(57)【要約】  本発明は、２つの光閉込め層（１０４１、１０４２）の間に挿入されたゲイン領域（１０２）を含み、前記ゲイン領域（１０２）が、そのゲイン領域（１０２）への電子の入力と、そのゲイン領域（１０２）からの電子の出力とを含む、量子カスケードレーザ（３００）であって、前記電子の出力側に正孔阻止エリア（３０４）を含むことを特徴とする、前記量子カスケードレーザに関する。
2019507506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの光閉込め層（１０４１、１０４２）の間に挿入されたゲイン領域（１０２）を含み、前記ゲイン領域（１０２）が、そのゲイン領域（１０２）への電子の入力と、そのゲイン領域（１０２）からの電子の出力とを有する、量子カスケードレーザ（３００）であって、
前記レーザが、前記電子の出力の側に正孔阻止エリア（３０４）を含むこと；
前記正孔阻止エリア（３０４）が、価電子帯エネルギープロファイル（４０２）を有し、そのエネルギープロファイルが、前記ゲイン領域（１０２）への前記電子の入力から前記ゲイン領域（１０２）からの前記電子の出力へと進む方向において、局所的最小値（４０６）に達するまで減少し、その後、増加すること；
を特徴とする、前記量子カスケードレーザ。
【請求項２】
前記局所的最小値（４０６）の下流で、前記電子の入力から前記電子の出力へと進む方向において、前記正孔阻止エリア（３０４）における前記価電子帯エネルギーが、周囲温度における熱エネルギー以上の値、特には２５ｍｅＶ以上の値、および、好ましくは５０ｍｅＶ以上の値だけ増加することを特徴とする、請求項１に記載のレーザ（３００）。
【請求項３】
前記正孔阻止エリア（３０４）が有効な禁止帯エネルギー（４０８）を有し、この禁止帯エネルギー（４０８）が、前記ゲイン領域（１０２）への前記電子の入力から前記ゲイン領域（１０２）からの前記電子の出力へと進む方向において、増加し、最大値に達し、その後、減少することを特徴とする、前記請求項１または２に記載のレーザ（３００）。
【請求項４】
前記ゲイン領域（１０２）および前記正孔阻止エリア（３０４）が、それぞれ、井戸層（１０８、３０６）と障壁層（１１０、３０８）との積層体を含んでおり、前記正孔阻止エリア（３０４）の少なくとも１つの井戸層（３０６）の厚さが、前記ゲイン領域（１０２）における少なくとも１つの井戸層（１０８）の厚さよりも小さいことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ（３００）。
【請求項５】
前記正孔阻止エリア（３０４）における前記井戸層（３０６）の厚さが、前記ゲイン領域（１０２）への前記電子の入力から前記ゲイン領域（１０２）からの前記電子の出力へと進む方向において、最小値に達するまで減少し、その後、増加することを特徴とする、請求項４に記載のレーザ（３００）。
【請求項６】
前記正孔阻止エリア（３０４）における少なくとも１つの井戸層（３０６）の厚さが、前記ゲイン領域の少なくとも１つの井戸層（１０８）の厚さの８０％以下、特には５０％以下であることを特徴とする、請求項４または５に記載のレーザ（３００）。
【請求項７】
前記ゲイン領域（１０２）および前記正孔阻止エリア（３０４）が、それぞれ、井戸層（１０８、３０６）と障壁層（１１０、３０８）との積層体を含んでおり、前記正孔阻止エリア（３０４）の少なくとも１つの障壁層（３０８）の厚さが、前記ゲイン領域（１０２）における少なくとも１つの障壁層（１１０）の厚さよりも大きいことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のレーザ（３００）。
【請求項８】
前記正孔阻止エリア（３０４）における障壁層（３０８）の厚さが、前記ゲイン領域（１０２）への前記電子の入力から前記ゲイン領域（１０２）からの前記電子の出力へと進む方向において、最大値に達するまで増加し、その後、減少することを特徴とする、請求項７に記載のレーザ（３００）。
【請求項９】
前記正孔阻止エリア（３０４）の少なくとも１つの障壁層（３０８）の厚さが、前記ゲイン領域（１０２）における少なくとも１つの障壁層（１１０）の厚さの１５０％以上、特には２００％以上であることを特徴とする、請求項７または８に記載のレーザ（３００）。
【請求項１０】
前記ゲイン領域（１０２）が、井戸層（１０８、３０６）と障壁（１１０、３０８）との積層体を含んでいること；および
前記正孔阻止エリア（３０４）における井戸層（３０６）または障壁層（３０８）の少なくとも１つ、特にはそれぞれが、Ｎドープされたタイプであること；
を特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のレーザ（３００）。
【請求項１１】
前記ゲイン領域（１０２）、前記正孔阻止エリア（３０４）が、それぞれ、いくつかの井戸層（１０８、３０６）といくつかの障壁層（１１０、３０８）とが交互に配置された積層体によって形成されていること；および
−各井戸層（１０８、３０６）が、ヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）から製造されていること、および／または
−各障壁層（１１０、３０８）が、アンチモン化アルミニウム（ＡｌＳｂ）から製造されていること；
を特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のレーザ（３００）。
【請求項１２】
前記ゲイン領域（１０２）が、井戸層（１０８、３０６）と障壁層（１１０、３０８）との積層体を有し、前記正孔阻止エリア（３０４）が、前記電子の出力側において、層の前記積層体のサブアセンブリによって形成されていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のレーザ（３００）。
【請求項１３】
前記正孔阻止エリアが、前記ゲイン領域から独立して、層の積層体の形態で形成されていることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のレーザ。
【請求項１４】
前記正孔阻止エリアが、単一の層の形態で形成されており、組成が連続的に変動する合金から製造されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、量子カスケードレーザに関する。
【０００２】
本発明の分野は、半導体レーザの分野であり、より詳細には、量子カスケードレーザの分野である。
【従来技術】
【０００３】
量子カスケードレーザは、「クラッド」とも呼ばれ、光導波路を形成する２つの閉込め層の間に挿入された多重量子井戸構造によって形成されたゲイン領域によって構成された半導体ヘテロ構造に基づいて製造されるレーザである。「スペーサ」と呼ばれる、低い光吸収性を備えた受動層を、ゲイン領域と閉込め層との間に配置することができる。
【０００４】
ゲイン領域は一般に、１つの井戸層と、１つの障壁層とを備える層の対の組立体の積層体で構成される。
【０００５】
この構造体は、それが構成されている層に直交して流れる電流によってエネルギーが供給される。ゲイン領域内の電場は、１０ｋＶ／ｃｍほどから１００ｋＶ／ｃｍを超えるまでの極めて高い値に達することができる。
【０００６】
しかしながら、量子カスケードレーザは、「正孔電流」とも呼ばれる寄生電流を受け、これは、とりわけ周囲温度においてレーザの性能を減少させる。この電流は、ゲイン領域からの電子の出力のエリア内に生じた正孔によって形成され、これはゲイン領域内に伝播する。加えて、正孔電流は、熱により活性化され、正孔の衝突による電離のメカニズムにより増強される場合がある。
【０００７】
寄生電流の値は、使用される材料の禁制帯のエネルギーが減少するほど、大きくなる。
【０００８】
本発明の目的は、このような欠点を克服することである。
【０００９】
本発明の別の目的は、より低い正孔電流を有する、または正孔電流を全く持たない量子カスケードレーザを提案することである。
【００１０】
本発明の目的はまた、とりわけ周囲温度においてより優れた性能を有する量子カスケードレーザを提案することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、たとえ使用される材料の禁制帯のエネルギーが低い場合でも、その性能がそれほど減少しない量子カスケードレーザを提案することである。
【発明の開示】
【００１２】
本発明は、２つの光閉込め層の間に挿入されたゲイン領域を有し、前記ゲイン領域は、ゲイン領域への電子の入力と、前記ゲイン領域からの電子の出力とを有する、量子カスケードーザーによってこれらの目的の少なくとも１つを達成することを可能にする。
【００１３】
本発明によると、量子カスケードレーザは、正孔阻止エリアを有する。
【００１４】
よって、本発明は、前記レーザ内での正孔の伝播を阻止するためのエリアが備わった量子カスケードレーザを提案する。結果として、前記レーザ内に生じた正孔は、とりわけ前記レーザの価電子帯において生じた正孔は、もはやゲイン領域内に伝播することができず、とりわけゲイン領域からの電子の出力から、ゲイン領域への電子の入力へ伝播することはできない。
正孔の伝播が、正孔阻止エリアによって形成された障壁によって阻止されるため、ゲイン領域における正孔電流は、極めて低い、またはゼロの場合すらある。
【００１５】
よって、本発明は、とりわけ周囲温度においてより優れた性能を有する量子カスケードレーザを取得することを可能にする。加えて、たとえ本発明によるレーザを製造するのに使用される材料の禁制帯のエネルギーが低い場合でも、このような量子カスケードレーザの性能は、それほど減少しない。
【００１６】
好ましくは、正孔阻止エリアは、ゲイン領域からの電子出力側に配置することができる。
【００１７】
より詳細には、正孔阻止エリアは、ゲイン領域と閉込め層との、またはゲイン領域とスペーサタイプの受動層との接合部に配置することができる。
【００１８】
好ましくは、正孔阻止エリアは、ゲイン領域への電子の入力からゲイン領域からの電子の出力へと進む方向において、局所的最小値（ｌｏｃａｌ  ｍｉｎｉｍｕｍ）に達するまで減少し、その後増加する、価電子帯エネルギープロファイルを有することができる。
【００１９】
このようなエネルギープロファイルは、ゲイン領域内の正孔の伝播に対抗するのに有効な障壁を構成する。
【００２０】
井戸層と、障壁層との積層体によって構成されるエリアの場合、「価電子帯のエネルギープロファイル」によって、障壁層／材料によるエネルギーの不連続性を排除した、井戸層／材料における価電子帯の位置によって得られるプロファイルを意味している。
【００２１】
非制限的な実施形態では、電子の入力から電子の出力まで進む方向における局所的最小値の下流で、正孔阻止エリアにおける価電子帯のエネルギープロファイルは、周囲温度における熱エネルギー以上である、特には２５ｍｅＶ以上である所定の値だけ、および好ましくは５０ｍｅＶ以上である所定の値だけ増加することができる。
【００２２】
換言すると、局所的最小値の後の価電子帯のエネルギーの増加は、最大の予想される作動温度における熱エネルギー以上である所定の値を有することができる。
【００２３】
好ましいが非制限的な実施形態によると、所定の値は、２５ｍｅＶ以上である。
【００２４】
好ましいが非制限的な実施形態によると、所定の値は、５０ｍｅＶ以上である。
【００２５】
井戸層に使用される材料がＩｎＡｓである場合、上記に提示したエネルギーの値がとりわけ適切であるが、この材料に限定される訳ではない。
【００２６】
そのようなエネルギーの増加は、ゲイン領域における正孔の伝播に対抗するのに有効なエネルギー障壁を生み出すことを可能にする。正孔はこうして、局所的最小値の下流に限定され、局所的最小値の上流に移ることはできない。
【００２７】
好ましい変形例によると、正孔阻止エリアは、ゲイン領域への電子の入力からゲイン領域からの電子の出力に進む方向において、増加して最大値に達し、その後、減少する、有効な禁止帯エネルギーを有することができる。
【００２８】
本発明において、「有効な禁止帯エネルギー」は、井戸材料の価電子帯と伝導帯との間の禁止帯エネルギーと、第１のレベルの電子の閉込めエネルギーと、第１のレベルの正孔の閉込めエネルギーとの合計を表している。
【００２９】
一実施形態によると、ゲイン領域および正孔阻止エリアは各々、井戸層と障壁層との積層体を有し、特には、１つの井戸層と１つの障壁層とで構成された層の対の繰り返しを有する。
【００３０】
本発明によるレーザの有利な変形例では、正孔阻止エリアの少なくとも１つの井戸層の厚さは、ゲイン領域における少なくとも１つの井戸層の厚さより薄い場合がある。
【００３１】
正孔阻止エリアが、ゲイン領域に対してより薄い厚さの井戸層を含むという事実は、価電子帯のエネルギープロファイルにおける局所的最小値、および有効な禁止帯エネルギーにおける局所的最大値をそれぞれ生み出すことを可能にする。
【００３２】
本発明のとりわけ有利な実施形態によると、正孔阻止エリアの井戸層の厚さは、ゲイン領域への電子の入力からゲイン領域からの電子の出力に進む方向において、最小値に達するまで減少し、その後、増加する。
【００３３】
特には、正孔阻止エリアにおける井戸層の厚さの減少、増加はそれぞれ、漸進的な場合、または不連続の場合がある。
【００３４】
より詳細には、正孔阻止エリアの井戸層は、
−ゲイン領域における井戸層の厚さ（特には、最後の井戸層の厚さ）に相当する、開始値と呼ばれる値から、前記開始値の２分の１に相当する最小値と呼ばれる値まで、次第に減少し、
−その後、前記最小値から始まって、前記開始値以上である終了値と呼ばれる値に達するまで、次第に増加する厚さを有することができる。
【００３５】
特には、正孔阻止エリアの少なくとも１つの井戸層の厚さは、ゲイン領域の少なくとも１つの井戸層の厚さの８０％以下、特には５０％以下の場合がある。
【００３６】
本発明者等は、ゲイン領域における井戸層の最大の厚さの５０％に等しい正孔阻止エリアにおける最小の井戸層の厚さによって、ゲイン領域における正孔の伝播に対抗するのに有効な障壁を得ることが可能であることに注目した。
【００３７】
井戸層に関して上記に記載したものの代替としてまたはこれに加えて、正孔阻止エリアの少なくとも１つの障壁層の厚さは、ゲイン領域における少なくとも１つの障壁層の厚さより大きいことが有利であり得る。
【００３８】
正孔阻止エリアが、ゲイン領域に対してより大きな厚さの障壁層を含むという事実は、価電子帯のエネルギープロファイルにおける局所的最小値と、有効な禁止帯エネルギーにおける局所的最大値とをそれぞれ生み出すことを可能にする。
【００３９】
とりわけ有利な実施形態によると、前記正孔阻止エリアにおける障壁層の厚さは、ゲイン領域への電子の入力から、ゲイン領域からの電子の出力に進む方向において、局所的最大値に達するまで増加し、その後、減少する。
【００４０】
特には、正孔阻止エリアにおける障壁層の厚さの増加、減少はそれぞれ、漸進的な場合、または不連続の場合がある。
【００４１】
より詳細には、正孔阻止エリアの障壁層は、
−ゲイン領域における障壁層の厚さ（特には、最後の障壁層の厚さ）に相当する開始値と呼ばれる値から、前記開始値の２倍に相当する最大値と呼ばれる値に達するまで、次第に増加し、
−その後、前記開始値以下の値に達するまで、前記最大値から始まって次第に減少する値を有することができる。
【００４２】
特には、正孔阻止エリアの少なくとも１つの障壁層の厚さは、ゲイン領域における少なくとも１つの障壁層の厚さの１５０％以上、特には２００％以上である場合がある。
【００４３】
本発明者等は、ゲイン領域における障壁層の最大の厚さの２００％に等しい正孔阻止エリアにおける最大の障壁層の厚さが、ゲイン領域における正孔の伝播に対抗するのに有効な障壁を取得することを可能にすることに注目した。
【００４４】
好ましくは、正孔阻止エリアにおいて、少なくとも１つの、特には各井戸層または障壁層は、Ｎドープすることができる。
【００４５】
Ｎドーピングは、前記正孔阻止エリアの開始点および終点に対して、正孔阻止エリアの中心において、より大きくなり得る。
【００４６】
上記に記載したように、ゲイン領域、正孔阻止エリアはそれぞれ、複数の井戸層と、複数の障壁層を交互に配置した積層体によって形成することができる。
【００４７】
好ましいが非制限的な実施形態によると、ゲイン領域、正孔阻止エリアそれぞれにおける各井戸層は、ヒ化インジウム（ｉｎＡｓ）から製造することができる。
【００４８】
好ましいが非制限的な実施形態によると、ゲイン領域、正孔阻止エリアそれぞれにおける各障壁層は、アンチモン化アルミニウム（ＡｌＳｂ）から製造することができる。
【００４９】
本発明によるレーザの第１の変形例によると、ゲイン領域が、井戸層と障壁層との積層体によって（特には、１つの井戸層と１つの障壁層で構成された層の重ね合わされた対の積層体によって）製造される場合には、それゆえ、正孔阻止エリアは、電子の出力側において（特には、前記ゲイン領域と閉込め層との接合のレベルでの、または、前記ゲイン領域とスペーサタイプの受動層との接合のレベルでの）、前記の層の積層体のサブアセンブリによって形成することができる。
【００５０】
第２の変形例によると、正孔阻止エリアは、ゲイン領域とは独立して、層の積層体の形態で存在し得る。
【００５１】
このような独立した正孔阻止エリアは、
−ゲイン領域と直接接触して、または
−例えば注入器を介してゲイン領域と間接的に接触して配置することができる。
【００５２】
正孔阻止エリアは、前記ゲイン領域からの電子の出力側で、例えば、ゲイン領域とのスペーサの間に配置することができる。
【００５３】
別の実施形態によると、正孔阻止エリアは、複数の井戸層と、複数の障壁層の積層体によって形成されない場合もある。
【００５４】
このような実施形態では、正孔阻止エリアは、上記に記載した価電子帯のエネルギープロファイルおよび／または有効な禁止帯のエネルギープロファイルを再現するために、組成が連続的に変化する合金から製造された単一の層によって形成することができる。
【００５５】
このような合金は、低エネルギーの禁止帯を有する材料（例えば、ヒ化インジウム（ＩｎＡｓ））と、高エネルギーの禁止帯を有する材料（例えば、アンチモン化アルミニウム（ＡｌＳｂ））を基にして作られた合金であってよい。
【００５６】
このような合金は、特には、
Ｒ＝（低エネルギーの禁止帯を有する材料の含有量）／（高エネルギーの禁止帯を有する材料の含有量）として定義された比Ｒを有し、この値は、最小値に達するまで開始値から次第に減少し、その後、（特には、前記開始値以上である）終了値と呼ばれる値に達するまで増加する。
【００５７】
量子カスケードレーザは、３μｍ以上、特には１２μｍ以上、より特には１５μｍ以上である波長を有する光波を生成するために使用することができる。
【００５８】
本発明によるレーザは、例えば、汚染のモニタリングのため、制御用途のため、医療目的のため、または例えばレーザが、きれいな、すなわち汚染されていない空気によって吸収されない放射を発するなど法的要件を遵守するためなど、微量のガスを検出、測定および／またはモニタリングするのに使用することができる。
【００５９】
本発明によるレーザは、分子分光法のために有利に使用することができ、
特には、
−コカイン、ヘロイン、大麻などのドラッグ、
−六フッ化硫黄（ＳＦ６）または六フッ化ウラン、
−揮発性の有機化合物、例えばフランまたはギ酸、
−爆薬の製造に使用される化合物、または
−酸化窒素の検出、測定および／またはモニタリングを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
本発明の他の利点および特徴は、決して制限的ではない一実施形態の詳細な記載および添付の図面を検討する際に明らかになるであろう。
−図１は、従来技術の量子カスケードレーザの一実施形態の概略図である。
−図２は、図１におけるレーザのバンド構造の概略図である。
−図３は、本発明による量子カスケードレーザの一実施形態の概略図である。
−図４は、図３におけるレーザのバンド構造の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
これ以降に記載される実施形態は、決して制限的なものではないことを十分理解されたい。本発明の変形例は、この特徴の選択が、技術的利点を与えるのに十分である、または本発明を従来技術の最新ものに対して区別するのに十分である場合、記載される他の特徴から切り離して、これ以降記載される特徴の選択のみを有するとみなすことができる。この選択は、この部分単独で技術的利点を与えるのに十分である、または本発明を従来技術の最新ものに対して区別するのに十分である場合、構造的詳細なしで、または構造的詳細の一部のみを有する、少なくとも１つの、好ましくは機能的な特徴を有する。
【００６２】
図面において、複数の図面に対して共通である要素は、同一の参照番号を保持する。
【００６３】
図１は、従来技術の量子カスケードレーザの一実施形態の概略図である。
【００６４】
図１に示されるレーザ１００は、「クラッド」とも呼ばれ、光導波路を形成する、例えばＮドープされたＩｎＡｓタイプなどの、ゲイン領域のものより低い光学指数を有する材料から作成された２つの閉込め層１０４１と１０４２との間に配置されたゲイン領域１０２を含む。
【００６５】
ゲイン領域１０２および各閉込め層１０４１および１０４２は、数ミクロンほどの厚さ、通常は２〜５ミクロン程の厚さを有する。
【００６６】
レーザ１００はまた、ゲイン領域１０２と、各閉込め層１０４１および１０４２それぞれとの間に、極めて低い光吸収性を有し、「スペーサ」とも呼ばれる、軽度にドープされたＩｎＡｓによって製造された層１０６１および１０６２をそれぞれ含むこともできる。
【００６７】
各スペーサ１０６１および１０６２は、数μｍほどの厚み、通常は１〜３μｍほどの厚さを有する。
【００６８】
ゲイン領域１０２は、１つの井戸層１０８ｉと１つの障壁層１１０ｉとを有する層の対の積層体によって形成され、ここで１＜ｉ＜ｎであり、ｎは整数、例えば４００に等しい。各井戸層１０８は、ヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）から製造され、各障壁層１１０は、ＡｌＳｂから製造される。
【００６９】
各井戸層１０８は、８ｎｍほどの厚さを有する。当然のことながら、ゲイン領域１０２における井戸層の厚さは、変更することができる。
【００７０】
加えて、各障壁層１１０は、０．５ｎｍほどの厚さを有する。当然のことながら、ゲイン領域１０２における障壁層の厚さは可変であり得る。
【００７１】
作動中、電流が、層１０４〜１１０に直交する方向に送り込まれる。図１に示される例では、電流１１２は、層１０４２および１０６２の側でレーザに進入し、層１０４１および１０６１の側でレーザ１００から出て行く。結果として、電荷キャリア、すなわち電子は、層１０４１および１０６１の側でゲイン領域１０２に進入し、層１０４２および１０６２の側でゲイン領域１０２から出て行く。
【００７２】
図２は、作動中の、図１におけるレーザのエネルギーバンドの構造の概略図である。
【００７３】
ｙ軸は、ゲイン領域１０２の厚さに対応する距離に対するエネルギーレベルを提示し、６０ｎｍ地点は、ゲイン領域１０２への電子の入力、すなわちゲイン領域１０２の最初の層１０８１に相当し、距離４２０ｎｍは、ゲイン領域１０２における電子の出力、すなわちゲイン領域の最後の層１１０ｎに相当する。
【００７４】
このように、障壁層１１０ｉにおける価電子帯のエネルギーの不連続性が除外された場合、価電子帯のエネルギープロファイル２０２は、単調減少であることに留意されたい。同一の観察が、伝導帯のエネルギープロファイル２０４にも適用される。
【００７５】
このような条件の下で、正孔のポピュレーションは、バンド間の熱生成または衝突電離によって電子の出力側において、すなわち層１１０ｎの側において価電子帯に現れる。生じた正孔はその後、電子の出力から電子の入力まで価電子帯を通って進み、これは、図２における矢印２０６によって表される正孔電流を発生させる。
【００７６】
この正孔電流２０６は、寄生電流であり、量子カスケードレーザ１００の性能を減少させる。
【００７７】
図３は、本発明による量子カスケードレーザの非制限的実施形態の概略図である。
【００７８】
本発明によるレーザ３００は、図１におけるレーザ１００の全ての要素を有する。
【００７９】
特には、レーザ３００は、図１におけるレーザ１００のゲイン領域１０２を有する。
【００８０】
レーザ３００は、ゲイン領域１０２に加えて、ゲイン領域１０２とスペーサ１０６２との間に配置された正孔阻止エリア３０４を有し、ゲイン領域１０２と正孔阻止エリアは共に、スペーサ１０６１と１０６２との間に位置するエリア３０２を形成している。この正孔阻止エリア３０４の目的は、エリア３０２からの電子の出力からゲイン領域１０２の電子の入力までの価電子帯における正孔の伝播を阻止することである。
【００８１】
正孔阻止エリア３０４は、１つの井戸層３０６ｉと、１つの障壁層３０８ｉとを有する層の対の積層体によって形成され、ここで１＜ｉ＜ｋであり、ｋは整数であり、例えば３０に等しい。各井戸層３０６ｉは、ヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）から製造され、各障壁層３０８ｉは、ＡｌＳｂから製造される。
【００８２】
加えて、正孔阻止エリア３０４の井戸層３０６ｉは、
−ゲイン領域１０２における井戸層１０８ｉの厚さに相当する（開始値と呼ばれる）値から、（例えば、前記開始値の２分の１に相当する）最小値と呼ばれる値に達するまで次第に減少し、
−その後、前記開始値以上である値に達するまで、前記最小値から始まって次第に増加する厚さを有することができる。
【００８３】
特には、正孔阻止エリア３０４の最初の井戸層３０６１は、ゲイン領域１０２の最後の井戸層１０８ｎに等しい厚さを有し、例えば８ｎｍほどの厚さを有する。加えて、正孔阻止エリア３０４の最後の井戸層３０６ｋは、正孔阻止エリア３０４の最初の井戸層３０６１を上回るか、またはそれと等しい厚さを有する。正孔阻止エリア３０４の最初の井戸層３０６１と最後の井戸層３０６ｋとの間で、井戸層３０６ｉの厚さは、例えば正孔阻止エリア３０４の中心に位置する井戸層において、最小値、例えば４ｎｍに達するまで減少し、その後、正孔阻止エリア３０４の最後の井戸層３０６ｋにおいて、正孔阻止エリア３０４の最初の井戸層３０６１の厚さ以上である値、例えば８ｎｍほどの値に達するまで増加する。
【００８４】
加えて、または代替として、正孔阻止エリア３０４の障壁層３０８ｉは、
−ゲイン領域１０２における障壁層１１０ｉの厚さに相当する開始値と呼ばれる値から、（例えば、開始値の２倍に相当する）最大値と呼ばれる値に達するまで次第に増加し、
−その後、前記最大値から始まって最大限でも開始値に等しい値に達するまで次第に減少する厚さを有することができる。
【００８５】
特には、正孔阻止エリア３０４の最初の障壁層３０８１は、ゲイン領域１０２の最後の障壁層１１０ｎに等しい厚さ、例えば０．５ｎｍほどの厚さを有する。加えて、正孔阻止エリア３０４の最後の障壁層３０８ｋは、正孔阻止エリア３０４の最初の障壁層３０８１以下である厚さを有する。正孔阻止エリア３０４の最初の障壁層３０８１と最後の障壁層３０８ｋとの間で、障壁層３０８ｉの厚さは、例えば正孔阻止エリア３０４の中心に位置する障壁層３０８ｉにおいて、最大値、例えば１ｎｍに達するまで増加し、その後、正孔阻止エリア３０４の最後の障壁層３０８ｋにおいて、正孔阻止エリア３０４の最初の障壁層３０８１以下である値、例えば０．５ｎｍほどの値に達するまで減少する。
【００８６】
加えて、正孔阻止エリアの各井戸層３０６ｉまたは各障壁層３０８ｉは、Ｎドープタイプであってよい。ドーピングは、正孔阻止エリア３０４の中心部において最大である。
【００８７】
上記の直前に記載した実施例では、正孔阻止エリアの井戸層および障壁層の厚さは変化する。当然のことながら、本発明はこの実施形態に制限されない。例えば、正孔阻止エリアの井戸層の厚み、障壁層の厚さのみがそれぞれ上記に記載した変化を有する、本発明によるレーザを想定することも可能である。
【００８８】
さらに、上記の直前に記載した実施例では、正孔阻止エリアは、井戸層と、障壁層との積層体によって形成される。当然のことながら、本発明はこの実施形態に制限されない。例えば、その組成が連続的に変化する合金から形成された単一の層の形態の正孔阻止エリアを想定することも可能である。こうした正孔阻止エリアは、例えばヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）の井戸材料と、例えばアンチモン化アルミニウム（ＡｌＳｂ）の障壁材料との合金によって製造される場合もあり、その（井戸材料の含有量）／（障壁材料の含有量）の比は、最小値に達するまで開始値から次第に減少し、その後、前記開始値以上である終了値に達するまで増加する。
【００８９】
図４は、作動中の、図３におけるレーザのエネルギーバンドの構造の概略図である。
【００９０】
ｙ軸は、領域３０２の厚さに対応する距離に対するエネルギーレベルを提示し、６０ｎｍ地点は、ゲイン領域１０２への電子の入力、すなわちゲイン領域１０２の最初の層１０８１に相当し、距離４２０ｎｍ地点は、障壁層１１０ｎおよび井戸層３０６１、すなわち正孔阻止エリア３０４の開始に相当する。５６０地点のｎｍは、正孔阻止エリア３０４の終了に相当し、およびこれにより領域３０２の終了に相当する。
【００９１】
よって、障壁層１１０ｉおよび３０８ｉにおけるエネルギーバンドの不連続性が排除された場合、価電子帯のエネルギープロファイル４０２は、
−正孔阻止エリア３０４の中心部において、特には４７０ｎｍ地点において、局所的最小値４０６に達するまで減少し、
−その後、正孔阻止エリアの開始に相当するエネルギーレベルに達するまで増加することに留意されたい。
【００９２】
エネルギーは、図４に示される例において局所的最小値４０６が２５０ｍｅＶほどになった後に増加する。
【００９３】
換言すると、有効な禁止帯エネルギーは、ゲイン領域１０２からの出力の有効な禁止帯エネルギーから始まって、最大値４０８に達するまで次第に増加し、その後、隣接するスペーサ領域１０６２の禁止帯に近い値まで次第に減少する。
【００９４】
それ故、作動中、価電子帯のエネルギープロファイル４０２の局所的最小値４０６、有効な禁止帯エネルギーの局所的最大値４０８は、それぞれ、価電子帯におけるポテンシャル障壁を構成し、これは、領域３０２からの電子の出力側で、すなわち層３０８ｋの側で、前記価電子帯内に生じた正孔の伝播に対抗する。
【００９５】
価電子帯内に生じた正孔は、価電子帯のエネルギープロファイル４０２の前記局所的最小値４０６の下流で、有効な禁止帯エネルギーの局所的最大値４０８の下流で、それぞれ、阻止されたままである。換言すると、価電子帯において生じた正孔は、前記最小値、前記最大値のそれぞれと、領域３０２からの電子の出力との間で、阻止されたままである。
【００９６】
当然のことながら、本発明は上記に詳細に記載した例に制限されない。
【００９７】
特には、他の材料が井戸層および障壁層のために使用される場合もある。同様に、指摘される層の数、層の寸法およびエネルギー値は決して制限するものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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