JPH05275794A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JPH05275794A JPH05275794A JP3122385A JP12238591A JPH05275794A JP H05275794 A JPH05275794 A JP H05275794A JP 3122385 A JP3122385 A JP 3122385A JP 12238591 A JP12238591 A JP 12238591A JP H05275794 A JPH05275794 A JP H05275794A
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- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
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- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/3211—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 コンパクトな電子ポンピング型半導体レーザ
を提供する。 【構成】 この半導体レーザは透明窓３６と、第一面２
６と、第二面３８から概略構成される真空容器３４から
なるもので、前記真空器内にはレーザビーム発生用半導
体１０と電子衝撃ポンピング装置２３とが設けられ、前
記第一面は前記真空容器内側方向に前記冷電子源を支持
するものであり、さらに第二面は少なくとも一つの電極
が固定されたものであり、前記電極によって前記冷電子
源と前記半導体がとが一定距離離間されている。半導体
１０は電子しきい電流密度が１０Ａ/cm2以下で、また電
子加速電圧が３０KV以下であるレーザ効果を示す構造を
有し、またこれは少なくとも３つの層、すなわち第一層
は電子励起層、第二層はキャリア閉じ込めのための活性
層および第三層の光学的閉じ込め層からなるヘテロ構造
を有するものである。
を提供する。 【構成】 この半導体レーザは透明窓３６と、第一面２
６と、第二面３８から概略構成される真空容器３４から
なるもので、前記真空器内にはレーザビーム発生用半導
体１０と電子衝撃ポンピング装置２３とが設けられ、前
記第一面は前記真空容器内側方向に前記冷電子源を支持
するものであり、さらに第二面は少なくとも一つの電極
が固定されたものであり、前記電極によって前記冷電子
源と前記半導体がとが一定距離離間されている。半導体
１０は電子しきい電流密度が１０Ａ/cm2以下で、また電
子加速電圧が３０KV以下であるレーザ効果を示す構造を
有し、またこれは少なくとも３つの層、すなわち第一層
は電子励起層、第二層はキャリア閉じ込めのための活性
層および第三層の光学的閉じ込め層からなるヘテロ構造
を有するものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザに関する
もので、特にコンパクトな電子ポンピング型半導体レー
ザに関するものであり、このレーザはすべての光学的情
報処理に適用可能なもので、オーデオ、ビデオコンパク
トデイスク読み取り装置、光学的記憶システム、レーザ
プリンターまたはバーコード読み取り装置に用いられる
ことができるのみならず、光学的記録装置および研究用
機器にも用いられよう。
もので、特にコンパクトな電子ポンピング型半導体レー
ザに関するものであり、このレーザはすべての光学的情
報処理に適用可能なもので、オーデオ、ビデオコンパク
トデイスク読み取り装置、光学的記憶システム、レーザ
プリンターまたはバーコード読み取り装置に用いられる
ことができるのみならず、光学的記録装置および研究用
機器にも用いられよう。
【０００２】
【従来の技術】半導体アロイをレーザー空洞（laser ca
vity）として用いている半導体レーザには３つの型があ
り、それぞれのレーザ効果発生モードによって注入レー
ザダイオード、電子ポンピングレーザおよび光学的ポン
ピングレーザに区別される。
vity）として用いている半導体レーザには３つの型があ
り、それぞれのレーザ効果発生モードによって注入レー
ザダイオード、電子ポンピングレーザおよび光学的ポン
ピングレーザに区別される。
【０００３】小型の商業製品として主に出回っているも
のは注入III-V型レーザダイオードである。このレーザ
ダイオードの構成には、複雑添加（complex dosing）お
よび薄膜金属加工学の利用を必要Ｓｂ原子からなるIII-
V属からの半導体と組み併せられてのみ利用可能であ
る。しかし、III-Vレーザダイオードの主な利点は、そ
のコンパクト性である。すなわち、その全長は約１cm3
である。しかし、主な欠点は発振波長の範囲が０．６〜
１．５５マイクロメートルであることであり、このよう
な欠点はIII-V属の物質しか利用できないことにもとづ
く。
のは注入III-V型レーザダイオードである。このレーザ
ダイオードの構成には、複雑添加（complex dosing）お
よび薄膜金属加工学の利用を必要Ｓｂ原子からなるIII-
V属からの半導体と組み併せられてのみ利用可能であ
る。しかし、III-Vレーザダイオードの主な利点は、そ
のコンパクト性である。すなわち、その全長は約１cm3
である。しかし、主な欠点は発振波長の範囲が０．６〜
１．５５マイクロメートルであることであり、このよう
な欠点はIII-V属の物質しか利用できないことにもとづ
く。
【０００４】他の既知の半導体レーザのなかで、電子ポ
ンピングレーザは半導体を励起するために電子衝撃（el
ectron bombardment）を用いる。通常、電子ポンピング
は電子銃のたすけをかりて実施される。そのような構成
はエー・ナジボフ（A.Nasibov）の論文「レーザ陰極線
管およびその用途（Laser cathode ray tubes and thei
r applications）」ＳＰＩＥ第８９３巻ハイパワーレー
ザダイオードおよび適用（High Power Laser Diodes an
d Applications）、２００−２０２ページ、１９８８年
に開示されている。
ンピングレーザは半導体を励起するために電子衝撃（el
ectron bombardment）を用いる。通常、電子ポンピング
は電子銃のたすけをかりて実施される。そのような構成
はエー・ナジボフ（A.Nasibov）の論文「レーザ陰極線
管およびその用途（Laser cathode ray tubes and thei
r applications）」ＳＰＩＥ第８９３巻ハイパワーレー
ザダイオードおよび適用（High Power Laser Diodes an
d Applications）、２００−２０２ページ、１９８８年
に開示されている。
【０００５】これらのレーザの主な利点は、「ポンピン
グ源」と「レーザ空洞」の部分であり、すべてのダイレ
クトギャップ半導体を使用することを可能とし、また特
にダイレクトインジェクション、すなわち注入レーザダ
イオードの構成を許さない。すべてのダイレクトギャッ
プ半導体を用いることは、紫外部から赤外部までに波長
を広げることを可能とする。
グ源」と「レーザ空洞」の部分であり、すべてのダイレ
クトギャップ半導体を使用することを可能とし、また特
にダイレクトインジェクション、すなわち注入レーザダ
イオードの構成を許さない。すべてのダイレクトギャッ
プ半導体を用いることは、紫外部から赤外部までに波長
を広げることを可能とする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、電子ポンピン
グ半導体レーザにおいては、用いられる電流密度は約１
０ないし１００A/m2であり、また用いられる加速電圧は
約２０ないし１００kVである。このような高い値は、コ
ンパクトで、またIII-Vレーザダイオードのそれに相当
する大きさと利点とを備えた容量の減少した半導体レー
ザ（約１cm3）の構成を困難にする。高エネルギー密度
により、パルス作動モードのみが可能であるが、その利
用はデイスプレイ表示目的のために用いられるレーザー
に限定される。
グ半導体レーザにおいては、用いられる電流密度は約１
０ないし１００A/m2であり、また用いられる加速電圧は
約２０ないし１００kVである。このような高い値は、コ
ンパクトで、またIII-Vレーザダイオードのそれに相当
する大きさと利点とを備えた容量の減少した半導体レー
ザ（約１cm3）の構成を困難にする。高エネルギー密度
により、パルス作動モードのみが可能であるが、その利
用はデイスプレイ表示目的のために用いられるレーザー
に限定される。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の目的の一つは、
電子ポンピング半導体レーザとしての長所を具備する一
方で、III-Vレーザダイオードに相当するような、容量
の減少した（約１cm3）コンパクトな電子ポンピング型
の半導体レーザを作ることである。
電子ポンピング半導体レーザとしての長所を具備する一
方で、III-Vレーザダイオードに相当するような、容量
の減少した（約１cm3）コンパクトな電子ポンピング型
の半導体レーザを作ることである。
【０００８】本発明の他の目的は、電子ポンピング型レ
ーザの長所と組合わさって、紫外部から中赤外部までの
波長を有する光線を与えるレーザの構成を可能とするこ
とで、それは用いられる半導体物質によって決まる。
ーザの長所と組合わさって、紫外部から中赤外部までの
波長を有する光線を与えるレーザの構成を可能とするこ
とで、それは用いられる半導体物質によって決まる。
【０００９】本発明は、このような目的を達成するため
に、小型電子源と、低電流いき値と低電子加速電圧とを
得るために特別な構造からなる小型半導体レーザ空洞と
を有する小型の装置を用いることにした。
に、小型電子源と、低電流いき値と低電子加速電圧とを
得るために特別な構造からなる小型半導体レーザ空洞と
を有する小型の装置を用いることにした。
【００１０】特に、本発明は体積が１cm3以下の冷電子
源（cold electron source）であることを特徴とする電
子衝撃ポンピング装置を具備した半導体レーザに関する
ものである。
源（cold electron source）であることを特徴とする電
子衝撃ポンピング装置を具備した半導体レーザに関する
ものである。
【００１１】ポンピング装置は、ＰＮ、ＰＩＮまたはシ
ョットキー結合、トンネル効果金属・絶縁体・金属構造
（tunnel effect metal-isolator-metal stracture）、
または強誘伝体を有する冷電子源か選択される。
ョットキー結合、トンネル効果金属・絶縁体・金属構造
（tunnel effect metal-isolator-metal stracture）、
または強誘伝体を有する冷電子源か選択される。
【００１２】好適な方法では、マイクロエレクトロニッ
ク方法によって生産される冷電子源からなり、装置の大
量生産を促進する。好ましくは、ポンピング装置はマイ
クロドット放出（emissive）電極冷電子源である。
ク方法によって生産される冷電子源からなり、装置の大
量生産を促進する。好ましくは、ポンピング装置はマイ
クロドット放出（emissive）電極冷電子源である。
【００１３】また、逆バイアスＰＮ結合シリコン陰極に
よって構成された冷電子源を好適に用いることが可能で
ある。
よって構成された冷電子源を好適に用いることが可能で
ある。
【００１４】これら後者の２つの冷電子源は、モザイ
ク、マトリックスまたはモザイクマトリックス構造を有
する。
ク、マトリックスまたはモザイクマトリックス構造を有
する。
【００１５】用いられた半導体は、ダイレクトギャップ
型のもので、III-VおよびII-V化合物から選択されるも
のであり、紫外部から赤外部の範囲の波長をカバーする
ことが可能である。
型のもので、III-VおよびII-V化合物から選択されるも
のであり、紫外部から赤外部の範囲の波長をカバーする
ことが可能である。
【００１６】広範囲の波長のレーザビームを得るために
は、半導体は好ましくはII-V化合物とする。
は、半導体は好ましくはII-V化合物とする。
【００１７】半導体は、ファブリー・ペロット共鳴空洞
（Fabry-Perot resonant cavity）の形状で、そのミラ
ーはクリービングおよび必要に応じてミラーの反射能を
調整する観点から薄い光学的膜を堆積させることによっ
て作られる。
（Fabry-Perot resonant cavity）の形状で、そのミラ
ーはクリービングおよび必要に応じてミラーの反射能を
調整する観点から薄い光学的膜を堆積させることによっ
て作られる。
【００１８】付加的に、共鳴空洞は分配空洞型（distri
buted cavity type）のもの、例えば分配フィードバッ
ク空洞（distributed feedback cavity）または分配ブ
ラッグ反射空洞（ditributed Bragg reflector cavit
y）である。
buted cavity type）のもの、例えば分配フィードバッ
ク空洞（distributed feedback cavity）または分配ブ
ラッグ反射空洞（ditributed Bragg reflector cavit
y）である。
【００１９】レーザ装置は、ゲインガイダンスまたはイ
ンデックスガイダンス型のものである。
ンデックスガイダンス型のものである。
【００２０】レーザ空洞は固体半導体物質または基質に
皮覆された薄膜状の半導体物質から生産される。半導体
の薄膜構造は、いくつかのヘテロ構造を有する。
皮覆された薄膜状の半導体物質から生産される。半導体
の薄膜構造は、いくつかのヘテロ構造を有する。
【００２１】半導体は電子いき値が１０Ａ／ｃｍ2の電
流密度と、また１０ｋＶ以下の電子加速電圧とからなる
レーザ効果を示す構造であることが好ましい。
流密度と、また１０ｋＶ以下の電子加速電圧とからなる
レーザ効果を示す構造であることが好ましい。
【００２２】ここで、この「構造」という用語の意味
は、組成物、半導体のドーピング、およびもし存在する
ならばヘテロ構造のパラメータであり、また同様に特
性、共鳴空洞の３次元的配置、そしてレーザの型、すな
わちファブリー・ペロットまたは分配、およびゲインま
たはインデックスのガイダンス構造を示すものである。
は、組成物、半導体のドーピング、およびもし存在する
ならばヘテロ構造のパラメータであり、また同様に特
性、共鳴空洞の３次元的配置、そしてレーザの型、すな
わちファブリー・ペロットまたは分配、およびゲインま
たはインデックスのガイダンス構造を示すものである。
【００２３】低いき値電流と低加速電圧は、半導体上に
顕著に低下したエネルギー密度をもたらす。１ｃｍ3以
下の体積の冷電子源とレーザ装置構成の簡素化とによっ
て、以下に示すような利点を有するコンパクトなレーザ
を得ることが可能となる。
顕著に低下したエネルギー密度をもたらす。１ｃｍ3以
下の体積の冷電子源とレーザ装置構成の簡素化とによっ
て、以下に示すような利点を有するコンパクトなレーザ
を得ることが可能となる。
【００２４】半導体はヘテロ構造であることが好まし
い。本発明の好適な実施態様によれば、このヘテロ構造
は多層からなるものであって、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｈ
ｇ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｓなどからなる合金（アロイ）から形
成される。
い。本発明の好適な実施態様によれば、このヘテロ構造
は多層からなるものであって、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｈ
ｇ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｓなどからなる合金（アロイ）から形
成される。
【００２５】基質上の薄膜エピタクシー（thin film ep
itaxy）によって生産されるヘテロ構造は、いくつかの
ゾーン（層）からなり、すなわち電子孔対の発生および
電子励起のための表層（surface zone）と、キャリアの
閉じ込め（confinement）と電子孔対の放射性組換え（r
adiative recombination）からのレーザ光発生とのため
の活性層（active zone）と、レーザ光光学的閉じ込め
層（confinement zone）とからなる。
itaxy）によって生産されるヘテロ構造は、いくつかの
ゾーン（層）からなり、すなわち電子孔対の発生および
電子励起のための表層（surface zone）と、キャリアの
閉じ込め（confinement）と電子孔対の放射性組換え（r
adiative recombination）からのレーザ光発生とのため
の活性層（active zone）と、レーザ光光学的閉じ込め
層（confinement zone）とからなる。
【００２６】電子励起層は付加的にギャップ勾配を有す
るもので、効率よく発生キャリアを活性層方向に移動さ
せるために膜の内側から減少したギャップをともなう。
るもので、効率よく発生キャリアを活性層方向に移動さ
せるために膜の内側から減少したギャップをともなう。
【００２７】２つの閉じ込め層は、分離または一致して
存在することができる。通常、それらの励起層から分離
されており、表層に接近して位置する。一般に活性層は
光学的閉じ込めゾーン内にある。 活性ゾーンは、単一
ウエル、量子ウエル、量子マルチウエル、超結晶格子、
またはこれらの組合わさった構造から構成されている。
存在することができる。通常、それらの励起層から分離
されており、表層に接近して位置する。一般に活性層は
光学的閉じ込めゾーン内にある。 活性ゾーンは、単一
ウエル、量子ウエル、量子マルチウエル、超結晶格子、
またはこれらの組合わさった構造から構成されている。
【００２８】本発明の実施態様によれば、レーザはレー
ザビームを供給するための透過窓を持つ真空囲いと、少
なくとも一つの半導体がレーザビームを作り出すことが
できるこの囲いに含まれ、またこの囲いに含まれて冷電
子源の対向を固定し、少なくともひとつの電極が一定の
距離を保ち、かつ冷電子源に対向する冷電子源を支持す
るこの囲いの第一面とからなる。
ザビームを供給するための透過窓を持つ真空囲いと、少
なくとも一つの半導体がレーザビームを作り出すことが
できるこの囲いに含まれ、またこの囲いに含まれて冷電
子源の対向を固定し、少なくともひとつの電極が一定の
距離を保ち、かつ冷電子源に対向する冷電子源を支持す
るこの囲いの第一面とからなる。
【００２９】好ましくは、前記電極は冷電極源から電界
系の半導体に焦点を合わせるのに好適な形状をなすもの
である。例えば、その形状とは円錐状またはピラミッド
状で、その頂点に半導体が位置する。
系の半導体に焦点を合わせるのに好適な形状をなすもの
である。例えば、その形状とは円錐状またはピラミッド
状で、その頂点に半導体が位置する。
【００３０】本発明の特別な態様によれば、レーザは冷
電子源からの電子の縞（strip）に沿ってフオーカシン
グするための手段を有する。
電子源からの電子の縞（strip）に沿ってフオーカシン
グするための手段を有する。
【００３１】このましくは、この手段は電子ビームの両
端に位置するコンダクタースクリーン（伝導性遮蔽板）
によって構成されており、焦点を合わせるのに好適な位
置に配置されている。
端に位置するコンダクタースクリーン（伝導性遮蔽板）
によって構成されており、焦点を合わせるのに好適な位
置に配置されている。
【００３２】好適には、レーザは供給された光ビームの
パラメータの調整を可能にするような冷却システムを有
する。このシステムはラジエータまたはぺルチエ効果温
度電気的冷却器から構成される。
パラメータの調整を可能にするような冷却システムを有
する。このシステムはラジエータまたはぺルチエ効果温
度電気的冷却器から構成される。
【００３３】
【実施例】以下、本発明を具体的な実施例と添付した図
面とを参照してより詳細に記載する。
面とを参照してより詳細に記載する。
【００３４】本発明にもとづけば、レーザの活性物質は
電子しきい電流密度が１０Ａ／ｃｍ2で、電子加速電圧
が１０ｋＶとなるようなレーザ効果を示す構造を有して
いる。
電子しきい電流密度が１０Ａ／ｃｍ2で、電子加速電圧
が１０ｋＶとなるようなレーザ効果を示す構造を有して
いる。
【００３５】マルチプルII-VI化合物ヘテロ構造（例え
ば、ＣｄＺｎＴｅ半導体アロイ）は、前記基準を満足す
る。このような構造は、分子ビームエピタクシー（mole
cular bean epitaxy）によって生産される。堆積（depo
sition）は、例えば＜１００＞の特定結晶配列を有する
固体ＳｄＺｎＴｅまたはＧａＡｓ半導体アロイ基質上に
実施される。基質の表面はおよそ１ｃｍ3である。ヘテ
ロ構造が堆積されると、基質の厚さは５０から２００マ
イクロメートルの範囲内になる。
ば、ＣｄＺｎＴｅ半導体アロイ）は、前記基準を満足す
る。このような構造は、分子ビームエピタクシー（mole
cular bean epitaxy）によって生産される。堆積（depo
sition）は、例えば＜１００＞の特定結晶配列を有する
固体ＳｄＺｎＴｅまたはＧａＡｓ半導体アロイ基質上に
実施される。基質の表面はおよそ１ｃｍ3である。ヘテ
ロ構造が堆積されると、基質の厚さは５０から２００マ
イクロメートルの範囲内になる。
【００３６】このあと、「マッチ（matches）」、すな
わち直方体状半導体結晶が作られ、この直方体結晶の２
つの平行する面はレーザのファブリペロット型共鳴空洞
を形成するための鏡となる。これらの「マッチ」は、例
えば分割ミラー面およびフレッキシブルメタルシートに
結合したヘテロ構造基質の切断によって得られる。
わち直方体状半導体結晶が作られ、この直方体結晶の２
つの平行する面はレーザのファブリペロット型共鳴空洞
を形成するための鏡となる。これらの「マッチ」は、例
えば分割ミラー面およびフレッキシブルメタルシートに
結合したヘテロ構造基質の切断によって得られる。
【００３７】レーザ共鳴空洞のミラーは分割面である。
これは反射性を増大させるために、また２つのミラーの
ひとつが反射係数（reflection coefficient）１００％
となるように付加的に後者またはより多くの光学的膜
（Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2または他の適当な物質）上に置か
れる。
これは反射性を増大させるために、また２つのミラーの
ひとつが反射係数（reflection coefficient）１００％
となるように付加的に後者またはより多くの光学的膜
（Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2または他の適当な物質）上に置か
れる。
【００３８】図１と図２は、半導体１０の薄膜ヘテロ構
造と、深さＰの関数としてのそれぞれの層のギャップＥ
Ｇ（問題となる合金のコンダクションバンドと価電帯
（valency）との間の禁制帯（forbidden energy zon
e））とを表わす。深さＰの基準点となるところは、半
導体の活性層の中央が選ばれる。
造と、深さＰの関数としてのそれぞれの層のギャップＥ
Ｇ（問題となる合金のコンダクションバンドと価電帯
（valency）との間の禁制帯（forbidden energy zon
e））とを表わす。深さＰの基準点となるところは、半
導体の活性層の中央が選ばれる。
【００３９】ここに示す実施例では、レーザの活性物質
を構成する半導体１０は電子励起層１２、キャリアの活
性閉じ込め層１６、１４、１６および１８によって形成
された光学的閉じ込め層、緩衝層からなる層２０および
基質２２から構成される。
を構成する半導体１０は電子励起層１２、キャリアの活
性閉じ込め層１６、１４、１６および１８によって形成
された光学的閉じ込め層、緩衝層からなる層２０および
基質２２から構成される。
【００４０】第一の励起層１２は、表面から−ｗ／２に
至るもので、その厚さは０．０５から２マイクロメート
ルの間である。この層１２では、半導体の組成物は式Ｃ
ｄｚＺｎｌ−ｚＴｅに該当し、この式中ｚはｚｓ（表面
上）からｚｗ／２（−ｗ／２の次元）の範囲内で変化す
る。例えば、ｚｓとｚｗ／２はそれぞれ０および０．１
と等しい。この層１２では、ギャップは表面において大
きい値を取り、直線的に減少しる。それは、ギャップの
減少勾配を有する。電子衝撃によって生じた電子孔対
は、層１２において生ずる。 表面近くに生ずるキャリ
アを収集することを可能とし、また活性層１６方向へそ
れらを移動させることを可能とさせる。
至るもので、その厚さは０．０５から２マイクロメート
ルの間である。この層１２では、半導体の組成物は式Ｃ
ｄｚＺｎｌ−ｚＴｅに該当し、この式中ｚはｚｓ（表面
上）からｚｗ／２（−ｗ／２の次元）の範囲内で変化す
る。例えば、ｚｓとｚｗ／２はそれぞれ０および０．１
と等しい。この層１２では、ギャップは表面において大
きい値を取り、直線的に減少しる。それは、ギャップの
減少勾配を有する。電子衝撃によって生じた電子孔対
は、層１２において生ずる。 表面近くに生ずるキャリ
アを収集することを可能とし、また活性層１６方向へそ
れらを移動させることを可能とさせる。
【００４１】第２層１４は−Ｗ／２および−ｄ／２の次
元によって定義されるもので、この層の厚さは、例えば
０．０５ないし０．３マイクロメートルである。層１４
では、半導体の組成物は式Ｃｄｙｄ／２の範囲内で変化
する。例えば、ｙｄ／２は０．２および０．４の範囲内
である。層１４は、減少するギャップ勾配を有する。こ
の減少は停止することが可能で、また図１に示すように
ゆるやかに減少させることもできる。また、この組成物
は急激に−ｗ／２次元においてｚｗ／ｚからｙｄ／２へ
移すことが可能であり、その場合組成物は変化しない。
元によって定義されるもので、この層の厚さは、例えば
０．０５ないし０．３マイクロメートルである。層１４
では、半導体の組成物は式Ｃｄｙｄ／２の範囲内で変化
する。例えば、ｙｄ／２は０．２および０．４の範囲内
である。層１４は、減少するギャップ勾配を有する。こ
の減少は停止することが可能で、また図１に示すように
ゆるやかに減少させることもできる。また、この組成物
は急激に−ｗ／２次元においてｚｗ／ｚからｙｄ／２へ
移すことが可能であり、その場合組成物は変化しない。
【００４２】活性層１６はキャリア制限とレーザ光発生
のための小さなギャップを有する。この層１６は、−ｄ
／２からｄ／２の間に広がっており、例えば厚さは０．
００２から０．２までの範囲内である。この層での半導
体の組成は、ＣｄｘＺｎｌ−ｘＴｅであり、式中、ｘは
一定で例えば０．５と１の間である。活性層１６は例え
ば、図１に示すように、単一ウエル（single well）ま
たは量子ウエル（quantum well）によって、または量子
マルチウエル、または超格子、またはそれらの構造の組
合わさったものから構成される。
のための小さなギャップを有する。この層１６は、−ｄ
／２からｄ／２の間に広がっており、例えば厚さは０．
００２から０．２までの範囲内である。この層での半導
体の組成は、ＣｄｘＺｎｌ−ｘＴｅであり、式中、ｘは
一定で例えば０．５と１の間である。活性層１６は例え
ば、図１に示すように、単一ウエル（single well）ま
たは量子ウエル（quantum well）によって、または量子
マルチウエル、または超格子、またはそれらの構造の組
合わさったものから構成される。
【００４３】層１８は、層１４と対称な関係にあり、ｄ
／２からｗ／２に展開している。そして、例えば０．０
５ないし０．３マイクロメートルの厚さを有する。この
層における半導体組成物は、式ＣｄｙＺｎｌ−ｙＴｅに
一致し、この式中、ｙはｙｄ／２からｚｗ／２の範囲内
の値をとるものである。よって、層１８は層１４のギャ
ップから対称的（symmetrically）に立ち上がるギャッ
プ勾配を有する。この増加は断続的か、または図１に示
したようにゆるやかなものである。レーザ光光学的制限
層は層１４、１６および１８によって構成され、その全
体の幅は例えば０．１−０．６ミクロンメートルであ
る。
／２からｗ／２に展開している。そして、例えば０．０
５ないし０．３マイクロメートルの厚さを有する。この
層における半導体組成物は、式ＣｄｙＺｎｌ−ｙＴｅに
一致し、この式中、ｙはｙｄ／２からｚｗ／２の範囲内
の値をとるものである。よって、層１８は層１４のギャ
ップから対称的（symmetrically）に立ち上がるギャッ
プ勾配を有する。この増加は断続的か、または図１に示
したようにゆるやかなものである。レーザ光光学的制限
層は層１４、１６および１８によって構成され、その全
体の幅は例えば０．１−０．６ミクロンメートルであ
る。
【００４４】厚さ０．１−３ミクロンメートルの厚さか
らなる緩衝層２０は基質２２上に設けられる。この層
は、メッシュパラメータを基質のそれに合わせることを
可能とし、また欠損密度（density of defects）を減
少させる。また、それは光学的制限層における光の制限
を可能にする。それは単一層、マルチ層構造、超格子構
造またはそれらの組合わせ構造からなる。実施例では、
緩衝層にある半導体の組成物はＣｄＺｎＴｅに一致す
る。それは光学的制限層のそれと比べて大きいギャップ
を有する。基質２２は、例えばＳｄＺｎＴｅまたはＧａ
Ａｓである。
らなる緩衝層２０は基質２２上に設けられる。この層
は、メッシュパラメータを基質のそれに合わせることを
可能とし、また欠損密度（density of defects）を減
少させる。また、それは光学的制限層における光の制限
を可能にする。それは単一層、マルチ層構造、超格子構
造またはそれらの組合わせ構造からなる。実施例では、
緩衝層にある半導体の組成物はＣｄＺｎＴｅに一致す
る。それは光学的制限層のそれと比べて大きいギャップ
を有する。基質２２は、例えばＳｄＺｎＴｅまたはＧａ
Ａｓである。
【００４５】すでに述べた数値で、好適に刺激されたヘ
テロ構造は波長０．５５マイクロメートルの範囲内にあ
るレーザビームを放す。
テロ構造は波長０．５５マイクロメートルの範囲内にあ
るレーザビームを放す。
【００４６】図１は、ファブリ・ペロット型共鳴空洞を
示すものである。切断によって生じた面上のＦＤ面と、
分割によって生じ、かつファブリ・ペロット型共鳴空洞
のためのミラーとしてのＭ面とを見ることが可能であ
る。インデックスガイダンス型の既知の構造物も利用す
ることが可能である。
示すものである。切断によって生じた面上のＦＤ面と、
分割によって生じ、かつファブリ・ペロット型共鳴空洞
のためのミラーとしてのＭ面とを見ることが可能であ
る。インデックスガイダンス型の既知の構造物も利用す
ることが可能である。
【００４７】本発明によれば、半導体１０は冷電子源２
３、例えばネットワーク、すなわちフィールド効果冷電
子放出マイクロドット陰極のモザイク、マトリックスま
たはモザイクマトリッックスによって生じた電子衝撃に
よって吸い上げられる。このようなネットワークと、生
産過程の例とはフランス特許出願８６０１０２４および
８７１５４３２に記載されている。
３、例えばネットワーク、すなわちフィールド効果冷電
子放出マイクロドット陰極のモザイク、マトリックスま
たはモザイクマトリッックスによって生じた電子衝撃に
よって吸い上げられる。このようなネットワークと、生
産過程の例とはフランス特許出願８６０１０２４および
８７１５４３２に記載されている。
【００４８】図３に関して、マイクロドット陰極のモザ
イク構造とその特性について記載する。モザイクは基質
に設けられた伝導層２４によって構成され、これは絶縁
された形状、例えばガラス、または半導体形状、例えば
シリコンからなり、また厚さが０．２から０．５ミクロ
ンメートルの間にある。この伝導層は伝導マイクロドッ
ト２８を有する。
イク構造とその特性について記載する。モザイクは基質
に設けられた伝導層２４によって構成され、これは絶縁
された形状、例えばガラス、または半導体形状、例えば
シリコンからなり、また厚さが０．２から０．５ミクロ
ンメートルの間にある。この伝導層は伝導マイクロドッ
ト２８を有する。
【００４９】マイクロドットは、約１．５マイクロメー
トルの基質直径を有し、また例えば３または１０マイク
ロメートルの隙間が形成されている。よって、例えば１
ｍｍ2あたり１０，０００から１００，０００のマイク
ロドットが存在する。これは、外側方向にマイクロドッ
ト２８が向くことを許す開口部を有する絶縁層３０によ
って覆われている。この絶縁層３０は約１ミクロンメー
トル厚である。絶縁層３０は、ドット２８に向いた開口
部を有する伝導層によって覆われている。この開口部は
直径が約１．５ミクロンメートルである。前記伝導層は
抽出グリッド（extraction grid）を形成する。
トルの基質直径を有し、また例えば３または１０マイク
ロメートルの隙間が形成されている。よって、例えば１
ｍｍ2あたり１０，０００から１００，０００のマイク
ロドットが存在する。これは、外側方向にマイクロドッ
ト２８が向くことを許す開口部を有する絶縁層３０によ
って覆われている。この絶縁層３０は約１ミクロンメー
トル厚である。絶縁層３０は、ドット２８に向いた開口
部を有する伝導層によって覆われている。この開口部は
直径が約１．５ミクロンメートルである。前記伝導層は
抽出グリッド（extraction grid）を形成する。
【００５０】適当な電圧を伝導層２４および３２に与え
ている間、マイクロドット２８はフィールド効果によっ
て電子を放出する。
ている間、マイクロドット２８はフィールド効果によっ
て電子を放出する。
【００５１】図３は、マイクロドットネットワークのマ
トリックス変形例を示すもので、これはマイクロドット
マトリックスまたは配列と呼ばれる。この構造は、伝導
層２４および３２が縦および横方向に配列されており、
互いに離すことが可能である。それぞれの列３２とそれ
ぞれの列２４との交差するところは、１つまたはそれ以
上のマイクロドットが存在する。適当な電圧を列２４の
伝導体と列３２の伝導体に与えている間、前記電圧にな
った交差点にあるマイクロドット２８は電子を放出す
る。よって、電圧を前記列に選択的に与えることによっ
て、電子放出層を選択するすることが可能となる。
トリックス変形例を示すもので、これはマイクロドット
マトリックスまたは配列と呼ばれる。この構造は、伝導
層２４および３２が縦および横方向に配列されており、
互いに離すことが可能である。それぞれの列３２とそれ
ぞれの列２４との交差するところは、１つまたはそれ以
上のマイクロドットが存在する。適当な電圧を列２４の
伝導体と列３２の伝導体に与えている間、前記電圧にな
った交差点にあるマイクロドット２８は電子を放出す
る。よって、電圧を前記列に選択的に与えることによっ
て、電子放出層を選択するすることが可能となる。
【００５２】放出された電子の密度は、与えた電圧値の
関数として表わされる。電流密度は例えば１から１０ｍ
Ａ／ｍｍ2の範囲内にある。放出された電流は例えば
０．１から５ｍＡの範囲内にある。全電流は一方で与え
られた電圧に依存し、また他方でマイクロドットの表面
と同様に、マイクロドットの数と密度とに依存する。ネ
ットワークは例えば約０．１から０．５ｍｍ2の範囲内
の長方形状表面をなしている。
関数として表わされる。電流密度は例えば１から１０ｍ
Ａ／ｍｍ2の範囲内にある。放出された電流は例えば
０．１から５ｍＡの範囲内にある。全電流は一方で与え
られた電圧に依存し、また他方でマイクロドットの表面
と同様に、マイクロドットの数と密度とに依存する。ネ
ットワークは例えば約０．１から０．５ｍｍ2の範囲内
の長方形状表面をなしている。
【００５３】冷電子源２３はまたシリコン陰極とエミッ
ターとのネットワークによって構成される。図５はその
ようなエミッターの概略構成を示す断面図である。その
ようなエミッターに関しては、例えば文献：G.G.P. Van
Gorkom and M. Moeberechts, Philips Technical Revi
ew, vol. 43, No. 3, pp. 49-57, 1987に詳細に記載さ
れている。
ターとのネットワークによって構成される。図５はその
ようなエミッターの概略構成を示す断面図である。その
ようなエミッターに関しては、例えば文献：G.G.P. Van
Gorkom and M. Moeberechts, Philips Technical Revi
ew, vol. 43, No. 3, pp. 49-57, 1987に詳細に記載さ
れている。
【００５４】６ミクロンメートルの厚さの、ｐ-型、Ｓ
ｉエピタックス層は、４００ミクロンメートルの厚さ
の、ｐ+型、Ｓｉ基質２５上に位置している。電気的接
触のために、３ミクロンの厚さのｎ+層を形成するよう
にしてリンが拡散されている。１０ミクロンメートルよ
りも小さな直径を有するｄｐ+シリンダー状活性層３１
はほう素の移植によって生産される。その典型的な濃度
は５×１０17ｃｍー3である。ヒ素またはアンチモンの移
植によって約１０ｎｍ厚さのｎ++フィルム３３が前記層
３１上に形成される。このｎ++フイルムはたいへん高く
ドープ化されており、通常４×１０19ｃｍ-3である。層
３１と層３３との接触面のＰ−Ｎ結合に該当する放出層
は円柱状対称をなし、直径は１０マイクロメートルであ
る。
ｉエピタックス層は、４００ミクロンメートルの厚さ
の、ｐ+型、Ｓｉ基質２５上に位置している。電気的接
触のために、３ミクロンの厚さのｎ+層を形成するよう
にしてリンが拡散されている。１０ミクロンメートルよ
りも小さな直径を有するｄｐ+シリンダー状活性層３１
はほう素の移植によって生産される。その典型的な濃度
は５×１０17ｃｍー3である。ヒ素またはアンチモンの移
植によって約１０ｎｍ厚さのｎ++フィルム３３が前記層
３１上に形成される。このｎ++フイルムはたいへん高く
ドープ化されており、通常４×１０19ｃｍ-3である。層
３１と層３３との接触面のＰ−Ｎ結合に該当する放出層
は円柱状対称をなし、直径は１０マイクロメートルであ
る。
【００５５】このことは、２つのＰ−Ｎ結合ダイオード
につながり、それぞれ層２７、２９と層３１、３３によ
って平行となるようにして構成されている。
につながり、それぞれ層２７、２９と層３１、３３によ
って平行となるようにして構成されている。
【００５６】絶縁体３５、すなわち１マイクロメートル
厚さのＳｉＯ2は、例えばアルミニウムからなる０．５
マイクロメートルの厚さからなる伝導性層３９を載せた
円柱状片を形成する。これによって電場を遮ることが可
能となり、絶縁体の帯電を限定し、そして電子光学的系
における電極としての役割を付加的に果たす。そのうよ
うな陰極の操作について以下述べる。
厚さのＳｉＯ2は、例えばアルミニウムからなる０．５
マイクロメートルの厚さからなる伝導性層３９を載せた
円柱状片を形成する。これによって電場を遮ることが可
能となり、絶縁体の帯電を限定し、そして電子光学的系
における電極としての役割を付加的に果たす。そのうよ
うな陰極の操作について以下述べる。
【００５７】電圧ＶｄによってＰ−Ｎ結合の逆バイアス
化が起こる。これによって高電場１０6Ｖ／ｃｍが作ら
れる。層３１、３３のｐ++／ｎ++結合によって作られた
ダイオードの減少層における場は、ｐ+層からｎ+層へ向
けて電子を加速する。このような加速された「ホット
（hot）」な電子は価電子の衝突による他の電子孔対に
よって生ずる「電子なだれ」によって生ずる。ｎ++側３
３に到達する電子の一部（およそ１．５％）は、分離エ
ネルギーよりも高いカイネテイックエネルギーを有す
る。Ｖｄは通常、６ないし９Ｖである。ダイオードの電
流は数ｍＡである。１マイクロメートルの直径（層３
１、３３によって作られるｐ+／ｎ++結合）に対する電
流密度および電子放出電流は、それぞれ１，５００Ａ／
ｃｍ2および１０マイクロアンペアである。一般に、電
子の分離エネルギーを減少させるために、単一原子セシ
ウムレーザが表面に配置される。活性層３１、３３の直
径１ないし６マイクロメートルにおいて、放出電流は１
０ないし６０マイクロアンペア変動する。
化が起こる。これによって高電場１０6Ｖ／ｃｍが作ら
れる。層３１、３３のｐ++／ｎ++結合によって作られた
ダイオードの減少層における場は、ｐ+層からｎ+層へ向
けて電子を加速する。このような加速された「ホット
（hot）」な電子は価電子の衝突による他の電子孔対に
よって生ずる「電子なだれ」によって生ずる。ｎ++側３
３に到達する電子の一部（およそ１．５％）は、分離エ
ネルギーよりも高いカイネテイックエネルギーを有す
る。Ｖｄは通常、６ないし９Ｖである。ダイオードの電
流は数ｍＡである。１マイクロメートルの直径（層３
１、３３によって作られるｐ+／ｎ++結合）に対する電
流密度および電子放出電流は、それぞれ１，５００Ａ／
ｃｍ2および１０マイクロアンペアである。一般に、電
子の分離エネルギーを減少させるために、単一原子セシ
ウムレーザが表面に配置される。活性層３１、３３の直
径１ないし６マイクロメートルにおいて、放出電流は１
０ないし６０マイクロアンペア変動する。
【００５８】製造過程は微小電子技術を使用し、そして
ネットワークを形成するいくつかの陰極を有するチップ
を作ることを可能とする。
ネットワークを形成するいくつかの陰極を有するチップ
を作ることを可能とする。
【００５９】図６および図７を参照して、本発明にもと
づくレーザの一実施例を説明する。
づくレーザの一実施例を説明する。
【００６０】すでに述べた処置および切断がなされた半
導体１０は、冷電子源２３、たとえば事前に決められた
距離１ないし１０ｍｍのマイクロドット陰極ネットワー
クに面するように保たれている。この例では、ポンピン
グはトランスバース（transverse）されており、そして
半導体１０は図面が描かれている紙面に平行な半導体１
０の一面によってレーザビームが放出する。
導体１０は、冷電子源２３、たとえば事前に決められた
距離１ないし１０ｍｍのマイクロドット陰極ネットワー
クに面するように保たれている。この例では、ポンピン
グはトランスバース（transverse）されており、そして
半導体１０は図面が描かれている紙面に平行な半導体１
０の一面によってレーザビームが放出する。
【００６１】半導体１０とポンピング装置とによって形
成されたアセンブリは容器３４内の第二真空（secondar
y vacuum）下に置かれている。容器３４はマイクロチュ
ーブ３６によって構成される。例えば、このマイクロチ
ューブ３６は両端が絶縁物質からなる板、例えばガラス
板２６、２８によって両端が閉ざされた長方形の面を有
する。
成されたアセンブリは容器３４内の第二真空（secondar
y vacuum）下に置かれている。容器３４はマイクロチュ
ーブ３６によって構成される。例えば、このマイクロチ
ューブ３６は両端が絶縁物質からなる板、例えばガラス
板２６、２８によって両端が閉ざされた長方形の面を有
する。
【００６２】容器３４はレーザビームの波長を透過する
窓を少なくとも一つ有する。ここに示した実施例では、
マイクロチューブ３６は、窓として使用されるのに十分
な光学的品質を有するガラスである。
窓を少なくとも一つ有する。ここに示した実施例では、
マイクロチューブ３６は、窓として使用されるのに十分
な光学的品質を有するガラスである。
【００６３】板２６、３８はレーザ等で加熱されること
によって結合可能なガラスからなるウエルド３７によっ
てマイクロチューブ３６に接合されている。
によって結合可能なガラスからなるウエルド３７によっ
てマイクロチューブ３６に接合されている。
【００６４】ネットワーク２３は、直接板２６上に形成
されている。図６を見れば明らかなように、例えば銅か
らなる伝導性トラック４０は、ネットワーク２３の伝導
体の分極を許す。適当に配置された補充伝導性トラック
４２はフオーカシング手段４４、４６を分極させ、かつ
固定させる。
されている。図６を見れば明らかなように、例えば銅か
らなる伝導性トラック４０は、ネットワーク２３の伝導
体の分極を許す。適当に配置された補充伝導性トラック
４２はフオーカシング手段４４、４６を分極させ、かつ
固定させる。
【００６５】図６は伝導性トラック４０、４２に電気的
に結合することを許すようにして板２６がマイクロチュ
ーブ３６の後ろに突き出ている。焦点合わせ手段は例え
ば銅からなる２つの伝導性遮蔽物４４、４６によって構
成され、ネットワーク２３の両側にある伝導性トラック
４２に接合されている。
に結合することを許すようにして板２６がマイクロチュ
ーブ３６の後ろに突き出ている。焦点合わせ手段は例え
ば銅からなる２つの伝導性遮蔽物４４、４６によって構
成され、ネットワーク２３の両側にある伝導性トラック
４２に接合されている。
【００６６】図７は、他の板３８上に配置された例えば
銅からなる伝導性トラック４８を示している。電極５０
はネットワーク２３に面して、かつそこから事前に決め
られた距離離れて配置されている。
銅からなる伝導性トラック４８を示している。電極５０
はネットワーク２３に面して、かつそこから事前に決め
られた距離離れて配置されている。
【００６７】この電極５０はネットワーク２３から電場
系の半導体１０に対して焦点化するのに適した配置をと
っている。図６に示したように、電極５０は円錐状の形
態をなす。半導体の基板は、この円錐の頂点に結合した
インジウムである。これによって、エピタクシス層がネ
ットワーク２３に面するようになっている。また電極５
０はピラミッド状の形態をなすか、前記場を焦点化する
のに好適な形態をなす。電極５０は電子衝撃中において
半導体に蓄えられた熱を取り除くものである。板３８は
マイクロチューブ３６のうしろに突き出ており、これに
よってトラック４８に電気的に結合することを許す。
系の半導体１０に対して焦点化するのに適した配置をと
っている。図６に示したように、電極５０は円錐状の形
態をなす。半導体の基板は、この円錐の頂点に結合した
インジウムである。これによって、エピタクシス層がネ
ットワーク２３に面するようになっている。また電極５
０はピラミッド状の形態をなすか、前記場を焦点化する
のに好適な形態をなす。電極５０は電子衝撃中において
半導体に蓄えられた熱を取り除くものである。板３８は
マイクロチューブ３６のうしろに突き出ており、これに
よってトラック４８に電気的に結合することを許す。
【００６８】第二真空下において異なるエレメントが集
合する。この集合体（アセンブリ）（真空下）は温度１
５０ないし２００℃で潰される（be stoved）。付加的
に、ネットワーク２３と遮蔽板４４、４６とによって与
えられた板２６はより高い温度で別々に潰される。板２
６と３８は光学的方法によって相互に配置する。
合する。この集合体（アセンブリ）（真空下）は温度１
５０ないし２００℃で潰される（be stoved）。付加的
に、ネットワーク２３と遮蔽板４４、４６とによって与
えられた板２６はより高い温度で別々に潰される。板２
６と３８は光学的方法によって相互に配置する。
【００６９】この実施例では、レーザは冷却装置５２を
備えている。この装置５２は銅ラジエーター５４を取り
込んだもので、このラジエーター５４の一面は板３８に
接しており、他面は最小ぺルチエ効果熱電冷却器５６に
接している。これによって、容器３４内の温度は調節可
能となる。この子とから、温度に依存するといわれてい
るレーザ発振波長を常に安定した状態に保つことが可能
となる。また、このような冷却によって電子励起による
過剰な熱を逃がすことが可能となる。
備えている。この装置５２は銅ラジエーター５４を取り
込んだもので、このラジエーター５４の一面は板３８に
接しており、他面は最小ぺルチエ効果熱電冷却器５６に
接している。これによって、容器３４内の温度は調節可
能となる。この子とから、温度に依存するといわれてい
るレーザ発振波長を常に安定した状態に保つことが可能
となる。また、このような冷却によって電子励起による
過剰な熱を逃がすことが可能となる。
【００７０】図８は図６に示した装置の一部分を示すも
のである。焦点合わせ遮蔽板４４、４６はネットワーク
２３および半導体１０の両側に位置している。これらは
適当な電圧半導体１０の表面のリボンまたは縞５８の上
に対する電子の焦点化に適した配置となている。この焦
点（フオーカシング）調整はレーザビーム発生いき値に
もとづいた高電流密度を可能とする一方で、低電流と低
放出エネルギー（lowdeposited energy）を維持する。
これはまた光ビームの発振バンド（emission band）の
幅を調節してレーザの幾何学的な特性（geometrical ch
aracteristics）を決めることを可能とする。実施例で
は遮蔽板４４、４６は概略台形状に形成されている。
のである。焦点合わせ遮蔽板４４、４６はネットワーク
２３および半導体１０の両側に位置している。これらは
適当な電圧半導体１０の表面のリボンまたは縞５８の上
に対する電子の焦点化に適した配置となている。この焦
点（フオーカシング）調整はレーザビーム発生いき値に
もとづいた高電流密度を可能とする一方で、低電流と低
放出エネルギー（lowdeposited energy）を維持する。
これはまた光ビームの発振バンド（emission band）の
幅を調節してレーザの幾何学的な特性（geometrical ch
aracteristics）を決めることを可能とする。実施例で
は遮蔽板４４、４６は概略台形状に形成されている。
【００７１】図６に示されたようなレーザの操作に適し
た数値の例を以下のべる。
た数値の例を以下のべる。
【００７２】マイクロドットはアースされている。グリ
ッド３２は０ないし１５０Ｖに分極されている。グリッ
ド電圧は電子電流をコントロールする。電子の放出はマ
イクロドットレベルにおける約１０7Ｖ／ｃｍ2の電場に
よってもたらされる。
ッド３２は０ないし１５０Ｖに分極されている。グリッ
ド電圧は電子電流をコントロールする。電子の放出はマ
イクロドットレベルにおける約１０7Ｖ／ｃｍ2の電場に
よってもたらされる。
【００７３】遮蔽板４４、４６は−５００Ｖから＋５０
０Ｖまでの範囲内で分極している。半導体は正の電圧値
３ないし１０ｋＶに分極されている。グリッド３２と半
導体１０との間における電圧に違す表面上のマイクロド
ットによって放出される電子の収束をもたらす。よっ
て、定義されたレーザ空洞の長さは、２００ないし５０
０マイクロメートル（半導体合金の長さ「マッチ」）で
あり、またその幅は１０ないし３００マイクロメートル
である（遮蔽板４４、４６によってフオーカシングされ
る）。この幅は、遮蔽板４４、４６の形状に依存したビ
ームのフオーカシングと加えられた電圧とに依存する。
本発明にもとづく実施例では、ガイダンス構造はゲイン
ガイダンス型（gain guidance type）のもので、すなわ
ちレーザビームは励起縞５８によって定義された層に閉
じ込められる。
０Ｖまでの範囲内で分極している。半導体は正の電圧値
３ないし１０ｋＶに分極されている。グリッド３２と半
導体１０との間における電圧に違す表面上のマイクロド
ットによって放出される電子の収束をもたらす。よっ
て、定義されたレーザ空洞の長さは、２００ないし５０
０マイクロメートル（半導体合金の長さ「マッチ」）で
あり、またその幅は１０ないし３００マイクロメートル
である（遮蔽板４４、４６によってフオーカシングされ
る）。この幅は、遮蔽板４４、４６の形状に依存したビ
ームのフオーカシングと加えられた電圧とに依存する。
本発明にもとづく実施例では、ガイダンス構造はゲイン
ガイダンス型（gain guidance type）のもので、すなわ
ちレーザビームは励起縞５８によって定義された層に閉
じ込められる。
【００７４】半導体１０の表面に到達した電子は厚さ１
ミクロン以下までしか表面層を貫通しない。このような
電子は最大で約３０％が電子孔対を形成する。ギャップ
勾配（図１における１２および１４層）はキャリアの活
性層（図１における１６）の移動につながり、そこで閉
ざされる。キャリアの組換えは光を生じ、その波長は合
金の特性と活性層を構成する構造とに依存している。
ミクロン以下までしか表面層を貫通しない。このような
電子は最大で約３０％が電子孔対を形成する。ギャップ
勾配（図１における１２および１４層）はキャリアの活
性層（図１における１６）の移動につながり、そこで閉
ざされる。キャリアの組換えは光を生じ、その波長は合
金の特性と活性層を構成する構造とに依存している。
【００７５】レーザ効果は１０Ａ／ｃｍ2以下の電流密
度いき値として得られる。このレーザビームはマイクロ
チューブ３６の一面を横切るようにして与えられる。電
子衝撃によって捨てられるパワーは数十ｋＷ／ｃｍ2に
すぎず、またこれらの多くは熱にとなり、電極５０の外
に出る。
度いき値として得られる。このレーザビームはマイクロ
チューブ３６の一面を横切るようにして与えられる。電
子衝撃によって捨てられるパワーは数十ｋＷ／ｃｍ2に
すぎず、またこれらの多くは熱にとなり、電極５０の外
に出る。
【００７６】図９は、本発明にもとづくレーザの断面を
示すものであるが、縦ポンピング（longitudinal pumpi
ng）を有する。図６と同一のコンポーネントがここでは
示されている。
示すものであるが、縦ポンピング（longitudinal pumpi
ng）を有する。図６と同一のコンポーネントがここでは
示されている。
【００７７】この実施例では、半導体１０を支持してい
る電極６０は、トンネル６４（これはまた穴でもよい）
によって貫通されており、またマイクロチューブ３６に
交差する板６２の上まで延びている。
る電極６０は、トンネル６４（これはまた穴でもよい）
によって貫通されており、またマイクロチューブ３６に
交差する板６２の上まで延びている。
【００７８】板６２はレーザビームの波長を透過する絶
縁物質からできており、光学的品質（optical qualit
y）のものでなくてはならない。
縁物質からできており、光学的品質（optical qualit
y）のものでなくてはならない。
【００７９】この実施例では、半導体１０の面している
面はレーザの共鳴空洞を作るミラーとして与えられる。
光学的フイルムの堆積によってミラーが作られる。
面はレーザの共鳴空洞を作るミラーとして与えられる。
光学的フイルムの堆積によってミラーが作られる。
【００８０】図１０は本発明にもとづくレーザの他の実
施例を示すものである。図６と同一の部品は同一のレフ
ァレンスナンバーを付けてある。この実施例では、レー
ザは３つの半導体１０ａ、１０ｂ、１０ｃを有してお
り、これらの半導体は同一または異なる構造で同一また
は異なる波長のレーザビームを出すことが可能である。
こあれら３つの半導体１０ａ、１０ｂ、１０ｃはそれぞ
れて３つの電極５０ａ、５０ｂ，５０ｃに固定されてお
り、さらに一定の間隔で離間され、かつマイクロドット
陰極マトリックス２３に面している。
施例を示すものである。図６と同一の部品は同一のレフ
ァレンスナンバーを付けてある。この実施例では、レー
ザは３つの半導体１０ａ、１０ｂ、１０ｃを有してお
り、これらの半導体は同一または異なる構造で同一また
は異なる波長のレーザビームを出すことが可能である。
こあれら３つの半導体１０ａ、１０ｂ、１０ｃはそれぞ
れて３つの電極５０ａ、５０ｂ，５０ｃに固定されてお
り、さらに一定の間隔で離間され、かつマイクロドット
陰極マトリックス２３に面している。
【００８１】マイクロドット放出陰極マトリッス２３の
縦列および横列を選択的にアドレスする可能性の結果と
して、１０ａから１０ｃの半導体の一つまたはすべてを
一度に励起することが可能である。
縦列および横列を選択的にアドレスする可能性の結果と
して、１０ａから１０ｃの半導体の一つまたはすべてを
一度に励起することが可能である。
【００８２】本発明にもとづくレーザは体積が約１ｃｍ
3に減少されている。このようなコンパクト化によって
大きな電圧供給が必要が無い。マイクロドット陰極ネッ
トワークをボンビング装置として用いることは、変調、
パルスあるいは連続使用を可能とする。この目的のため
に、ネットワークの伝導体を適切に調整する必要性が少
なくなった。
3に減少されている。このようなコンパクト化によって
大きな電圧供給が必要が無い。マイクロドット陰極ネッ
トワークをボンビング装置として用いることは、変調、
パルスあるいは連続使用を可能とする。この目的のため
に、ネットワークの伝導体を適切に調整する必要性が少
なくなった。
【００８３】本発明は、上記の実施例に限定されるもの
ではない。よって、レーザに外窓を有する保護箱を加え
ることも可能である。また、本発明の原理と利点から他
の冷電子源およびレーザ装置のアセンブリのための他の
プロセスと物質を使用することが可能である。半導体は
また他の合金、他のヘテロ構造、固体物質からまたは薄
膜状の形で作ることも可能である。空洞はファブリ・ペ
ロット。または分配型のもので、一方ガイダンス構造は
ゲインまたはインデッスクガイダンス構造である。フォ
ーカシング電極とその数は変えることができる。装置は
連続的に、パルス的に、または７７ｋから３００ｋの間
の変調モードに、またはほぼ雰囲気温度で機能すること
ができる。
ではない。よって、レーザに外窓を有する保護箱を加え
ることも可能である。また、本発明の原理と利点から他
の冷電子源およびレーザ装置のアセンブリのための他の
プロセスと物質を使用することが可能である。半導体は
また他の合金、他のヘテロ構造、固体物質からまたは薄
膜状の形で作ることも可能である。空洞はファブリ・ペ
ロット。または分配型のもので、一方ガイダンス構造は
ゲインまたはインデッスクガイダンス構造である。フォ
ーカシング電極とその数は変えることができる。装置は
連続的に、パルス的に、または７７ｋから３００ｋの間
の変調モードに、またはほぼ雰囲気温度で機能すること
ができる。
【００８４】
【発明の効果】以上のように、本発明の半導体レーザ
は、体積が１ｃｍ3以下のマイクロドット放出陰極冷電
子源によって構成される電子衝撃ポンピング装置（２
３）を備えることを特徴とし、電子しきい電流密度が１
０Ａ／ｃｍ2以下で、また電子加速電圧が３０ｋＶ以下
であるレーザ効果を示すもので、この半導体（１０）の
構造は少なくとも３つの層、すなわち第一層は電子励起
層（１２）、第二層はキャリア閉じ込めのための活性層
（１６）および第三層は光学的閉じ込め層（１４、１
６、１８）からなるヘテロ構造を有するものであり、ま
た電子励起層（１２）は減少ギャップ勾配を有するもの
であることから、電子ポンピング型半導体レーザとして
の特性を有し、かつ容量の小さいコンパクトな装置とし
て紫外部から中赤外部までの波長の光線を与えることが
可能である。
は、体積が１ｃｍ3以下のマイクロドット放出陰極冷電
子源によって構成される電子衝撃ポンピング装置（２
３）を備えることを特徴とし、電子しきい電流密度が１
０Ａ／ｃｍ2以下で、また電子加速電圧が３０ｋＶ以下
であるレーザ効果を示すもので、この半導体（１０）の
構造は少なくとも３つの層、すなわち第一層は電子励起
層（１２）、第二層はキャリア閉じ込めのための活性層
（１６）および第三層は光学的閉じ込め層（１４、１
６、１８）からなるヘテロ構造を有するものであり、ま
た電子励起層（１２）は減少ギャップ勾配を有するもの
であることから、電子ポンピング型半導体レーザとして
の特性を有し、かつ容量の小さいコンパクトな装置とし
て紫外部から中赤外部までの波長の光線を与えることが
可能である。
【図１】本発明にもとづくレーザの活性物質として用い
られるII-VI化合物のヘテロ構造と、このヘテロ構造層
のそれぞえのギャップのエネルギーとを示すものであ
る。
られるII-VI化合物のヘテロ構造と、このヘテロ構造層
のそれぞえのギャップのエネルギーとを示すものであ
る。
【図２】半導体の切断よび分割によって形成されたファ
ブリーペロット空洞を示すものである。
ブリーペロット空洞を示すものである。
【図３】相対的に冷電子源として用いられるマイクロド
ット電極のモザイク的およびマトリックス的配列を示す
ものである。
ット電極のモザイク的およびマトリックス的配列を示す
ものである。
【図４】相対的に冷電子源として用いられるマイクロド
ット電極のモザイク的およびマトリックス的配列を示す
ものである。
ット電極のモザイク的およびマトリックス的配列を示す
ものである。
【図５】シリコン陰極冷電子源のエミッターの概略構成
を示す図である。
を示す図である。
【図６】本発明にもとづくレーザの概略断面図である。
【図７】本発明にもとづく真空容器の概略的構成を示す
分解図である。
分解図である。
【図８】本発明にもとづくレーザの概略的構成を示す部
分断面図である。
分断面図である。
【図９】本発明にもとづくレーザの変形例であって、そ
の概略構成を示す部分断面図である。
の概略構成を示す部分断面図である。
【図１０】本発明にもとづくレーザの別の変形例であっ
て、その概略構成を示す部分断面図である。
て、その概略構成を示す部分断面図である。
１０ 半導体 １２ 電子励起層 １４、１６、１８ 光学的閉じ込め層 ２３ 電子衝撃ポンピング装置 ２６ 第一面 ３４ 真空容器 ３６ 透明窓 ３８ 第二面 ４４、４６ 遮蔽板 ５０ 電極
Claims (13)
- 【請求項１】 体積が１ｃｍ3以下のマイクロドット放
出陰極冷電子源によって構成される電子衝撃ポンピング
装置（２３）を備えることを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項２】 請求項１記載にもとづく半導体レーザで
あって、半導体（１０）は電子しきい電流密度が１０Ａ
／ｃｍ2以下で、また電子加速電圧が３０ｋＶ以下であ
るレーザ効果を示す構造を有するものであることを特徴
とする半導体レーザ。 - 【請求項３】 請求項１記載にもとづく半導体レーザで
あって、半導体（１０）は少なくとも３つの層、すなわ
ち第一層は電子励起層（１２）、第二層はキャリア閉じ
込めのための活性層（１６）および第三層は光学的閉じ
込め層（１４、１６、１８）からなるヘテロ構造を有す
るものであることを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項４】 請求項３記載にもとづく半導体レーザで
あって、前記電子励起層（１２）は減少ギャップ勾配を
有するものであることを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項５】 請求項３記載にもとづく半導体レーザで
あって、前記第二および第三層は一致することを特徴と
する半導体レーザ。 - 【請求項６】 請求項３記載にもとづく半導体レーザで
あって、前記光学的閉じ込め層（１４、１６、１８）は
インデックス勾配を有するものであることを特徴とする
半導体レーザ。 - 【請求項７】 請求項３記載にもとづく半導体レーザで
あって、前記光学的閉じ込め層（１４、１６、１８）は
階段インデックス勾配を有するものであることを特徴と
する半導体レーザ。 - 【請求項８】 請求項１記載にもとづく半導体レーザで
あって、該半導体レーザは透明窓（３６）と、第一面
（２６）と、第二面（３８）とから概略構成される真空
容器（３４）からなるもので、前記真空容器（３４）内
には少なくとも一つのレーザビーム発生用半導体（１
０）が設けられ、前記透明窓（３６）はレーザビームを
供給するものであり、また前記第一面（２６）は前記真
空容器（３６）内側方向に前記冷電子源を支持するもの
であり、さらに第二面（３８）は少なくとも一つの電極
（５０）が固定されたものであり、前記電極（５０）に
よって前記冷電子源と前記半導体（１０）とが一定距離
離間されていることを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項９】 請求項８記載にもとづく半導体レーザで
あって、前記電極（５０）は前記半導体（１０）上に焦
点を合わせて前記冷電子源（２３）から電子を放出させ
るのに適した形状を有するものであることを特徴とする
半導体レーザ。 - 【請求項１０】 請求項８記載にもとづく半導体レーザ
であって、該半導体レーザは冷却システム（５２）を有
するものであることを特徴とする半導体レーザ。 - 【請求項１１】 請求項８記載にもとづく半導体レーザ
であって、縞（５８）に沿った前記冷電子源（２３）か
らの前記電子の焦点合わせのための手段は伝導性遮蔽板
（４４、４６）からなることを特徴とする半導体レー
ザ。 - 【請求項１２】 請求項８記載にもとづく半導体レーザ
であって、該半導体レーザは複数の電極（５０ａ、５０
ｂ、５０ｃ）によって支持された複数の半導体（１０
ａ、１０ｂ、１０ｃ）を有するものであることを特徴と
する半導体レーザ。 - 【請求項１３】 請求項１記載にもとづく半導体レーザ
であって、前記冷電子源は選択的アドレスマトリックス
であることを特徴とする半導体レーザ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9005268A FR2661566B1 (fr) | 1990-04-25 | 1990-04-25 | Laser compact a semi-conducteur du type a pompage electronique. |
| FR9005268 | 1990-04-25 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05275794A true JPH05275794A (ja) | 1993-10-22 |
| JP3192164B2 JP3192164B2 (ja) | 2001-07-23 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12238591A Expired - Fee Related JP3192164B2 (ja) | 1990-04-25 | 1991-04-24 | 半導体レーザ |
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|---|---|
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| EP (1) | EP0454566B1 (ja) |
| JP (1) | JP3192164B2 (ja) |
| DE (1) | DE69120595T2 (ja) |
| FR (1) | FR2661566B1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| US5227699A (en) * | 1991-08-16 | 1993-07-13 | Amoco Corporation | Recessed gate field emission |
| FR2690005B1 (fr) * | 1992-04-10 | 1994-05-20 | Commissariat A Energie Atomique | Canon a electrons compact comportant une source d'electrons a micropointes et laser a semi-conducteur utilisant ce canon pour le pompage electronique. |
| FR2690286A1 (fr) * | 1992-04-17 | 1993-10-22 | Commissariat Energie Atomique | Cavité laser à hétérostructure semi-conductrice dissymétrique et laser équipé de cette cavité. |
| JP3462514B2 (ja) * | 1992-09-16 | 2003-11-05 | 住友電気工業株式会社 | 固体レーザ |
| RU2056665C1 (ru) * | 1992-12-28 | 1996-03-20 | Научно-производственное объединение "Принсипиа оптикс" | Лазерная электронно-лучевая трубка |
| US5488619A (en) * | 1994-10-06 | 1996-01-30 | Trw Inc. | Ultracompact Q-switched microlasers and related method |
| WO2012063585A1 (ja) * | 2010-11-10 | 2012-05-18 | ウシオ電機株式会社 | 電子線励起型光源 |
| US10056735B1 (en) * | 2016-05-23 | 2018-08-21 | X Development Llc | Scanning UV light source utilizing semiconductor heterostructures |
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|---|---|---|---|---|
| US3803510A (en) * | 1972-09-27 | 1974-04-09 | Rca Corp | Electron-beam pumped laser with extended life |
| US3942132A (en) * | 1974-09-06 | 1976-03-02 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Combined electron beam semiconductor modulator and junction laser |
| US4328443A (en) * | 1980-03-11 | 1982-05-04 | Avco Everett Research Laboratory, Inc. | Apparatus for providing improved characteristics of a broad area electron beam |
| US4513308A (en) * | 1982-09-23 | 1985-04-23 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | p-n Junction controlled field emitter array cathode |
| NL8300631A (nl) * | 1983-02-21 | 1984-09-17 | Philips Nv | Inrichting voor het opwekken van coherente straling. |
| NL8701497A (nl) * | 1987-06-26 | 1989-01-16 | Philips Nv | Halfgeleiderinrichting voor het opwekken van electromagnetische straling. |
| FR2623013A1 (fr) * | 1987-11-06 | 1989-05-12 | Commissariat Energie Atomique | Source d'electrons a cathodes emissives a micropointes et dispositif de visualisation par cathodoluminescence excitee par emission de champ,utilisant cette source |
| JPH0738438B2 (ja) * | 1988-05-27 | 1995-04-26 | 工業技術院長 | 冷電子放出型能動素子及びその製造方法 |
| JP2548352B2 (ja) * | 1989-01-17 | 1996-10-30 | 松下電器産業株式会社 | 発光素子およびその製造方法 |
-
1990
- 1990-04-25 FR FR9005268A patent/FR2661566B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-04-04 US US07/680,322 patent/US5125000A/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-04-23 NO NO91911603A patent/NO911603L/no unknown
- 1991-04-23 EP EP91401070A patent/EP0454566B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1991-04-23 DE DE69120595T patent/DE69120595T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-04-24 JP JP12238591A patent/JP3192164B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| EP0454566A1 (fr) | 1991-10-30 |
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| DE69120595D1 (de) | 1996-08-08 |
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| NO911603D0 (no) | 1991-04-23 |
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