DE69309339T2 - Elektronenstrahl gepumpter Laserresonator mit asymmetrischer Halbleiter-Heterostruktur - Google Patents

Elektronenstrahl gepumpter Laserresonator mit asymmetrischer Halbleiter-Heterostruktur

Info

Publication number
DE69309339T2
DE69309339T2 DE69309339T DE69309339T DE69309339T2 DE 69309339 T2 DE69309339 T2 DE 69309339T2 DE 69309339 T DE69309339 T DE 69309339T DE 69309339 T DE69309339 T DE 69309339T DE 69309339 T2 DE69309339 T2 DE 69309339T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
zone
laser
laser resonator
heterostructure
zones
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE69309339T
Other languages
English (en)
Other versions
DE69309339D1 (de
Inventor
Roger Accomo
Claire Bodin-Deshayes
Joel Cibert
Guy Feuillet
Si Dang Le
Engin Molva
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of DE69309339D1 publication Critical patent/DE69309339D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE69309339T2 publication Critical patent/DE69309339T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/0955—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using pumping by high energy particles
    • H01S3/0959—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using pumping by high energy particles by an electron beam
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0235—Method for mounting laser chips
    • H01S5/02355—Fixing laser chips on mounts
    • H01S5/0237—Fixing laser chips on mounts by soldering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/024—Arrangements for thermal management
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/024—Arrangements for thermal management
    • H01S5/02461—Structure or details of the laser chip to manipulate the heat flow, e.g. passive layers in the chip with a low heat conductivity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/04—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/041—Optical pumping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • 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
    • H01S5/3213—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 asymmetric clading layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/3409—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers special GRINSCH structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/3426—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIVBVI compounds, e.g. PbSSe-laser
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34313—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs
    • H01S5/3432—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs the whole junction comprising only (AI)GaAs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/347—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIBVI compounds, e.g. ZnCdSe- laser

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung hat eine speziell für Mikrolaser verwendbare Halbleiter-Heterostruktur zum Gegenstand.
  • Diese Mikrolaser können optisch oder elektronisch gepumpt sein und in einem großen wellenlängenbereich emittieren, der vom sichtbaren bis zum ultravioletten Licht reicht. Der Emissionsbereich ist abhängig von den für die Heterostruktur verwendeten Materialien.
  • Noch spezieller wird der Resonator durch ein Quelle außerhalb des Resonators gepumpt, was insbesondere die Emission eines sichtbaren Laserlichts von 0,4 bis 0,6µm ermöglicht, dessen Anwendungen zahlreich sind. Ein solcher Laser kann nämlich zum optischen Aufzeichnen und Lesen von Daten benutzt werden, z.B. auf Audio- und Video-CD, auf CD ROM (Compact Disk Nur-Lese-Speicher), auf WORM-Speicher (Einmal-Schreiben-mehrmals-Lesen-Speicher), auf löschbare Speicher (des magnetooptischen Typs oder mit Phasenumwandlung bzw. -übergang) oder für Laserdrucker und die Reprographie generell.
  • Es kann auch in anderen Anwendungen benutzt werden, z.B. bei den Strichcodelesern, der instrumentellen Laborausrüstung, der Spektroskopie, der instrumentellen biomedizinischen Ausrüstung, den Feinstbohrern (pointeurs), den Theatern bzw. Vorstellungen, der Unterwasserkommunikation, etc..
  • Zum Aufzeichnen und Lesen optischer Informationen bzw. Daten, ermöglicht der erfindungsgemäße Laserresonator eine Steigerung der Aufzeichnungsdichte und eine Vereinfachung der instrumentellen optischen Ausrüstung. Bei den Laserdruckern ermöglicht der erfindungsgemäße Resonator eine bessere Bildauflösung und eine Erhöhung der Druckgeschwindigkeit in bezug auf die bekannten Systeme und eine bessere Anpassung der Wellenlängen an die photosensiblen Materialien.
  • Die verschiedenen bekannten Halbleiterlasertypen sind die Injektionslaserdioden, die die einzigen Haibleiterlaser sind, die sich gegenwärtig auf dem Markt befinden, die Laser mit einem durch eine äußere optische Quelle gepumptem Laserresonator, und die Laser mit externem elektronischen Pumpen bzw Anregen des Laserresonators.
  • Die durch eine externe Quelle gepumpten Laser weisen Nachteile in bezug auf die Laserdioden auf, die vor allem auf der Trennung der Funktionen Pumpelemente und Laserresonator beruhen.
  • Bei den Injektionslaserdioden werden diese Basisfunktionen (Pumpen, Resonator) im Halbleiter realisiert durch geeignete elektrische Dotierungen des Typs N und P von verschiedenen epitaxierten Schichten, und durch elektrische Kontaktstellen (des ohmschen Typs).
  • Die verschiedenen Herstellungsschritte dieser Dioden erfordern eine vollkommene Beherrschung der Herstellungstechnik der Heterostrukturen, die gegenwärtig nur bei einigen Halbleiter der Gruppe der III-V-Verbindungen (des Typs GaAlAs) beherrscht werden. Dies begrenzt den Bereich der für diese Laserdioden nutzbaren Wellenlängen auf 0,6 bis 1,5µm.
  • Bei den extern gepumpten Lasern erfolgt die Injektion der Träger (Elektronen und Löcher), die sich in der aktiven Zone des Halbleiters rekombinieren, um die Lichtemission zu erzeugen, definitionsgemäß durch eine Quelle außerhalb des aktiven Halbleitermediums. Infolgedessen ist es nicht nötig, für die verschiedenen epitaxierten Schichten der Laserstruktur Dotierungen des Typs P oder N vorzusehen. Außerdem sind elektrische Kontaktnahmen auf diesen Schichten nicht nötig.
  • Dies vereinfacht die Metallurgie des aktiven Halbleitermediums sehr, bei dem nur noch die Charakteristika der elektrischen Einschließung (elektronisches Pumpen, Potential- bzw. Quantentöpfe), der optischen Einschließung (Leitung bzw. Führung des emittierten Lichts) und der Wellenlänge zu berücksichtigen sind.
  • Dieser Vorteil ermöglicht, bei den extern gepumpten Lasern alle Halbleiter mit direktem Gap bzw. Bandabstand zu benutzen und insbesondere die II-IV-Legierungen auf der Basis von Zn, Cd, Mn, Mg, Hg und von S, Se, Te wo die Dotier- und Kontakttechniken nicht oder schlecht beherrscht werden. Nun kann man gegenwärtig keine Laserdioden aus II-IV-Material herstellen, die mit den bekannten III-V-Diodenlasern gleichwertig sind. Diese Probleme sind um so schwieriger, als die Bandlücke der Materialien groß und infolgedessen die Emissionswellenlänge klein ist. Die extern gepumpten Laser beseitigen durch ihre Konzeption diese technischen Probleme.
  • Die Möglichkeit, alle Halbleiter mit direktem Gap bzw. Bandabstand für die extern gepumpten Laser verwenden zu können, öffnet also den Zugang zu dem Gebiet der Wellenlängen zwischen dem Blau und dem mittleren Infrarot. Insbesondere die im Blau-Grün- Bereich emittierenden Laser ermöglichen, den aktuellen Bedarf aller die optische Aufzeichnung betreffenden Anwendungen zu befriedigen. Dieses Gebiet wird gegenwärtig nicht abgedeckt durch die Injektionslaserdioden.
  • Zur Zeit laufen Untersuchungen zur Herstellung von Laserdioden, die im Blau-Grün-Bereich emittieren, entweder auf der Grundlage von II-VI Halbleitern mit den oben erwähnten Schwierigkeiten, oder auf der Grundlage von im IR-Bereich emittierenden III-V-Laserdioden durch Frequenzverdoppelung oder durch ähnliche nichtlineare Effekte.
  • Unabhängig von der Art des benutzten Pumpens werden werden üblicherweise drei Arten von Strukturen als aktives Halbleitermedium verwendet. Diese Strukturen können aus einem massiven Halbleitermaterial, aus einem Dünnschichten-Halbleitermaterial oder aus einer Heterostruktur bestehen.
  • Die Leistungen der Heterostrukturlaser sind deutlich höher als die der Laser aus massivem Halbleitermaterial oder aus Dünnschichten.
  • Die Heterostrukturen sind weit verbreitet bei den Diodenlasern aus III-V-Material, vor allem in Form einer Struktur des Typs GRINSCH ("graded-index separate-confinement heterostructure" in angelsächsischer Terminologie), die einen optischen Leiter mit Indexgradient und einer getrennten Einschließung der Träger (Löcher und Elektronen) und des Lichts umfassen.
  • Eine Laserdiodenstruktur des Typs GRINSCH ist insbesondere beschrieben in den Dokumenten W.T. Tsang, Appl. Phys. Lett., 39(2) vom Juli 1981, "A graded-index waveguide separate- confinement laser with very low treshold and a narrow Gaussian beam", S. 134-136.
  • Diese bekannte Laserdiodenstruktur umfaßt eine aktive Zone, gebildet durch einen Potential- bzw. Quantentopf, im Zentrum einer Struktur mit symetrischen Zusammensetzungsgradienten befindlich. Dieser Quantentopf ist in Wirklichkeit eine feine Schicht aus einem Halbleitermaterial mit einer kleineren Bandlücke als derjenigen der benachbarten Materialien.
  • Dieser Zusammensetzungsgradient bewirkt einen Bandlücken- und einen Brechzahlgradienten. Der Bandlückengradient verbessert die Effizienz der Sammlung der durch den Injektionsstrom zugeführten Ladungsträger. Der Brechzahlgradient ermöglicht, die geführte optische Mode auf die aktive Zone zu zentrieren.
  • Das Resultat ist eine gute "elektronische Einschließung" und eine gute "optische Einschließung" und eine optimale Überlagerung der Verstärkungszone (Quantentopf) und der geführten optischen Mode.
  • Die GRINSCH-Struktur ermöglicht, eine sehr niedrige Laserschwelle zu erhalten und ist die gegenwärtig bei den III-V- Laserdioden benutzte "klassische" Struktur.
  • Unglücklicherweise kann diese klassische Struktur nicht gepumpt werden durch eine externe Quelle, da die aktive Zone viel zu weit von der Oberfläche der Struktur entfernt ist; der die aktive Zone von der Oberfläche trennende Abstand ist > 1µm und typisch 2 bis 3µm. Außerdem macht die Anwendung von N- und P- Dotierung die Herstellung von Laserstrukturen des Typs GRINSCH aus II-VI-Material sehr schwierig.
  • Ein Heterostruktur-Kompaktlaser des Typs GRINSCH mit externer elektronischer Pumpquelle ist vor allem beschrieben in dem Dokument FR-A-2 661 566, eingereicht im Namen des Anmelders und EP-A-0454566 entsprechend. Dieser Laser umfaßt als externe Pumpquelle eine Elektronenkanone, die eine Mikrospitzenelektronenquelle umfaßt. Ein solcher Halbleiterlaser mit Mikrospitzen, mit LSM bezeichnet, weist alle vorhergehend genannten Vorteile des externen Pumpens und der Verwendung einer Heterostruktur auf. Jedoch erfordert diese LSM bei Fehlen einer geeigneten und optimierten Heterostruktur einen hohen Betriebsstrom, um die Laserschwellenstromdichte zu erreichen und ein Pumpen mit hoher Beschleunigungsgeschwindigkeit. Seine Energiekosten können relativ hoch sein und dabei ist die Herstellung eines Kompaktsystems mit großer Lebensdauer schwierig.
  • Die vorliegende Erfindung hat genau eine neue Halbleiter-Heterostruktur für Laserresonator zum Gegenstand, die ermöglicht, diese Nachteile zu beseitigen. Diese Heterostruktur ermöglicht, die Leistungen eines Lasers, der mit dieser Heterostruktur ausgestattet ist, zu verbessern und insbesondere die eines Lasers des Typs LSM.
  • Noch genauer hat die Erfindung einen Halbleiter- Heterostruktur-Laserresonator nach Anspruch 1 zum Gegenstand.
  • Eine Methode zur Herstellung eines solchen Laserresonators ist in Anspruch 12 definiert. Ein Laser mit einem derartigen Laserresonator ist in Anspruch 13 definiert.
  • Die Abnahme und Zunahme der Bandlücke kann linear, quasi-linear oder parabolisch sein.
  • Dieser Laserresonator ermöglicht eine Verbesserung und eine Vereinfachung der Heterostrukturlaser des Typs GRINSCH, wobei sie insbesondere eine Absenkung der Betriebsschwelle eines extern gepumpten Lasers bewirken, der diesen Resonator benutzt.
  • Die Erfindung hat auch noch einen Laser zum Gegenstand, der den oben definierten Resonator und externe Pumpeinrichtungen umfaßt. Diese Pumpeinrichtungen können vom optischen oder elektronischen Typ sein.
  • Ein optisches Pumpen eines Lasers oder einer Laserdiode kann mittels einer Lampe erfolgen, mit Hilfe einer dazugehörenden Fokussieroptik des Anregungslichts. Die Wellenlänge des Anregungslasers muß kleiner sein als die des Heterostrukturresonators; (umgekehrt muß seine Energie größer sein).
  • Das elektronische Pumpen kann durch eine klassische Elektronenkanone erfolgen, wie beschrieben in den Dokumenten "Electron beam pumped II-VI lasers", S. Colak, L.J. Fitzpatrick, R.N. Bargava, J. of Crystal Growth 72, S. 504(85), und "Laser cathode ray tubes and their applications", A. Nasibon, SPIE, Bd. 893, High Power laser diodes and Applications (88), S. 200, oder durch eine Elektronenkanone mit einer Elektronenquelle, die gebildet wird durch ein Gitter oder eine Matrix aus Mikrospitzen- Emissionskathoden mit kalter Elektronenemission durch Feldeffekt. Eine derartige Quelle ist insbesondere beschrieben in dem Dokument FR-A-2 661 566.
  • Eine angepaßte elektronische Optik ermöglicht die Fokussierung eines Elektronenstrahls ebentuell in Form eines Streifens.
  • Die wesentliche Funktion der Heterostruktur ist es, einen Laserbetrieb mit niedriger Schwelle zu garantieren (< 10- 20kW/cm²) zwischen 77-300K, und mit niedriger Beschleunigungsspannung der Elektronen (< 10kV) im Falle eines elektronischen Pumpens. Dies erreicht man dank einer Optimierung der Heterostruktur und der Kopplung zwischen den Funktionen, die sie gewährleistet. Im Falle der streifenförmigen Fokussierung muß ein Betrieb mit schwacher optischer oder elektronischer Pumpleistung (< einige Watt) erreicht werden.
  • Die vier verschiedenen Heterostrukturzonen gewährleisten drei unterschiedliche Funktionen: Einschließung der Träger und Verstärkung, Einschließung der Photonen, Sammlung der Träger.
  • Die aktive Lichtemissionszone gewährleistet die Funktion der Lichtverstärkung und der Einschließung der elektronischen Träger (Löcher und Elektronen). Sie besteht aus einem oder mehreren Quantentöpfen und eventuell einem Supergitter (oder Pseudo-Legierung), gebildet durch einen Wechsel von Quantentöpfen und -barrieren.
  • Man erinnert, daß eine Potential- bzw. Quantenbarriere eine dünne Schicht aus einem Halbleitermaterial mit einer größeren Bandlücke als die der benachbarten Materialien ist, und daß ein Potenital- bzw. Quantentopf eine dünne Schicht aus einem Halbleitermaterial mit einer kleineren Bandlücke als die der benachbarten Materialien ist.
  • Die Struktur und Dicke der Quantentöpfe bestimmt die Wellenlänge der Laseremission. Die spektrale Breite der Verstärkungskurve hängt direkt von den Wachstumsbedingungen dieser Töpfe ab und kann verbessert werden durch Wärmebehandlungen (oder Temperungen) nach dem Epitaxieren mit Temperaturen unter 400ºC und insbesondere zwischen 150 und 400ºC im Falle der II-VI- Verbindungen. Diese Wärmebehandlung gewährleistet eine Interdiffusion der Halbleiterschichten.
  • Die erste Zone mit abnehmendem Bandlückengradienten und mit zunehmendem Reflexionsindex von der ersten Seite zur zweiten Seite, bildet im Prinzip die Anregungszone des Laserresonators, der Erzeugung der Elektronen-Löcher-Paare und der beschleunigten Diffusion der Träger in Richtung aktive Zone. Diese erste Zone erfüllt also im Prinzip die Sammlungsfunktion der durch den Pumpstrahl erzeugten Träger.
  • Bei einem optischen Pumpen wird der Anregungsstrahl auf einigen Hundertstel Nanometern absorbiert. Die Tiefe hängt ab vom Absorptionskoeffizienten des mit dem Pumpstrahl wechselwirkenden Halbleitermaterials, wobei dieser Koeffizient variiert mit der Wellenlänge des Anregungsstrahls und mit der Bandlücke des Halbleiters.
  • Bei elektronischem Pumpen werden die Elktronen-Löcher- Paare auf eine Tiefe Rp±dRp erzeugt, wo Rp die mittlere Eindringtiefe der Anregungselektronen ist und dRp die Ausdehnung dieser mittleren Tiefe. Rp und dRp sind von gleicher Größenordnung (einige hundert Nanometer für Beschleunigungsspannungen der Anregungselektronen kleiner als 10kV) und nehmen zu mit der Energie der eintreffenden Elektronen.
  • Die erzeugten Elektronen-Löcher-Paare werden angezogen durch die aktive Sendezone aufgrund des Bandlückengradienten der ersten Zone.
  • Die erste Zone gewährleistet über das Vorgehende hinaus einen Teil der Einschließung der Photonen und der Führung des Lichts in der aktiven Zone. Diese Einschließung der Photonen beruht auf der Verwendung von Material, dessen Brechungsindex größer ist als der des Vakuums einerseits und der der vierten Zone andererseits und im Innern der Zonen 1 und 3 variiert, wie vorhergehend beschrieben.
  • Der zweite Teil der optischen Einschließung und der Lichtführung wird durch die dritte Zone gewährleistet, deren Brechungsindex auch größer ist als der des Vakuums einerseits und als der der vierten Zone andererseits, und variiert im Innern der Zonen 1 und 3, wie vorhergehend beschrieben.
  • Diese dritte Zone kann bei bestimmten Ausführungsarten zudem die Rolle der Erzeugung und Sammlung der Träger spielen. In diesem Fall spielt die erste Zone nicht mehr die Rolle der optischen Einschließung.
  • Diese dritte Zone hat vorteilhafterweise eine Dicke kleiner als die der ersten Zone, was die Asymmetrie des Laserresonators verursacht.
  • Um das Pumpen durch eine externe Quelle sicherzustellen, ist erforderlich, daß die GRINSCH-Struktur sich nahe der Oberfläche der dem Anregungsstrahl ausgesetzten Heterostruktur befindet. Dazu haben die erste und die dritte Zone eine Dicke von höchstens gleich 1µm.
  • Die Asymmetrie, die für eine gute optische und elektronische Einschließung sorgt, gewährleistet eine Zentrierung der geführten optischen Mode auf die Emissionszone, um das Maximum an Kopplung zwischen den emittierten Photonen und der geführten Mode zu erhalten. Umgekehrt ist diese Kopplung nicht optimal in einer symmetrischen GRINSCH-Struktur nahe der Oberfläche (mit einer dünnen Oberflächenschicht für das externe Pumpen). Die Folge ist ein Absinken der Laserleistung und ein Betrieb mit hohem Laserstrom.
  • Außerdem gewährleistet die Asymmetrie ein elektronisches Pumpen mit schwachen Beschleunigungsspannungen.
  • Die Asymmetrie gewährleistet außerdem eine Optimierung der Sammlung und der Einschließung der nahe der Oberfläche des Resonators in der aktiven Zone erzeugten Träger.
  • Die Asymmetrie resultiert aus den unterschiedlichen Dicken der ersten und der dritten Zone sowie der Steilheit der Abnahme bzw. Zunahme der Bandlücke der ersten und der dritten Zone, die unterschiedlich sind.
  • Die vierte Zone, die auch als Barriere für das Licht dient, muß einen Brechungsindex kleiner oder gleich dem minimalen Index der dritten Zone aufweisen. Diese Pufferzone ermöglicht einen ausreichenden Indexsprung, um die Einschließung der Photonen in der aktive Zone sicherzustellen, eine Anpassung der Kristallgitterparameter zwischen dem Substrat und der dritten Einschließungszone zu gewährleisten, die Qualität des Halbleitermaterials zu verbessern (Strukturqualität und Verunreinigungen) und das Substrat von der Einschließungszone und folglich von den geführten Moden zu beabstanden.
  • Diese Pufferzone kann durch ein einziges Material gebildet werden oder auch durch mehrere Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung oder auch noch ein Supergitter (oder Pseudo-Legierung) enthalten.
  • Vorteilhafterweise umfaßt die Pufferzone eine Pufferschicht, die im wesentlichen die Rolle der optischen Barriere spielt, und eine Adaptationsschicht.
  • Die Heterostruktur der Erfindung kann aus Materialien hergestellt werden, die große Gitterdifferenzen bzw.- fehlanpassungen aufweisen können oder nicht. Falls solche Gitterfehlanpassungen bestehen, ist es generell vorzuziehen, die Gesamtheit der Heterostruktur unter kohärenter Spannung (contrainte cohérente) zu halten, d.h. mit Dicken unterhalb der kritischen Dicke in dem aktiven Teil der Struktur, gebildet durch die erste, zweite und dritte Zone; die vierte Zone (Pufferschicht) kann relaxiert (relaxeée) sein in bezug auf das Substrat.
  • Unter der kritischen Dicke wird die Gitterdifferenz zwischen zwei Materialien nämlich angepaßt durch eine elastische Verformung; über der kritischen Dicke werden Fehler bzw. Defekte erzeugt (z.B. Dislokationen, Schichtungsfehler, Zwillingskristalle, ...). Diese Defekte können die Leistungen mindern und die Lebensdauer des Laserresonators verringern.
  • Noch immer im Falle einer verspannten Struktur (structure contrainte) und für bestimmte Materialien (z.B. die II- VI- und III-V-Verbindungen) ist das Valenzband aufgeteilt in ein Band mit schweren Löchern und ein Band mit leichten Löchern: die radiative Rekombination zwischen den Elektronen und den schweren Löchern ist effizienter als zwischen den Elektronen und den leichten Löchern. Eine gespannte Heterostruktur kann also die Besetzung des Schwere-Löcher-Bandes begünstigen.
  • Die für die Erfindung benutzten Materialien sind alles Halbleiter mit direktem Bandabstand (gap direct), insbesondere:
  • - die III-V-Halbleiter (Ga, Al, In - As, P, N, Sb),
  • - die II-VI-Halbleiter (Cd, Zn, Hg, Mn, Mg - Te, S, Se),
  • - die IV-VI-Halbleiter (Pb, Sn - Te, Se, etc..
  • Beispielsweise wird die Heterostruktur der Erfindung hergestellt aus wenigstens einem der Halbleitermaterialien, ausgewählt unter:
  • Cd1-xMnxTe, CdxHg1-xTe, CdxZn1-xTe, CdxZnzMn1-x-zTe, CdxZn1-xSe, CdSySe1-y, CdxZn1-xSySe1-y, ZnzMn1-zSe, ZnzMg1-zSySe1-y, GaxAl1-xAs, GaxAl1-xN, mit 0&le;x&le;1, 0&le;y&le;1, 0&le;z&le;1, 0&le;x+z&le;1.
  • Die II-VI-Halbleiter ermöglichen einen breiten Anpassungsbereich der Emissionswellenlänge. Insbesondere können die CdHgTe enthaltenden Resonatoren im IR-Bereich emittieren, die CdMnTe, ZnSe, ZnS, ... enthaltenden können sichtbares Licht bis zum Blau-UV-Bereich emittieren.
  • Um die Temperaturkontrolle des Laserresonators sicherzustellen, wird dieser vorteilhafterweise auf eine thermisch wirksame Masse montiert.
  • Vorteihafterweise wird der Laserresonator so auf diese thermisch wirksame Masse montiert, daß die epitaxierten Schichten auf dieser Masse ruhen. In diesem Fall bildet das Substrat den oberen Teil des Laserresonators und die Rolle der Erzeugung und Sammlung der Träger wird dann von der dritten Zone übernommen. Um das externe Pumpen in diese Zone zu bewirken, müssen das Substrat und die Pufferzone lokal freigemacht bzw. freigeätzt werden werden (dégagement local).
  • Der erfindungsgemäße Laserresonator mit Quantentöpfen und asymmetrischen Strukturgradienten optimiert die Kopplung zwischen dem Pumpstrahl (optisch oder elektronisch), der geführten optische Mode und der Verstärkungszone, um die Funktionen dieser Heterostruktur zu verbessern.
  • Der Laserresonator der Erfindung kann vom Fabry-Perot- oder Zerstreuungs-Typ (type distribuée) sein. In diesem Fall umfaßt er zwei Seiten-flächen, parallel zueinander, gespalten und senkrecht zu den Halbleiterschichten ausgerichtet. Teilreflektierende Spiegel können eventuell auf diesen Seitenflächen angeordnet sein. Diese teilreflektierenden Spiegel werden insbesondere durch Abscheidungen aus dielektrischem Mehrschichtenmaterial gebildet.
  • Es kann auch ein Laserresonator mit Führung durch den Lichtvertärkungsfaktor oder durch den Index sein. In diesem Fall kann er eine einen Streifen definierende Mesa- bzw. Tafelstruktur aufweisen, in mehreren Schritten epitaxiert werden im Wechsel mit Ätzungen, und implantierte, interdiffundierte oder lateral diffundierte Bereiche aufweisen.
  • Eine neuartige Variante in Verbindung mit streifenförmigem Pumpen (durch optische oder elektronische Fokussierung) besteht in der Herstellung einer lateralen Einschließung durch eine metallische Abscheidung (Ag, Au, Al oder ein anderes geeignetes Metall) auf der anzuregenden Fläche, indem man den Anregungsstreifen unberührt bzw. frei läßt.
  • Diese metallische Abscheidung hat eine dreifache Funktion:
  • a) - lokale Verkleinerung des effektiven Index des Leiters, was zu einer lateralen Einschließung der geführten Moden in Höhe des Anregungsstreifens führt, wie in dem Fall der indexgeführten Strukturen in den Injektionslaserdioden,
  • b) - Abführung der das externe Pumpen erzeugten Wärme durch die thermisch wirksame Masse, um die Temperatur des Resonators zu kontrollieren,
  • c) - Anhalten der Elektronen (elektronisches Pumpen) oder der Photonen (optisches Pumpen), die außerhalb der Fokussierbandbreite eintreffen.
  • Diese metallische Abscheidung kann eventuell verbunden sein mit einer Mesa- bez. Tafelstruktur oder einer indexgeführten Struktur.
  • Die Herstellung der indexgeführten Struktur ist bekannt (s. z.B. den Artikel "Laser diode modulation and noise" von K. Petermann, Seiten 36-37, ADOP Advances in Optoelektronics KTK Scientific Publishers).
  • Außerdem ist die Benutzung einer metallischen Abscheidung zu lateralen Einschließung der geführten Moden bekannt durch andere Anwendungen als die beim Laser (s. z.B. den Artikel "Guided-wave optoelektronics" von T. Tamin, Seiten 326-327, Springer Series in Electronics and Photonics 26).
  • Indem man als Pumpeinrichtung eine Elektronenkanone mit Mikropunktequelle benutzt, ist es möglich, einen Mikrolaser mit einigen cm³ Volumen herzstellen.
  • Der erfindungsgemäße Laserresonator des herzustellenden Halbleiterlasers kann mit den gegenwärtig in der Mikroelektronik benutzten Mitteln und Verfahren hergestellt werden.
  • Weitere Charakteristika und Vorteile der Erfindung gehen besser aus der nachfolgenden, erläuternden und nicht einschränkenden Beschreibung hervor, bezogen auf die beigefügten Zeichnungen:
  • - die Figur 1A zeigt schematisch perspektivisch einen erfindungsgemäßen Laserresonator des Fabry-Perot-Typs,
  • - die Figur 1B zeigt die Entwicklung der Zusammensetzung (x), der Bandlückenenergie (Eg) und des optischen Index (Io) der Heterostruktur des Resonators der Figur 1A,
  • - die Figur 2A zeigt die Entwicklung der Bandlücke (Eg), ausgedrückt in Elektronenvolt, und- die der Gitterparameter a, ausgedrückt in nm für die II-VI-Verbindungen, verwendbar für den Resonator der Erfindung,
  • - die Figur 2B zeigt die Veränderungen des optischen Index für die optische Einschließung in einer CdTe/CdMnTe-Heterostruktur,
  • - die Figuren 3A und 3B zeigen die Emissionswellenlänge (&lambda;e), ausgedrückt in nm als Funktion der Zusammensetzung der aktiven Zone für eine erfindungsgemäße Heterostruktur aus CdTe/CdMnTe bei jeweils 300K und 77K,
  • - die Figur 4 zeigt die Veränderungen der Mangang-Zusammensetzung (x%) als Funktion der Tiefe (p), ausgedrückt in nm für eine Heterostruktur aus Cd1-xMnxTe, gemessen mittels SIMS- Spektroskopie,
  • - die Figur 5 zeigt das Elektronen-Löcher-Erzeugungsprofil eines durch einen Elektronenstrahl elektronische gepumpten erfindungsgemäßen Resonators,
  • - die Figuren 6 und 7 zeigen zwei Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Laserresonators,
  • - die Figuren 8A bis 8E zeigen verschiedenen Varianten der Befestigung des erfindungsgemäßen Laserresonators auf einer thermisch wirksamen Masse,
  • - die Figur 9 zeigt schematisch eine Ausführungsart des erfindungsgemäßen Lasers,
  • - die Figur 10 zeigt die Veränderungen der Laserleistung (Pl), ausgedrückt in mW als Funktion der elektronischen Anregung (Ec) des Lasers, ausgedrückt in kW/cm² für eine Heterostruktur aus GaAlAs und eine Heterostruktur aus CdMnTe, gemessen im quasikontinuierlichen Betrieb,
  • - die Figuren 11a und 11b zeigen das Laseremissionsspektrum einer Heterostruktur aus CdTe/CdMnTe eines erfindungsgemäßen Resonators, anregt durch einen Elektronenstrahl für zwei unterschiedliche Maßstäbe,
  • - die Figur 12 zeigt die Veränderungen der Laserschwellenleistung (Ps) bei optischem Pumpen, ausgedrückt in kW/cm² (logarithmischer Maßstab) als Funktion der Betriebstemperatur (T), ausgedrückt in Grad K für einen erfindungsgemäßen Heterostrukturlaser aus CdTe/CdMnTe.
  • In Figur 1A ist schematisch ein erfindungsgemäßer Laserresonator des Fabry-Perot- oder Zerstreuungs-Typs dargestellt. Dieser Laserresonator mit der allgemeinen Bezugsziffer 10 umfaßt, ausgehend von seiner oberen Oberfläche 12 in Richtung untere Oberfläche 14, auf ein Halbleitersubstrat 16 epitaxierte Halbleiterzonen 1, 2, 3 und 4.
  • Die Epitaxie dieser Zonen erfolgt auf bekannte Weise entweder durch Molekularstrahlepitaxie (MBE) oder durch metalloranische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD) oder jede andere gleichartige Technik.
  • Die Zonen werden hergestellt aus Halbleitermaterialien des Typs II-VI, III-V oder IV-VI mit direktem Bandabstand (oder Gap).
  • Der Laserresonator 10 hat die Form eines parallelflachen Stabs, dessen beiden Seitenflächen 18 und 20, zueinander parallel und senkrecht zu den epitaxierten Zonen, durch Spaltung des Zonen-Substrat-Aufbaus erzielt werden und teilreflektierende Eintritts- und Austrittsspiegel des Laserresonators bilden. Die anderen Seitenflächen sind nicht aktiv.
  • Beispielsweise umfaßt dieser Laserresonator ein dünnes Substrat 16 mit einer Dicke von 50 bis 300µm. Die Breite des Laserresonators zwischen den nichtaktiven Flächen mit einer Dicke von typisch 1mm erhält man durch das Durchschneiden des Zonen- Substrat-Aufbaus mit einer Diamantsäge. Die Länge des Fabry-Perot- Resonators, d.h. der Abstand zwischen den Spaltungsflächen 18, 20 variiert zwischen 100-1000µm. Der typische Wert ist 500µm.
  • Die Reflexionsfähigkeit der gespaltenen Spiegel werden bestimmt durch den optischen Index des Halbleiters; sie beträgt generell ungefähr 30%.
  • Eventuell kann man diese Reflexionsfähigkeit verbessern, indem man eine mehrschichtige dielektrische und metallische Abscheidung auf den Spaltungsflächen vorsieht. Diese Abscheidung hat außerdem die Aufgabe, die aktiven Flächen zu schützen.
  • Der Laserresonator der Erfindung wird optimiert für ein Anregen oder Pumpen durch eine äußere Quelle des Typs optisches oder elektronisches Pumpen. Dieses Pumpen wird symbolisiert durch den Teilchenstrahl 19, der mit der Laserstruktur in einer zu den epitaxierten Schichten senkrechten Richtung wechselwirkt.
  • Erfindungsgemäß bildet die Oberflächenzone 1 zugleich die Zone in der die Struktur anregt wird, in der die Elektronen- Löcher-Paare erzeugt werden aufgrund der Wechselwirkung Anregungsstrahl-Halbleitermaterial der Zone 1, sowie die Zone der beschleunigten Diffusion der in dieser Zone erzeugten Träger in Richtung Zone 2. Außerdem gewährleistet die Zone 1 den ersten Teil der optischen Einschließung des in der aktiven Zone emittierten Lichts.
  • Die Zone 2 bildet die aktive Lichtemissionszone sowie die Zone der elektronischen Einschließung der Träger. Diese aktive Zone 2 grenzt an die Anregungs- und optischen Einschließungzone 1 an.
  • Die an die aktive Zone 2 angrenzende Zone 3 bildet den zweiten Teil der optischen Einschließungszone.
  • Die zwischen die Einschließungszone 3 und das Substrat 16 eingefügte Zone 4 bildet die Pufferzone und dient als optische Barriere.
  • Erfindungsgemäß und mit Bezug auf die Figur 1B ist die Zone 1 aus einem Halbleitermaterial hergestellt, dessen Zusammensetzung x kontinuierlich variiert von der oberen Oberfläche 12 bis zur Grenzfläche 22 der Zonen 1 und 2. Diese Veränderung ist linear oder quasilinear. An der Oberfläche 12 der Zone 1 ist die Zusammensetzung mit xc bezeichnet und an der Grenzfläche 22 mit xb.
  • Die Veränderung der Zusammensetzung der Zone 1 kann auf bekannte Weise erzielt werden, entweder indem man die Temperatur der Effusionszelle modifiziert, die im Falle einer MBE-Epitaxie den Atom- oder Molekülstrahl erzeugt, oder indem man nach und nach die Zusammensetzung des Atomstrahls modifiziert.
  • Diese Zusammensetzung ist derart, daß die Bandlückenenergie Eg von der Oberfläche 12 bis zur Grenzfläche 22 linear abnimmt (oder quasilinear), und daß umgekehrt der optische Brechungsindex Io linear (oder quasilinear) wächst.
  • Mit Egc und Nc bezeichnet man jeweils die Bandlückenenergie und den Brechungsindex der Zone 1 mit der Zusammensetzung xc und mit Egb und Nb jeweils die Bandlückenenergie und den Brechungsindex der Zone 2 mit der Zusammensetzung xb.
  • Erfindungsgemäß wird die aktive Zone 2 gebildet durch einen oder mehrere Potential- bzw. Quantentöpfe z.B. des Typs Supergitter, um die Einschließung der Träger zu gewährleisten.
  • In Figur 1B sind zwei Quantentöpfe 24 bzw. 26 dargestellt, getrennt durch eine Quantenbarriere 28.
  • Die Quantentöpfe 24 und 26 werden hergestellt aus einem Halbleitermaterial mit einer Bandlückenenergie Egp kleiner als die der Zone 1 in Höhe der Grenzfläche 22.
  • Der optische Index Np dieser Quantentöpfe kann beliebig sein und z.B. größer als die der Zone 1 in Höhe der Grenzfläche 22. Die Quantentöpfe, die sehr dünn sind, tragen nämlich nur sehr wenig bei zur optischen Einschließung und zur Lichtführung. Die Führung wird durch die Zonen 1 und 3 gewährleistet.
  • Die Quantenbarriere 28 muß eine Bandlückenenergie aufweisen, die größer ist als die der Quantentöpfe 24 und 26. Sie kann gleich sein wie die der Zone 1 oder unterschiedlich. In der Praxis ist die Gap-Energie der Barrierenschicht 28 gleich jener der Zone 1 an der Grenzfläche der Zonen 1 und 2.
  • Dies kann realisiert werden durch Verwendung desselben Materials wie das der Zone 1 mit der Zusammensetzung xb.
  • Erfindungsgemäß hat die Zone 3 eine Halbleiterzusammensetzung, die kontinuierlich variiert von ihrer oberen Oberfläche 30, oder Grenzfläche zwischen den Zonen 2 und 3, bis zu ihrer unteren Oberfläche 32 oder Grenzfläche zwischen den Zonen 3 und 4. Diese Zusammensetzung ist derart, daß die Bandlückenenergie der Zone 3 linear (oder quasilinear) wächst von der Grenzfläche 30 bis zur Grenzfläche 32 und umgekehrt der optische Index linear (oder quasilinear) abnimmt von der Grenzfläche 30 bis zur Grenzfläche 32.
  • Die Zone 3 kann aus einem Halbleitermaterial hergestellt werden, das sich von dem der Zone 1 unterscheidet. In dem dargestellten Beispiel hat man dieselbe Zusammensetzung Xc an der Oberfläche 12 und an der Grenzfläche 32 und dieselbe Zusammensetzung xb an den Grenzflächen 22 und 30 gewählt.
  • Die Zone 4 kann eine konstante Zusammensetzung haben bis zum Substrat, gleich wie die der Zone 3 oder unterschiedlich. Sie muß eine derartige Zusammensetzung haben, daß ihr Brechungsindex höchstens gleich dem Index Nc der Zone 3 am der Grenzfläche 32 ist.
  • Sie kann auch durch zwei verschiedene Schichten gebildet werden: eine optische Einschließungsschicht 17 und eine Anpassungsschicht 19, eingefügt zwischen die Schicht 17 und das Substrat.
  • Erfindungskonform sind die Dicken W&sub1; der Zone 1 und W&sub3; der Zone 3 verschieden und insbesondere ist W&sub1; größer als W&sub3;. Außerdem unterscheidet sich der Abfall der Gap-Energie p&sub1; der Zone 1 und umgekehrt der Anstieg des optischen Index der Zone 1 von dem Anstieg der Gap-Energie der Zone 3 und umgekehrt dem Abfall des optischen Index der Zone 3.
  • Die erfindungsgemäße Laserstruktur ist also eine GRINSCH-Struktur mit Potential- bzw. Quantentöpfen und Gap- und Indexgradienten. Sie ist außerdem asymmetrisch in bezug auf die aktive Zone und genauer in bezug auf Quantenbarriere 28 des in Figur 1B dargestellten Falls.
  • Diese asymmetrische Struktur ist speziell geeignet für externes elektronisches Pumpen mit kleinen Beschleuigungsspannungen der Elektronen, oder zum externen optischen Pumpen, wobei man eine gute optische und elektronische Einschließung erzielt. Die Asymmetrie gewährleistet eine Optimierung der Struktur, derart, daß die geführte Mode auf die aktive Emissionszone zentriert wird, um das Maximum der Kopplung zwischen den in der Zone 2 emittierten Photonen und der geführten Mode zu erhalten.
  • Die Zusammensetzungsveränderungen der Zonen 1 und 3, der Dicken W&sub1; und W&sub3; der Zonen 1 und 3 sowie die Dicke W&sub2; der aktiven Zone und die Dicke W&sub4; der Pufferzone 4 hängen von den Gitterparameterdifferenzen zwischen den verschiedenen Halbleitermaterialien, der gewählten Emissionswellenlänge sowie der Gruppe der gewählten Verbindungen ab.
  • Der Laserresonator der Erfindung kann aus Materialien hergestellt werden, die große Gitterdifferenzen aufweisen oder nicht. Wenn derartige Gitterdifferenzen bzw. -fehlanpassungen bestehen, benutzt man in den Zonen 1, 2 und 3 der Struktur vorzugsweise Halbleitermaterialdicken kleiner als die kritische Dicke; die Zone 4 kann relaxiert (relaxée) sein in bezug auf das Substrat.
  • Auf Grund des externen Pumpens des Laserresonators der Erfindung kann das Dotieren der Halbleiterzonen beliebig sein. Insbesondere können die Halbleiterschichten unabsichtlich dotiert sein. So kann der erfindungsgemäße Laserresonator vorteilhafterweise aus II-VI-Material hergestellt werden. Diese Materialien ermöglichen einen breiten Anpassungsbereich der Laseremissionswellenlänge. Insbesondere können die Materialien, die CdHgTe enthalten, im IR-Bereich abstrahlen und diejenigen, die CdMnTe, ZnSe, ZnS, CdZnSe oder ZnSSe enthalten können sichtbares Licht bis zum Blau-UV-Bereich abstrahlen.
  • Insbesondere kann der erfindungsgemäße Resonator hergestellt werden aus Cd1-xMnxTe mit 0&le;x&le;1. In diesem Fall, je mehr der Mangananteil x der Zusammensetzung zunimmt, um so mehr nimmt die Gap-Energie Eg zu und um so mehr nimmt der optische Index ab. So können bei einer besonderen Ausführung die Quantentöpfe aus CdTe hergestellt werden.
  • Für eine Heterostruktur aus Cd1-xMnxTe kann man eine Zone 1 von 100nm bis 1µm vorsehen, wobei ein oder mehrere Quantentöpfe eine Breit Lz von 0,1nm bis 100nm haben; eine Zone 3 hat eine Dicke W&sub3; von 100nm bis 1µm unter der Bedingung, daß W&sub1;> W&sub3;.
  • Wenn xc der Managananteil der Zone 1 an der Oberfläche 12 und der Zone 3 an der Grenzfläche 32 ist, xb der Mangananteil an den Grenzflächen 22 und 30 jeweils zwischen den Zonen 1 und 2 und den Zonen 2 und 3 sowie der der Barriereschicht 28 ist und xp der Mangananteil der Potential- bzw. Quantentöpfe, können xc, Sb und xp variieren von 0 bis 1 mit xb-xp&ge;0,10 und xc-xb&le;0,10, um einen ausreichenden Indexsprung für die optische Einschließung der emittierten Lichts sowie ein Einfangen der Träger sicherzustellen.
  • Der Laserresonator kann auch aus CdxHg1-xTe mit 0&le;x&le;1 hergestellt werden. Auch hier nimmt die Bandlückenenergie Eg zu und der optischen Index ab, je mehr x zunimmt.
  • Man kann auch quarternäre Legierungen des Typs CdxZnzMn1-x-zTe mit 0&le;x&le;1, 0&le;z&le;1 0&le;x+z&le;1 verwenden. Veröffentlichte Resultate zeigen, daß eine Abstrahlung bis in den Blaubereich beobachtet werden kann für Quantentöpfe aus CdTe, getrennt durch Barrieren aus MnTe oder Quantentöpfe aus ZnTe, getrennt durch Barrieren aus MnTe.
  • In Figur 2A sind die Veränderungen der Bandlückenenergie Eg, ausgedrückt in eV und des Gitterparameters a, ausgedrückt in nm, für verschiedene II-VI-Verbindungen dargestellt. Der Graph der Figur 2 zeigt die Binärverbindungen. Die Linien, die zwei Binärverbindungen verbinden, sind repräsentativ für die Intermediärverbindungen zwischen diesen beiden Binärverbindungen.
  • Zum Beispiel entspricht die Linie a der Verbindunvg CdHgTe; die Linie c entspricht den ZnMnTe-Verbindungen; die Linie d entspricht den ZnTeS-Verbindungen; die Linie e entspricht den ZnCdS-Verbindungen; die Linie f entspricht den ZnCdS-Verbindungen; die Linie g entspricht den ZnSSe-Verbindungen; die Linie h entspricht den ZnCdSe-Verbindungen; die Linie i entspricht den CdSSe-Verbindungen; die Linie j entspricht den HgCdSe-Verbindungen; die Linie k entspricht den CdSeTe-Verbindungen; die Linie l entspricht den CdSTe-Verbindungen; die Linie entspricht den ZnCeTe-Verbindungen; die Linie n entspricht den ZnSeTe-Verbindung en.
  • Alle diese Verbindung können verwendet werden, um erfindungsgemäßen Resonator herzustellen, wobei die Bandlückenenergiebedingungen (s. Figur 1B) für die Quantentöpfe und -barrieren eingehalten werden.
  • In Figur 2B sind die Veränderungen des optischen Index für die optische Einschließung bei einer CdMnTe-Heterostruktur mit Quantentöpfen in der aktiven Zone aus CdTe dargestellt.
  • Noch genauer: die Figur 2B zeigt die Veränderungen Nb- Nc als Funktion der Zusammensetzungsdifferenz Xc-Xb. Die Geraden a', b', c' und d' entsprechen jeweils einer Zusammensetzung xb von 0,30; von 0,40; von 0,30, von 0,40 und einer Breite Lz des Quantentopfes von jeweils 5 Monoschichten; 5 Monoschichten (mc); 10 Monoschichten; und 10 Monoschichten. Im vorliegenden Fall repräsentiert eine Monoschicht einer Dicke von ungefähr 0,32nm die Abscheidung einer Schicht Cadmiumatome und einer Schicht Telluridatome. Außerdem ist xc&le;1.
  • Für jede Kurve ist die Abstrahlungswellenlänge anders, was unterschiedliche Indexänderungen bewirkt. Diese Wellenlängen sind in Figur 2B angegeben.
  • Man stellt also fest, daß der optische Index linear zunimmt, wenn der Manganganteil x der Zusammensetzung linear abnimmt.
  • Die Dickenbegrenzung des Quantentrogs oder der Quantentröge wird bestimmt durch die kritische Dicke. Diese sind bekannt. Für das Paar CdTe/ZnTe ist der Trog auf eine Dicke von 1,7nm begrenzt und für das Paar CdTe/Cd0,96Zn0,04Te auf einige Hundertstel nm (z.B. 300nm).
  • Durch Verwendung der Materialien mit kleineren Gitterdifferenzen, wie z.B. die Struktur CdTe/CdMnTe, erhöht man die kritische Dicke der Quantentöpfe, was ermöglicht, entweder die Dicke der Quantentöpfe zu erhöhen oder die Anzahl der Töpfe. Dies ermöglicht auch, eine bessere optische Einschließung zu erhalten, entweder durch Erhöhung der Dicken der Zonen 1 und 3 oder durch Verstärkung der Zusammensetzungsvariation Xc-Xb.
  • Unabhängig von der Dicke der Töpfe bleibt die Lichtverstärkung bzw. -ausbeute in diesen Quantentöpfen groß dank der Einschließung der Träger in diesen Töpfen. Der Quantentopf kann auf einige Atomschichten reduziert werden.
  • Die Emissionswellenlänge hängt ab von der Zusammensetzung der Quantentöpfe, aber vor allem von der Breite dieser Töpfe.
  • So können also kleine Schwankungen in der Dicke dieser Töpfe, in der Größenordnung von einer Atom-Monoschicht, folglich eine fundamentale Rolle bei der spektralen Verbreiterung der Verstärkungskurve spielen. Wenn die Breite der Verstärkungskurve exzessiv ist, kann die Maximalverstärkung im Kurvenzentrum zu schwach werden.
  • Eine gute Kontrolle der Morphologie der Grenzflächen zwischen den beiden Materialien, die die Quantentöpfe bilden, ist also wichtig. Dies wird durch die Wachstumsbedingungen durch Epitaxie gewährleistet. In bestimmten Fällen kann eine spätere Wärmebehandlung vorgesehen werden, um die Spektralstreuung der Dichte des Zustands zu verringern, der die Spektralbreite der Emissionslinie und infolgedessen der Verstärkungskurve definiert.
  • Zum Beispiel kann man eine Wärmebehandlung bei 150 bis 400ºC während 1 bis 60 min vorsehen. Dieses Tempern kann in einem Ofen erfolgen nach der Epitaxie der verschiedenen Schichten der Struktur oder auch nach der Montage des Laserresonators in den Laser während der Phase der Trocknung und Entgasung des Ganzen unter Elektronenbeschuß.
  • Die Figuren 3A und 3B zeigen die Veränderungen der Emissionswellenlängen &lambda;e, ausgedrückt in nm, für eine Heterostruktur aus CdTe/CdMnTe mit jeweils 300K und 77K für verschiedene Topfbreiten und unterschiedliche Zusammensetzungen der Barriere 28 zwischen den Töpfen. Diese Zusammensetzung der Barriere 28 ist auch die Zusammensetzung xb der Zonen 1 und 3 jeweils an den Grenzflächen 22 und 30 mit der aktiven Zone. Die Töpfe sind hier aus CdTe und die obere Oberfläche 12 der Zone 1 und die Grenzfläche 32 zwischen den Zonen 3 und 4 sind jeweils aus Cd1-xcMnxcTe mit xc-xb&ge;0,05.
  • Die Figuren 3A und 3B sind erstellt für einen einzigen Quantentopf der Breite Lz für die aktive Zone.
  • Beispielsweise, für Xb=0,9 erhält man eine Emission von 540nm bis 775nm, bei 300K, für eine Quantentopfbreite von 1nm bis 6nm.
  • Mit xb=0,2 erhält man bei 77K eine Emission von 675 bis 755nm für eine Quantentopfbreite zwischen 1 und 6nm.
  • Nach diesen Kurven stellt man fest, daß die Emissionswellenlänge zunimmt mit der Breite der Quantentöpfe und daß sie auch abnimmt mit dem Wert von xb. Man kann die Emissionswellenlänge noch abkürzen, indem man Quantentöpfe aus CdMnTe anstatt CdTe verwendet.
  • Anschließend werden zwei genaue Herstellungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Laserresonators gegeben, wobei eine Heterostruktur aus CdTe/Cd1-xMnxTe zur Anwendung kommt.
    • BEISPIEL I
  • Die Zone 1 hat eine Dicke von 500nm und eine Mn- Zusammensetzung, die von der Oberfläche 12 bis zur Grenzfläche 22 zwischen den Zonen 1 und 2 kontinuierlich von 0,22 bis 0,17 variiert. Die aktive Zone 2 durch zwei Töpfe aus CdTe gebildet, jeder mit 6nm, getrennt durch eine Barriere von 15nm aus CdMnTe mit einer Mn-Zusammensetzung von 0,17. Die Zone 3 hat eine Dicke von 150nm und einer Mn-Zusammensetzung, die von der Grenzfläche 30 zwischen den Zonen 2 und 3 zu der Grenzfläche 32 zwischen den Zonen 3 und 4 von 0,17 bis 0,22 variiert.
  • Die Pufferschicht 4 ist eine Schicht von 1,5µm aus CdMnTe mit einer Mn-Zusammensetzung x von 0,22. Das Substrat ist aus CdTe der Orientierung 100.
    • BEISPIEL II
  • Dieses Beispiel II unterscheidet sich vom Beispiel I durch die Verwendung einer Gitteradaptionsschicht (19) zwischen der Pufferschicht und dem Substrat. Diese Adaptionsschicht ist ein Supergitter, gebildet durch 5 CdTe-Töpfe von jeweils 6nm Dicke, abwechselnd mit 4 Barrieren von 15nm aus CdMnTe mit einer Mn- Zusammensetzung von 0,22.
  • Diese Struktur wurde mittels SIMS-Spektroskopie kontrolliert. Die erhaltene Spektroskopie ist in Figur 4 dargestellt. Sie zeigt die Veränderungen des Mn-Zusammensetzungsanteils x als Funktion der Tiefe p, angegeben in nm. Diese Messungen sind unverbindlich aufgrund der Eich- und Auflösungsprobleme dieses Analysetyps.
  • Der erfindungsgemäße Laserresonator kann elektronisch gepumpt werden mit einem Elektronenstrahl. Dieser Strahl erzeugt Elektronen-Löcher-Paare in einer mittleren Tiefe Rp, die mit der Beschleunigungsspannung der Elektronen zunimmt und die abhängig ist von den Halbleitermaterialien des Laserresonators. Diese Paare werden tatsächlich über eine Tiefe dRp um Rp herum erzeugt.
  • Für eine maximale elektronischen Pumpeffizienz müssen Rp und dRp abgestimmt werden auf die Dimensionen der Heterostruktur. So muß das Elektron-Loch-Paarbildungsprofil sein Maximum in der Zone 1 der Heterostruktur haben, wie dies deutlich aus der Figur 5 hervorgeht.
  • Die Kurve A ist das Elektron-Loch-Paarbildungsprofil und gibt die Veränderungen der Anzahl N von Elektron-Loch-Paaren in Abhängigkeit von der Tiefe p der Heterostruktur an. In dieser Figur 5 sind auch die Gap-Energieveränderungen Eg der Heterostruktur als Funktion der Tiefe p angegeben. Das Einfangen dieser Elektron-Loch-Paare erfolgt in Höhe der Zonen 1 und 3 der Heterostruktur, wie angedeutet durch die Pfeile F.
  • Indem man erfindungskonform eine Heterostruktur von geringer Dicke benutzt (kleiner als 5µm), kann man niedrige Beschleunigungsspannungen der Elektronen anwenden (kleiner als 20kV), was zu einem einfacheren, kompakteren und verläßlicheren Aufbau des Lasers führt. Typischerweise benutzt man einen Elektronenstrahl von 10kV. Ein solcher Elektronenstrahl für II-VI- Verbindungen hat eine mittlere Eindringtiefe von 250nm und eine Ausdehnung dRp von ungefähr 400nm.
  • Die Rolle der Weiterleitung der Träger in Richtung Quantentöpfe der aktiven Zone ist besonders wichtig für enge Quantentöpfe und folglich für Strukturen, die mit kleinen Wellenlängen abstrahlen, da sie einen kleineren wirksamen Einfangquerschnitt haben als größere Töpfe. Dies ist vor allem der Fall für eine CdMnTe-Heterostruktur mit Quantentöpfen aus CdTe.
  • Die Veränderungen des optischen Index der Zonen 1 und 3 gewährleisteten die Existenz einer geführten Mode, was durch die Erfinder für die Heterostruktur des Beispiels I mit der sogenannten "m-lines"-Methode gezeigt wurde.
  • Eine geführte Mode TEO (transversal-elektrisch-optisch) mit einem effektiven Index von 2,84 wurde erzielt. (Man erinnert, daß der tatsächliche optische Index von CdTe 2,955 beträgt und daß der der Zone 4 aus Cd1-xcMnxcTe mit Xc=0,22 2,825 beträgt), mit einer Emissionswellenlänge des Lasers um 770nm.
  • Diese geführte Mode wird definiert durch den Indexgradienten in den Zonen 1 und 3 durch den Indexsprung zwischen der Oberfläche 12 der Heterostruktur und der Umgebung und durch den Indexsprung (wenn vorhanden) zwischen der Zone 3 und der Pufferschicht 17.
  • Die Dicken der Zonen 1 und 3 sind berechnet, um die TEO-Mode auf die Zone 2 zu zentrieren.
  • In Figur 5 zeigt die Kurve B die Intensitätsveränderungen der geführten Mode in Abhängigkeit von der Tiefe p der Heterostruktur.
  • Die optische Einschließung ist umso größer, je größer der Indexsprung zwischen den tatsächlichen Indizes Nc und Nb der Zonen 1 und 3 ist. Dies setzt große Zusammensetzungsveränderungen voraus. Nun ist der maximale Indexsprung für eine bestimmte Heterostruktur aufgrund der kritischen Dicke begrenzt. (Die Figur 2B zeigt beispielsweise den maximalen Indexsprung, den man mit einer CdMnTe-Heterostruktur erreichen kann).
  • Dank der Asymmetrie der Heterostruktur, d.h. der Zonen 1 und 3, hat die geführte Mode ihre maximale Amplitude in Höhe der aktiven Zone und gewährleistet so eine optimale Kopplung mit der Lichtverstärkung.
  • Die Heterostruktur muß durch kohärente Expitaxie gebildet sein, d.h. unterhalb der kritischen Dicke, so daß sie aufgrund von experimentellen Maßen modelliert werden kann, die dem Fachmann bestens bekannt sind.
  • Mit den Strukturen der Beispiele I und II wurde eine Laseremission bei Umgebungstemperatur und bei tiefer Temperatur erzielt, sowohl mit einer optischen Anregung mit Hilfe eines Lasers als auch mit einer elektronischen Anregung mit Hilfe einer Elektronenkanone, die eine Mikrospitzenelektronenquelle benutzt, wie beschrieben in dem Dokument FR-A-2 661 566.
  • Anschließend werden weiter Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Laserresonators beschrieben.
    • BEISPIEL III : GaAs/GaAlAs-Struktur
  • Diese Struktur weist wenig Gitterdifferenzen bzw. - fehlanpassungen auf und die Probleme der kritischen Dicke stellen sich im Gegensatz zu den CdMnTe-Strukturen nicht. Außerdem weisen sie größere optische Indexveränderungen und folglich eine bessere optische Einschließung auf als die CdMnTe-Strukturen. Hingegen haben diese Strukturen eine weniger große Möglichkeit, die Emissionswellenlänge, die nur wenig um 0,8µm herum variiert, anzupassen.
  • Die Zonen 1 bis 4 können aus Ga1-xAlxAs mit 0&le;x&le;1 erzeugt werden, vorausgesetzt die Quantentöpfe der aktiven Zone 2 haben eine niedrigere Aluminiumzusammensetzung als die der Zonen 1 und 3, um die elektronische Einschließung zu gewährleisten. Die Zonen 1 und 3 können Dicken haben, die von 100nm bis 1000nm gehen und die aktive Zone eine Dicke, die von 0,5nm bis 200nm geht unter Einhaltung der Asymmetriebedingung W&sub1;> W&sub3;.
  • Insbesondere wurde eine Heterostruktur hergestellt, die eine Zone 1 von 350nm Dicke umfaßt, deren Aluminium-Zusammensetzung xc an der Oberfläche 12 0,5 beträgt und eine Zusammensetzung xb an der Grenzfläche 22 mit der Zone 2 von 0,20. Die aktive Zone wird gebildet durch einen Quantentopf aus GaAs von 10nm Dicke. Die Zone 3 hat eine Zusammensetzung xb von 0,20 an der Grenzfläche 30 zwischen Zone 2 und Zone 3 und eine Zusammensetzung xc an der Grenzfläche zwischen den Zonen 3 und 4 von 0,50; ihre Dicke beträgt 200n.
  • Die Pufferzone umfaßt eine erste Pufferschicht 17 der Dicke 800nm aus Ga1-xAlxAs mit x=xc (d.h. 0,50), epitaxiert auf eine Adaptionsschicht, gebildet durch ein Supergitter. Diese Adaptionsschicht hat ein Dicke von 150nm. Sie umfaßt abwechselnd 5 GaAs-Quantentöpfe von jeweils 10nm Dicke und 5 Quantenbarrieren der Zusammensetzung Xc (d.h. xc=0,50) von jeweils 10nm Dicke. Das Supergitter wird auf einer GaAs-Schicht von 50nm abgeschieden.
  • Das Substrat ist aus GaAs der Kristallorientation 100.
  • Erfindungskonform sind die GaAlAS-Schichten und generell die erfindungsgemäßen Heterostrukturen aus III-V-Material nicht-absichtlich dotiert.
  • Wie vorhergehend ist die Struktur asymmetrisch und die aktive Zone ist der Oberfläche nahe, was ihr Pumpen durch eine externe optische oder elektronische Quelle mit einer geführten Mode gewährleistet, die ihre maximale Amplitude in den Quantentöpfen der aktiven Zone hat.
    • BEISPIELE IV bis VI
  • Heterostrukturen auf Selenid- und Schwefelbasis (s. Figur 2A) wurden vorgesehen, um im Blaubereich zu emittieren, erfindungsgemäß ohne Dotierung der Materialien.
  • Mit einem oder mehreren Quantentöpfen aus CdxZn1-xSe mit x von 0 bis 1 kann man Zonen 1 und 3 von variabler Zusammensetzung aus ZnSySe1-y mit 0&le;y&le;1 benutzen (Beispiel IV).
  • Für Quantentöpfe in der aktiven Zone aus CdSySe1-y mit 0&le;y< 1 kann man variable CdSSe-Zusammensetzungen für die Zonen 1 und 3 verwenden (Beispiel V) unter der Voraussetzunvg, daß die Zonen 1 und 3 eine größere Bandlücke aufweisen als die Quantentöpfe (Eg wächst linear mit y).
  • Man kann auch eine Heterostruktur aus ZnzMn1-zSe mit 0&le;z&le;1 herstellen (Beispiel VI), indem man die Bandlückenenergiewerte der Zonen 1, 2 und 3 berücksichtigt (Eg nimmt zu wenn der Mn-Zusammensetzungsanteil zunimmt).
  • Bei diesen Heterostrukturen muß man auch den Beschränkungen bezüglich der kritischen Dicke Rechnung tragen, wie bei den CdMnTe-Strukturen.
    • BEISPIELE VII bis IX
  • Es wurden auch Heterostrukturen aus quarternärem II-VI- Material vorgesehen. Für diese Heterostrukturen wurden folgende Materialien verwendet: CdxZnzMn1-x-zTe, CdxZn1-xSySe1-y und ZnzMg1-zSySe1-y mit 0&le;x&le;1, 0&le;y&le;1, 0&le;z&le;1, 0&le;x+z&le;1.
    • BEISPIELE X bis XIII
  • Diese Beispiele betreffen Laseremissionen im IR- Bereich.
  • IR-Licht abstrahlende Laser können aus II-VI-Materialien hergestellt werden, die Quecksilber wie die CdxHg1-xTe- Materialien enthalten, mit x von 0 bis 1 (Beispiel X) oder aus IV- VI-Materialien des Typs PbxSn1-xTe (Beispiel XI), PbxEu1-xSe (Beispiel 12), PbxEu1-xSeyTe1-y (Beispiel XIII) mit x von 0 bis 1 und y von 0 bis 1 mit 0&le;x+y&le;1.
  • Bei den CdHgTe-Heterostrukturen verwendet man insbesondere Quantentöpfe aus CdHgTe. Bei diesen Materialien sind die Probleme der kritischen Dicke sekundär.
  • Bei den IR-Licht abstrahlenden Lasern, insbesondere bei denen, deren Emissionswellenlänge größer als 1µm ist, kann man als externe Pumpquelle Laserdioden aus III-V-Material verwenden, die um 800nm herum emittieren.
  • Andere erfindungskonforme Laserresonatortypen als der in Figur 1A dargestellte können vorgehen werden. Insbesondere kann der Resonator der Erfindung eine Mesastruktur aufweisen, wie in Figur 6 dargestellt. In diesem Fall werden die epitaxierten Schichten (Zonen 1 bis 4) und eventuell ein Teil des Substrats 16 auf chemischem Wege geätzt, naß oder trocken, um einen Streifen 40 herzustellen, der sich von den Spaltungsflächen 18 und 20 in einer zu diesen Flächen senkrechten Richtung ausdehnt. Die Breite L des Streifens kann von 2µm bis 50µm variieren und der typische Wert ist 5 bis 10µm.
  • Das Ätzen der epitaxierten Schichten ermöglicht eine laterale Einschließung der Anregungszone des Laserresonators.
  • Der erfindungsgemäße Laserresonator kann auch die in Figur 7 dargestellte Struktur haben. Bei dieser Ausführungsart erhält man den Streifen 40a, bestimmt zur Einschließung der externen elektronischen oder optischen Anregung durch eine metallische Abscheidung 42 an der Oberfläche 12 des Stapels der epitaxierten Schichten. Diese Abscheidung ist in ihrem Mittelteil mit einer streifenförmigen Öffnung 43 versehen.
  • Der Streifen 40a ist auch hier senkrecht zu den Spaltungsflächen 18 und 20 ausgerichtet. Seine Charakteristika sind identisch mit den mit Bezug auf die Figur 6 beschriebenen.
  • Die Dicke der Schicht 22 ist größer als 20nm. Das benutzte Metall kann Silber, Gold oder Aluminium sein.
  • Diese geätzte metallische Abscheidung gewährleistet außer der lateralen Einschließung die Abführung der überschüssigen Wärmeenergie, die von der durch den Pumpstrahl erzeugten Wärme stammt. Außerdem kann sie die Elektronen oder die Photonen anhalten, je nach Art des benutzten Pumpens, die außerhalb des Anregungsstreifens 40a emittiert werden.
  • Wenn die Abscheidung 42 benutzt wird zur Kühlung oder räumlichen Filtrierung des Elektronen- oder Photonenstrahls, muß ihre Dicke einerseits ausreichend sein um die Elektronen oder die Photonen anzuhalten, und andererseits, um eine gute Wärmeleitung sicherzustellen. In diesem Fall hat die Schicht 42 eine Dicke zwischen 0,2 und 2µm.
  • Erfindungskonform wird der Laserresonator auf eine thermisch wirksame Masse montiert, dargestellt in den Figuren 8A und 8B. Diese thermisch wirksame Masse tragt die Bezugsziffer 44. Sie wird aus einen Material hergestellt, das ein guter Wärmeleiter ist, insbesondere aus Kupfer.
  • In der Figur 8A ist der Laserresonator 10 mit seiner unteren Oberfläche 14 auf der Masse 44 mit Hilfe z.B. einer Lötung 46 aus Indium oder eines die Wärme und die Elektrizität leitenden Klebstoffs befestigt.
  • Das Haften der Indiumlötung kann sichergestellt werden, indem man nacheinander auf der unteren Fläche 14 des Laserresonators eine Chromschicht von ungeführ 10 bis 50nm, dann eine Goldschicht von ungefähr 50 bis 200nm und dann eine für die Lötung benutzte Indiumschicht mit einer Dicke von 0,05 bis 2µm abscheidet. In derselben Weise wird auch auf der thermisch wirksamen Masse 44 eine Indiumabscheidung hergestellt.
  • Nach dem Positionieren des Laserresonators 10, ausgestattet mit seinen drei Metallschichten, auf der thermisch wirksamen Masse, erwärmt man das Ganze auf eine Temperatur von 160 bis 180ºC, um das Indium zu schmelzen und läßt dann das Ganze bis auf die Umgebungstemperatur abkühlen. Die Erwärmung kann außerdem die Rolle des Temperns der Heterostruktur spielen.
  • Wenn eine geätzte Metallabscheidung 42 für die seitliche Einschließung der Anregung benutzt wird, kann man den Resonator 10 auf eine thermisch wirksame Masse 44 montieren wie in Figur 8B dargestellt. In diesem Fall kann man zusätzlich zu der Lötung 46 auf der Rückseite des Resonators eine Indiumabscheidung 48 auf der Einschließungsmetallisierung 42 sowie den nicht-aktiven Seitenflächen (d.h. senkrecht zu den Spaltungsflächen) des Laserresonators vorsehen.
  • Man kann auch die Indium-Oberflächenlötung 48 durch Metallstücke 50 ersetzen, wie dargestellt in Figur 8c. Diese Stücke 50 sind z.B. aus Kupfer.
  • Selbstverständlich müssen die Indiumlötung 48 und die Metallstücke 50 gegenüber dem Anregungsstreifen 40a eine Öffnung aufweisen.
  • Bei einer neuartigen Montagevariante, dargestellt in Figur 8D, kann die Montage der thermisch wirksamen Masse 44 im Hinblick auf eine sehr effiziente Kühlung umgekehrt wie in den Figuren 8A und 8C erfolgen. Anders ausgedrückt: die epitaxierten Schichten ruhen auf der thermisch wirksamen Masse 44, wobei die Befestigung durch die auf der oberen Oberfläche 12 aufliegenden Lötung 46 sichergestellt wird.
  • Bei dieser Art von umgekehrter Montage kann man wie bei den Varianten der Figuren 8B und 8C eine Metallisierung 48 oder 50 (nicht dargestellt) vorsehen, die auf der Oberfläche 14 aufliegt und folglich auf dem Substrat 16 des Resonators 10.
  • Um ein optisches oder elektronisches Pumpen mit einer externen Quelle zu gewährleisten, muß der erfindungsgemäße Laserresonator eine Freiätzung 52 bis auf die Zone 3 aufweisen. Diese Freiätzung 52 wird durch lokales chemisches Ätzen des Substrats 16 und der Zone 4 über ihre gesamte Breite hergestellt.
  • Bei diesem Betriebsfall dient die Zone 3 als Anregungs- und Sammlungszone. Die Rollen der Zonen 1 und 3 sind umgekehrt in bezug auf den Normalfall der Anregung auf der Oberfläche 12. Insbesondere müssen die jeweiligen Dicken W&sub1; und W&sub3; der Schichten 1 und 3 für diesen Umkehrfall mit W&sub3;> W&sub1; speziell berechnet werden.
  • Um das Ätzen der Zone 4 zu vereinfachen, kann eine Ätzsperrschicht 54 eingefügt werden zwischen die Zone 3 und die Zone 4, wie dargestellt in Figur 8D. Sie muß folglich aus einem anderen Material als dem der Zone 3 hergestellt werden.
  • Bei einer Heterostruktur aus CdMnTe kann die Schicht 54 hergestellt werden aus CdMnTe mit einer höheren Mn-Konzentration als der der Schicht 4 und eine Dicke von 10 bis 500nm aufweisen. Bei einer Heterostruktur aus GaAlAs verwendet man GaAlAs mit einer anderen Al-Konzentration als der der Schicht 4.
  • Bei dieser umgekehrten Art der Montage kann man auch, wie dargestellt in der Figur 8E, eine zusätzliche Schicht 56 auf der Zone 1 abscheiden, um sie von der Oberfläche 12 zu entfernen, die in Kontakt ist mit der Lötung 46. Diese Schicht 56 kann dieselben Charakteristika wie die Zone 4 aufweisen. In diesem Fall ist auch die Asymmetrie der Struktur umgekehrt mit W&sub3;> W&sub1;.
  • Das optische Pumpen der Heterostrukturen aus CdMnTe, GaAlAs oder aus vorhergehend genannten quarternären Legierungen kann durch einen sichtbares Licht abstrahlenden Laser erfolgen (mit z.B. 532nm mit einem verdoppelten YAG-Laser oder einem im Blau-Grün-Bereich emittierenden Argonlaser).
  • Im Falle eines elektronischen Pumpens kann man eine klassische Elektronenkanone verwenden oder eine Elektronenkanone, die mit einer Mikrospitzenquelle ausgerüstet ist.
  • Ein Laser mit einer Elektronenkanone mit Mikrospitzenquelle, der eine erfindungsgemäße Heterostruktur umfaßt, ist in Figur 9 dargestellt. Dieser Laser umfaßt eine Vakuumkammer 60, ausgerüstet mit einer Vakuumpumpe 62 und nicht dargestellten Fenstern für den Austritt der durch den Resonator 10 erzeugten Laseremission. Die Vakuumkammer könnte auch versiegelt bzw. hermetisch verschlossen sein, um einen autonomen Betrieb ohne Vakuumpumpe zu ermöglichen. Die Kammer 60 wird z.B. an Masse gelegt.
  • Die Elektronenkanone 61 zum Anregen des Resonators 10 umfaßt eine kalte Mikrospitzenquelle 63, deren genaue Struktur beschrieben wird in dem Dokument FR-A-2 661 566. Sie wird gebildet durch ein Gitter oder eine Matrix aus Molybdän-Mikrospitzen, getragen von Kathodenelektroden mit der Form von parallelen Streifen. Gitter, isoliert von den Kathodenelektroden, die ebenfalls die Form paralleler Streifen aufweisen, sind senkrecht zu den Kathodenelektroden angeordnet und mit den Mikrospitzen gegenüberstehenden Öffnung versehen.
  • Der Resonator 10 ist auf einer Anode 64 angebracht, an der dank einer externen Quelle Hochspannung liegt.
  • Zwischen der Anode 64 und der kalten Quelle 63 findet man eine Elektrodengruppe 68, dazu bestimmt, den durch die Quelle 70 emittierten Elektronenstrahl 63 auf die obere Oberfläche 12 oder auf die Zone 3 des Laserresonators zu fokussieren (Figur 8D).
  • Diese Elektrodengruppe 68 ist angeordnet, damit der Elektronenstrahl 70 auf der dem Resonator 10 gegenüberstehenden Fläche in Form eines Streifens auftrifft, dessen Länge L' mindestens gleich dem Abstand ist, der die aktiven Flächen 18 und 20 des Laserresonators trennt, und dessen Breite 1 enthalten ist zwischen 5 und 200µm.
  • Diese Elektrodengruppe 68 ist außerdem angeordnet, um als elektrostatischer Schirm für die kalte Quelle zu dienen, gegen die an die Anode 64 gelegte Hochspannung. Zu diesem Zweck umfaßt sie wenigstens zwei Elektrodenpaare mit unterschiedlichen Abmessungen: ein erstes Paar 74 und 76, verbunden mit einer externen positiven elektrischen Versorgungsquelle 78, und ein zweites Paar 80, 82, verbunden mit einer externen negativen elektrischen Versorgungsquelle 84.
  • Die Elektroden 74 und 76 sind in bezug auf die Längsachse 86 der Elektronenkanone symmetrisch angeordnet, ebenso die Elektroden 80 und 82.
  • Anschließend wird ein Betriebsbeispiel des erfindungskonformen Lasers der Figur 9 gegeben.
  • Der Laserresonator 10 wird über die Anode 64 auf eine positive Spannung von 3 bis 10kV gebracht.
  • Der Elektronenstrahl 70, erzeugt durch die Quelle 63 und durch die Elektrodengruppe 68 streifenförmig fokussiert, erzeugt in der Zone 1 des Resonators 10 Elektronen-Löcher-Paare, die eingefangen werden durch die aktive Zone mit Quantentöpfen. Diese Elektronen-Löcher-Paare rekombinieren sich in der aktiven Zone, um ein Licht zu erzeugen, dessen Wellenlänge abhängig ist von der Heterostruktur des Laserresonators. Für die CdMnTe- Strukturen ist das abgestrahlte Licht zwischen dem Rot und dem Blaugrün.
  • Für eine Elektronen-Löcher-Paare-Dichte über einem bestimmten Schwellenwert, der abhängt von der Heterostruktur, findet die stimulierte Emission statt und eine optische Verstärkung tritt ein. Die in der aktiven Zone emittierten Photonen sind in dem Laserresonator eingeschlossen und die Laseremission findet statt, wenn die optische Verstärkung ausreichend hoch ist um die Verluste zu kompensieren. Die nötige Netto-Verstärkung an der Laserschwelle ist typisch 20 bis 40cm&supmin;¹. Die Leistungsdichte an der Laserschwelle ist typisch 1 bis 20kW/cm².
  • Die durch den Laserresonator aufgenommene Gesamtleistung "P" hängt viel von der Fokussierung des Strahls ab und insbesondere von der Breite 1 des Anregungsstreifens. Für ein bestimmtes Ziel der Länge L (Läng des Fabry-Perot-Resonators) und für eine nutzbare Elektronendichte D ergibt sich die Leistung durch P=D.L.l.
  • Für eine bestimmte Beschleunigungsspannung V, an die Anode gelegt, wird der Elektronenstrom I definiert durch I=D.L.l/V.
    • ZAHLENBEISPIEL
  • Bei V=10kV, L=600µm und D=2kW/cm² bekommt man:
  • - für l=150µm, P=1,8W und I=180µA, und
  • - für l=10µm, P=120mW und I=12µA.
  • Diese Zahlenwerte zeigen, daß eine gute Fokussierung, der Minimalstreifenbreite entsprechend, ermöglicht:
  • - die durch die Kanone gelieferte Gesamtleistung zu reduzieren und folglich ihre Kühlung zu vereinfachen,
  • - höhere Laserschwellendichten zu tolerieren, da man bei gleicher Leistung die Anregungsstromdichte durch eine gute Fokussierung des Elektronenstrahls erhöhen kann,
  • - den Betriebsstrom des Lasers deutlich zu reduzieren und folglich die Mikrospitzenquelle weniger zu beanspruchen.
  • Die durch den Elektronenbeschuß entstehende Wärme wird über die thermisch wirksame Masse abgeführt, die mit einem Peltierelement oder einem Kryostat verbunden sein kann.
  • Die Figur 10 zeigt die typischen Betriebsresultate von zwei Laserresonatoren des Typs Fabry-Perot aus GaAs/GaAlAs, der um 830nm emittiert und aus CdTe/CdMnTe, der um 760nm emittiert. Diese Figur gibt die Veränderungen der Laserleistung Pl, ausgedrückt in mW, als Funktion der elektronischen Anregung Ec in kW/cm² an.
  • Die Kurve I betrifft GaAlAs und die Kurve II CdMnTe. Die Laserresonatoren sind die der Beispiele II und III. Diese Laserleistungen wurden bei ungefähr 90K erzielt, bei einer Elektronenbeschleunigungsspannung von 10kV und einem Streifen von 150µm/600µm. Die Elektronenkanone ist die der Figur 9.
  • Die emittierten Leistungen betragen einige hundert Milliwatt mit differentiellen Wirkungsgraden von 8,9% für GaAlAs und von 8,3% für CdMnTe.
  • Die Laserschwellen betragen jeweils ungefähr 1 und 1,5kW/cm². Diese Schwellen erhöhen sich um einen Faktor 5 bis 10 bei Umgebungstemperatur. Für den Laser des Dokuments FR-A-2 661 566 beträgt die Laserschwelle einige zehn kW/cm², und in dem Dokument "Electron beam pumped II-VI lasers" von S. Colak u.a., schon zitiert, betragen die angegebenen Schwellen einige hundert kW/cm², d.h. sie sind sehr viel höher als die des erfindungsgemäßen Lasers.
  • Wenn die durch den Laserresonator aufgenommene Leistung hoch ist (einige Watt), ist der Laserbetrieb quasi-kontinuierlich. Elektronische Impulse von 5µs, beabstandet um 250 bis 500µs, ermöglichen diesen quasi-kontinuierlichen Betrieb und stellen dabei die Abkühlung des Resonators sicher.
  • In den Figuren 11a und 11b ist das Emissionspektrum eines Laserresonators nach Beispiel I angegeben. Diese Kurven zeigen die Laserintensität Il, angegeben in arbiträrer Einheit als Funktion der Wellenlänge &lambda;, angegeben in nm. Die Figur 11B ist eine Vergrößerung der Figur 11a im Bereich des Emissionsmaximums.
  • Die Figur 11a zeigt die Verfeinerung der Emissionslinie und die plötzliche Erhöhung der Laserintensität ab 763nm. Die Figur 11B zeigt das Detail dieser Emissionslinie. Diese Kurven wurden aufgezeichnet für einen Laser wie den in Figur 9 dargestellten, bei 90K betrieben und mit einem Elektronenstrahl von 10kV.
  • Identische Resultate wurden bei einem gleichen CdMnTe- Laserresonator mit optischem Pumpen erzielt. Die Resultate sind in Figur 12 zu sehen. Sie zeigt die Veränderungen der Leistungsschwelle Ps, angegeben in kW/cm², als Funktion der Betriebstemperatur T des Lasers, angegeben in Grad Kelvin. Die Anregungswellenlänge beträgt in diesem Fall 532nm.

Claims (20)

1. Laserresonator mit asymmetrischer Halbleiter-Heterostruktur, auf ein Substrat epitaxierte Halbleiterschichten umfassend, die vier Zonen definieren:
- eine erste Zone (1), deren Zusammensetzung stetig variiert von einer ersten Fläche (12) zu einer zweiten Fläche (22) mit einem verbotenen Energieband, das von der ersten zur zweiten Fläche abnimmt, wobei diese erste Zone eine optische Einschließung und die Leitung des Lichts sicherstellt,
- eine zweite Zone (2), eine aktive Emissionszone bildend, in Kontakt mit der zweiten Fläche der ersten Zone befindlich, wenigstens einem Potentialtopf (24, 26) aufweisend mit einem niedrigeren verbotenen Energieband als dem der ersten Zone,
- eine dritte Zone (3) mit einem höheren verbotenen Energieband als dem des Potentialtopfes oder der Potentialtöpfe, wobei diese dritte Zone eine optische Einschließung und die Leitung des Lichts sicherstellt und ihre Zusammensetzung stetig variiert von einer ersten Fläche (30) zu einer zweiten Fläche (32) mit einem verbotenen Energieband, das von der ersten zur zweiten Fläche zunimmt, wobei die erste Fläche der dritten Zone in Kontakt ist mit der aktiven Zone,
- eine vierte Zone (4), eine Pufferzone bildend, in Kontakt mit der zweiten Fläche der dritten Zone und dem Substrat (16) befindlich, wobei diese vierte Zone als optische Barriere für die Lichtleitung dient,
wobei die verbotenen Energiebänder der ersten und der dritten Zone in allen Punkten asymmetrisch sind in bezug auf die aktive Zone und die erste und die dritte Zone mit der aktiven Zone eine asymmetrische Struktur des Typs GRINSCH bilden, so daß die Asymmetrie eine Zentrierung einer geleiteten optischen Mode auf die aktive Emissionszone gewährleistet, um zwischen den emittierten Photonen und der geleiteten Mode das Kopplungsmaximum zu erreichen, und eine der ersten und dritten Zonen außerdem eine Elektronenanregung und eine Erzeugung von Elektronen-Löcher-Paaren mit der Asymmetrie gewährleistet, die außerdem eine Optimierung der Sammlung und Einschließung der erzeugten Ladungsträger sicherstellt und eine der ersten und dritten Zonen eine der Oberflächen der Heterostruktur bildet.
2. Laserresonator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferzone (4) eine als optische Barriere dienende Pufferschicht (17) in Kontakt mit der zweiten Zone und eine Adaptionsschicht (19) in Kontakt mit dem Substrat umfaßt.
3. Laserresonator nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferschicht (4) eine Supergitterstruktur mit einer Wechselfolge von Potentialtöpfen und Potentialbarrieren umfaßt.
4. Laserresonator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zone (1) eine Dicke aufweist, die größer ist als die Dicke der dritten Zone (3).
5. Laserresonator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zone (1) eine Dicke von höchstens gleich 1µm hat.
6. Laserresonator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung der ersten Zone in Höhe der ersten Fläche identisch ist mit der Zusammensetzung der dritten Zone in Höhe ihrer zweiten Fläche, und dadurch, daß die Zusammensetzung der ersten Zone in Höhe ihrer zweiten Fläche identisch ist mit der Zusammensetzung der dritten Zone in Höhe ihrer ersten Fläche.
7. Laserresonator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Zone (2) wenigstens eine Potentialbarriere (28) mit einer Zusammensetzung aufweist, die identisch ist mit der ersten und der dritten Zone, jeweils in Höhe ihrer zweiten und ersten Flächen.
8. Laserresonator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Heterostruktur mit Einrichtungen (40, 40a) ausgestattet ist, die eine seitliche Einschließung mit einem Elektronenanregungsstreifen gewährleistet.
9. Laserresonator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Fläche der ersten Zone mit einer metallischen Abscheidung (42) versehen ist, die in einem mittleren Teil eine streifenförmige Öffnung aufweist, welche seitliche Einschließungseinrichtungen der Elektronenanregung bildet.
10. Laserresonator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserresonator zwei parallele gespaltene Seitenflächen (18, 20) umfaßt, die semi-reflektierende Spiegel bilden.
11. Laserresonator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Heterostruktur hergestellt wird aus wenigstens einem Halbleitermatierals, ausgewählt unter:
Cd1-xMnxTe, CdxHg1-xTe, CdxZn1-xTe, CdxZnzMn1-x-zTe, CdxZn1-xSe, ZnSySe1-y, CdSySey-1, CdxZn1-xSySe1-y, ZnzMn1-zSe, ZnzMg1-zSySe1-y, GaxAl1-xAs, GaxAl1-xN, PbxSn1-xTe, PbxEu1-xSe, PbxEu1-xSeyTe1-y mit 0&le;x&le;1, 0&le;y&le;1, 0&le;z&le;1 und 0&le;x+z&le;1.
12. Herstellungsverfahren eines Laserresonators nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Heterostruktur einer Wärmebehandlung von 150 bis 400ºC unterzogen wird, um die genannten Halbleiterschichten untereinander diffundieren zu lassen.
13. Halbleiterlaser, einen Laserresonator (10) und Pumpeinrichtungen des Resonators umfassend, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator ein Resonator nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ist.
14. Laser nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpeinrichtungen gebildet werden durch eine Elektronenkanone (63, 64, 68).
15. Laser nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenkanone eine kalte Mikrospitzenquelle (63) zum Emittieren einer Elektronenstrahlung (63) und eine Hochspannungselektrode (68) zum Beschleunigen der Elektronen umfaßt, sowie einen Satz Elektroden (68) zur streifenförmigen Fokussierung der Elektronenstrahlung auf den Laserresonator.
16. Laser nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserresonator (10) auf eine thermisch wirksame Masse (44) montiert ist, die die Temperaturkontrolle des Laserresonators gewährleistet.
17. Laser nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserresonator auf eine thermisch wirksame Masse montiert ist, wobei die epitaxierten Schichten auf besagter Masse ruhen und dann ein örtlicher Abstand des Substrats von der Pufferzone hergestellt wird, um das Pumpen in Höhe der dritten Zone zu gewährleisten.
18. Laser nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserresonator durch Löten oder Kleben auf der thermisch wirksamen Masse befestigt wird.
19. Laser nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserresonator eine Oberflächenschicht (56) umfaßt, die die erste Zone (1) von der Lötung oder Klebung (46) auf der thermisch wirksamen Masse entfernt.
20. Laser nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Laserresonator eine Ätz-Sperrschicht (54) aus Halbleitermaterial zwischen der Pufferzone und der dritten Zone umfaßt.
DE69309339T 1992-04-17 1993-04-15 Elektronenstrahl gepumpter Laserresonator mit asymmetrischer Halbleiter-Heterostruktur Expired - Fee Related DE69309339T2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9204791A FR2690286A1 (fr) 1992-04-17 1992-04-17 Cavité laser à hétérostructure semi-conductrice dissymétrique et laser équipé de cette cavité.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE69309339D1 DE69309339D1 (de) 1997-05-07
DE69309339T2 true DE69309339T2 (de) 1997-10-23

Family

ID=9429014

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE69309339T Expired - Fee Related DE69309339T2 (de) 1992-04-17 1993-04-15 Elektronenstrahl gepumpter Laserresonator mit asymmetrischer Halbleiter-Heterostruktur

Country Status (5)

Country Link
US (1) US5349596A (de)
EP (1) EP0566494B1 (de)
JP (1) JPH0645697A (de)
DE (1) DE69309339T2 (de)
FR (1) FR2690286A1 (de)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6043548A (en) * 1993-04-14 2000-03-28 Yeda Research And Development Co., Ltd. Semiconductor device with stabilized junction
US5442204A (en) * 1994-05-12 1995-08-15 Philips Electronics North America Corporation III-V Semiconductor heterostructure contacting a P-type II-VI compound
JP2877107B2 (ja) * 1996-12-02 1999-03-31 日本電気株式会社 多重量子井戸型半導体レーザ
SE506651C2 (sv) * 1996-02-27 1998-01-26 Ericsson Telefon Ab L M Begravd heterostruktur
FR2745961B1 (fr) * 1996-03-05 1998-04-10 Alcatel Optronics Amplificateur optique a semi-conducteur
AU7304198A (en) * 1996-11-19 1998-06-10 Mcdonnell Douglas Corporation Electron beam pumped semiconductor laser screen and method of forming
US6327293B1 (en) * 1998-08-12 2001-12-04 Coherent, Inc. Optically-pumped external-mirror vertical-cavity semiconductor-laser
FR2800364B1 (fr) * 1999-10-29 2002-02-15 Commissariat Energie Atomique Microcavite active accordable et procede de fabrication de microcavite active accordable
US6649940B2 (en) 2001-06-29 2003-11-18 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Separate lateral confinement quantum well laser
US6724141B2 (en) * 2001-10-30 2004-04-20 Agfa-Gevaert Particular type of a thin layer inorganic light emitting device
EP1309013A1 (de) * 2001-10-30 2003-05-07 Agfa-Gevaert Anorganisches, Dünnschicht-Lichtemittierendes Bauelement mit nicht-dotierten Zinksulfid-Nanopartikeln
US7042921B2 (en) * 2003-07-11 2006-05-09 Emcore Corporation Complex coupled single mode laser with dual active region
KR100566186B1 (ko) * 2003-08-20 2006-03-29 삼성전자주식회사 파장 잠김된 채널을 생성하는 페브리-페롯 레이저와 그제작 방법
TWI400032B (zh) * 2008-02-05 2013-06-21 Delta Electronics Inc 散熱模組及其支撐件
US9042416B1 (en) 2013-03-06 2015-05-26 Corning Incorporated High-power low-loss GRINSCH laser
US8964796B2 (en) * 2013-06-18 2015-02-24 Palo Alto Research Center Incorporated Structure for electron-beam pumped edge-emitting device and methods for producing same
JP6206671B2 (ja) * 2014-03-20 2017-10-04 三菱重工業株式会社 レーザ発振冷却装置
US10056735B1 (en) * 2016-05-23 2018-08-21 X Development Llc Scanning UV light source utilizing semiconductor heterostructures
CN114284408B (zh) * 2021-12-28 2023-09-01 江苏第三代半导体研究院有限公司 载流子扩展结构、生长方法及外延片

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6218082A (ja) * 1985-07-16 1987-01-27 Sharp Corp 半導体レ−ザ素子
US5075743A (en) * 1989-06-06 1991-12-24 Cornell Research Foundation, Inc. Quantum well optical device on silicon
US5238868A (en) * 1989-11-30 1993-08-24 Gte Laboratories Incorporated Bandgap tuning of semiconductor quantum well structures
FR2661566B1 (fr) * 1990-04-25 1995-03-31 Commissariat Energie Atomique Laser compact a semi-conducteur du type a pompage electronique.
GB9011813D0 (en) * 1990-05-25 1990-07-18 British Telecomm Fabry-perot modulator
US5111255A (en) * 1990-06-05 1992-05-05 At&T Bell Laboratories Buried channel heterojunction field effect transistor
GB2248966A (en) * 1990-10-19 1992-04-22 Philips Electronic Associated Field effect semiconductor devices
US5208183A (en) * 1990-12-20 1993-05-04 At&T Bell Laboratories Method of making a semiconductor laser
US5126803A (en) * 1991-03-11 1992-06-30 The Boeing Company Broadband quantum well LED
US5189679A (en) * 1991-09-06 1993-02-23 The Boeing Company Strained quantum well laser for high temperature operation

Also Published As

Publication number Publication date
FR2690286A1 (fr) 1993-10-22
EP0566494A1 (de) 1993-10-20
JPH0645697A (ja) 1994-02-18
US5349596A (en) 1994-09-20
DE69309339D1 (de) 1997-05-07
EP0566494B1 (de) 1997-04-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69309339T2 (de) Elektronenstrahl gepumpter Laserresonator mit asymmetrischer Halbleiter-Heterostruktur
DE69414828T2 (de) Ii-vi laserdiode mit vergrabener stegstruktur und herstellungsverfahren
DE69510129T2 (de) Oberflächenemittierende lumineszente Halbleitervorrichtung
DE69104763T2 (de) Nach oben abstrahlende, oberflächenemittierende Laserstrukturen.
DE69217344T2 (de) Abstimmbarer Laser mit gekoppelter Quantumwell-Struktur
DE69328929T2 (de) Ii-vi laserdioden mit durch atomlagen- und migrationsverstaerkte epitaxie aufgewachsenen quantum wells
DE68912429T2 (de) Halbleiterlaser-Vielfachanordnungen.
US4599728A (en) Multi-quantum well laser emitting at 1.5 μm
DE69105079T2 (de) Stegwellenleiterlaser mit vergrabener Heterostruktur und Verfahren zu seiner Herstellung.
DE69220942T2 (de) Blau-gruen diodenlaser
DE69834780T2 (de) Halbleiterlaservorrichtung , optisches Kommunikationssystem unter Verwendung desselben und Herstellungsverfahren
DE69301821T2 (de) Ii-vi laserdiode mit einzelnem quantum well ohne mantelschichten
DE69430524T2 (de) Verfahren zur Herstellung eines p-leitenden ohmschen Kontakts mit variabler Zusammensetzung für p-Typ II-VI Halbleiter
DE3685755T2 (de) Streifenlaser mit transversalem uebergang.
DE69222617T2 (de) Nicht-lineare optische Vorrichtung
DE19723677A1 (de) Optoelektronisches Halbleiterbauelement
DE3625145C2 (de) Kurzwelliger Halbleiterlaser
EP0129592A4 (de) Halbleiterlaser als zielplatte in einer kathodenstrahlröhre.
DE69020367T2 (de) Licht ausstrahlende Vorrichtung.
DE3884366T2 (de) Vorrichtung zur Erzeugung der zweiten Harmonischen, wobei sich die aktive Schicht und die Schicht zur Erzeugung der zweiten Harmonischen auf demselben Substrat befinden.
DE69326783T2 (de) Laserelektronenstrahlröhre
EP0861505B1 (de) Optoelektronisches bauelement in ii-vi-halbleitermaterial
DE68914980T2 (de) Lichtausstrahlende anordnung und verfahren zur herstellung.
DE69610567T2 (de) Lichtemittierende Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren
DE60115351T2 (de) Halbleiterlaser mit gestuftem Substrat zur Lichtemission aus einem schrägstehenden Abschnitt

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee