JPS62181483A - レ−ザ−素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は真性電場発光現象を利用したレーザー素子に関
するものである。

〔従来技術〕

レーザー（ＬＡＳＦＲ）は物質内に形成された遷移可能
な二つの準位間で電子密度に逆転分布が生じた時、該準
位間エネルギーに相当する波長の光を共鳴吸収させると
「上」準位から「下」準位への電子遷移に基づく誘導放
出が生ずるという現集金利用したもので、誘導放出光を
光共振器内で増幅させることによりて得られる。このよ
うなグロセスを経て放出されるレーザー光は、きわめて
コヒーレントですぐれた性質をもっている。すなわち、
波長１位相、振動面のそろった可干渉性の強い高密度光
であり、減衰や散乱で弱まることが少なく遠距離まで到
達する。そこで、いわゆる光エレクトロニクス産業とい
われる通信、情報処理、加工。

制御、計測、エネルゼー転写、ディスグレイ、生化学、
医療、核融合など数多くの部門で中心的機能素子（キー
・デバイス）として活用されており、今世紀末から来世
紀へかけて人類に大きな福音をもたらすものと期待され
ている。

現在レーザーは固体レーザー１がスレーデー。

液体レーザーおよび半導体レーザーの同種類が実用化さ
れている。このうち、固体レーザー、がスレーデーおよ
び液体レーザーは媒体中Ｋ　Ｏ，１〜数モル係分散させ
た発光中心原子（又は分子）の電子準位間遷移を利用す
るために、指向性、単色性にすぐれ発振波長が安定した
レーザー光が得られるが、反面励起するためにＩ　ＫＶ
以上の高電圧や強い刺戟粒子線（光や電子線）を必要と
するので装置が大型化し高価格である。また短寿命で出
力飽和がある（がスレーデー、液体レーザー）、或いは
高速応答性に欠ける（固体レーザー）などの欠点をもっ
ている。一方、半導体レーザーはｐｎ接合を順方向に偏
倚した時注入される少数キャリアのバンド間再結合の結
果放出される光を利用しており、ダブルへテロ接合構造
の採用によって電位障壁で少数キャリア拡散を妨げ高密
度化することによって容易に逆転分布を得ることができ
る。したがって低電圧駆動ができ全固体化できるため小
型。

軽量、長寿命というすぐれた特長の他、数ＧＨｚまで直
接変調できるという利点をもつが、反面キャリアのバン
ド間遷移を利用するため、発光遷移にエネルギー分布を
もち単色性や指向性が劣るとか発振モード、発振波長の
制御が難しいという欠点をもつ。まだ、半導体レーザー
は直接遷移形ｍ−ｖ族化合物のｐｎ接合を利用するため
、材料の選択からくる制約があり可視短波長領域（６５
０ｎｍ以下）のレーザー光を得ることはきわめて困難で
ある。

これに対して英国ハル大学のチョング（Ｚｈｏｎｇ）氏
とブライアント（Ｂｒｙａｎｔ）氏が１９８１年ソリッ
ド・ステート・コミニュケーシヨンＱ　（５ｏｌｉｄ　
−８ｔａｔｅ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　）第３９
巻９０７頁で発振の可能性を指摘した電場発光レーザー
は、希土類元素Ｎｄ　　を発光中心として含むＺ　ｎ　
Ｓ蛍光体層薄膜に１０’〜１０’　Ｖ／ｍ　の高電界を
印加してホットエレクトロンを生成し、Ｎｄ　　イオン
を衝突励起して誘起される光を２枚の上下電極板間で共
振させて増幅しようとする新規なレーザーである。該電
場発光レーザーは前記固体レーザーやがスレーデーなど
と同様に、蛍光体母体中に分散させた内殻遷移形元素の
電子準位間遷移を利用するため、きわめて可干渉性の高
いすぐれた品位のレーザー光が得られると期待され、ま
だ発光中心を適当に選ぶことによって短波長領域（緑や
青）の発振も可能である。

更Ｋ、該電場発光レーザーは全固体化小型軽量レーザー
であり、本質的に低電力駆動ができまた半導体レーザー
並に長寿命化や面発光も期待される。

したがって、上記した現行レーザーの問題点がほとんど
すべて解消されると考えられ、実用上きわめて有用と期
待される。

しかし、チョング氏と！ライアント氏もレーザー発振が
確認できなかったように、レーザーを実現するには準位
間の逆転分布だけでは不充分であり、内部損失に打勝つ
だけの高い量子効率（電気→光変換効率）と光散乱や吸
収の原因となる媒質内の格子欠陥を除去することが不可
欠である。すなわち、電場発光を生ずる媒質（蛍光体母
体）が均一な単結晶であるだけでなく、媒質に電界を印
加するために設けられたヘテロ接合層（電極層や誘電体
層）と該媒質との界面領域に欠陥準位や格子歪を極力台
まないようＫすることがきわめて重要である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は上記した電場発光レーザー実現に際しての問題
点を解決するために、材料および素子構造に吟味を加え
た結果到達したものであり、本発明によって電場発光レ
ーザーの基本的問題点は解消した。本発明のレーザー素
子構成の着眼点は、（１）高い電光変換効率と高い励起
密度（高発光中心密度または高励起用電子密度）を得る
だめの活性層材料（蛍光体母体材料）の選定、　（Ｉ＋
）欠陥の発生を極力抑えるだめの素子構成材料（活性層
、ヘテロ接合層および基板）相互間の格子定数整合と活
性層−へテロ接合層間密着結合材料の選定（共通構成元
素の採用）　、　（Ｉｌｌ）活性層、ヘテロ接合層材料
の光共振型構成観点からの選定（光屈折率の大小を考慮
した選定）にある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明では、活性層が希土類元素または遷移金属元素を
付活した蛍光体層であシ該層にしきい値以上の直流高電
界を印加することによって該層伝導帯に注入された電子
が加速され、上記希土類元素または遷移金属元素より成
る発光中心を衝突励起する電場発光素子において、前記
蛍光体層母体が上記（１）の観点からＣＪＩ　、　Ｍｇ
　、　Ｓｒ　、　Ｚｎ　およびＣｄよシ成る周期律表第
■族元素から選んだ少なくとも１種の元素とＳ、　Ｓｅ
よシ成る周期律表第■族元素から選んだ少なくとも１種
の元素との間で形成されるａ−ｖｘｇ化合物群から選択
したｌ化合物の単結晶層であり、また（ｎ）　Ｏ＋＋）
の観点から該蛍光体層の前記直流高電界印加方向の両面
または負電極側の面に上記周期律表第■族元素群に含ま
れる元素を構成元素とする化合物単結晶層で前記活性層
とは異なる組成をもつ物質をヘテロエピタキシャル積層
しており、かつ該ヘテロエピタキシャル層および前記蛍
光体層およびこれら複数層の基板となる単結晶層が相互
に格子定数を整合した結晶層であることを特徴とし、前
記ヘテロエピタキシャル層に垂直な方向に直流電界を印
加するための電極層。

導線と前記蛍光体層の発光中心から放出された電場発光
に対する１対の光共振器とを具備したレーザー素子を開
示する。

〔作用及び応用〕

本発明の電場発光レーザーを用いれば、（１）硫セレン
化亜鉛系蛍光体を活性層とし、格子整合したアルカリ土
類硫化物系ヘテロエピタキシャル層を接合したホットエ
レクトロン注入膨面発光レーザー素子、（２）アルカリ
土類硫セレン化物系蛍光体を活性層とし、格子整合した
硫セレン化亜鉛系ヘテロエピタキシャル層を接合したホ
ットエレクトロン注入発光領域（活性層）／光ガイド領
域（ヘテロエピタキシャル層）分離型レーザー素子、（
３）アルカリ土類硫セレン化物蛍光体を活性層とし、格
子整合したアルカリ土類弗化物ヘテロエピタキシャル成
長層を接合したホットエレクトロン注入型面発光レーザ
ー素子等を実現することができる。

〔実施例〕

以下本発明を実施例によシ詳細に説明する。

（その１）第１図に実施例ｒ示す。５３０℃に加熱した
リント−！、抵抗率１０−２Ω鍔のｎ−８ｉ単結晶ウェ
ファ−１の（１００）面上に電子ビーム蒸着法を用いて
厚み約１００　Ａのアンドーグ硫化マグネシウムカルシ
ウム超薄膜単結晶３をエピタキシャル成長させた。該超
薄膜の組成は予め調合製造した蒸着ターガツトの組成と
ほぼ同じでＣａ　ｏ、４２　Ｍｇ　ｏ、５＠　Ｓであっ
た。Ｘ線測定によると格子定数は約５．４１８　Ａであ
り、前記ｎ−８ｊ単結晶ウェファ−との格子不整合は０
．２％程度であった。次に、該超薄膜上に三弗化テルビ
ウム（Ｔｂ　Ｆ、）を約０．４５ｍｏｔ％含有する硫化
亜鉛（ＺｎＳ）単結晶膜（ＺｎＳ：　ＴｂＦ、膜）２を
２８０°Ａの厚みに電子ビーム蒸着した。ＺｎＳは高効
率の電場発光用蛍光体母体材料として知られ、また励起
用電子密度も比較的高い。該硫化亜鉛膜２と前記硫化マ
グネシウムカルシウム超薄膜３との格子整合はきわめて
よく、格子不整は０．０１　％程度にとどまる。引続き
電子ビーム蒸着法によシ該硫化亜鉛膜（活性層）２上に
厚さ約１０ＯＡの前記アンドーグＣａ　（、，４，Ｍｇ
　６．．８Ｓ単結晶超薄膜４をエピタキシャル成長させ
た。以上の硫化物薄膜被着は同一真空装置内で基板を５
３０℃に加熱しつつ連続的に行なう。

しかる後、基板温度を２００℃に下げ同じ真空装置内で
Ｃａ　０．４２　Ｍｇ　Ｏ１！Ｉｓ　Ｓ単結晶超薄膜４
上に厚さ３０００Ａのインノウムスズ酸化物（ｒＴｏ）
膜５を堆積させる。

マスク蒸着法を用いると面積は１０　Ｘ　１０　ｗ２に
限定することが出来る。該ＩＴＯ膜５は多結晶である。

得られた多層構造結晶を真空装置外に取出し、前記ＩＴ
Ｏ膜５に導線をとシつけた後、上記多層堆積膜全体を被
うようにして厚さ５０００ＡのＴａ２０５素子保護膜６
をス・母ツタリングする。史にＳｉ基板ｌの裏面に抵抗
性電極７．導線を取りつければレーザー素子が出来上る
。偏倚電源８を接続した該素子断面が第１図となる。

前記導線間にＩＴＯ膜５が負、　Ｓｉ基板工が正に偏倚
されるように直流電圧を印加し、電圧を上昇していくと
超薄膜３および４に印加される電界がしきい値（約２　
Ｘ　１０’　Ｖ／ｃｍ　）を越えると超薄膜４からＺｎ
Ｓ　：　ＴｂＦ、活性層２の伝導帯ヘホノトエレクトロ
ンがトンネル注入され、活性層２内のＴｂ　　イオンを
衝突励起後、超薄膜３をトンネル注入してｎ−５ｔ基板
１へ流出するため０．１ｍＡ、／−以上の直流電流が流
れる。さてＩＴＯ膜５と基板電極７の間に印加されてい
る電圧が約１９　Ｖ　Ｋ達すると、ＩＴＯ膜５膜面下面
ｎＳ　：　ＴｂＦ、活性層２から緑色光が惹起し、ｃ”
０．４２　Ｍｇ　ｏ、ｓａ　Ｓ膜４→ＩＴＯ膜５→’ｒ
ａ、ｏ、膜６を透過して外部に放出されはじめる。この
時ＺｎＳ　：　ＴｂＦ。

活性層２に印加されている電界強度は約６×１０ＳＶ／
Ｉｎである。引続き電極間電圧を増していくと、緑色光
強度は次第に増加する。発光スペクトルは第２図に示す
如＜　Ｔｂ　　イオンの５Ｄ４準位からγＦ、準位への
遷移に基づ（５４０ｎｍ帯を中心に、！Ｄ、→７Ｆ、　
４移による４１７ｎｍ帯、５Ｄ４−）７Ｆ、遷移による
４８８ｎｍ帯。

５Ｄ、→７Ｆ４遷移による４３８ｎｍ帯という三つの副
ピークを有する。印加電界強度を増すにつれて５Ｄ。

−＋ＩＦ、遷移による４１７ｎｍ帯および”Ｄｓ　→７
Ｆ４−１！！移による４３８ｎｍ帯の強度が相対的に強
くなる。特に４３８ｎｍ帯強度の増加が著しく発光色は
育色に変化していく。電極間電圧が３２ｖ以上で４３８
ｎｍ線による電場発光レーザーが観測され強力なコヒー
レント光が放出される（第３図）。この場合、相対する
１対の光共振器はＺｎＳ　：　ＴｂＦ３活性層２を挾み
こんだ２枚の平行かつ平滑な単結晶超薄膜３，４が構成
する。すなわち、ＺｎＳ　：　ＴｂＦ３活性層（発光層
）２の光屈折率は２．３７であり、ＣａＯ，Ｂ　Ｍｇｏ
、ｑ、ａ　Ｓ超薄膜（ミラー）３，４の光屈折率は２．
２０であって活性層の屈折率は約６％高いため、ＺｎＳ
　：　ＴｂＦ、層２からの放出光は超薄膜ミラー３，４
間を往復して増幅されレーザー発振に至る。本実施例で
はＺｎＳ　：ＴｂＦ、活性層２の膜厚を３次回折光の発
振条件に選択しているので、上部電極ＩＴＯ膜５の面積
ＩＱ　Ｘ　１０ｆｉ２全面にわたって面発振が得られる
。

本実施例におけるＺｎＳ　：　ＴｂＦ３活性層２をＴｂ
Ｆ。

０．４５ｍｏｔ％付活厚み２８００ＡのＺｎＳ０．、　
Ｓｓ（、，４：　ＴｂＦ、膜に、また厚み約１００Ａの
アンド−７’　ＣａＯ，４１Ｍｇ６，５６　Ｓ超薄膜３
，４を厚み約１０ＯＡのアンドープｃａｏ、ａｓＭｇ０
．．．３超薄膜に変更する以外は上記と全く同じにして
第１図に示した素子を形成したうこの結果活性層（発光
層）２の抵抗率が約２桁低下し、電場発光しきい値以上
の電界強度（約６　Ｘ　１０’　Ｖ／３以上）を活性層
２に印加した時発光強度り対電圧７曲線においてＬの立
上シが急峻になり比較的低い電界強度でレーザー発振に
至るという利点がある。

これはＴｂ　　発光中心を励起する電子密度の増大によ
るものである。Ｚｎ５Ｏ，６Ｓｅｏ、４　：　ＴｂＦ３
活性層２を用いた場合、ＺｎＳ　：　ＴｂＦ３活性層を
用いた場合より約３ｖ低い電圧（２９ｖ以上）でＴｂ　
　イオン４３８　ｎｍ線による電場発光レーザーが観測
された。

（その２）衝突励起発光は蛍光体層母体伝導帯を走行す
るホットエレクトロンが、格子置換して付活されている
発光中心に衝突して運動エネルギーの一部を付与し、こ
のエネルギーが位置エネルギーに変換されて発光中心を
励起した結果生じたものである。したがって、蛍光体層
母体に付活される上記発光中心密度が高い程衝突励起確
率は増大し高い励起密度が得られる。前実施例で用いた
蛍光体層母体はＺ　ｎ　Ｓ　、！：Ｚ　ｎ　Ｓ　６，６
　ＳａＱ、４でおり、付活された発光中心Ｔｂ　　イオ
ンはＺｎ格子点を置換している。しかるにＴｂ　のイオ
ン半径が０．９２　Ａであるのに対し、Ｚｎ　　のイオ
ン半径は０．７４ＡであってＴｂ３＋の母体への高濃度
付活は困難である。一般に電場発光レーザーに用いられ
る希土類イオンのイオン半径はＩＡ前後であって、Ｚｎ
化合物母体への高濃度付活は非常に難しい。すなわち前
記亜鉛化合物母体は導電性が比較的大きいためにホット
エレクトロン密度は比較的高くすることができ、素子電
流密度をあげることによって高い励起密度を得ることは
可能であるが、発光中心密度が低いため内部量子効率が
低下するという問題がある。そこで本実施例においては
、イオン半径の大きな陽イオンを構成元素とする蛍光体
母体として、高い電光変換効率が報告されており、かつ
半導体性を有するアルカリ土類金属硫化物を選んで電場
発光レーザーを構成したつ ｓｂドープ抵抗率０．０１Ω国、厚さ２５０μｍのＧｏ
単結晶ウェファ−の（１００）面を基板１とし、その表
面に厚さ３０００ＡのＳｔ、、膜９を被覆し、光リング
ラフィと化学エツチングの技術を用いてＧｏ基板１に第
４図（ａ）に示す如く、幅２０μｍ、栗さＩ　ｌｔｍの
溝をもうける。この後で、基板１をス・２ツタリング装
置（複数枚ターケ゛ット付）に充填し、５５０”ＣＩＣ
加熱された該基板１上にまづ厚さ約１０ＯＡのアンド−
７’　ｃａａ４６　ｓｒｏ、！４　Ｆ’、超薄膜単結晶
３をエピタキシャル成長させ、次いでこの上に厚さ３０
００ＡのＳｍ　　３ｍｏＬ係付活Ｃａ　６０ｇ３　Ｍｇ
（１゜７Ｓ単結晶層２を連続的にエピタキシャル成長さ
せる。更に該Ｃａｏ、＋＋ｓ　Ｍｇｏ、。、Ｓ：Ｓｍ層
層上上連続的にアンド−７’　ｚｎｓｏ、０４　ｓ”０
．１１１１単結晶層（厚さ３０００Ａ　）　４をエピタ
キシャル成長させた。

基板１と超薄膜３および活性層２．ヘテロ接合層４は互
いにほぼ完全に格子整合されておシ、不整合はｏ、ｉ％
以下である。、、Ｃａ　　のイオン半径は１．０６Ａ、
Ｍｇ　　のイオン半径は０．６５　Ａ　、　　Ｓｍ　　
のイオン半径は１．　、１５　Ａであるだめ付活剤のＳ
ｍ　　イオンは活性層母体のＣａ　　イオン格子点のみ
を置換して１０　ｍｏｔ係程ＩＷＩで均一に付活される
。このようにして連続スパッタリングで得られた３層は
、基板１の溝の位置で溝形状を保つので、いわゆるセル
ファライン機構によシ基板ｌ溝直上領域に幅２０μｍの
金属アルミニウム膜５を３０００Ａの厚みに形成する。

これを第４図（ｂ）に示した。基板１の裏面にＡｕ　−
Ｎ　ｉ　−８ｎ　合金から成る抵抗性電極７を設けた後
ドライエツチングの技術を用いて試料表面側より前記溝
に直交する方向にＧｏ基板１に達する深さの切込みを入
れ、互いに平行な一対の光共振器（共振器長２５０μｍ
）を形成する。すなわち切込みは第４図（ｂ）の紙面に
垂直な方向に２５０μｍ間隔で２本行なう。

ドライエツチングの一種であるイオンミリングによって
形成された切込み面は平滑で充分光反射面の役割を果す
。次に該光共振面を含むストライプレーザー領域全面を
ホトレゾスト膜で保護し、化学エツチングで残りの堆積
領域を除去する。光共振器領域（長さ２５０μｍ）のＡ
ｔ膜５およびＧｏ基板１の裏面抵抗性電極７のそれぞれ
に導線を取９つければ、第４図（ｃ）のレーザー素子が
出来上る。該素子を金属製ヒートシンク（図示せず）に
取付け、前記導線間ＫＡｔｔ極膜５が正、抵抗性電極７
が負になる向きに可変直流偏倚電源を接続する。

電圧を上昇させていくとＧｅ基板ｌから超薄膜３をトン
ネリングしてホットエレクトロンが活性層２に注入され
、該ホットエレクトロンが活性層２の伝導帯を走行しな
から付活剤Ｓｍ　　を衝突励起する。しきい値電界に相
当する端子間電圧約２２　Ｖから光共振器面を通して赤
色光が外部に放出されはじめる。赤色光強度は電圧の上
昇にともなって次第に強くなるが、２７　Ｖでレーザー
発振に至る。発掘スにクトルは７０８．３ｎｍに鋭ｂビ
ークを有しており、Ｓｍ　　イオンの５Ｄｏ→７ｐ＋、
　４移に対応したものであることが確認された。また、
レーザー光は電場発光域（活性層２）からではなく、ヘ
テロ接合層４から放出されていることがわかった。これ
は、ＣＢｏ、９３　Ｍｇｏ、ｏｔ　Ｓ　：　Ｓｍ　活性
層２の屈折率が２．１５であるのに対し、アンド−ｆＣ
＆０．４６８ｒＣＬｆｆｉ４　Ｆ２超薄膜層３の屈折率
が１．４４．　ＺｎＳ６．、）４ｓ”０．９６　へテロ
接合層４の屈折率が２．８６であって、光が活性層２か
ら屈折率のより大きなヘテロ接合層４へしみ出し該層内
を伝搬増幅されるためである。このような発光層／光ガ
イド層分離型レーザーは、電流駆動型の半導体レーザー
でも採用され発振しきい値の低減に効果を発揮している
。第４図（ｄ）に発光しきい値以上に偏倚された該素子
のエネルギー帯構造を示す。外部量子効率はレーザー発
振時５０％以上に達する。

（その３　）　Ｔｅドープ、キャリア濃度〜１０１８ｃ
ｎｔ′″３゜厚み約２００μｍのｎ−ＩｎＰ単結晶ウェ
ファ−（１００）面を基板ｌとし、多数枚ターグツトを
有する交流ス・ぐツタリング装置内に装填し、基板温度
５２０℃で基板１上に先づアンド−７°ＳｒＦ、超薄膜
（厚み約１００Ａ）３をエピタキシャル成長させ、引続
き該超薄膜３上にＣｅ　　を０．１５　ｍｏｔ％付活し
たＣａ６，５　Ｓｒｏ、５　Ｓ蛍光体層（活性層）２を
３６００　Ａの厚さにエピタキシャル成長させ、該蛍光
体層２上に連続的に厚み約１００　Ａのアンド−ｆｓｒ
Ｆ１超薄膜４をエピタキシャル成長させた。次に基板温
度を２００℃に低下させ、核Ｓ　ｒ　Ｆ２超薄膜４の上
に透明導電膜ＩＴＯ多結晶層５（厚さ３０００Ａ　）を
堆積した。ＩｎＰ基板１．ＳｒＦ２超薄膜３，４、およ
びＣａｏ、、　ＳｒＯ，５Ｓ活性層２はそれぞれほぼ格
子整合されておシ、不整合は０．１チ程度である。Ｉｎ
Ｐ基板１の裏面に抵抗性電極７としてＡｕ−８ｉ合金を
蒸着して３００℃で熱処理した。しかる後試料をＩＯｘ
　ｔｏ　ｒａ？の大きさにへき関する。ＩｎＰのへき開
面は（１１０）なので（１００）基板面に直交してへき
開が生ずる。透明導電膜５および抵抗性電極７に導線を
接続し、抵抗性電極７の面取外を厚さ約５００ＯＡのＡ
ｔ、Ｏ，保護［１０で被覆すると、第５図に示した電場
発光レーザー素子が出来上る。

該素子の導線間にＩＴＯ膜５が負、抵抗性電極７が正に
なる向きに直流可変偏倚電源を接続し、電圧を上昇して
いくと、しきい値電圧２８Ｖ以上でホットエレクトロン
がＳ　ｒ　Ｆ２超薄膜４をトンネリングして活性層２に
注入されその結果緑色電場発光がＩＴＯ膜５およびＡｔ
、Ｏ５保護膜ＩＯを通して外部に放出される。発光スペ
クトルは５１０ｎｍに主ピーク。

５７０ｎｍに副ピークを有し、それぞれＣｅ　　イオン
の２Ｔ、→２Ｆ、および２Ｔ、→２鷺遷移に対応してい
る。

印加電圧が上昇するにつれて緑色光強度は強くなり、４
１　Ｖの時２Ｔ２−＋　２Ｆ、７　　の遷移に基づ（５
１０ｎｍ線がレーザー発振する。活性層２の屈折率（２
，１３）がその上下両面に配置された格子整合ヘテロエ
ピタキシャル層３，４の屈折率（１，４４）よシ大きく
、また活性層２の膜厚が５１０ｎｍ線の３次回折光のブ
ラッグ反射条件を満足しているためＣｅ　　イオン５１
０ｎｍ線はへテロ接合層３および４を１対の光共振器と
して増幅され、１０　Ｘ　１０喘”の平面領域でレーザ
ー発振する。

なお、本実施例における活性層２の組成をｃａＯ，ｓＳ
ｒ、）、、　Ｓ　：　Ｃｅから格子定数のほぼ等しいＣ
ａ　Ｓ６，３　ＳｅＯ，７：　Ｃｏ　（０，１５ｍｏｔ
％）に切換えると光屈折率が２．１３から２．２３とや
や犬きくなυ、また禁制帯幅が１０％以上小さくなるた
め活性層の光閉じ込め率。

導電率が向上し、ｃａｏ、！ｌ　Ｓｒ６，５　Ｓ　：　
Ｃｅを用いた場合よりも低い端子電圧でレーザー発振す
る。活性層２以外の材料２寸法を全く同じにして第５図
の素子を作った場合、厚さ３６００ＡのＣａＳｎ、ｓ　
Ｓｅｏ、ｔ　ａ　Ｃｅを用いると発揚しきい値電圧が３
８　Ｖに低下した。

〔発明の効果〕

以上実施例で詳細に述べたように、本発明の電場発光レ
ーザー素子は活性層に隣接するヘテロエピタキシャル超
薄膜層の電位障壁をトンネリングして活性層に注入され
るホットエレクトロンを励起源に利用したものである。

基板、活性層およびヘテロエピタキシャル層間で格子定
数を整合し、また素子機能上特に重要な活性層およびヘ
テロエピタキシャル層には構成元素を共通とする材料を
配置することによって格子欠陥の少ない高品位単結晶膜
を実現した。この結果低いしきい値で発振する全固体小
型軽量レーザーが得られた。本発明のレーザーは ■希土類元素や遷移金属元素の電子準位間遷移を利用し
た発光であるため、発振帯域幅Δｆがｉｏ’　Ｆｉｚ程
度、指向性Δθがｔｏ−”ラノアン以下と狭く、半導体
レーザー（Δｔ　＝ｔｏ”−１０１２Ｈｚ、Δθさ１０
−１ジノアン］よシはるかに可干渉性が高く、また付活
剤の選定によって可視領域全体を網羅する発光が可能で
ある。

■前記活性層とヘテロエピタキシャル層の材料組合せを
選択することによって、光屈折率の大小を利用してディ
スグレイや感光などに有用な面発光型レーザー（活性層
の屈折重大、ヘテロエピタキシャル層は共振器を構成）
および光通信、レーザーディスク、レーザー！リンター
に有用な端面発光型細ビームレーザー（ヘテロエピタキ
シャル層の屈折重大、ヘテロエピタキシャル層が光ガイ
ド層を構成）の両方を組立てることができる。

■活性層材料にイオン半径の大きなアルカリ土類金属硫
セレン化物を選定することも出来、この場合は発光中心
の均一高濃度付活が可能になり円部量子効率の向上がは
かられる。

というすぐれた利点をもっている。

【図面の簡単な説明】

ｇｉ図、第４図および第５図は本発明のそれぞれ別の１
実施例を示す図であり、第２図および第３図は本発明の
電場発光素子からの発光ス波りトルを示す図である。 図においてＩは基板単結晶、２は発光中心を含む蛍光体
層（活性層）、３は基板側ヘテロエピタキシャル層、４
は表面電極側ヘテロエピタキシャル層、５は表面電極、
７は基板抵抗性電極、８は直流偏倚電源である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、活性層が希土類元素または遷移金属元素を付活した
   蛍光体層であり、該層にしきい値以上の直流高電界を印
   加することによって該層伝導帯に注入された電子が加速
   され、上記希土類元素または遷移金属元素より成る発光
   中心を衝突励起する電場発光素子において、前記蛍光体
   層母体がＣａ、Ｍｇ、Ｓｒ、ＺｎおよびＣｄより成る周
   期律表第II族元素から選んだ少なくとも１種の元素とＳ
   、Ｓｅより成る周期律表第VI族元素から選んだ少なくと
   も１種の元素との間で形成されるII−VI族化合物群から
   選択した１化合物の単結晶層であり、該蛍光体層の前記
   直流高電界印加方向の両面または負電極側の面に上記周
   期律表第II族元素群に含まれる元素を構成元素とする化
   合物単結晶層で前記活性層とは異なる組成をもつ物質を
   ヘテロエピタキシャル積層しており、かつ該ヘテロエピ
   タキシャル層および前記蛍光体層およびこれら複数層の
   基板となる単結晶層が相互に格子定数を整合した結晶層
   であることを特徴とし、前記ヘテロエピタキシャル層に
   垂直な方向に直流電界を印加するための電極層、導線と
   前記蛍光体層の発光中心から放出された電場発光に対す
   る１対の光共振器とを具備したレーザー素子。