示す
実施例において、レーザーに代えて電子ビームやイオン
・ビームを照射するようにしてもよい。この場合には、
容器内に直接に電子ビーム源やイオン・ビーム源を取り
付けるようにすればよい。
【００４３】
【００４４】さらに、基板１００を加熱する際に赤外線
加熱ではなくて、抵抗加熱でもよい。即ち、熱線を巻い
て電気的に基板１００を加熱してもよい。
【００４５】また、容器１０内の斜め上方より基板１０
０へレーザーを照射して、基板１００を加熱するように
してもよい。
【００４６】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００４７】本発明による固体レーザー結晶薄膜作成方
法は、高真空中の容器の中で基板を加熱し、金属材料を
含むレーザー母材を形成する材料を上記基板表面に供給
して、上記基板表面で結晶成長させて固体レーザー結晶
薄膜を作成する固体レーザー結晶薄膜作成方法におい
て、上記レーザー母材を形成する材料のなかで上記金属
材料のみが供給されているときにのみ、該供給と同期し
て活性イオン種材料を上記基板表面に供給し、上記活性
イオン種材料の価数を上記レーザー母材の結晶を構成す
る金属イオンの価数と同じに制御するものであり、ま
た、本発明による固体レーザー結晶薄膜作成装置は、固
体レーザー結晶薄膜を表面に結晶成長させる基板を収容
する内部が高真空とされた容器と、上記基板を加熱する
加熱装置と、上記容器内部に収容された上記基板表面
に、金属材料を含むレーザー母材を形成する材料を供給
するレーザー母材供給装置と、上記容器内部に収容され
た上記基板表面に、上記レーザー母材供給装置により上
記レーザー母材を形成する材料のなかで上記金属材料の
みが供給されているときにのみ、該供給と同期して活性
イオン種材料を供給する活性イオン種材料供給装置とを
備えるようにしたため、高真空中の容器の中で基板を加
熱し、金属材料を含むレーザー母材を形成する材料を基
板表面に供給して結晶成長させることができる。このた
め、半導体製造プロセス的手法と同様に、種子結晶以外
のＳｉなどの半導体基板上にも、固体レーザー結晶を成
長させることができる。
【００４８】また、レーザー母材を形成する材料のなか
で金属材料のみが供給されているときにのみ、該供給と
同期して活性イオン種材料を基板表面に供給するため、
活性イオン種材料の価数を、レーザー母材の結晶を構成
する金属イオンの価数と同一に制御でき、吸収主の存在
しない欠陥の少ない固体レーザー結晶を作成できる。
【００４９】さらにまた、原子レベルの膜厚の制御が容
易であり、活性イオン種材料も空間的に均一に注入でき
るようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による固体レーザー結晶薄膜
作成装置を示す断面構成説明図である。
【図２】基板表面へのガス・パルスの供給タイミングを
示すタイミング・チャートである。
【図３】Ａｌ2Ｏ3膜の成長のガス供給サイクル数依存性
を示すグラフである。
【図４】基板の温度変化と成長速度との関係を示すグラ
フである。
【図５】基板の温度変化と６３２．８ｎｍでの屈折率と
の関係を示すグラフである。
【図６】レーザー母材としてＡｌ2Ｏ3を形成する場合に
おけるレーザー母材の材料と、活性イオン種の材料と、
基板の材料との可能な組み合わせの一例を示す表であ
る。
【図７】レーザー母材としてＹ3Ａｌ5Ｏ12を形成する場
合におけるレーザー母材の材料と、活性イオン種の材料
と、基板の材料との可能な組み合わせの一例を示す表で
ある。
【図８】レーザー母材としてＬｉＹＦ4を形成する場合
におけるレーザー母材の材料と、活性イオン種の材料
と、基板の材料との可能な組み合わせの一例を示す表で
ある。
【図９】本発明の他の実施例による固体レーザー結晶薄
膜作成装置を示す断面構成説明図である。
【符号の説明】
１０ 容器 １２ 連通管 １４ 連通管 １６ 連通管 １８ 電磁バルブ装置 ２０ 電磁バルブ装置 ２２ 電磁バルブ装置 ２４ 石英ロッド ２４ａ 端部 ２４ｂ 端部 ２６ ハロゲン・ランプ ３０ レーザー導入窓部 ３２ ホルダー ３４ マグネティック・カップリング ３６ モータ １００ 基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｃ２３Ｃ 14/00 Ｃ２３Ｃ 14/00 14/24 14/24

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高真空中の容器の中で基板を加熱し、金
    属材料を含むレーザー母材を形成する材料を前記基板表
    面に供給して、前記基板表面で結晶成長させて固体レー
    ザー結晶薄膜を作成する固体レーザー結晶薄膜作成方法
    において、 前記レーザー母材を形成する材料のなかで前記金属材料
    のみが供給されているときにのみ、該供給と同期して活
    性イオン種材料を前記基板表面に供給し、 前記活性イオン種材料の価数を前記レーザー母材の結晶
    を構成する金属イオンの価数と同じに制御することを特
    徴とする固体レーザー結晶薄膜作成方法。
  2. 【請求項２】 固体レーザー結晶薄膜を表面に結晶成長
    させる基板を収容する内部が高真空とされた容器と、 前記基板を加熱する加熱装置と、 前記容器内部に収容された前記基板表面に、金属材料を
    含むレーザー母材を形成する材料を供給するレーザー母
    材供給装置と、 前記容器内部に収容された前記基板表面に、前記レーザ
    ー母材供給装置により前記レーザー母材を形成する材料
    のなかで前記金属材料のみが供給されているときにの
    み、該供給と同期して活性イオン種材料を供給する活性
    イオン種材料供給装置とを有することを特徴とする固体
    レーザー結晶薄膜作成装置。
  3. 【請求項３】 前記レーザー母材を形成する材料および
    前記活性イオン種材料は常温で固体であり、加熱による
    蒸発、レーザー、電子ビーム、イオン・ビームによる蒸
    散を行う手段を備えた請求項２記載の固体レーザー結晶
    薄膜作成装置。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3456557B2 (ja) * 1995-05-08 2003-10-14 日本電信電話株式会社 光学材料及びその製造方法
JPH1025576A (ja) * 1996-04-05 1998-01-27 Dowa Mining Co Ltd Ｃｖｄ成膜法における原料化合物の昇華方法
JP3268443B2 (ja) * 1998-09-11 2002-03-25 科学技術振興事業団 レーザ加熱装置
EP1316245A1 (en) * 2000-08-31 2003-06-04 Powerlase Limited Electromagnetic radiation generation using a laser produced plasma
KR100384558B1 (ko) * 2001-02-22 2003-05-22 삼성전자주식회사 반도체 장치의 유전체층 형성방법 및 이를 이용한캐패시터 형성방법
US6996137B2 (en) * 2002-08-06 2006-02-07 Raytheon Company Solid-state devices with radial dopant valence profile
US20080232761A1 (en) * 2006-09-20 2008-09-25 Raveen Kumaran Methods of making optical waveguide structures by way of molecular beam epitaxy
JP2015012179A (ja) 2013-06-28 2015-01-19 住友電気工業株式会社 気相成長方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5272399A (en) * 1975-12-13 1977-06-16 Fujitsu Ltd Method and apparatus for growth of single crystals of al2o3 from gas p hase
US4211803A (en) * 1977-08-15 1980-07-08 International Business Machines Corporation CVD Growth of magnetic oxide films having growth induced anisotropy
US4247359A (en) * 1978-10-30 1981-01-27 Honeywell Inc. Preparation of epitaxial rare earth thin films
JPS55110089A (en) * 1979-02-16 1980-08-25 Futaba Corp Laser light emitting element
FI57975C (fi) * 1979-02-28 1980-11-10 Lohja Ab Oy Foerfarande och anordning vid uppbyggande av tunna foereningshinnor
US4711696A (en) * 1985-05-20 1987-12-08 Union Carbide Corporation Process for enhancing Ti:Al2 O3 tunable laser crystal fluorescence by controlling crystal growth atmosphere
US4988402A (en) * 1988-02-09 1991-01-29 Union Carbide Chemicals And Plastics Company Inc. Processes for enhancing fluorescence of tunable titanium-doped oxide laser crystals
US4836953A (en) * 1988-02-09 1989-06-06 Union Carbide Corporation Processes for enhancing fluorescence of TI:A1203 tunable laser crystals
US5037200A (en) * 1989-07-11 1991-08-06 Tosoh Corporation Laser-operated detector
US5142548A (en) * 1990-04-13 1992-08-25 Allied-Signal Inc. Broadband tuning and laser line narrowing utilizing birefringent laser hosts
US5023877A (en) * 1990-06-29 1991-06-11 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Miniature, optically pumped narrow line solid state laser

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