JPH077200A - 微小レーザー - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 シリコンをベース材料として、高性能の発光
デバイスを作製する。 【構成】 希土類元素をドープされたCaF2 薄膜で作
られたシリコンベースの微小共振器は、半導体基板材料
(240)と半導体基板材料(240)の上に成長させ
たCaF2 膜層(234)とを含む。このCaF2 膜層
(234)は、CaF2 膜層(234)が光学的または
電気的にポンピングされた時に、CaF2膜層(23
4)から狭い線幅を有するスペクトル放出を引き起こさ
せるのに十分な量の希土類元素ドーパントの予め定めら
れた量をドープされている。
デバイスを作製する。 【構成】 希土類元素をドープされたCaF2 薄膜で作
られたシリコンベースの微小共振器は、半導体基板材料
(240)と半導体基板材料(240)の上に成長させ
たCaF2 膜層(234)とを含む。このCaF2 膜層
(234)は、CaF2 膜層(234)が光学的または
電気的にポンピングされた時に、CaF2膜層(23
4)から狭い線幅を有するスペクトル放出を引き起こさ
せるのに十分な量の希土類元素ドーパントの予め定めら
れた量をドープされている。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はレーザーに関するもので
あり、更に詳細には、ドープされた薄いガラス膜で作製
され、光学的または電気的にポンピングされることによ
って、狭い線幅を有する強いスペクトル放出を発生する
ことのできる、シリコンをベースとする微小レーザーに
関するものである。
あり、更に詳細には、ドープされた薄いガラス膜で作製
され、光学的または電気的にポンピングされることによ
って、狭い線幅を有する強いスペクトル放出を発生する
ことのできる、シリコンをベースとする微小レーザーに
関するものである。
【0002】
【従来の技術】すべてをシリコンベースとする光電子集
積回路(OEIC)技術が実現すれば、光電子産業分野
に革命が起こり、軍需用および民生用の両方に対して広
範囲に亘って重大な影響が及ぶことは確実である。その
ような衝撃を受ける1つの分野はマルチチップモジュー
ルの相互接続である。シリコンをベースとするOEIC
は電子輸送を光子で置き換えることによって、抵抗と大
きい容量の問題を解決するだけでなく、回路レベルでの
画像処理等の新しい機能を提供する。シリコンOEIC
はまた、大量生産のシリコンプロセスが他の電子、光電
子材料技術が到底及ばないような規模拡大の経済性を実
現することのために、市場に対して価格侵略を行うこと
になろう。更に、シリコンをベースとするOEICは回
路レベルでの画像処理等の新しい機能を提供することも
期待される。
積回路(OEIC)技術が実現すれば、光電子産業分野
に革命が起こり、軍需用および民生用の両方に対して広
範囲に亘って重大な影響が及ぶことは確実である。その
ような衝撃を受ける1つの分野はマルチチップモジュー
ルの相互接続である。シリコンをベースとするOEIC
は電子輸送を光子で置き換えることによって、抵抗と大
きい容量の問題を解決するだけでなく、回路レベルでの
画像処理等の新しい機能を提供する。シリコンOEIC
はまた、大量生産のシリコンプロセスが他の電子、光電
子材料技術が到底及ばないような規模拡大の経済性を実
現することのために、市場に対して価格侵略を行うこと
になろう。更に、シリコンをベースとするOEICは回
路レベルでの画像処理等の新しい機能を提供することも
期待される。
【0003】シリコンをベースとするOEICを現実の
ものとするためには次の4つの技術:(1)検出器、
(2)導波路、(3)変調器、(4)エミッター、が必
要とされる。最初の3項についてはかなりの進歩が認め
られるが、適当なシリコンベースの光放出デバイス、特
にシリコンをベースとするレーザーが欠けていることが
完全集積されたシリコンベースのOEIC技術を開発す
ることを後らせている大きな要因である。
ものとするためには次の4つの技術:(1)検出器、
(2)導波路、(3)変調器、(4)エミッター、が必
要とされる。最初の3項についてはかなりの進歩が認め
られるが、適当なシリコンベースの光放出デバイス、特
にシリコンをベースとするレーザーが欠けていることが
完全集積されたシリコンベースのOEIC技術を開発す
ることを後らせている大きな要因である。
【0004】今日まで行われてきたOEICに関する研
究開発はIII−V材料に基づくものである。しかし、
超LSI集積回路(ULSI)後の研究開発において
も、シリコンの持つ安価な材料価格、高い機械的強度、
良好な熱伝導率、そして高度に進歩したプロセスの利用
可能性といった特徴のために、相変わらずシリコン基板
が用いられている。光学要素とデジタル電子要素とを集
積する1つの方法は、シリコン基板上の選ばれた領域に
対してエピタキシャル的にIII−V層を成長させるこ
とによってIII−Vとシリコンとを集積することであ
る。シリコン上にエピタキシャル成長されたIII−V
層からのレーザー発振作用は報告されているが、これら
2つの材料間の格子不整および熱膨張係数の不一致に起
因する材料品質の問題やIII−Vとシリコンとでプロ
セス技術が異なることの問題等によってこの領域におけ
る技術の進展は妨げられている。
究開発はIII−V材料に基づくものである。しかし、
超LSI集積回路(ULSI)後の研究開発において
も、シリコンの持つ安価な材料価格、高い機械的強度、
良好な熱伝導率、そして高度に進歩したプロセスの利用
可能性といった特徴のために、相変わらずシリコン基板
が用いられている。光学要素とデジタル電子要素とを集
積する1つの方法は、シリコン基板上の選ばれた領域に
対してエピタキシャル的にIII−V層を成長させるこ
とによってIII−Vとシリコンとを集積することであ
る。シリコン上にエピタキシャル成長されたIII−V
層からのレーザー発振作用は報告されているが、これら
2つの材料間の格子不整および熱膨張係数の不一致に起
因する材料品質の問題やIII−Vとシリコンとでプロ
セス技術が異なることの問題等によってこの領域におけ
る技術の進展は妨げられている。
【0005】シリコンをベースとするレーザーにおい
て、共振器の寸法を縮小することがレーザー特性に対し
て大きな影響を及ぼすことが見い出された。共振器長が
その共振器で定義される放射の波長と同程度になると、
自然放出の打ち消し、しきい値なしのレーザー発光、お
よび利得増大が観測される。利得増大の程度は自然放出
される放射のコーヒーレント長によって決まる。利得増
大は、III−V半導体微小共振器中で発光線幅が10
0nmから30nmへ減少する場合に、5倍以上になる
ことが予測されている。
て、共振器の寸法を縮小することがレーザー特性に対し
て大きな影響を及ぼすことが見い出された。共振器長が
その共振器で定義される放射の波長と同程度になると、
自然放出の打ち消し、しきい値なしのレーザー発光、お
よび利得増大が観測される。利得増大の程度は自然放出
される放射のコーヒーレント長によって決まる。利得増
大は、III−V半導体微小共振器中で発光線幅が10
0nmから30nmへ減少する場合に、5倍以上になる
ことが予測されている。
【0006】これらの現象の用途はほとんどが半導体レ
ーザーであると考えられるが、この微小共振器効果は固
体レーザーに対してもまた適用できる。固体レーザーは
一般的に半導体レーザーに比べて優れた熱的安定度とよ
り狭い発光線幅とを与える。固体レーザーからのより狭
い発光線幅の増幅媒質は微小共振器利得増大効果をもた
らすのに理想的である。
ーザーであると考えられるが、この微小共振器効果は固
体レーザーに対してもまた適用できる。固体レーザーは
一般的に半導体レーザーに比べて優れた熱的安定度とよ
り狭い発光線幅とを与える。固体レーザーからのより狭
い発光線幅の増幅媒質は微小共振器利得増大効果をもた
らすのに理想的である。
【0007】これらの膜から、フォトルミネッセンスよ
りもむしろエレクトロルミネッセンスによって発光を得
る方法についても開発が望まれている。もしこれが実現
すれば、光子を生成するために電子を用いることがで
き、従ってこれらの膜を利用して電圧の変化によって制
御される光電子デバイスを実現することができる。
りもむしろエレクトロルミネッセンスによって発光を得
る方法についても開発が望まれている。もしこれが実現
すれば、光子を生成するために電子を用いることがで
き、従ってこれらの膜を利用して電圧の変化によって制
御される光電子デバイスを実現することができる。
【0008】
【発明の概要】本発明の1つの実施例に従えば、Nd3+
をドープされたCaF2 薄膜で作製されたシリコンベー
スの微小レーザーが得られる。この微小レーザーは少な
くとも、シリコンを含む半導体基板材料とその半導体基
板材料上に成長されたCaF2膜とを含む。CaF2 膜
は、CaF2 膜が光学的にポンピングされた場合に強い
スペクトル放出を発生するのに十分な予め定められた量
のNd3+ドーパントを含む。
をドープされたCaF2 薄膜で作製されたシリコンベー
スの微小レーザーが得られる。この微小レーザーは少な
くとも、シリコンを含む半導体基板材料とその半導体基
板材料上に成長されたCaF2膜とを含む。CaF2 膜
は、CaF2 膜が光学的にポンピングされた場合に強い
スペクトル放出を発生するのに十分な予め定められた量
のNd3+ドーパントを含む。
【0009】本発明の技術的な特長の1つは、それがシ
リコンをベースとする微小レーザーに対して、増幅媒質
として希土類元素をドープされたCaF2 を用いている
ことである。この結果、本発明は、200nmというよ
うな薄い膜においても高い強度の放出を得ること、発光
線幅が狭いこと(例えば、4.2Kにおいて0.12n
m、298Kにおいて1nm)、確立した成長技術が利
用できること、およびマイクロメートル以下の精度でパ
ターン加工できること、の重要な特長を有することがで
きる。
リコンをベースとする微小レーザーに対して、増幅媒質
として希土類元素をドープされたCaF2 を用いている
ことである。この結果、本発明は、200nmというよ
うな薄い膜においても高い強度の放出を得ること、発光
線幅が狭いこと(例えば、4.2Kにおいて0.12n
m、298Kにおいて1nm)、確立した成長技術が利
用できること、およびマイクロメートル以下の精度でパ
ターン加工できること、の重要な特長を有することがで
きる。
【0010】本発明の別の1つの技術的特長は、シリコ
ンベースの微小レーザーが非常に低いレーザーしきい値
を有することである。このことはまず、もしこの増幅媒
質の直接的な電気的ポンピングによってレーザー作用が
得られなければ、この微小共振器によって示される低し
きい値のために弱いエレクトロルミネッセンス光源によ
るポンピングが可能となることのために有利である。更
に、低しきい値特性は低電力用途において、特に将来の
電力発生が特性を制約するような高密度回路において魅
力的である。
ンベースの微小レーザーが非常に低いレーザーしきい値
を有することである。このことはまず、もしこの増幅媒
質の直接的な電気的ポンピングによってレーザー作用が
得られなければ、この微小共振器によって示される低し
きい値のために弱いエレクトロルミネッセンス光源によ
るポンピングが可能となることのために有利である。更
に、低しきい値特性は低電力用途において、特に将来の
電力発生が特性を制約するような高密度回路において魅
力的である。
【0011】本発明の別の1つの技術的な特長は、固体
レーザーは半導体レーザーに比べて一般的により温度変
化に敏感でないため、シリコンをベースとする本発明の
微小レーザーは高電力密度の回路に近接して使用される
半導体レーザーよりももっと安定であろうということで
ある。
レーザーは半導体レーザーに比べて一般的により温度変
化に敏感でないため、シリコンをベースとする本発明の
微小レーザーは高電力密度の回路に近接して使用される
半導体レーザーよりももっと安定であろうということで
ある。
【0012】本発明の別の1つの技術的特長は、シリコ
ンの上にCaF2 を、あるいはその逆に、エピタキシャ
ル成長させることのために、CaF2 を母材として利用
する固体レーザーはシリコンをベースとする技術と両立
し得るということである。
ンの上にCaF2 を、あるいはその逆に、エピタキシャ
ル成長させることのために、CaF2 を母材として利用
する固体レーザーはシリコンをベースとする技術と両立
し得るということである。
【0013】本発明の更に別の1つの技術的特長は、希
土類元素をドープされたフッ化物はまた非常に狭い発光
線幅を示すという特性による。特に、本発明に従って形
成されたシリコンをベースとするCaF2 :Nd微小共
振器層は、CaF2 :Nd膜の厚さが0.2マイクロメ
ートルに減少してさえも高強度で狭線幅の発光を示す。
CaF2 :Nd膜についてそれぞれ4.2Kと300K
とで測定されたスペクトルに関して、0.12nmと
1.5nmのフォトルミネッセンス線幅が観測された。
土類元素をドープされたフッ化物はまた非常に狭い発光
線幅を示すという特性による。特に、本発明に従って形
成されたシリコンをベースとするCaF2 :Nd微小共
振器層は、CaF2 :Nd膜の厚さが0.2マイクロメ
ートルに減少してさえも高強度で狭線幅の発光を示す。
CaF2 :Nd膜についてそれぞれ4.2Kと300K
とで測定されたスペクトルに関して、0.12nmと
1.5nmのフォトルミネッセンス線幅が観測された。
【0014】本発明の別の1つの技術的特長は、本発明
のシリコンをベースとするレーザーに使用されるCaF
2 :希土類元素膜のフォトルミネッセンス強度が膜の結
晶性にそれほど敏感でないということである。このこと
はフォトルミネッセンス強度が材料の結晶性に大きく依
存する半導体レーザーの材料とは異なる点である。従っ
て、半導体レーザー材料は材料中の欠陥に対してより影
響を受け易い。マイクロメートル以下の厚さのCa
F2 :Nd膜から得られる高輝度で狭い発光ラインは、
それらの低屈折率と結晶欠陥に対する鈍感性と併せて、
シリコンをベースとする微小共振器レーザーを実現する
ための理想的な材料を提供することになる。
のシリコンをベースとするレーザーに使用されるCaF
2 :希土類元素膜のフォトルミネッセンス強度が膜の結
晶性にそれほど敏感でないということである。このこと
はフォトルミネッセンス強度が材料の結晶性に大きく依
存する半導体レーザーの材料とは異なる点である。従っ
て、半導体レーザー材料は材料中の欠陥に対してより影
響を受け易い。マイクロメートル以下の厚さのCa
F2 :Nd膜から得られる高輝度で狭い発光ラインは、
それらの低屈折率と結晶欠陥に対する鈍感性と併せて、
シリコンをベースとする微小共振器レーザーを実現する
ための理想的な材料を提供することになる。
【0015】本発明の1つの技術的な特長は、希土類元
素をドープされたCaF2 薄膜のエレクトロルミネッセ
ンス効率を高めるためにいくつかの方法を用いることが
可能であることである。それらのうちには、(1)スパ
ッタリングによって半伝導性のCaF2 膜を成長させる
こと、(2)CaF2 :希土類元素とその他の半導体層
でできた超格子構造を形成して、半導体レーザー中でキ
ャリアを加速し、CaF2 :希土類元素層中で励起を起
こすことのできる十分なエネルギーを獲得させること、
および(3)一次センター(NdやEu)と一緒に、ア
クチベータ(活性体)として働く第2の希土類元素をC
aF2 中へ追加すること、が含まれる。
素をドープされたCaF2 薄膜のエレクトロルミネッセ
ンス効率を高めるためにいくつかの方法を用いることが
可能であることである。それらのうちには、(1)スパ
ッタリングによって半伝導性のCaF2 膜を成長させる
こと、(2)CaF2 :希土類元素とその他の半導体層
でできた超格子構造を形成して、半導体レーザー中でキ
ャリアを加速し、CaF2 :希土類元素層中で励起を起
こすことのできる十分なエネルギーを獲得させること、
および(3)一次センター(NdやEu)と一緒に、ア
クチベータ(活性体)として働く第2の希土類元素をC
aF2 中へ追加すること、が含まれる。
【0016】好適実施例の1つの重要な特長は、ドープ
された薄いガラス膜によるシリコンベースの微小レーザ
ーという形態である。好適実施例は希土類元素をドープ
されたCaF2 薄膜を採用している。光学的要素と電子
的要素とを単一の半導体チップ上へモノリシックに集積
することによって、光電子集積回路(OEIC)は将来
の通信およびコンピューターシステム需要に応える重大
な可能性を提供することができる。現状のOEICの多
くはIII−V化合物でできている。シリコンをベース
とするOEICは、既に優れた技術として確立したシリ
コン技術を利用することができ、OEICの材料価格を
低減化できる。しかし、これまでシリコンをベースとす
るOEICの開発は、適当なシリコンベースの発光デバ
イス、特にシリコンベースのレーザーデバイスが欠けて
いることのために後らされてきた。最近では、発光デバ
イスを作製するためにシリコン上のGaAsが用いられ
たこともあるが、現時点ではレーザーデバイスに利用す
るためには結晶の品質が不十分である。
された薄いガラス膜によるシリコンベースの微小レーザ
ーという形態である。好適実施例は希土類元素をドープ
されたCaF2 薄膜を採用している。光学的要素と電子
的要素とを単一の半導体チップ上へモノリシックに集積
することによって、光電子集積回路(OEIC)は将来
の通信およびコンピューターシステム需要に応える重大
な可能性を提供することができる。現状のOEICの多
くはIII−V化合物でできている。シリコンをベース
とするOEICは、既に優れた技術として確立したシリ
コン技術を利用することができ、OEICの材料価格を
低減化できる。しかし、これまでシリコンをベースとす
るOEICの開発は、適当なシリコンベースの発光デバ
イス、特にシリコンベースのレーザーデバイスが欠けて
いることのために後らされてきた。最近では、発光デバ
イスを作製するためにシリコン上のGaAsが用いられ
たこともあるが、現時点ではレーザーデバイスに利用す
るためには結晶の品質が不十分である。
【0017】CaF2 はシリコン上へ、あるいはシリコ
ンはCaF2 上へエピタキシャル成長可能であるため、
CaF2 でできた固体レーザーはシリコンに基づく技術
と両立できる。更に、固体レーザーは半導体レーザーよ
りも狭い発光ラインと優れた熱的安定性を提供できる。
バルクのCaF2 :NdおよびシリコンおよびAl/S
i上へ好適実施例に従って成長されたNdをドープされ
たCaF2 薄膜は強いフォトルミネッセンス発光ライン
を示す。これらの結果は、これらの薄膜を用いてシリコ
ンをベースとする発光デバイスを作製し、シリコンをベ
ースとする微小レーザーチップを作製することが可能で
あることを意味する。
ンはCaF2 上へエピタキシャル成長可能であるため、
CaF2 でできた固体レーザーはシリコンに基づく技術
と両立できる。更に、固体レーザーは半導体レーザーよ
りも狭い発光ラインと優れた熱的安定性を提供できる。
バルクのCaF2 :NdおよびシリコンおよびAl/S
i上へ好適実施例に従って成長されたNdをドープされ
たCaF2 薄膜は強いフォトルミネッセンス発光ライン
を示す。これらの結果は、これらの薄膜を用いてシリコ
ンをベースとする発光デバイスを作製し、シリコンをベ
ースとする微小レーザーチップを作製することが可能で
あることを意味する。
【0018】本発明および本発明の特徴を更に完全に理
解するために、以下に図面を参照した詳細な説明を行
う。
解するために、以下に図面を参照した詳細な説明を行
う。
【0019】
【実施例】微小共振器レーザーの開発は原子/分子と電
磁場との相互作用の研究から始まった。1946年、パ
ーセル(Purcell)は、励起された原子の自然放
出レートはその原子の放出光波長に近い寸法の共振器中
へその原子を入れることによって変化することを予測し
た。この現象は1974年にドレクセージ(Drexh
age)によって蛍光性色素を用いて実験的に確認され
た。1981年、この効果はクレップナー(Klepp
ner)によって再び論じられ、その後の十年間に数多
くの実験的、理論的研究が報告されるようになった。最
近では、本質的に高品質の共振器で固有に構成され、し
ばしば同程度の寸法の放出光波長の面発光レーザーデバ
イスを作製することについて関心が高まり、それによっ
て微小共振器効果の研究が顕著に加速されている。
磁場との相互作用の研究から始まった。1946年、パ
ーセル(Purcell)は、励起された原子の自然放
出レートはその原子の放出光波長に近い寸法の共振器中
へその原子を入れることによって変化することを予測し
た。この現象は1974年にドレクセージ(Drexh
age)によって蛍光性色素を用いて実験的に確認され
た。1981年、この効果はクレップナー(Klepp
ner)によって再び論じられ、その後の十年間に数多
くの実験的、理論的研究が報告されるようになった。最
近では、本質的に高品質の共振器で固有に構成され、し
ばしば同程度の寸法の放出光波長の面発光レーザーデバ
イスを作製することについて関心が高まり、それによっ
て微小共振器効果の研究が顕著に加速されている。
【0020】従来のレーザーでは、放出光を1つのモー
ドへ結合する効率は10-4ないし10-5のオーダーであ
る。微小共振器の作製によって光学的モードを単一モー
ドへ絞り込むことができれば、その結合効率は1に近く
なる。微小共振器レーザーに特有なその他の性質は、し
きい値なしのレーザー発振、緩和振動の消失、ダイナミ
ック応答速度の増大、および放出寿命の変更、である。
微小共振器効果の程度は増幅媒質の発光線幅、ミラー反
射率、増幅媒質とミラー材料との間の屈折率の差、増幅
媒質の位置と厚さ、および共振器の三次元寸法、に依存
する。
ドへ結合する効率は10-4ないし10-5のオーダーであ
る。微小共振器の作製によって光学的モードを単一モー
ドへ絞り込むことができれば、その結合効率は1に近く
なる。微小共振器レーザーに特有なその他の性質は、し
きい値なしのレーザー発振、緩和振動の消失、ダイナミ
ック応答速度の増大、および放出寿命の変更、である。
微小共振器効果の程度は増幅媒質の発光線幅、ミラー反
射率、増幅媒質とミラー材料との間の屈折率の差、増幅
媒質の位置と厚さ、および共振器の三次元寸法、に依存
する。
【0021】微小共振器効果は発光線幅の減少と共に増
大することが計算によって示されている。図1はIII
−V族半導体に典型的に見られる、30nmないし10
0nmの範囲内にいくつかの発光ラインを有する微小共
振器の利得増大を示す。特に、図1のチャート50は、
横軸54に反射率を取り、縦軸52に利得増大の尺度を
取って示してある。例示として、曲線56は30nmの
線幅、曲線58は62.5nmの線幅、そして曲線60
は100nmの線幅について示してある。100nmの
線幅の放出に関する利得増大は反射率が1の近傍におい
て、2.4で飽和する。これに対して、発光線幅が30
nmの場合は、利得増大は7.6で飽和する。
大することが計算によって示されている。図1はIII
−V族半導体に典型的に見られる、30nmないし10
0nmの範囲内にいくつかの発光ラインを有する微小共
振器の利得増大を示す。特に、図1のチャート50は、
横軸54に反射率を取り、縦軸52に利得増大の尺度を
取って示してある。例示として、曲線56は30nmの
線幅、曲線58は62.5nmの線幅、そして曲線60
は100nmの線幅について示してある。100nmの
線幅の放出に関する利得増大は反射率が1の近傍におい
て、2.4で飽和する。これに対して、発光線幅が30
nmの場合は、利得増大は7.6で飽和する。
【0022】微小共振器効果はまた、共振器のミラーの
品質にも依存する。図1はまた、高反射率のミラーが、
発光線幅が小さい場合に特に、高い利得増大を与えるこ
とを示している。ミラーが1/4波長の誘電体多層膜で
作られている(すなわち、分布ブラッグ反射器(DB
R))場合、量子効率は交互膜間の屈折率差が増大する
につれて増大する。屈折率の差に加えて、その他の因
子、すなわち膜組成比の制御や界面の急峻さ、膜応力も
またミラー特性に影響を及ぼす。
品質にも依存する。図1はまた、高反射率のミラーが、
発光線幅が小さい場合に特に、高い利得増大を与えるこ
とを示している。ミラーが1/4波長の誘電体多層膜で
作られている(すなわち、分布ブラッグ反射器(DB
R))場合、量子効率は交互膜間の屈折率差が増大する
につれて増大する。屈折率の差に加えて、その他の因
子、すなわち膜組成比の制御や界面の急峻さ、膜応力も
またミラー特性に影響を及ぼす。
【0023】CaF2 とその他の半導体との間の屈折率
の大きな違いが、高品質ブラッグ反射器用の材料として
CaF2 を使用するように促す要因である。例えば、C
aF 2 とZnSeで作られるブラッグ反射器を用いるこ
とによって、Si/SiO2ミラーを用いたレーザーよ
りも優れたしきい値電流特性およびレーザー効率特性の
微小共振器III−V半導体レーザーを形成することが
できる。
の大きな違いが、高品質ブラッグ反射器用の材料として
CaF2 を使用するように促す要因である。例えば、C
aF 2 とZnSeで作られるブラッグ反射器を用いるこ
とによって、Si/SiO2ミラーを用いたレーザーよ
りも優れたしきい値電流特性およびレーザー効率特性の
微小共振器III−V半導体レーザーを形成することが
できる。
【0024】微小共振器において自然放出を促進または
抑制することは、微小共振器の長さおよび活性増幅媒質
の共振器中での位置を制御することによって可能であ
る。共振器長を放出光波長に合わせ、活性増幅媒質をア
ンチノード位置(腹部)に配置することによって放出増
大が実現される。この構成で、電磁場は増幅媒質と相互
作用する。増幅媒質をノード位置(節部)に配置すれば
放出減衰が観測される。
抑制することは、微小共振器の長さおよび活性増幅媒質
の共振器中での位置を制御することによって可能であ
る。共振器長を放出光波長に合わせ、活性増幅媒質をア
ンチノード位置(腹部)に配置することによって放出増
大が実現される。この構成で、電磁場は増幅媒質と相互
作用する。増幅媒質をノード位置(節部)に配置すれば
放出減衰が観測される。
【0025】表面に垂直方向にはDBRによって、また
横方向にはへき開面によって閉じこめられた三次元的な
直方体微小共振器の理論的な解析によれば、1.5nm
の発光線幅における全放射エネルギーの1個の共鳴モー
ドへの結合係数(自然放出因子)は、横方向寸法が放出
光波長の15倍から2倍へ縮小される時に、1桁程度増
大することが示唆されている。結合係数の同様な増大は
円柱状の微小共振器構造についても予想されていた。
横方向にはへき開面によって閉じこめられた三次元的な
直方体微小共振器の理論的な解析によれば、1.5nm
の発光線幅における全放射エネルギーの1個の共鳴モー
ドへの結合係数(自然放出因子)は、横方向寸法が放出
光波長の15倍から2倍へ縮小される時に、1桁程度増
大することが示唆されている。結合係数の同様な増大は
円柱状の微小共振器構造についても予想されていた。
【0026】好適実施例として、分子線エピタキシー
(MBE)チェンバー、金属化チェンバー、およびCV
Dチェンバーを含む超高真空システム(VG社 Sem
icon V80)中で、100mm(4インチ)径の
シリコンウエハ上へAlとCaF2 膜を成長させた。ウ
エハはこれらの3個のチェンバー間で、2台のロード・
ロックを備えた超高真空移送システムを用いて移送され
る。MBEチェンバーおよび金属化チェンバーのベース
圧力はそれぞれ、1×10-10 mbarおよび1×10
-9mbarである。CaF2 成長時のチェンバー圧力は
5×10-10 mbarであり、Al成長時の処理圧力は
2×10-9mbarである。CaF2 とNdF3 が放出
セルから熱的に蒸発される。これらフッ化物の堆積速度
はセル温度を制御し、フラックスの圧力を監視すること
によって決定される。堆積速度はフラックスの圧力に比
例して増加する。膜組成は蛍光X線分析によって決定さ
れる。膜厚は段差測定によって決定される。CaF2 :
Nd膜は基板温度100℃ないし700℃においてSi
(111)およびAl(111)/Si(111)上へ
成長された。フォトルミネッセンス(PL)スペクトル
の結果によれば、CaF2 :Nd成長の最適成長温度
は、シリコン上で500℃、Al上で100−300℃
である。
(MBE)チェンバー、金属化チェンバー、およびCV
Dチェンバーを含む超高真空システム(VG社 Sem
icon V80)中で、100mm(4インチ)径の
シリコンウエハ上へAlとCaF2 膜を成長させた。ウ
エハはこれらの3個のチェンバー間で、2台のロード・
ロックを備えた超高真空移送システムを用いて移送され
る。MBEチェンバーおよび金属化チェンバーのベース
圧力はそれぞれ、1×10-10 mbarおよび1×10
-9mbarである。CaF2 成長時のチェンバー圧力は
5×10-10 mbarであり、Al成長時の処理圧力は
2×10-9mbarである。CaF2 とNdF3 が放出
セルから熱的に蒸発される。これらフッ化物の堆積速度
はセル温度を制御し、フラックスの圧力を監視すること
によって決定される。堆積速度はフラックスの圧力に比
例して増加する。膜組成は蛍光X線分析によって決定さ
れる。膜厚は段差測定によって決定される。CaF2 :
Nd膜は基板温度100℃ないし700℃においてSi
(111)およびAl(111)/Si(111)上へ
成長された。フォトルミネッセンス(PL)スペクトル
の結果によれば、CaF2 :Nd成長の最適成長温度
は、シリコン上で500℃、Al上で100−300℃
である。
【0027】フォトルミネッセンス(PL)によるこの
膜の光学的特性の評価は、バルクのCaF2 :Ndにお
いて観測される1.046μmレーザー発振ラインを含
む、〜0.9μm、〜1.3μm、および〜1.1μm
での強いPLラインを示している。膜の厚さを1μmか
ら0.2μmへ減らすと、強度は比例的に減衰し、Al
/Si上に成長させたCaF2 :Nd膜からの放出光波
長およびPLスペクトルの相対バンド強度は不変であ
る。この結果は、0.2μmの膜が、より多い欠陥が存
在すると考えられるCaF2 /Al界面に近づいている
にも拘らずこの膜の発光特性が歪を受けていないことを
示している。
膜の光学的特性の評価は、バルクのCaF2 :Ndにお
いて観測される1.046μmレーザー発振ラインを含
む、〜0.9μm、〜1.3μm、および〜1.1μm
での強いPLラインを示している。膜の厚さを1μmか
ら0.2μmへ減らすと、強度は比例的に減衰し、Al
/Si上に成長させたCaF2 :Nd膜からの放出光波
長およびPLスペクトルの相対バンド強度は不変であ
る。この結果は、0.2μmの膜が、より多い欠陥が存
在すると考えられるCaF2 /Al界面に近づいている
にも拘らずこの膜の発光特性が歪を受けていないことを
示している。
【0028】本発明の目的のためのドーパントとして、
希土類元素の代わりに遷移元素を用いることもできるこ
とを指摘しておくことは重要である。更に、CaF2 :
Nd膜のPL強度は膜の結晶性に依存しない。このこと
はPL強度が材料の結晶性に大いに依存する半導体発光
材料の場合とは異なるところである。従って、Ca
F 2 :Ndは材料中の欠陥により敏感でない。
希土類元素の代わりに遷移元素を用いることもできるこ
とを指摘しておくことは重要である。更に、CaF2 :
Nd膜のPL強度は膜の結晶性に依存しない。このこと
はPL強度が材料の結晶性に大いに依存する半導体発光
材料の場合とは異なるところである。従って、Ca
F 2 :Ndは材料中の欠陥により敏感でない。
【0029】図2および図3はAl(111)/Si
(111)基板上へ成長させた1.0μm厚のCa
F2 :Nd(0.48重量%)膜のヘリウム温度でのP
Lスペクトルを示す。図2において、チャート64は、
縦軸66には任意単位で0.000から0.140の範
囲を示す測定強度を取り、横軸67には1040nmか
ら1100nmの範囲で測定波長を取ってある。発光ピ
ーク68で示されたLセンター放出は線幅0.12μm
を有する。その他の発光ピークにはピーク70、72、
74が含まれる。図2に示された遷移は 4F3/2 → 4I
11/2状態間のものである。
(111)基板上へ成長させた1.0μm厚のCa
F2 :Nd(0.48重量%)膜のヘリウム温度でのP
Lスペクトルを示す。図2において、チャート64は、
縦軸66には任意単位で0.000から0.140の範
囲を示す測定強度を取り、横軸67には1040nmか
ら1100nmの範囲で測定波長を取ってある。発光ピ
ーク68で示されたLセンター放出は線幅0.12μm
を有する。その他の発光ピークにはピーク70、72、
74が含まれる。図2に示された遷移は 4F3/2 → 4I
11/2状態間のものである。
【0030】図3のチャート76では縦軸78には任意
単位で0.000から0.020の範囲に測定強度を取
り、横軸80には8500から9300オングストロー
ムの範囲に波長を取ってある。発光ピークには、ほぼ同
程度の強度を有するピーク82と84、それより弱い発
光ピーク86と88、更に小さい強度のピーク90と9
2が含まれている。図3のピークは 4F3/2 → 4I9/2
の遷移に対応している。バルクのCaF2 :Nd中のL
センターから観測される放出波長を矢印で示してある。
CaF2 基板上の10μm厚の0.3重量%のCaF2
膜からのスペクトルは図3に示されたのと同様な波長・
相対強度関係を示す。
単位で0.000から0.020の範囲に測定強度を取
り、横軸80には8500から9300オングストロー
ムの範囲に波長を取ってある。発光ピークには、ほぼ同
程度の強度を有するピーク82と84、それより弱い発
光ピーク86と88、更に小さい強度のピーク90と9
2が含まれている。図3のピークは 4F3/2 → 4I9/2
の遷移に対応している。バルクのCaF2 :Nd中のL
センターから観測される放出波長を矢印で示してある。
CaF2 基板上の10μm厚の0.3重量%のCaF2
膜からのスペクトルは図3に示されたのと同様な波長・
相対強度関係を示す。
【0031】異なる方法で成長させたり、異なる基板上
へ成長させたCaF2 :Ndが類似のPLスペクトルを
示すことは、低濃度のNdにおいてLセンターからの放
出が支配的であることを示唆している。これと対照的に
Nd濃度が高くなると、PLスペクトルにはもっと顕著
な変化が観測されるようになる。
へ成長させたCaF2 :Ndが類似のPLスペクトルを
示すことは、低濃度のNdにおいてLセンターからの放
出が支配的であることを示唆している。これと対照的に
Nd濃度が高くなると、PLスペクトルにはもっと顕著
な変化が観測されるようになる。
【0032】図4はAl/Si(111)上へ成長させ
た1μm厚のCaF2 :Nd膜からの発光の濃度依存性
を示す。図4のチャート100は縦軸102に沿って任
意単位で0.000から0.600の範囲に強度を取
り、横軸104にはオングストローム単位で波長を10
400から10600オングストロームの範囲で取って
ある。特に、曲線106はAl/Si(111)のMB
E成長層上へ形成した0.48%のNdを含む1μm厚
のCaF2 :Nd膜に関する発光強度を記録したもので
ある。曲線108はAl/Si(111)上の0.96
%のNdを含む同じ厚さのCaF2 :Nd膜に関する発
光強度を示す。曲線110はAl/Si(111)上の
Ndの濃度が1.9%である同じ厚さのCaF2 :Nd
膜に関する発光を示す。曲線112はAl/Si(11
1)上の3.8%Ndの同じ厚さのCaF2 :Nd膜に
関する発光強度を示す。レーザー動作に通常用いられる
10457オングストロームのラインは、Nd濃度が
3.8重量%を越えたバルク材料中では完全に消失して
いる。
た1μm厚のCaF2 :Nd膜からの発光の濃度依存性
を示す。図4のチャート100は縦軸102に沿って任
意単位で0.000から0.600の範囲に強度を取
り、横軸104にはオングストローム単位で波長を10
400から10600オングストロームの範囲で取って
ある。特に、曲線106はAl/Si(111)のMB
E成長層上へ形成した0.48%のNdを含む1μm厚
のCaF2 :Nd膜に関する発光強度を記録したもので
ある。曲線108はAl/Si(111)上の0.96
%のNdを含む同じ厚さのCaF2 :Nd膜に関する発
光強度を示す。曲線110はAl/Si(111)上の
Ndの濃度が1.9%である同じ厚さのCaF2 :Nd
膜に関する発光を示す。曲線112はAl/Si(11
1)上の3.8%Ndの同じ厚さのCaF2 :Nd膜に
関する発光強度を示す。レーザー動作に通常用いられる
10457オングストロームのラインは、Nd濃度が
3.8重量%を越えたバルク材料中では完全に消失して
いる。
【0033】以前に報告されたバルクのCaF2 :Nd
およびCaF2 :Nd/CaF2 と、ここでの膜との最
も重要な違いは、Nd濃度が3.8重量%という高い値
の場合でもここでの膜中のMおよびN欠陥センターから
の放出ラインの強度が減っていることである。Nd濃度
が3.8重量%のバルクCaF2 :Ndでは、Mおよび
Nセンターからの発光強度はLセンターからのそれと同
じ程度である。少なくとも3.7重量%のNdを含むC
aF2 :Nd/CaF2 に関して、Nセンターにおける
発光強度はLセンターの強度の80%である。これと対
照的に、図4はAl/Si上のどのCaF2 :Nd試料
においてもNセンターの波長(10448オングストロ
ーム)において放出は検出されていない。Nd濃度が増
加すると、Mセンター(10467オングストローム)
に対応する小さいピークが出現するが、その強度は3.
8重量%のNd濃度においてもLセンターの強度の高々
50%である。
およびCaF2 :Nd/CaF2 と、ここでの膜との最
も重要な違いは、Nd濃度が3.8重量%という高い値
の場合でもここでの膜中のMおよびN欠陥センターから
の放出ラインの強度が減っていることである。Nd濃度
が3.8重量%のバルクCaF2 :Ndでは、Mおよび
Nセンターからの発光強度はLセンターからのそれと同
じ程度である。少なくとも3.7重量%のNdを含むC
aF2 :Nd/CaF2 に関して、Nセンターにおける
発光強度はLセンターの強度の80%である。これと対
照的に、図4はAl/Si上のどのCaF2 :Nd試料
においてもNセンターの波長(10448オングストロ
ーム)において放出は検出されていない。Nd濃度が増
加すると、Mセンター(10467オングストローム)
に対応する小さいピークが出現するが、その強度は3.
8重量%のNd濃度においてもLセンターの強度の高々
50%である。
【0034】これらの比較から、MBE法によって低温
で成長させた、ここでのCaF2 :Ndにおいては、N
d3+−F- の集合によって形成される斜方晶系のNおよ
びMセンターは低減できることが示される。CaF2 :
Nd/Al/Siを成長させるために用いられる低い基
板温度が、なぜ低濃度のMおよびN欠陥を含むCa
F 2 :Ndを作製できるかの理由であろう。低い成長温
度はフッ素の欠損を妨げ、従ってバルクCaF2 :Nd
中の電荷補償機構を回避させる。そのうえ、Nd−Fと
それの集合物の分布は低温プロセスによって変更を受け
る。それは、原子の運動エネルギーが小さいため拡散す
ることができず、600℃以上の温度において生ずるよ
うな平衡状態に到達できないためである。
で成長させた、ここでのCaF2 :Ndにおいては、N
d3+−F- の集合によって形成される斜方晶系のNおよ
びMセンターは低減できることが示される。CaF2 :
Nd/Al/Siを成長させるために用いられる低い基
板温度が、なぜ低濃度のMおよびN欠陥を含むCa
F 2 :Ndを作製できるかの理由であろう。低い成長温
度はフッ素の欠損を妨げ、従ってバルクCaF2 :Nd
中の電荷補償機構を回避させる。そのうえ、Nd−Fと
それの集合物の分布は低温プロセスによって変更を受け
る。それは、原子の運動エネルギーが小さいため拡散す
ることができず、600℃以上の温度において生ずるよ
うな平衡状態に到達できないためである。
【0035】図5は、Al/Si(111)上へ各種厚
さで成長させたCaF2 :Nd(1.9重量%)膜とS
i(111)上へ成長させた0.2μm厚のCaF2 :
Nd(1.9重量%)膜の10457オングストローム
ラインの相対強度を示す。図5のチャート134は、縦
軸136に沿って強度を任意単位で0.0から1.2の
範囲に取り、横軸138にはCaF2 :Nd膜の厚さを
0.0から1.2μmの範囲に取ってある。0.2μm
の厚さでのAl/Si(111)基板上のCaF2 :N
d膜の相対強度は点140として記録されている。Si
(111)基板に関する相対強度は0.2μmのCaF
2 :Nd膜厚に対して点142に記録されている。その
他の膜厚および2つのCaF2 :Nd膜厚の相対強度と
して、点144における0.5μmの膜厚と点146に
おける1.0μmの膜厚とが含まれる。
さで成長させたCaF2 :Nd(1.9重量%)膜とS
i(111)上へ成長させた0.2μm厚のCaF2 :
Nd(1.9重量%)膜の10457オングストローム
ラインの相対強度を示す。図5のチャート134は、縦
軸136に沿って強度を任意単位で0.0から1.2の
範囲に取り、横軸138にはCaF2 :Nd膜の厚さを
0.0から1.2μmの範囲に取ってある。0.2μm
の厚さでのAl/Si(111)基板上のCaF2 :N
d膜の相対強度は点140として記録されている。Si
(111)基板に関する相対強度は0.2μmのCaF
2 :Nd膜厚に対して点142に記録されている。その
他の膜厚および2つのCaF2 :Nd膜厚の相対強度と
して、点144における0.5μmの膜厚と点146に
おける1.0μmの膜厚とが含まれる。
【0036】膜厚が1.0μmから0.2μmへ減少す
るとそれに比例してPL強度も減少する。また、これら
の膜の放出光波長とPL相対強度は膜厚によらず同じで
ある。これらの結果は、0.2μm厚の膜がCaF2 /
Al界面に接近しており、界面欠陥に敏感ではないにし
ても、0.2μm厚という薄い膜であっても発光特性が
歪を受けていないことを示唆している。同じ厚さで、異
種の基板に関しては、Al上のCaF2 :NdのPL強
度はSi上のCaF2 :Ndのそれよりも高い。Al/
Si(111)上のCaF2 :NdからのPL強度の方
が強いのは、514.5nmの入射光の90%以上がA
l層から反射されてCaF2 :Nd膜中へ入るのに対し
て、CaF2 :Nd/Si(111)ではSi基板中で
ほとんど吸収されるためであろう。
るとそれに比例してPL強度も減少する。また、これら
の膜の放出光波長とPL相対強度は膜厚によらず同じで
ある。これらの結果は、0.2μm厚の膜がCaF2 /
Al界面に接近しており、界面欠陥に敏感ではないにし
ても、0.2μm厚という薄い膜であっても発光特性が
歪を受けていないことを示唆している。同じ厚さで、異
種の基板に関しては、Al上のCaF2 :NdのPL強
度はSi上のCaF2 :Ndのそれよりも高い。Al/
Si(111)上のCaF2 :NdからのPL強度の方
が強いのは、514.5nmの入射光の90%以上がA
l層から反射されてCaF2 :Nd膜中へ入るのに対し
て、CaF2 :Nd/Si(111)ではSi基板中で
ほとんど吸収されるためであろう。
【0037】図6および図7はそれぞれ、0.2μm厚
のCaF2 :Nd(1%)膜と4.0μm厚のGaAs
膜の室温でのPLスペクトルを示している。特に、図6
のチャート120は縦軸122に沿って相対強度を任意
単位で0.00から0.45の範囲で取り、横軸124
に沿って波数をcm-1の単位で6,000から13,0
00を越える範囲で取ってある。PL強度は領域12
6、128、および130においてピークを持つ。領域
126、128、および130において、同定された強
度ピークに対応する局部的固有周波数は図6のチャート
120中に付随する波長によって同定された。
のCaF2 :Nd(1%)膜と4.0μm厚のGaAs
膜の室温でのPLスペクトルを示している。特に、図6
のチャート120は縦軸122に沿って相対強度を任意
単位で0.00から0.45の範囲で取り、横軸124
に沿って波数をcm-1の単位で6,000から13,0
00を越える範囲で取ってある。PL強度は領域12
6、128、および130においてピークを持つ。領域
126、128、および130において、同定された強
度ピークに対応する局部的固有周波数は図6のチャート
120中に付随する波長によって同定された。
【0038】図7において、チャート150は縦軸15
2に沿って相対強度を0.000から0.450の範囲
で取り、横軸154に沿って波数をcm-1の単位で6,
000から13,000を越える範囲で取ってある。こ
の範囲内で、ピーク156は11,423cm-1のLセ
ンターにおける約0.40という相対強度を示してい
る。CaF2 膜はAl(111)/Si(111)基板
上へ成長された。GaAs膜はSi(100)基板上へ
成長された。明らかに、CaF2 :Ndレーザー放出ラ
イン(9560cm-1)の線幅の方が11423cm-1
のGaAsピークの線幅よりも狭い。
2に沿って相対強度を0.000から0.450の範囲
で取り、横軸154に沿って波数をcm-1の単位で6,
000から13,000を越える範囲で取ってある。こ
の範囲内で、ピーク156は11,423cm-1のLセ
ンターにおける約0.40という相対強度を示してい
る。CaF2 膜はAl(111)/Si(111)基板
上へ成長された。GaAs膜はSi(100)基板上へ
成長された。明らかに、CaF2 :Ndレーザー放出ラ
イン(9560cm-1)の線幅の方が11423cm-1
のGaAsピークの線幅よりも狭い。
【0039】CaF2 の膜厚がGaAs厚のほんの12
分の1でしかないのに、図6のCaF2 :Nd放出ライ
ンの強度は図7のGaAsピークの強度と同じ程度の強
さを持つ。このことはCaF2 :Nd膜がレーザー発光
のための良好な増幅媒質となり得ることを示している。
この膜の結晶性はX線回折によって評価され、GaAs
膜からの半値全幅(FWHM)は130秒(角度)を示
した。PL強度が材料の結晶性に強く依存するGaAs
とは対照的に、CaF2 :NdのPL強度は膜の結晶性
に検出可能な程度の依存性も示さなかった。厚さとNd
濃度が同じCaF2 :Ndで、多結晶膜と単結晶膜とを
比較した結果、室温でのPLスペクトルは同様なもので
あった。
分の1でしかないのに、図6のCaF2 :Nd放出ライ
ンの強度は図7のGaAsピークの強度と同じ程度の強
さを持つ。このことはCaF2 :Nd膜がレーザー発光
のための良好な増幅媒質となり得ることを示している。
この膜の結晶性はX線回折によって評価され、GaAs
膜からの半値全幅(FWHM)は130秒(角度)を示
した。PL強度が材料の結晶性に強く依存するGaAs
とは対照的に、CaF2 :NdのPL強度は膜の結晶性
に検出可能な程度の依存性も示さなかった。厚さとNd
濃度が同じCaF2 :Ndで、多結晶膜と単結晶膜とを
比較した結果、室温でのPLスペクトルは同様なもので
あった。
【0040】これらのCaF2 :Nd試料とSi(10
0)上の高品質GaAs成長膜(GaAsからのX線ロ
ッキング曲線の半値幅は130秒)との比較は、入射光
強度が同じ時に、0.2μmのCaF2 :Nd(0.3
8重量%)薄膜からのPL強度が4μm厚のGaAs/
Si試料のそれと同程度の強度を持つことを示す。Ca
F2 :Nd膜からの線幅は、スペクトルの測定温度が
4.2Kと300Kとでそれぞれ、1.2オングストロ
ームと15オングストロームである。これに対して、G
aAs/Si試料からのPL線幅は4.2Kと300K
とでそれぞれ40オングストロームと220オングスト
ロームである。CaF2 :Nd膜の発光線幅が狭いこと
とCaF2 の屈折率が小さいことは、本発明の概念を適
用した微小共振器にとって魅力的な特性である。狭い線
幅によって優れた光学的増幅が達成できよう。また、C
aF2 と半導体との屈折率の大きな差を利用して高反射
率のミラーを作製することができる。
0)上の高品質GaAs成長膜(GaAsからのX線ロ
ッキング曲線の半値幅は130秒)との比較は、入射光
強度が同じ時に、0.2μmのCaF2 :Nd(0.3
8重量%)薄膜からのPL強度が4μm厚のGaAs/
Si試料のそれと同程度の強度を持つことを示す。Ca
F2 :Nd膜からの線幅は、スペクトルの測定温度が
4.2Kと300Kとでそれぞれ、1.2オングストロ
ームと15オングストロームである。これに対して、G
aAs/Si試料からのPL線幅は4.2Kと300K
とでそれぞれ40オングストロームと220オングスト
ロームである。CaF2 :Nd膜の発光線幅が狭いこと
とCaF2 の屈折率が小さいことは、本発明の概念を適
用した微小共振器にとって魅力的な特性である。狭い線
幅によって優れた光学的増幅が達成できよう。また、C
aF2 と半導体との屈折率の大きな差を利用して高反射
率のミラーを作製することができる。
【0041】要約すれば、好適実施例に従ってAl/S
i(111)上にエピタキシャル成長された薄いCaF
2 :Nd膜は、膜厚が0.2μmにまで減少しても強い
フォトルミネッセンス発光を示す。低温で成長させたC
aF2 :Nd膜からはMおよびNセンターからの発光の
抑制が認められる。バルクのCaF2 :Ndからのレー
ザー動作に使用される10457オングストロームの発
光ラインは非常に狭い線幅を有し、Nd濃度が3.8重
量%を越えるまでは消失しない。これらの特徴はCaF
2 :Nd薄膜を、Siをベースとする基板上へ作製され
る微小共振器レーザーのための魅力的な増幅媒質とす
る。
i(111)上にエピタキシャル成長された薄いCaF
2 :Nd膜は、膜厚が0.2μmにまで減少しても強い
フォトルミネッセンス発光を示す。低温で成長させたC
aF2 :Nd膜からはMおよびNセンターからの発光の
抑制が認められる。バルクのCaF2 :Ndからのレー
ザー動作に使用される10457オングストロームの発
光ラインは非常に狭い線幅を有し、Nd濃度が3.8重
量%を越えるまでは消失しない。これらの特徴はCaF
2 :Nd薄膜を、Siをベースとする基板上へ作製され
る微小共振器レーザーのための魅力的な増幅媒質とす
る。
【0042】好適実施例の更に別の態様はCaF2 :N
d微小共振器デバイスの形成である。多結晶CaF2 :
Ndから得られる高強度PLは、好適実施例の本発明の
概念を例示するもので、2つのDBR(分布ブラッグ反
射器)で挟まれた多結晶CaF2 :Nd膜で作られた微
小共振器構造の基礎となる。これらの構造におけるDB
RはTa2 O5 /SiO2 を10対重ねた多層構造でで
きている。基板として100mm(4インチ)径のシリ
コンウエハが使用された。
d微小共振器デバイスの形成である。多結晶CaF2 :
Ndから得られる高強度PLは、好適実施例の本発明の
概念を例示するもので、2つのDBR(分布ブラッグ反
射器)で挟まれた多結晶CaF2 :Nd膜で作られた微
小共振器構造の基礎となる。これらの構造におけるDB
RはTa2 O5 /SiO2 を10対重ねた多層構造でで
きている。基板として100mm(4インチ)径のシリ
コンウエハが使用された。
【0043】図8にはDBR上へ成長させたCaF2 :
Nd膜から得られた室温PLスペクトルが示されてい
る。図8に関してチャート190は縦軸191に沿って
強度を任意単位で0から4の範囲に取り、横軸192に
沿って波長をオングストロームの単位で8000から約
15000オングストロームの範囲に取ってある。注目
すべきピークの存在する領域はピーク領域194とそれ
より弱いピーク領域196、198とである。Ca
F2 :Nd膜の上にはミラーを作製してない。このスペ
クトルはSi(111)上およびAl(111)/Si
(111)上のCaF 2 :Nd膜から観測された波長と
相対強度との関係と酷似している。
Nd膜から得られた室温PLスペクトルが示されてい
る。図8に関してチャート190は縦軸191に沿って
強度を任意単位で0から4の範囲に取り、横軸192に
沿って波長をオングストロームの単位で8000から約
15000オングストロームの範囲に取ってある。注目
すべきピークの存在する領域はピーク領域194とそれ
より弱いピーク領域196、198とである。Ca
F2 :Nd膜の上にはミラーを作製してない。このスペ
クトルはSi(111)上およびAl(111)/Si
(111)上のCaF 2 :Nd膜から観測された波長と
相対強度との関係と酷似している。
【0044】図9はCaF2 :NdとTa2 O5 /Si
O2 の多層膜で作られた微小共振器の室温PLスペクト
ルを示す。図9のチャート200は縦軸202に沿って
強度を任意単位で0から4の範囲に取り、横軸204に
沿って波長をオングストローム単位で8000から約1
5000オングストロームの範囲に取ってある。曲線2
00中で、ピーク206は微小共振器構造が示す室温P
Lスペクトルを示している。この構造は、1波長分のC
aF2 :Nd//(Ta2 O5 /SiO2 )共振器を形
成するように最上部にDBRミラーを追加することを除
いて、図14に用いられる試料と同じものである。
O2 の多層膜で作られた微小共振器の室温PLスペクト
ルを示す。図9のチャート200は縦軸202に沿って
強度を任意単位で0から4の範囲に取り、横軸204に
沿って波長をオングストローム単位で8000から約1
5000オングストロームの範囲に取ってある。曲線2
00中で、ピーク206は微小共振器構造が示す室温P
Lスペクトルを示している。この構造は、1波長分のC
aF2 :Nd//(Ta2 O5 /SiO2 )共振器を形
成するように最上部にDBRミラーを追加することを除
いて、図14に用いられる試料と同じものである。
【0045】図8と図9とを比較することによって、図
9では10453オングストロームと10472オング
ストロームとに強い放出ラインが検出されたが、105
00オングストローム付近のその他の放出ラインは完全
に消失した。更に、9000オングストロームおよび1
3000オングストローム付近の放出ラインの強度は1
0460オングストローム遷移に比べてずっと小さくな
っている。これらの結果は、10453オングストロー
ムおよび10472.1オングストロームの放出レート
が共振器によって増強され、9000オングストローム
および13000オングストローム付近の遷移がクエン
チされていることを示している。強度の増強と線幅の低
減はまた770KでのPL測定に関しても観測されてい
る。
9では10453オングストロームと10472オング
ストロームとに強い放出ラインが検出されたが、105
00オングストローム付近のその他の放出ラインは完全
に消失した。更に、9000オングストロームおよび1
3000オングストローム付近の放出ラインの強度は1
0460オングストローム遷移に比べてずっと小さくな
っている。これらの結果は、10453オングストロー
ムおよび10472.1オングストロームの放出レート
が共振器によって増強され、9000オングストローム
および13000オングストローム付近の遷移がクエン
チされていることを示している。強度の増強と線幅の低
減はまた770KでのPL測定に関しても観測されてい
る。
【0046】図10には、1波長のCaF2 :Nd//
(Ta2 O5 /SiO2 )微小共振器構造について計算
された反射率スペクトルが示されている。この構造は1
0460オングストロームに共鳴モードを形成するよう
に設計された。図10は1050nm付近の放出ライン
( 4F3/2 → 4I11/2遷移)がこのミラー構造の”阻止
帯域”中にあり、900nm( 4F3/2 → 4I9/2 遷
移)および1300nm( 4F3/2 → 4I13/2遷移)付
近の遷移が”通過帯域”中にあることを示している。従
って、9000オングストロームおよび13000オン
グストローム付近の放出ラインは反射器によって直接的
に影響されることはなく、それらの強度を、1050n
m付近の強度と比べる場合の基準として使用することが
できる。
(Ta2 O5 /SiO2 )微小共振器構造について計算
された反射率スペクトルが示されている。この構造は1
0460オングストロームに共鳴モードを形成するよう
に設計された。図10は1050nm付近の放出ライン
( 4F3/2 → 4I11/2遷移)がこのミラー構造の”阻止
帯域”中にあり、900nm( 4F3/2 → 4I9/2 遷
移)および1300nm( 4F3/2 → 4I13/2遷移)付
近の遷移が”通過帯域”中にあることを示している。従
って、9000オングストロームおよび13000オン
グストローム付近の放出ラインは反射器によって直接的
に影響されることはなく、それらの強度を、1050n
m付近の強度と比べる場合の基準として使用することが
できる。
【0047】好適実施例はまた、微小共振器中で異なる
放出光波長の効果を利用するために他の希土類元素をド
ープしたCaF2 の光学的特性も開拓している。可視領
域において発光する希土類イオンは好適実施例の特に重
要な特徴である。与えられたドーパントの遷移によっ
て、誘導放出が得られるか否かを予測することは困難で
あるが、希土類元素をドープされたバルクのCaF2 お
よびその他類似の結晶場環境を有するバルク結晶につい
て調べることによって、本発明の概念に適用可能なその
他のレーザーセンタードーパントの広い選択幅が得られ
る。EuをドープされたCaF2 薄膜からのエレクトロ
ルミネッセンスとフォトルミネッセンスは420nmと
いう青に中心を持つ放出光波長を有し、Euをドープさ
れたCaF 2 が良好な増幅媒質であり得ることを示して
いる。306nmという短い波長の紫外領域で、GdF
3 をドープされたZnF2 膜から強いエレクトロルミネ
ッセンスが観測された。シリコンおよびAl/Si上の
NdドープのCaF2 薄膜に加え、Dyをドープされた
バルク結晶も好適実施例において利用できる。Dyドー
プの材料は青−緑(486nm付近)、黄(575n
m)、赤(665nm)、そしてスペクトルの近赤外領
域(7540オングストロームおよび8390オングス
トローム)にフォトルミネッセンス発光特性を有する。
HoとDyはそれぞれ緑と黄のエミッターに関する良好
なドーピング材料の候補である。
放出光波長の効果を利用するために他の希土類元素をド
ープしたCaF2 の光学的特性も開拓している。可視領
域において発光する希土類イオンは好適実施例の特に重
要な特徴である。与えられたドーパントの遷移によっ
て、誘導放出が得られるか否かを予測することは困難で
あるが、希土類元素をドープされたバルクのCaF2 お
よびその他類似の結晶場環境を有するバルク結晶につい
て調べることによって、本発明の概念に適用可能なその
他のレーザーセンタードーパントの広い選択幅が得られ
る。EuをドープされたCaF2 薄膜からのエレクトロ
ルミネッセンスとフォトルミネッセンスは420nmと
いう青に中心を持つ放出光波長を有し、Euをドープさ
れたCaF 2 が良好な増幅媒質であり得ることを示して
いる。306nmという短い波長の紫外領域で、GdF
3 をドープされたZnF2 膜から強いエレクトロルミネ
ッセンスが観測された。シリコンおよびAl/Si上の
NdドープのCaF2 薄膜に加え、Dyをドープされた
バルク結晶も好適実施例において利用できる。Dyドー
プの材料は青−緑(486nm付近)、黄(575n
m)、赤(665nm)、そしてスペクトルの近赤外領
域(7540オングストロームおよび8390オングス
トローム)にフォトルミネッセンス発光特性を有する。
HoとDyはそれぞれ緑と黄のエミッターに関する良好
なドーピング材料の候補である。
【0048】単結晶シリコンの代わりの”多孔質シリコ
ン”から、電気的および光学的ポンピングの両方によっ
て放出が実現された。多孔質シリコンをNdをドープさ
れたCaF2 と組み合わせることによって、光源として
広い放出帯域幅を有するシリコンをベースとする材
料(”多孔質Si”)と、レーザー動作のための狭い放
出帯域幅を備えるシリコンをベースとする増幅媒質(C
aF2 :Nd)とが提供される。多孔質シリコンの放出
光波長は5200オングストロームと9000オングス
トロームとの間にある。これらの波長はCaF2 :Nd
薄膜をポンピングするために理想的である。
ン”から、電気的および光学的ポンピングの両方によっ
て放出が実現された。多孔質シリコンをNdをドープさ
れたCaF2 と組み合わせることによって、光源として
広い放出帯域幅を有するシリコンをベースとする材
料(”多孔質Si”)と、レーザー動作のための狭い放
出帯域幅を備えるシリコンをベースとする増幅媒質(C
aF2 :Nd)とが提供される。多孔質シリコンの放出
光波長は5200オングストロームと9000オングス
トロームとの間にある。これらの波長はCaF2 :Nd
薄膜をポンピングするために理想的である。
【0049】これまでは多孔質シリコンは電気化学的手
法によって作製されてきたが、多孔質シリコンの分析研
究によれば、この材料は非晶質シリコン、結晶シリコ
ン、二酸化シリコン、およびシリコン水酸化物の混合物
である。”多孔質Si”という用語は、従って可視光を
放出することのできるシリコン材料を意味する。これら
の放出は結晶シリコンを陽極処理することばかりでな
く、潜在的には従来の成長技術、例えば気相堆積(CV
D)や分子線エピタキシー(MBE)によっても実現し
得る。
法によって作製されてきたが、多孔質シリコンの分析研
究によれば、この材料は非晶質シリコン、結晶シリコ
ン、二酸化シリコン、およびシリコン水酸化物の混合物
である。”多孔質Si”という用語は、従って可視光を
放出することのできるシリコン材料を意味する。これら
の放出は結晶シリコンを陽極処理することばかりでな
く、潜在的には従来の成長技術、例えば気相堆積(CV
D)や分子線エピタキシー(MBE)によっても実現し
得る。
【0050】図11は多孔質シリコンの典型的なフォト
ルミネッセンススペクトルを示す。図11のチャート2
16は縦軸218に沿って強度を任意単位の0から20
0,000の範囲に取り、横軸220に沿っては波長を
5,200オングストロームから9,000オングスト
ロームの範囲で取ってある。曲線222は多孔質シリコ
ンの発光範囲を示し、約7,250と7,400オング
ストロームの間にピーク224を持つ。好適実施例の発
光は5200オングストロームから9000オングスト
ロームの範囲で、7000オングストローム付近に最大
強度を持つものである。CaF2 :Ndの吸収スペクト
ルは7250−7450オングストローム、7800−
8000オングストローム、および8500−8700
オングストロームに強いピークを持つため、多孔質シリ
コンから放出される光子はCaF 2 :Ndによって効果
的に吸収される。このため、CaF2 :Ndからは高い
強度のフォトルミネッセンスが得られる。
ルミネッセンススペクトルを示す。図11のチャート2
16は縦軸218に沿って強度を任意単位の0から20
0,000の範囲に取り、横軸220に沿っては波長を
5,200オングストロームから9,000オングスト
ロームの範囲で取ってある。曲線222は多孔質シリコ
ンの発光範囲を示し、約7,250と7,400オング
ストロームの間にピーク224を持つ。好適実施例の発
光は5200オングストロームから9000オングスト
ロームの範囲で、7000オングストローム付近に最大
強度を持つものである。CaF2 :Ndの吸収スペクト
ルは7250−7450オングストローム、7800−
8000オングストローム、および8500−8700
オングストロームに強いピークを持つため、多孔質シリ
コンから放出される光子はCaF 2 :Ndによって効果
的に吸収される。このため、CaF2 :Ndからは高い
強度のフォトルミネッセンスが得られる。
【0051】図12と図13は多孔質シリコンをCaF
2 :Ndと組み合わせた2つの構造を示している。図1
2の構造226は第1の組のブラッグ反射器232の上
に形成された多孔質シリコン層230に付け加えられた
透明な電極228を含む。次に、CaF2 :Nd234
はブラッグ反射器組232とブラッグ反射器組236と
の間に挟まれる。ブラッグ反射器組236は、それのベ
ースとして基板240を有する金属電極238へ取り付
けられる。これらの構成において、多孔質シリコンはC
aF2 :Ndをポンピングするための光源として使用で
きる。各ブラッグ反射器については5層だけしか誘電体
が示されていないが、高い反射率を実現するために、垂
直面発光レーザーデバイスについては層の数は10対以
上である。エッジ発光レーザーデバイス用としては垂直
面発光レーザーほどの高い反射率は要求されない。金属
層または少数の対を含むブラッグ反射器で十分である。
2 :Ndと組み合わせた2つの構造を示している。図1
2の構造226は第1の組のブラッグ反射器232の上
に形成された多孔質シリコン層230に付け加えられた
透明な電極228を含む。次に、CaF2 :Nd234
はブラッグ反射器組232とブラッグ反射器組236と
の間に挟まれる。ブラッグ反射器組236は、それのベ
ースとして基板240を有する金属電極238へ取り付
けられる。これらの構成において、多孔質シリコンはC
aF2 :Ndをポンピングするための光源として使用で
きる。各ブラッグ反射器については5層だけしか誘電体
が示されていないが、高い反射率を実現するために、垂
直面発光レーザーデバイスについては層の数は10対以
上である。エッジ発光レーザーデバイス用としては垂直
面発光レーザーほどの高い反射率は要求されない。金属
層または少数の対を含むブラッグ反射器で十分である。
【0052】図13は光源用としての多孔質シリコンの
別の構造を示し、それは透明な電極228で始まって、
それが別の透明電極244を覆う多孔質シリコン層23
0を覆っている。透明電極244に第1のブラッグ反射
器組232が取り付けられ、それが次にCaF2 :Nd
層234へ取り付けられている。CaF2 :Nd層23
4はそれの下側をブラッグ反射器組236へ取り付けら
れている。図13の構成において、ブラッグ反射器組2
36は基板240へ直接取り付けられている。図13
で、多孔質シリコンとCaF2 :Ndは両方共に2つの
電極間に挟まれている。この構造は、特定のケースにお
いてCaF2 :Nd層がエレクトロルミネッセンス発光
することを許容する。CaF2 :Nd層はまた多孔質S
iからのエレクトロルミネッセンスによって光学的にポ
ンピングされ得る。図13の構成の問題点は、多孔質S
i中の電界の勾配が図12中の多孔質Siのそれほどは
急峻でないということである。図13において、CaF
2 :Nd層は多孔質Siからのエレクトロルミネッセン
スによって光学的にポンピングされ得る。この構成では
電界の変動は発生しない。
別の構造を示し、それは透明な電極228で始まって、
それが別の透明電極244を覆う多孔質シリコン層23
0を覆っている。透明電極244に第1のブラッグ反射
器組232が取り付けられ、それが次にCaF2 :Nd
層234へ取り付けられている。CaF2 :Nd層23
4はそれの下側をブラッグ反射器組236へ取り付けら
れている。図13の構成において、ブラッグ反射器組2
36は基板240へ直接取り付けられている。図13
で、多孔質シリコンとCaF2 :Ndは両方共に2つの
電極間に挟まれている。この構造は、特定のケースにお
いてCaF2 :Nd層がエレクトロルミネッセンス発光
することを許容する。CaF2 :Nd層はまた多孔質S
iからのエレクトロルミネッセンスによって光学的にポ
ンピングされ得る。図13の構成の問題点は、多孔質S
i中の電界の勾配が図12中の多孔質Siのそれほどは
急峻でないということである。図13において、CaF
2 :Nd層は多孔質Siからのエレクトロルミネッセン
スによって光学的にポンピングされ得る。この構成では
電界の変動は発生しない。
【0053】図14と図15は、多孔質SiがCa
F2 :NdとSi基板との間に成長されることを除いて
図12と図13に類似な2つのその他の構造を示す。図
14はCaF2 :Nd増幅媒体と基板との間に多孔質S
iを備えた別の実施例244を示す。特に、透明電極2
28がCaF2 :Nd層234を覆う第1のブラッグ反
射器組232へ取り付けられている。図14の実施例
で、多孔質Si層230は第2のブラッグ反射器組23
6と金属電極238との間に位置している。金属電極2
38は多孔質Si層230と基板240との間に取り付
けられている。
F2 :NdとSi基板との間に成長されることを除いて
図12と図13に類似な2つのその他の構造を示す。図
14はCaF2 :Nd増幅媒体と基板との間に多孔質S
iを備えた別の実施例244を示す。特に、透明電極2
28がCaF2 :Nd層234を覆う第1のブラッグ反
射器組232へ取り付けられている。図14の実施例
で、多孔質Si層230は第2のブラッグ反射器組23
6と金属電極238との間に位置している。金属電極2
38は多孔質Si層230と基板240との間に取り付
けられている。
【0054】図15もまた1つの実施例246であり、
多孔質Si層230がCaF2 :Nd層234を含むC
aF2 :Nd増幅媒体と基板240との間に位置してい
る。特に、ブラッグ反射器組232がブラッグ反射器組
236の一部を覆うCaF2:Nd層234の上に形成
されている。ブラッグ反射器組236の下側には金属電
極238があってそれが多孔質Si層230へつながっ
ている。第2の金属電極248が多孔質Si層230を
基板240から分離している。図12および図13の構
造と比べて、図14および図15の構造は多孔質Siの
最上部へ単結晶材料を成長させることを困難にしてい
る。しかし、これらの構造は、多孔質Siがレーザー出
力の経路中に存在しないことから、面発光レーザー用と
して魅力がある。そのため、このレーザーデバイスの出
力効率が高まる。単結晶CaF2 :Ndからのフォトル
ミネッセンス強度が多結晶からのそれと同程度であるの
で、レーザー動作のために多孔質Siの上に単結晶層を
得る必要はない。
多孔質Si層230がCaF2 :Nd層234を含むC
aF2 :Nd増幅媒体と基板240との間に位置してい
る。特に、ブラッグ反射器組232がブラッグ反射器組
236の一部を覆うCaF2:Nd層234の上に形成
されている。ブラッグ反射器組236の下側には金属電
極238があってそれが多孔質Si層230へつながっ
ている。第2の金属電極248が多孔質Si層230を
基板240から分離している。図12および図13の構
造と比べて、図14および図15の構造は多孔質Siの
最上部へ単結晶材料を成長させることを困難にしてい
る。しかし、これらの構造は、多孔質Siがレーザー出
力の経路中に存在しないことから、面発光レーザー用と
して魅力がある。そのため、このレーザーデバイスの出
力効率が高まる。単結晶CaF2 :Ndからのフォトル
ミネッセンス強度が多結晶からのそれと同程度であるの
で、レーザー動作のために多孔質Siの上に単結晶層を
得る必要はない。
【0055】エレクトロルミネッセンス強度を高めるた
めに、いくつかの手法が用いられる:(1)スパッタリ
ングによって半絶縁性のCaF2 膜を成長させることが
できる、(2)CaF2 :Ndとその他の半導体層とで
できた超格子構造を形成して、半導体層中でキャリアを
効率的に加速し、CaF2 :Nd層中でNdの励起を起
こすことのできる十分なエネルギーを獲得させること、
および(3)Ndやその他Eu等のドーパントをCaF
2 中へ追加することができる。CaF2 :Euはエレク
トロルミネセンスによって420nmにおいて発光する
ので、Euのエレクトロルミネッセンスから放出された
光子によってNdをポンピングでき、あるいは隣接のE
u原子からの直接的なエネルギー転送によって励起する
ことができる。
めに、いくつかの手法が用いられる:(1)スパッタリ
ングによって半絶縁性のCaF2 膜を成長させることが
できる、(2)CaF2 :Ndとその他の半導体層とで
できた超格子構造を形成して、半導体層中でキャリアを
効率的に加速し、CaF2 :Nd層中でNdの励起を起
こすことのできる十分なエネルギーを獲得させること、
および(3)Ndやその他Eu等のドーパントをCaF
2 中へ追加することができる。CaF2 :Euはエレク
トロルミネセンスによって420nmにおいて発光する
ので、Euのエレクトロルミネッセンスから放出された
光子によってNdをポンピングでき、あるいは隣接のE
u原子からの直接的なエネルギー転送によって励起する
ことができる。
【0056】以下の節はエレクトロルミネッセンスの効
率を改善するための好適実施例の方法について述べる。
これらの方法がエレクトロルミネッセンスによるレーザ
ーポンピングにも利用できることに注意されたい。超格
子構造は微小共振器レーザーの共振器構造と類似のもの
である。レーザー共振器の長さが放出される波長と同程
度になると、そのレーザー特性は大きく変化する。微小
共振器ドメインでの分析と実験の結果、光学的利得は、
特にミラーの反射率が高い場合、放出線幅が減少するに
つれて急激に増大することが明らかにされた。既述のよ
うにマイクロメートル以下の厚さのCaF2 :Ndから
の非常に狭い線幅とCaF2 /ZnSeで作られた高反
射率のミラーが実証された事実に基づいて、以下の方法
によってエレクトロルミネッセンス効率を改善すること
によってエレクトロルミネッセンスによってポンピング
される微小共振器CaF2 :Ndレーザーが実現され
る。
率を改善するための好適実施例の方法について述べる。
これらの方法がエレクトロルミネッセンスによるレーザ
ーポンピングにも利用できることに注意されたい。超格
子構造は微小共振器レーザーの共振器構造と類似のもの
である。レーザー共振器の長さが放出される波長と同程
度になると、そのレーザー特性は大きく変化する。微小
共振器ドメインでの分析と実験の結果、光学的利得は、
特にミラーの反射率が高い場合、放出線幅が減少するに
つれて急激に増大することが明らかにされた。既述のよ
うにマイクロメートル以下の厚さのCaF2 :Ndから
の非常に狭い線幅とCaF2 /ZnSeで作られた高反
射率のミラーが実証された事実に基づいて、以下の方法
によってエレクトロルミネッセンス効率を改善すること
によってエレクトロルミネッセンスによってポンピング
される微小共振器CaF2 :Ndレーザーが実現され
る。
【0057】エレクトロルミネッセンスの効率を改善す
るための上述の方法の第1のものは、スパッタされたC
aF2 を使用するものである。蒸着によって成長させた
CaF2 膜の抵抗率は1016ohm−cm程度である
が、3×103 ohm−cm程度の低い抵抗率のCaF
2 膜をスパッタリングによって得ることができる。通常
は抵抗率の低下は望ましいものではない。それはほとん
どの場合、CaF2 がシリコンやGaAs上へエピタキ
シャル成長できる良好な絶縁体として用いられるからで
ある。しかし、膜をエレクトロルミネッセンス用に用い
る場合は、良好な伝導特性が要求される。絶縁膜に対し
て半伝導性の膜を通して非常に多数のキャリアが駆動さ
れるので、キャリアとCaF2 :Nd膜中の発光センタ
ーとキャリアとの間の衝突断面積は半伝導性のスパッタ
膜中でより大きくなるであろう。この結果、発光強度が
増大する。CaF2 :MnをCd蒸気中でアニールする
こともCaF2 膜の伝導度を高める処理である。スパッ
タCaF2 の考え得る1つの欠点は結晶性の劣化による
促進された発光のクエンチである。しかし、これは重大
な問題にはならないであろう。それというのもMBE成
長のCaF2 :Ndについて示したように、多結晶Ca
F2 :Nd膜のフォトルミネッセンス強度は単結晶Ca
F2 :Ndのそれと同じ程度であるからである。このこ
とは結晶性はそれほど問題でないことを意味する。
るための上述の方法の第1のものは、スパッタされたC
aF2 を使用するものである。蒸着によって成長させた
CaF2 膜の抵抗率は1016ohm−cm程度である
が、3×103 ohm−cm程度の低い抵抗率のCaF
2 膜をスパッタリングによって得ることができる。通常
は抵抗率の低下は望ましいものではない。それはほとん
どの場合、CaF2 がシリコンやGaAs上へエピタキ
シャル成長できる良好な絶縁体として用いられるからで
ある。しかし、膜をエレクトロルミネッセンス用に用い
る場合は、良好な伝導特性が要求される。絶縁膜に対し
て半伝導性の膜を通して非常に多数のキャリアが駆動さ
れるので、キャリアとCaF2 :Nd膜中の発光センタ
ーとキャリアとの間の衝突断面積は半伝導性のスパッタ
膜中でより大きくなるであろう。この結果、発光強度が
増大する。CaF2 :MnをCd蒸気中でアニールする
こともCaF2 膜の伝導度を高める処理である。スパッ
タCaF2 の考え得る1つの欠点は結晶性の劣化による
促進された発光のクエンチである。しかし、これは重大
な問題にはならないであろう。それというのもMBE成
長のCaF2 :Ndについて示したように、多結晶Ca
F2 :Nd膜のフォトルミネッセンス強度は単結晶Ca
F2 :Ndのそれと同じ程度であるからである。このこ
とは結晶性はそれほど問題でないことを意味する。
【0058】上述のエレクトロルミネッセンス効率を高
める方法の第2のものはCaF2 :Nd・半導体超格子
を形成するものである。CaF2 :Ndと別の半導体層
とで作られた超格子を用いれば、キャリアを半導体中で
効果的に加速し、CaF2 :Nd中でNdの励起を引き
起こすのに十分なエネルギーを獲得させることができ
る。これにより、Y2 O3 :Eu薄膜エレクトロルミネ
ッセンスデバイスの放出効率を改善することに成功し
た。更に、各超格子層の厚さが放出光波長よりも小さい
場合は、建設的な干渉が起こって発光が促進される。
める方法の第2のものはCaF2 :Nd・半導体超格子
を形成するものである。CaF2 :Ndと別の半導体層
とで作られた超格子を用いれば、キャリアを半導体中で
効果的に加速し、CaF2 :Nd中でNdの励起を引き
起こすのに十分なエネルギーを獲得させることができ
る。これにより、Y2 O3 :Eu薄膜エレクトロルミネ
ッセンスデバイスの放出効率を改善することに成功し
た。更に、各超格子層の厚さが放出光波長よりも小さい
場合は、建設的な干渉が起こって発光が促進される。
【0059】図16はCaF2 :Nd/ZnS多層構造
から効果的なエレクトロルミネッセンスを得るために用
いることのできる超格子構造を示す。図16のCa
F2 :Nd・半導体超格子構造250はCaF2 :Nd
/半導体超格子254を覆う透明電極252を含む。C
aF2 :Nd/半導体超格子254は例えば、ZnSを
用いて半導体層を挿入された層256のようなCa
F2 :Nd層を含み、望みの程度のエレクトロルミネッ
センスを実現する。CaF2 :Nd/半導体超格子25
4は基板240の上に形成された金属電極238を覆っ
て形成される。
から効果的なエレクトロルミネッセンスを得るために用
いることのできる超格子構造を示す。図16のCa
F2 :Nd・半導体超格子構造250はCaF2 :Nd
/半導体超格子254を覆う透明電極252を含む。C
aF2 :Nd/半導体超格子254は例えば、ZnSを
用いて半導体層を挿入された層256のようなCa
F2 :Nd層を含み、望みの程度のエレクトロルミネッ
センスを実現する。CaF2 :Nd/半導体超格子25
4は基板240の上に形成された金属電極238を覆っ
て形成される。
【0060】透明な導体はインジウム錫酸化物(IT
O)やアルミニウムをドープした酸化亜鉛のような伝導
性酸化物、または高濃度にドープされたZnSeやZn
Sのような半導体で作製することができる。これらの材
料は放出光波長において良好な電気伝導性と光学的透明
性とを示す。透明導体はまた光学的帰還を提供するミラ
ーとしても機能するので、強い微小共振器効果を実現す
るためには屈折率はCaF2 :Nd(または他の希土類
元素をドープされたCaF2 )の屈折率とできるだけ大
きく異なっているべきである。ITOの屈折率は1.7
5から2.3の範囲にある。酸化亜鉛、ZnS、ZnS
eの屈折率は1μmの波長においてそれぞれ、およそ
1.86、2.37、2.89である。希土類元素をド
ープされたCaF2 の屈折率は約1.43であるので、
これらの材料は高品質のDBRまたはDFBレーザー中
の周期的な増幅構造を形成することができるはずであ
り、その場合希土類をドープされたCaF2 は共振器効
果を促進する。
O)やアルミニウムをドープした酸化亜鉛のような伝導
性酸化物、または高濃度にドープされたZnSeやZn
Sのような半導体で作製することができる。これらの材
料は放出光波長において良好な電気伝導性と光学的透明
性とを示す。透明導体はまた光学的帰還を提供するミラ
ーとしても機能するので、強い微小共振器効果を実現す
るためには屈折率はCaF2 :Nd(または他の希土類
元素をドープされたCaF2 )の屈折率とできるだけ大
きく異なっているべきである。ITOの屈折率は1.7
5から2.3の範囲にある。酸化亜鉛、ZnS、ZnS
eの屈折率は1μmの波長においてそれぞれ、およそ
1.86、2.37、2.89である。希土類元素をド
ープされたCaF2 の屈折率は約1.43であるので、
これらの材料は高品質のDBRまたはDFBレーザー中
の周期的な増幅構造を形成することができるはずであ
り、その場合希土類をドープされたCaF2 は共振器効
果を促進する。
【0061】エレクトロルミネッセンス効率を改善する
更に別の方法は、CoをドープされたCaF2 を作製す
ることを利用するものである。Ndおよびその他のドー
パント、例えばEuやErを一緒にCaF2 中へ加える
ことができる。CaF2 :Euが420nmにおいてエ
レクトロルミネッセンスによって発光することが明らか
にされた。EuやErがNdと共にCaF2 中へ同時ド
ープされた時には、それぞれEuとErに対応する吸収
が398nmと449nmに観測される。これらの結果
は、CaF2 :Nd/EuまたはCaF2 :Nd/Er
を成長させることによって、NdがEuまたはErのエ
レクトロルミネッセンスから放出される光子によってポ
ンピングされるか、あるいは隣接するEu原子からの直
接的なエネルギー転送によって励起されて、増強された
発光を得るようになることを示している。
更に別の方法は、CoをドープされたCaF2 を作製す
ることを利用するものである。Ndおよびその他のドー
パント、例えばEuやErを一緒にCaF2 中へ加える
ことができる。CaF2 :Euが420nmにおいてエ
レクトロルミネッセンスによって発光することが明らか
にされた。EuやErがNdと共にCaF2 中へ同時ド
ープされた時には、それぞれEuとErに対応する吸収
が398nmと449nmに観測される。これらの結果
は、CaF2 :Nd/EuまたはCaF2 :Nd/Er
を成長させることによって、NdがEuまたはErのエ
レクトロルミネッセンスから放出される光子によってポ
ンピングされるか、あるいは隣接するEu原子からの直
接的なエネルギー転送によって励起されて、増強された
発光を得るようになることを示している。
【0062】レーザー共振器の特性と材料とに関する知
識に基づいて、エレクトロルミネッセンスによるレーザ
ー動作を実現すると考えられる別のレーザー構造が図1
7、図18、図19、および図20に示されている。図
17の縦方向の構成260は、レーザー268を駆動す
るための独立した電圧源266から電位を供給された透
明導体262と金属導体264とを含む。レーザー26
8は増幅媒質として機能する1/4波長のCaF2 :希
土類元素層272と1/4波長の半導体層270とを挿
入されている。同様に、図18の水平方向の構成274
は、透明導体276および278のような数多くの透明
導体を含み、それらの間280にはCaF2 :希土類元
素増幅媒質を挿入されている。
識に基づいて、エレクトロルミネッセンスによるレーザ
ー動作を実現すると考えられる別のレーザー構造が図1
7、図18、図19、および図20に示されている。図
17の縦方向の構成260は、レーザー268を駆動す
るための独立した電圧源266から電位を供給された透
明導体262と金属導体264とを含む。レーザー26
8は増幅媒質として機能する1/4波長のCaF2 :希
土類元素層272と1/4波長の半導体層270とを挿
入されている。同様に、図18の水平方向の構成274
は、透明導体276および278のような数多くの透明
導体を含み、それらの間280にはCaF2 :希土類元
素増幅媒質を挿入されている。
【0063】図19と図20は構成290および構成2
91に示すように、光源としてエレクトロルミネッセン
スZnSを使用した2つの構成を示している。図19の
構成290はZnS層294を覆って形成された透明電
極292を含む。ZnS層294はブラッグ反射器組2
32、CaF2 :希土類元素層296、および第2のブ
ラッグ反射器組236のためのエレクトロルミネッセン
ス光源として働く。第2のブラッグ反射器組236は基
板240に取り付けられた金属電極238を覆ってい
る。図20の構成291はZnS層294を覆って形成
された透明電極292を含む。ZnS層294はブラッ
グ反射器組232へつながる第2の透明電極298を覆
って形成される。ブラッグ反射器組232とブラッグ反
射器組236との間にCaF2 :希土類元素層296が
ある。第2のブラッグ反射器組236は図20の構成で
は基板240へ直接つながれている。
91に示すように、光源としてエレクトロルミネッセン
スZnSを使用した2つの構成を示している。図19の
構成290はZnS層294を覆って形成された透明電
極292を含む。ZnS層294はブラッグ反射器組2
32、CaF2 :希土類元素層296、および第2のブ
ラッグ反射器組236のためのエレクトロルミネッセン
ス光源として働く。第2のブラッグ反射器組236は基
板240に取り付けられた金属電極238を覆ってい
る。図20の構成291はZnS層294を覆って形成
された透明電極292を含む。ZnS層294はブラッ
グ反射器組232へつながる第2の透明電極298を覆
って形成される。ブラッグ反射器組232とブラッグ反
射器組236との間にCaF2 :希土類元素層296が
ある。第2のブラッグ反射器組236は図20の構成で
は基板240へ直接つながれている。
【0064】最近、IV族材料からの発光を実現するた
めの研究が精力的に実施されている。多孔質シリコン、
等電子的にドープされたシリコン、および歪のあるGe
Si合金からの発光が報告されている。これらの材料が
シリコンをベースとする技術と両立すること、そして希
土類元素をドープされたCaF2 微小共振器レーザーか
らはしきい値が非常に低いレーザー動作が実現されるこ
とを考慮すると、ここに提案した微小共振器レーザーの
好適実施例は本発明の範囲内でこれらの材料を容易に提
供する。
めの研究が精力的に実施されている。多孔質シリコン、
等電子的にドープされたシリコン、および歪のあるGe
Si合金からの発光が報告されている。これらの材料が
シリコンをベースとする技術と両立すること、そして希
土類元素をドープされたCaF2 微小共振器レーザーか
らはしきい値が非常に低いレーザー動作が実現されるこ
とを考慮すると、ここに提案した微小共振器レーザーの
好適実施例は本発明の範囲内でこれらの材料を容易に提
供する。
【0065】シリコンをベースとするOEICおよび光
集積回路(PIC)は軍需用および民生用として広範囲
の用途を有する。シリコンをベースとするOEICまた
はPICの1つの応用はマルチチップモジュールの相互
接続分野である。マルチチップモジュールの複雑さが増
大するにつれて、高密度の金属配線によってもたらされ
る相互接続抵抗および寄生容量の増大はシステムの特性
に対して大きな障害となる。これらの相互接続の問題に
対して、光学的な相互接続は長い間1つの解答となると
考えられてきた。例えば、シリコンをベースとするOE
ICおよびPICは位相配列レーダー要素を光学的に接
続するために特別な用途を有する。レーダー要素のため
のGaAsおよびその他のIII−V族半導体をベース
とするモノリシックな集積回路(MMIC)の分野では
顕著な進展が見られたが、III−V材料をベースとす
るデジタル論理回路および記憶回路に関する研究開発は
さほどの成果を挙げられていない。このため、シリコン
のデジタル回路と一緒にモノリシックに集積された光源
や変調器は現状のシリコンデジタルおよび論理回路をG
aAsMMIC要素へ光学的に結合するための機構を提
供できよう。
集積回路(PIC)は軍需用および民生用として広範囲
の用途を有する。シリコンをベースとするOEICまた
はPICの1つの応用はマルチチップモジュールの相互
接続分野である。マルチチップモジュールの複雑さが増
大するにつれて、高密度の金属配線によってもたらされ
る相互接続抵抗および寄生容量の増大はシステムの特性
に対して大きな障害となる。これらの相互接続の問題に
対して、光学的な相互接続は長い間1つの解答となると
考えられてきた。例えば、シリコンをベースとするOE
ICおよびPICは位相配列レーダー要素を光学的に接
続するために特別な用途を有する。レーダー要素のため
のGaAsおよびその他のIII−V族半導体をベース
とするモノリシックな集積回路(MMIC)の分野では
顕著な進展が見られたが、III−V材料をベースとす
るデジタル論理回路および記憶回路に関する研究開発は
さほどの成果を挙げられていない。このため、シリコン
のデジタル回路と一緒にモノリシックに集積された光源
や変調器は現状のシリコンデジタルおよび論理回路をG
aAsMMIC要素へ光学的に結合するための機構を提
供できよう。
【0066】光コンピューターの分野での現在の研究開
発はほとんどがIII−V材料とLiNbO3 系に限ら
れている。シリコンをベースとしたレーザー光源を除け
ば、光コンピューターに要求されるその他のすべての機
能(変調器、検出器、および導波路)は実現されてい
る。実際、大規模集積された(LSI)シリコン検出器
(例えば、CCD)は市販されているし、中規模集積さ
れた(MSI)シリコン上の変調器(例えば、DMD)
は実証されて、市販されようとしている。DMDは自由
空間変調器であるが、BaTiO3 および(Pb,L
a)(Zr,Ti)O3 (これらは優れた電子−光特性
を有する)は好適実施例の各種の構成に採用されるであ
ろうULSI後のシリコン記憶応用のための高誘電率コ
ンデンサに使用できる。シリコン上のSiO2 導波路は
実証されている。
発はほとんどがIII−V材料とLiNbO3 系に限ら
れている。シリコンをベースとしたレーザー光源を除け
ば、光コンピューターに要求されるその他のすべての機
能(変調器、検出器、および導波路)は実現されてい
る。実際、大規模集積された(LSI)シリコン検出器
(例えば、CCD)は市販されているし、中規模集積さ
れた(MSI)シリコン上の変調器(例えば、DMD)
は実証されて、市販されようとしている。DMDは自由
空間変調器であるが、BaTiO3 および(Pb,L
a)(Zr,Ti)O3 (これらは優れた電子−光特性
を有する)は好適実施例の各種の構成に採用されるであ
ろうULSI後のシリコン記憶応用のための高誘電率コ
ンデンサに使用できる。シリコン上のSiO2 導波路は
実証されている。
【0067】好適実施例に従って作製されるシリコンを
ベースとするOEICおよびPICは、既存の大量生産
シリコンプロセスが他の電子または光電子材料技術が到
底及ばないような規模拡大の経済性を実現することのた
めに特に魅力的である。本発明によって形成されるシリ
コンをベースとするOEICの考えられる応用として、
表示装置のためのシリコンベースのエミッター、家庭や
その他のケーブル回路網へのファイバー、自動車用電子
機器のためのコンピューター通信システム、および医療
用および生体用の使い捨ての低価格OEICが挙げられ
よう。最後に、本発明に従うシリコンベースのOEIC
は回路レベルでの画像処理システムやスマート画素のよ
うな新しい機能を提供することができる。
ベースとするOEICおよびPICは、既存の大量生産
シリコンプロセスが他の電子または光電子材料技術が到
底及ばないような規模拡大の経済性を実現することのた
めに特に魅力的である。本発明によって形成されるシリ
コンをベースとするOEICの考えられる応用として、
表示装置のためのシリコンベースのエミッター、家庭や
その他のケーブル回路網へのファイバー、自動車用電子
機器のためのコンピューター通信システム、および医療
用および生体用の使い捨ての低価格OEICが挙げられ
よう。最後に、本発明に従うシリコンベースのOEIC
は回路レベルでの画像処理システムやスマート画素のよ
うな新しい機能を提供することができる。
【0068】要約すると、本発明の範囲の概念として
は:(1)薄いCaF2 :希土類元素膜を用意するこ
と、(2)Nd以外の希土類ドーパントを含むCaF2
の成長工程を含み、光学的にポンピングされるシリコン
ベースのCaF2 :Nd微小共振器レーザーを作製する
こと、(3)CaF2 :希土類元素微小共振器をポンピ
ングするために適したエレクトロルミネッセンス光源を
成長および作製すること、および(4)エレクトロルミ
ネッセンスポンピングまたは直接的な電気的ポンピング
のいずれかによってレーザー動作を実現させること、が
含まれる。
は:(1)薄いCaF2 :希土類元素膜を用意するこ
と、(2)Nd以外の希土類ドーパントを含むCaF2
の成長工程を含み、光学的にポンピングされるシリコン
ベースのCaF2 :Nd微小共振器レーザーを作製する
こと、(3)CaF2 :希土類元素微小共振器をポンピ
ングするために適したエレクトロルミネッセンス光源を
成長および作製すること、および(4)エレクトロルミ
ネッセンスポンピングまたは直接的な電気的ポンピング
のいずれかによってレーザー動作を実現させること、が
含まれる。
【0069】本発明およびそれの特長について詳細に説
明してきたが、特許請求の範囲に述べられた本発明の範
囲からはずれることなく、各種の変更、置換、および修
正が可能であることが理解されるべきである。
明してきたが、特許請求の範囲に述べられた本発明の範
囲からはずれることなく、各種の変更、置換、および修
正が可能であることが理解されるべきである。
【0070】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 (1)ドープされた薄膜材料で作られた、シリコンをベ
ースとする微小レーザーであって:シリコンを含む半導
体基板材料、前記半導体基板材料の上に成長された少な
くとも1つの膜層であって、前記膜層がポンピングされ
ることによってスペクトルの放出を引き起こすのに十分
な予め定められた量のドーパントを含む1つの膜層、を
含み、前記膜層が前記放出スペクトルの波長の大きさの
オーダー以内の厚さを有しており、前記放出スペクトル
が狭い線幅を有し、一般的に前記膜層の結晶形態に敏感
でない、微小レーザー。
る。 (1)ドープされた薄膜材料で作られた、シリコンをベ
ースとする微小レーザーであって:シリコンを含む半導
体基板材料、前記半導体基板材料の上に成長された少な
くとも1つの膜層であって、前記膜層がポンピングされ
ることによってスペクトルの放出を引き起こすのに十分
な予め定められた量のドーパントを含む1つの膜層、を
含み、前記膜層が前記放出スペクトルの波長の大きさの
オーダー以内の厚さを有しており、前記放出スペクトル
が狭い線幅を有し、一般的に前記膜層の結晶形態に敏感
でない、微小レーザー。
【0071】(2)第1項記載の装置であって、前記膜
層がCaF2 を含んでいる装置。
層がCaF2 を含んでいる装置。
【0072】(3)第1項または第2項記載の装置であ
って、前記ドーパントが希土類元素を含んでいる装置。
って、前記ドーパントが希土類元素を含んでいる装置。
【0073】(4)第1項記載の装置であって、前記ド
ーパントが遷移金属を含んでいる装置。
ーパントが遷移金属を含んでいる装置。
【0074】(5)第3項記載の装置であって、前記希
土類元素がNdを含んでいる装置。
土類元素がNdを含んでいる装置。
【0075】(6)第3項記載の装置であって、前記希
土類元素がEuを含んでいる装置。
土類元素がEuを含んでいる装置。
【0076】(7)第1項記載の装置であって、前記ド
ーパントがNdとEuを組み合わせて含んでいる装置。
ーパントがNdとEuを組み合わせて含んでいる装置。
【0077】(8)第1項記載の装置であって、前記ド
ーパントがNdとErを組み合わせて含んでいる装置。
ーパントがNdとErを組み合わせて含んでいる装置。
【0078】(9)第1項記載の装置であって、前記膜
層が光学的にポンピングされるようになった装置。
層が光学的にポンピングされるようになった装置。
【0079】(10)第1項記載の装置であって、前記
膜層が電気的にポンピングされるようになった装置。
膜層が電気的にポンピングされるようになった装置。
【0080】(11)第1項記載の装置であって、更
に、前記スペクトル放出を反射させるための分布ブラッ
グ反射器組を含む装置。
に、前記スペクトル放出を反射させるための分布ブラッ
グ反射器組を含む装置。
【0081】(12)第1項記載の装置であって、更
に、前記スペクトル放出を反射および増幅させるための
分布ブラッグ反射器組を含む装置。
に、前記スペクトル放出を反射および増幅させるための
分布ブラッグ反射器組を含む装置。
【0082】(13)シリコンをベースとするドープさ
れた薄膜層から狭い線幅を有するスペクトル放出を発生
させるための方法であって:前記薄膜層をシリコンを含
む半導体基板材料と組み合わせること、予め定められた
量のドーパントを含む前記薄膜層をポンピングして狭い
線幅を有するスペクトル放出を引き起こすことであっ
て、前記薄膜層が前記スペクトル放出の波長の大きさの
オーダー以内の厚さを有し、前記スペクトル放出が一般
的に前記薄膜層の結晶形態に敏感でないような、ポンピ
ング工程、を含む方法。
れた薄膜層から狭い線幅を有するスペクトル放出を発生
させるための方法であって:前記薄膜層をシリコンを含
む半導体基板材料と組み合わせること、予め定められた
量のドーパントを含む前記薄膜層をポンピングして狭い
線幅を有するスペクトル放出を引き起こすことであっ
て、前記薄膜層が前記スペクトル放出の波長の大きさの
オーダー以内の厚さを有し、前記スペクトル放出が一般
的に前記薄膜層の結晶形態に敏感でないような、ポンピ
ング工程、を含む方法。
【0083】(14)第13項記載の方法であって、前
記ポンピング工程が更に、予め定められた量のドーパン
トを含むCaF2 膜層をポンピングして前記スペクトル
放出を引き起こす工程を含んでいる方法。
記ポンピング工程が更に、予め定められた量のドーパン
トを含むCaF2 膜層をポンピングして前記スペクトル
放出を引き起こす工程を含んでいる方法。
【0084】(15)第13項記載の方法であって、更
に、遷移金属を含むドーパントを有する前記薄膜層をポ
ンピングする工程を含む方法。
に、遷移金属を含むドーパントを有する前記薄膜層をポ
ンピングする工程を含む方法。
【0085】(16)第13項記載の方法であって、更
に、希土類元素を含むドーパントを有する前記薄膜層を
ポンピングする工程を含む方法。
に、希土類元素を含むドーパントを有する前記薄膜層を
ポンピングする工程を含む方法。
【0086】(17)第16項記載の方法であって、更
に、Ndを含むドーパントを有する前記薄膜層をポンピ
ングする工程を含む方法。
に、Ndを含むドーパントを有する前記薄膜層をポンピ
ングする工程を含む方法。
【0087】(18)第16項記載の方法であって、更
に、Euのドーパントを有する前記薄膜層をポンピング
する工程を含む方法。
に、Euのドーパントを有する前記薄膜層をポンピング
する工程を含む方法。
【0088】(19)第16項記載の方法であって、更
に、Erのドーパントを有する前記薄膜層をポンピング
する工程を含む方法。
に、Erのドーパントを有する前記薄膜層をポンピング
する工程を含む方法。
【0089】(20)第13項記載の方法であって、更
に、NdとEuの組み合わせのドーパントを有する前記
薄膜層をポンピングする工程を含む方法。
に、NdとEuの組み合わせのドーパントを有する前記
薄膜層をポンピングする工程を含む方法。
【0090】(21)第13項記載の方法であって、更
に、NdとErの組み合わせのドーパントを有する前記
薄膜層をポンピングする工程を含む方法。
に、NdとErの組み合わせのドーパントを有する前記
薄膜層をポンピングする工程を含む方法。
【0091】(22)第13項記載の方法であって、更
に、前記薄膜層を光学的にポンピングする工程を含む方
法。
に、前記薄膜層を光学的にポンピングする工程を含む方
法。
【0092】(23)第13項記載の方法であって、更
に、前記薄膜層を電気的にポンピングする工程を含む方
法。
に、前記薄膜層を電気的にポンピングする工程を含む方
法。
【0093】(24)第13項記載の方法であって、更
に、前記スペクトル放出を反射させるために、分布ブラ
ッグ反射器を前記薄膜層と組み合わせる工程を含む方
法。
に、前記スペクトル放出を反射させるために、分布ブラ
ッグ反射器を前記薄膜層と組み合わせる工程を含む方
法。
【0094】(25)希土類元素をドープされたCaF
2 薄膜で作られたシリコンベースの微小共振器は、半導
体基板材料240と半導体基板材料240の上に成長さ
せたCaF2 膜層234とを有する。このCaF2 膜層
234は、CaF2 膜層234が光学的または電気的に
ポンピングされた時に、CaF2 膜層234から狭い線
幅を有するスペクトル放出を引き起こさせるのに十分な
量の希土類元素ドーパントの予め定められた量をドープ
されている。
2 薄膜で作られたシリコンベースの微小共振器は、半導
体基板材料240と半導体基板材料240の上に成長さ
せたCaF2 膜層234とを有する。このCaF2 膜層
234は、CaF2 膜層234が光学的または電気的に
ポンピングされた時に、CaF2 膜層234から狭い線
幅を有するスペクトル放出を引き起こさせるのに十分な
量の希土類元素ドーパントの予め定められた量をドープ
されている。
【図1】III−V半導体において典型的に観測され
る、30nmないし100nmの波長範囲におけるいく
つかの発光ラインを有する微小共振器での利得増大を示
す図。
る、30nmないし100nmの波長範囲におけるいく
つかの発光ラインを有する微小共振器での利得増大を示
す図。
【図2】Al(111)/Si(111)基板上へ成長
された1.0マイクロメートル厚のCaF2 :Nd膜の
ヘリウム温度でのフォトルミネッセンススペクトルを示
す図。
された1.0マイクロメートル厚のCaF2 :Nd膜の
ヘリウム温度でのフォトルミネッセンススペクトルを示
す図。
【図3】Al(111)/Si(111)基板上へ成長
された1.0マイクロメートル厚のCaF2 :Nd膜の
ヘリウム温度でのフォトルミネッセンススペクトルを示
す図。
された1.0マイクロメートル厚のCaF2 :Nd膜の
ヘリウム温度でのフォトルミネッセンススペクトルを示
す図。
【図4】Al/Si(111)上へ成長された1マイク
ロメートル厚のCaF2 :Nd膜からのルミネッセンス
の濃度依存性を示す図。
ロメートル厚のCaF2 :Nd膜からのルミネッセンス
の濃度依存性を示す図。
【図5】Al/Si(111)上へ各種厚さに成長され
たCaF2 :Nd膜についての10457オングストロ
ーム発光ラインの相対強度を示す図。
たCaF2 :Nd膜についての10457オングストロ
ーム発光ラインの相対強度を示す図。
【図6】0.2マイクロメートル厚のCaF2 :Nd膜
(1%)の室温でのフォトルミネッセンススペクトルを
示す図。
(1%)の室温でのフォトルミネッセンススペクトルを
示す図。
【図7】4マイクロメートル厚のGaAs膜の室温での
フォトルミネッセンススペクトルを示す図。
フォトルミネッセンススペクトルを示す図。
【図8】Ta2 O5 /SiO2 上のCaF2 :Nd分布
ブラッグ反射器からのフォトルミネッセンススペクトル
を示す図。
ブラッグ反射器からのフォトルミネッセンススペクトル
を示す図。
【図9】半波長CaF2 :Nd//(Ta2 O5 /Si
O2 )微小共振器からの室温フォトルミネッセンススペ
クトルを示す図。
O2 )微小共振器からの室温フォトルミネッセンススペ
クトルを示す図。
【図10】一次元モデルを使用して計算された、半波長
CaF2 :Nd//(Ta2 O5/SiO2 )微小共振
器からの反射率スペクトルを示す図。
CaF2 :Nd//(Ta2 O5/SiO2 )微小共振
器からの反射率スペクトルを示す図。
【図11】多孔質シリコンの典型的なフォトルミネッセ
ンススペクトルを示す図。
ンススペクトルを示す図。
【図12】多孔質シリコンをCaF2 :Ndと集積する
ことによって、CaF2 :Nd増幅媒質をポンピングす
るための光源として多孔質シリコンを使用した本発明の
実施例を示す図。
ことによって、CaF2 :Nd増幅媒質をポンピングす
るための光源として多孔質シリコンを使用した本発明の
実施例を示す図。
【図13】多孔質シリコンをCaF2 :Ndと集積する
ことによって、CaF2 :Nd増幅媒質をポンピングす
るための光源として多孔質シリコンを使用した本発明の
実施例を示す図。
ことによって、CaF2 :Nd増幅媒質をポンピングす
るための光源として多孔質シリコンを使用した本発明の
実施例を示す図。
【図14】図12および図13に類似の本発明の別の実
施例を示す図。
施例を示す図。
【図15】図12および図13に類似の本発明の別の実
施例を示す図。
施例を示す図。
【図16】CaF2 :ZnS多層構造から効果的なエレ
クトロルミネッセンスを得るために用いることのできる
超格子構造を示す図。
クトロルミネッセンスを得るために用いることのできる
超格子構造を示す図。
【図17】増幅媒質として希土類元素をドープされたC
aF2 を使用した、1/4波長シフトされた電気的ポン
ピングによるDFBレーザー実施例の概念図。
aF2 を使用した、1/4波長シフトされた電気的ポン
ピングによるDFBレーザー実施例の概念図。
【図18】増幅媒質として希土類元素をドープされたC
aF2 を使用した、1/4波長シフトされた電気的ポン
ピングによるDFBレーザー実施例の概念図。
aF2 を使用した、1/4波長シフトされた電気的ポン
ピングによるDFBレーザー実施例の概念図。
【図19】エレクトロルミネッセンス発光性のZnSを
光源とし、CaF2 :希土類元素を増幅媒質とした構造
を示す図。
光源とし、CaF2 :希土類元素を増幅媒質とした構造
を示す図。
【図20】エレクトロルミネッセンス発光性のZnSを
光源とし、CaF2 :希土類元素を増幅媒質とした構造
を示す図。
光源とし、CaF2 :希土類元素を増幅媒質とした構造
を示す図。
50 チャート 52 縦軸 54 横軸 56,58,60 曲線 64 チャート 66 縦軸 67 横軸 68 Lセンター放出ピーク 70,72,74 発光ピーク 76 チャート 78 縦軸 80 横軸 82,84,86,88,90,92 発光ピーク 100 チャート 102 縦軸 104 横軸 106,108,110,112 曲線 120 チャート 122 縦軸 124 横軸 126,128,130 ピーク領域 134 チャート 136 縦軸 138 横軸 140,144 データー点 150 チャート 152 縦軸 154 横軸 156 ピーク 190 チャート 191 縦軸 192 横軸 194,196,198 ピーク領域 200 チャート 202 縦軸 204 横軸 206 ピーク 216 チャート 218 縦軸 220 横軸 222 曲線 226 実施例構造 228 透明電極 230 多孔質シリコン層 232 ブラッグ反射器組 234 CaF2 :Nd層 236 ブラッグ反射器組 238 金属電極 240 半導体基板 244 透明電極 248 第2の金属電極 250 超格子構造 252 透明電極 254 超格子 256 CaF2 :Nd層 260 縦型構造 262 透明導体 264 金属導体 266 電圧源 268 レーザー 270 1/4波長半導体 272 CaF2 :Nd層 274 水平構造 276,278 透明導体 280 CaF2 :Nd増幅媒質 290,291 実施例構造 292 透明電極 294 ZnS層 296 CaF2 :希土類元素層 298 第2の透明電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01S 3/18
Claims (2)
- 【請求項1】 ドープされた薄膜材料で作られた、シリ
コンをベースとする微小レーザーであって:シリコンを
含む半導体基板材料、 前記半導体基板材料の上に成長された少なくとも1つの
膜層であって、前記膜層がポンピングされることによっ
てスペクトルの放出を引き起こすのに十分な予め定めら
れた量のドーパントを含む1つの膜層、 を含み、 前記膜層が前記放出スペクトルの波長の大きさのオーダ
ー以内の厚さを有しており、 前記放出スペクトルが狭い線幅を有し、一般的に前記膜
層の結晶形態に敏感でない、 微小レーザー。 - 【請求項2】 シリコンをベースとするドープされた薄
膜層から狭い線幅を有するスペクトル放出を発生させる
ための方法であって:前記薄膜層をシリコンを含む半導
体基板材料と組み合わせること、 予め定められた量のドーパントを含む前記薄膜層をポン
ピングして狭い線幅を有するスペクトル放出を引き起こ
すことであって、前記薄膜層が前記スペクトル放出の波
長の大きさのオーダー以内の厚さを有し、前記スペクト
ル放出が一般的に前記薄膜層の結晶形態に敏感でないよ
うな、ポンピング工程、 を含む方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/945,991 US5369657A (en) | 1992-09-15 | 1992-09-15 | Silicon-based microlaser by doped thin films |
US945991 | 1992-09-15 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH077200A true JPH077200A (ja) | 1995-01-10 |
Family
ID=25483801
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5229206A Pending JPH077200A (ja) | 1992-09-15 | 1993-09-14 | 微小レーザー |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5369657A (ja) |
EP (1) | EP0588327B1 (ja) |
JP (1) | JPH077200A (ja) |
DE (1) | DE69303871T2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007220853A (ja) * | 2006-02-16 | 2007-08-30 | Sharp Corp | 発光デバイス装置 |
Families Citing this family (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5306385A (en) * | 1992-09-15 | 1994-04-26 | Texas Instruments Incorporated | Method for generating photoluminescence emission lines from transition element doped CAF2 thin films over a Si-based substrate |
US6614161B1 (en) * | 1993-07-20 | 2003-09-02 | University Of Georgia Research Foundation, Inc. | Resonant microcavity display |
US5478658A (en) * | 1994-05-20 | 1995-12-26 | At&T Corp. | Article comprising a microcavity light source |
US5682402A (en) * | 1995-01-10 | 1997-10-28 | Hitachi, Ltd. | Organic luminescent devices with a multiplex structure |
FR2734094B1 (fr) * | 1995-05-12 | 1997-06-06 | Commissariat Energie Atomique | Emetteur infrarouge monolithique a semi-conducteur pompe par un microlaser solide declenche |
US5881089A (en) * | 1997-05-13 | 1999-03-09 | Lucent Technologies Inc. | Article comprising an organic laser |
KR100377716B1 (ko) * | 1998-02-25 | 2003-03-26 | 인터내셔널 비지네스 머신즈 코포레이션 | 광학적 방사를 위해 희토류 원소로 도핑된 실리콘 구조체 및 방사방법 |
EP1035623A1 (en) * | 1998-12-04 | 2000-09-13 | Interuniversitair Micro-Elektronica Centrum Vzw | A device for emitting electromagnetic radiation and a method of producing such device |
US6627923B1 (en) | 1999-07-12 | 2003-09-30 | Massachusetts Institute Of Technology | Resonant microcavities |
US6603605B1 (en) * | 1999-11-05 | 2003-08-05 | Interuniversitair Microelektronica Centrum (Imec, Vzw) | System for guiding a beam of electromagnetic radiation |
US6879618B2 (en) * | 2001-04-11 | 2005-04-12 | Eastman Kodak Company | Incoherent light-emitting device apparatus for driving vertical laser cavity |
US20070051963A1 (en) * | 2005-09-06 | 2007-03-08 | Yifan Chen | Semiconductor light source |
US8787752B2 (en) | 2009-08-21 | 2014-07-22 | California Institute Of Technology | Systems and methods for optically powering transducers and related transducers |
US9031102B2 (en) * | 2012-03-01 | 2015-05-12 | California Institute Of Technology | Methods of modulating microlasers at ultralow power levels, and systems thereof |
US9065241B2 (en) * | 2012-05-11 | 2015-06-23 | Massachusetts Institute Of Technology | Methods, systems, and apparatus for high energy optical-pulse amplification at high average power |
CN109600904B (zh) * | 2019-01-08 | 2020-03-06 | 惠州学院 | 半导体激光加速器及其激光加速单元 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3731225A (en) * | 1962-04-02 | 1973-05-01 | Sanders Associates Inc | Fiber optic laser system |
US4081763A (en) * | 1973-01-04 | 1978-03-28 | Natalya Andreevna Vlasenko | Electroluminescent laser |
US4782494A (en) * | 1986-05-30 | 1988-11-01 | Hughes Aircraft Company | Method of providing continuous lasing operation |
JP2553696B2 (ja) * | 1989-03-24 | 1996-11-13 | 松下電器産業株式会社 | 多色発光薄膜エレクトロルミネセンス装置 |
US5117437A (en) * | 1990-03-02 | 1992-05-26 | The University Of Michigan | Continuous-wave pair-pumped laser system |
US5038358A (en) * | 1990-03-02 | 1991-08-06 | The University Of Michigan | Trio upconversion laser system |
US5107538A (en) * | 1991-06-06 | 1992-04-21 | At&T Bell Laboratories | Optical waveguide system comprising a rare-earth Si-based optical device |
US5301204A (en) * | 1992-09-15 | 1994-04-05 | Texas Instruments Incorporated | Porous silicon as a light source for rare earth-doped CaF2 laser |
-
1992
- 1992-09-15 US US07/945,991 patent/US5369657A/en not_active Expired - Lifetime
-
1993
- 1993-09-14 JP JP5229206A patent/JPH077200A/ja active Pending
- 1993-09-15 EP EP93114866A patent/EP0588327B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1993-09-15 DE DE69303871T patent/DE69303871T2/de not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007220853A (ja) * | 2006-02-16 | 2007-08-30 | Sharp Corp | 発光デバイス装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0588327B1 (en) | 1996-07-31 |
US5369657A (en) | 1994-11-29 |
DE69303871D1 (de) | 1996-09-05 |
DE69303871T2 (de) | 1996-12-12 |
EP0588327A1 (en) | 1994-03-23 |
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