DE3005536C2

DE3005536C2 - Laser element

Info

Publication number: DE3005536C2
Application number: DE3005536A
Authority: DE
Inventors: Kakuei Hirakata Osaka Matsubara; Toshinori Nagaokakyo Kyoto Takagi
Original assignee: Futaba Corp
Current assignee: Futaba Corp
Priority date: 1979-02-16
Filing date: 1980-02-14
Publication date: 1982-10-21
Also published as: JPS55110089A; GB2044519B; DE3005536A1; GB2044519A; JPS5719585B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Laserelement mit einem einkristallinen Zinkoxidkörper.The invention relates to a laser element with a single-crystal zinc oxide body.

Ein derartiges Laserelement mit einem einkristallinen Zinkoxidkörper ist bekannt (Applied Physics Letters 9 [1966], Nr. I,Seiten 13/15).Such a laser element with a monocrystalline zinc oxide body is known (Applied Physics Letters 9 [1966], No. I, pages 13/15).

Bekanntlich werden die verschiedenen Laser als optische Quellen oder optische Verstärker für optische Kommunikations- oder Nachrichtensysteme, optische, integrierte Schaltungen oder für optische Datenverarbeitung verwendet. Als optische Quellen oder Verstärker werden Halbleiterlaser eingesetzt, da deren Abmessungen klein sein können und sie in festem Zustand vorliegen. Allerdings war es bisher erforderlich, die Halbleiterlaserelemente mit hoher Kristallqualitäi herzustellen, um die erwünschte Laseremission zu erhalten. Um die hohe Kristallqualität zu erreichen war es erforderlich, komplizierte und hochempfindliche Herstellungsverfahren einzusetzen. Dadurch wird wiederum die gewerbliche Ausnutzbarkeit der bekannten Halbleiterlaserelemente beschränkt.It is known that the various lasers are used as optical sources or optical amplifiers for optical Communication or message systems, optical, integrated circuits or for optical data processing used. Semiconductor lasers are used as optical sources or amplifiers because their Dimensions can be small and they are in a solid state. However, up until now it has been necessary manufacture the semiconductor laser elements with high crystal quality to achieve the desired laser emission obtain. In order to achieve the high crystal quality it was necessary to be complex and highly sensitive To use manufacturing processes. This, in turn, makes the known Semiconductor laser elements limited.

Dagegen ließe sich ein Laser der eingangs genannten Art mit einem einkristallinen Zinkoxidkörper leicht herstellen. Ein solcher Laser ist nämlich in dünnen Filmen herstellbar und wäre im Prinzip für den herkömmlichen Halbleiterlaser einsetzbar. Der bekannte ZnO-Laser emittiert jedoch Strahlung im ultraviolet ten Bereich bei Temperaturen nahe der Temperatur des flüssigen Stickstoffs. Insbesondere die Emission im UV und das Erfordernis der tiefen Temperatur macht diesen bekannten Laser ungeeinget für eine Vielzahl von Anwendungsfällen.On the other hand, a laser of the type mentioned at the beginning with a single-crystal zinc oxide body could easily be used produce. Such a laser can namely be produced in thin films and would in principle be for the conventional semiconductor lasers can be used. The known ZnO laser, however, emits radiation in the ultraviolet th range at temperatures close to the temperature of liquid nitrogen. In particular, the emission in the UV and the requirement of the low temperature makes this known laser unsuitable for a variety of Use cases.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, das Laserelement der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß es bei normaler Temperatur rote Laserstrahlung emittiert, ohne dabei einen erhöhten Herstellungsaufwand zu erfordern und somit für den herkömmlichen Halbleiterlaser einsetzbar ist.It is therefore the object of the invention to improve the laser element of the type mentioned so that it is at normal temperature emits red laser radiation without increasing manufacturing costs require and can therefore be used for the conventional semiconductor laser.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Merkmale gelöst.This object is achieved according to the invention by what is stated in the characterizing part of claim 1 Features solved.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 5 angegeben.Advantageous further developments of the invention are specified in claims 2 to 5.

Die Erfindung ermöglicht ein Laserelement, das wirksam als optische Quelle oder Verstärker für optische Kommunikationssysteme oder optische integrierte Schaltungen anstelle der bisher verwendeten Halbleiterlaser anwendbar ist Das Laserelement nach der Erfindung ist in den Abmessungen kleiner und ist in einem dünnen Film herstellbar, so daß es einfach behandelt und in verschiedene optische Systeme eingebaut werden kann. Außerdem kann das erfindungsgemäße Lasereiemeni durch einfache Fertigung ic und Herstellungssteuerung bei im Vergleich zu bisherigen Halbleiterlasern verringertem Fertigungsaufwand hergestellt werden.The invention enables a laser element that is effective as an optical source or amplifier for optical communication systems or optical integrated circuits instead of those previously used Semiconductor laser is applicable. The laser element according to the invention is smaller in size and is in a thin film so that it can be easily handled and incorporated into various optical systems can be built in. In addition, the laser tool according to the invention can be easily manufactured ic and manufacturing control at compared to previous Semiconductor lasers can be manufactured with reduced manufacturing costs.

Das ZnO-Laserelement nach der Erfindung strahlt rote Laserstrahlung mit einer Spitzenwert-Wellenlänge ι⁵ von ca. 695 nm bei Raumtemperatur ab.The ZnO laser element according to the invention emits red laser radiation with a peak wavelength ι ⁵ of approximately 695 nm at room temperature.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Laserelements und dessen Herstellungsverfahrens werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert Es zeigtEmbodiments of the laser element according to the invention and its production method are explained in more detail below with reference to the drawings

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung für ein reaktives Agglomerat-Aufdampf-Verfahren, das zum Herstellen des Laserelements geeignet ist Fig.2 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Messen des Emissionsspektrums eines Laserelementes nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,F i g. 1 a schematic representation of a device for a reactive agglomerate vapor deposition process, which is suitable for producing the laser element Fig.2 is a block diagram of a device for Measuring the emission spectrum of a laser element according to an embodiment of the invention,

F i g. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Lichtwellenlänge und der relativen Lichtstärke des Laserelements,F i g. 3 is a diagram for explaining the relationship between the light wavelength and the relative one Light intensity of the laser element,

Fig.4 Emissionsspektrum des Laserelements bei Elektronenanregung in dreidimensionaler Darstellung mit der Beschleunigungsspannung für die Elektronen als Parameter,Fig. 4 Emission spectrum of the laser element with electron excitation in three-dimensional representation with the acceleration voltage for the electrons as a parameter,

F i g. 5 ein Diagramm zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Beschleunigungsspannung und der Licht-'5 stärke des Laserelements undF i g. Fig. 5 is a diagram for explaining the relationship between the accelerating voltage and the light-'5 strength of the laser element and

F i g. 6(a) bis 6(d) tatsächliche Anordnungen des Laserelements.F i g. 6 (a) to 6 (d) actual arrangements of the laser element.

Das vorliegende ZnO-Laserelement kann durchThe present ZnO laser element can by

verschiedene Methoden hergestellt werden. In einem Ausführungsbeispiel, das weiter unten beschrieben ist, wird das ZnO-Laseremissionselement durch ein Agglomerat-Aufdampf-Verfahren mit reaktiven ionischen Agglomeraten hergestellt, das vorzugsweise anwendbar ist, um eine einkristalline Dünnschicht zu bilden, und dem einfach Fremdstoffe zusetzbar sind.different methods can be produced. In one embodiment, which is described below, the ZnO laser emission element is made by an agglomerate vapor deposition method made with reactive ionic agglomerates, which is preferably applicable is to form a single crystal thin film and to which foreign matter can be easily added.

F i g. 1 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung für das Agglomerat-Aufdampf-Verfahren. In Fig. 1 ist ein geschlossener Tiegel 1 gezeigt, der mit einer oder mit mehreren Düsen la ausgestattet ist. Der Tiegel 1 enthält zu verdampfende Materialien 2, nämlich Zink (Zn) und Lithium (Li). Dabei ist es möglich, zwei Tiegel vorzuziehen, deren jeder Zn und Li enthält.F i g. 1 is a schematic representation of an apparatus for the agglomerate vapor deposition process. In Fig. 1, a closed crucible 1 is shown which is equipped with one or more nozzles la. Of the Crucible 1 contains materials 2 to be evaporated, namely zinc (Zn) and lithium (Li). It is possible to have two It is preferable to use crucibles each of which contains Zn and Li.

Ein Substrathalter 3 enthält ein Substrat 4, das gegenüber der Düse la des Tiegels 1 positioniert oder justiert ist Eine Kathode 5 ist auf dem Weg des aus der Düse la austretenden Dampfes vorgesehen und kann bei Erwärmung Thermionen emittieren. Eine lonisationselektrode 6 wird auf einem positiven Potential bezüglich der Kathode 5 gehalten und kann die von der Kathode 5 emittierten Elektronen beschleunigen, wodurch diese auf den Dampf auftreffen, so daß der Dampf ionisierbar ist. Weiterhin ist eine Beschleunigungselcktrode 7 zum Beschleunigen des ionisierten Dampfes vorgesehen. Ein Verschluß 8 schirmt das b5 Substrat 4 vor dem Bombardement des Dampfes ab. wenn dies erforderlich ist. Eine Heizeinrichtung 9 ist in der Nähe des Tiegels 1 vorgesehen und kann den Tiegel 1 erwärmen, um das Material 2 zu verdampfen. In derA substrate holder 3 contains a substrate 4 which is positioned opposite the nozzle 1 a of the crucible 1 or is adjusted. A cathode 5 is provided on the path of the steam emerging from the nozzle la and can emit thermions when heated. An ionization electrode 6 is at a positive potential held with respect to the cathode 5 and can accelerate the electrons emitted by the cathode 5, whereby these impinge on the steam, so that the steam can be ionized. There is also an acceleration leak electrode 7 provided for accelerating the ionized vapor. A shutter 8 shields it b5 substrate 4 before the bombardment of the steam. if necessary. A heater 9 is in provided in the vicinity of the crucible 1 and can heat the crucible 1 in order to evaporate the material 2. In the

Nähe der Düse la gibt es ein Gaszufuhrrohr 11 mit einer Gassprühdüse 11a an seinem Abschlußende, das zur Düse la gerichtet ist. Das Gaszufuhrrohr 11 führt ein Gas zu, das zu dem aus der Düse 1 a austretenden Dampf reaktiv ist. Eine Heizeinrichtung 12 dient zum Erwärmen des Substrates 4. Eine (nicht gezeigte) Glasoder Vakuumglocke nimmt alle obenerwähten Bauteile unter einer Hochvakuumatmosphäre auf.Near the nozzle la there is a gas supply pipe 11 with a Gas spray nozzle 11a at its terminal end, which is directed towards the nozzle la. The gas supply pipe 11 is inserted Gas that is reactive to the steam emerging from the nozzle 1 a. A heating device 12 is used for Heat the substrate 4. A glass or vacuum bell jar (not shown) takes all of the above-mentioned components under a high vacuum atmosphere.

Im folgenden wird ein praktisches Beispiel des durch die oben erläuterte Vorrichtung hergesteluen ZnO-Laserelementes näher beschrieben.In the following, a practical example will be made by the above-mentioned apparatus ZnO laser element described in more detail.

Zunächst werden die Materialien 2, die aus einem hochreinen Zn und einem metallischen Lithium bestehen, das in einem Bereich von 0,001 Gew.-°/o bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 Gew.-% bis 0,5 Gew.-% bezüglich des Zn ist, in den Tiegel 1 gebracht, und der Tiegel 1 wird durch die Heizeinrichtung 9 erwärmt, um das Material 2 zu verdampfen. Das aus einem monokristalünen Saphir bestehende Substrat 4 wird auf dem Substrathalter 3 befestigt Bei dem sog. Agglomerat-Aufdampfverfabren (US-PS 40 98 919) wird der Tiegel i so erwärmt, daß der Dampfdruck innerhalb des Tiegels 1 wenigstens 10²fach so hoch wie der Atmosphärendruck um den Tiegel 1 ist. Das heißt, die Temperatur zum Erwärmen des Tiegels 1 wird so gesteuert, daß der Dampfdruck innerhalb des Tiegels 1 wenigstens in einem Bereich von 0,i Pa bis 100 Pa liegt, wenn der Atmosphärendruck um den Tiegel 1 nach der Zufuhr des reaktiven Gases vom Gaszufuhrrohr 11 ca. 10-³ Pa bis 1 Pa beträgt. Im Agglomerat-Aufdampf-Verfahren ist es zweckmäßig, daß die Druckdifferenz zwischen dem Dampfdruck im Tiegel 1 und dim Atmosphärendruck um den Tiegel 1 so hoch als möglich ist.First, the materials 2, which consist of a high-purity Zn and a metallic lithium, which are in a range from 0.001% by weight to 10% by weight, preferably 0.1% by weight to 0.5% by weight. -% with respect to the Zn is brought into the crucible 1, and the crucible 1 is heated by the heater 9 to evaporate the material 2. The substrate 4 consisting of a monocrystalline sapphire is attached to the substrate holder 3. In the so-called agglomerate vapor deposition process (US Pat. No. 4,098,919), the crucible i is heated so that the vapor pressure inside the crucible 1 is at least 10 ² times as high as is the atmospheric pressure around the crucible 1. That is, the temperature for heating the crucible 1 is controlled so that the vapor pressure inside the crucible 1 is at least in a range of 0.1 Pa to 100 Pa when the atmospheric pressure around the crucible 1 after the reactive gas is supplied from the gas supply pipe 11 is about 10- ³ Pa to 1 Pa. In the agglomerate vapor deposition process, it is useful that the pressure difference between the vapor pressure in the crucible 1 and the atmospheric pressure around the crucible 1 is as high as possible.

Die im Tiegel 1 erwärmten und verdampften Materialien 2 werden über die Düse la in den Außenraum des Tiegels 1 ausgestoßen, der auf einem Hochvakuum gehalten ist. Beim Ausstoßen sind die verdampften Materialien einer Unterkühlung ausgesetzt, die durch deren adiabatische Ausdehnung hervorgerufen ist, und deren Atome werden lose miteinander durch van der Waals'sche Kräfte verbunden, wobei eine Anzahl von Agglomeraten entstehen, die jeweils gewöhnlich aus ca. 500 bis 2000 Atomen bestehen, denen eine große kinetische Energie bei Ausstoßen aus der Düse la erteilt wird, so daß sie zum Substrat 4 fliegen.The materials 2 heated and vaporized in the crucible 1 are fed into the via the nozzle la Ejected outside of the crucible 1, which is kept at a high vacuum. When ejecting they are evaporated materials are exposed to supercooling caused by their adiabatic expansion is caused, and their atoms are loosely connected to each other by van der Waals' forces, whereby a number of agglomerates are formed, each usually made up of about 500 to 2000 atoms exist, which a large kinetic energy is given when ejecting from the nozzle la, so that they for Substrate 4 fly.

Wie oben erläutert wurde, ist die Gaszuführdüse 11a des Gaszufuhrrohres U zur Düse la des Tiegels 1 gerichtet. Das Gaszufuhrrohr 11 speist eine kleine Menge an Sauerstoff-(O2)-Gas in den von der Düse la ausgestoßenen Dampf, und der sich ergebende Dampf fliegt zum Substrat 4. Der Druck in der Vakuumglocke nach der Einführung des Sauerstoff-Gases beträgt vorzugsweise ca. 1O^-3Pa bis IPa, wie dies oben erläutert wurde, und es ist zweckmäßig, daß die Agglomerate, in die das Sauerstoff-Gas eingeführt ist, innerhalb der Vakuumglocke nicht gebrochen werden.As explained above, the gas supply nozzle 11 a of the gas supply pipe U is directed towards the nozzle 1 a of the crucible 1. The gas supply pipe 11 feeds a small amount of oxygen (O2) gas into the steam ejected from the nozzle la, and the resulting steam flies to the substrate 4. The pressure in the bell jar after the introduction of the oxygen gas is preferably approx. 10 ^-3 Pa to IPa, as explained above, and it is desirable that the agglomerates into which the oxygen gas is introduced are not broken within the bell jar.

Die aus Zn- und Li-Dampf und ai;s CVGas bestehenden Agglomerate werden mit einem Strahl von Elektronen beschossen, die vom Heizdraht 5 emittiert und durch die Ionisationselektrode 6 während des Durchganges durch den Raum der lonisationselektrode 6 beschleunigt sind, um dadurch einzelne Atome der Agglomerate zur Bildung von ionisierten Agglomeraten zu ionisieren. Die ionisierten Agglomerate fliegen zum Substrat 4 zusammen mit einem Oj-Ion, nicht ionisierten Agglomeraten und O>. während sie durch die Wirkung eines elektrischen Feldes beschleunigt sind.The one made from Zn and Li steam and ai; s CV gas Existing agglomerates are bombarded with a beam of electrons emitted by the heating wire 5 and by the ionization electrode 6 during passage through the space of the ionization electrode 6 are accelerated, thereby causing individual atoms of the agglomerates to form ionized agglomerates to ionize. The ionized agglomerates fly to the substrate 4 together with an Oj ion, non-ionized Agglomerates and O>. while by the effect an electric field are accelerated.

Die Beschleunigungselektrode 7 liegt an einer hohen Beschleunigungsspannung, die bezüglich des Tiegels 1 negativ ist, und die ionisierten Agglomerate erhalten kinetische Energie durch die Beschleunigungsspannung, um cuf das Substrat 4 zusammen mit den neutralen Agglomeraten und O2 aufzutreffen. Wenn die ionisierten Agglomerate mit dem Substrat 4 zusammenstoßen, zerfallen die ionisierten Agglomerate in einzelne atomare Partikel, die sich aufgrund der sogenannten Oberflächenwanderungseffekte, die aufgrund des Agglomerat-Aufdampf-Verfahrens und der chemischen Wirkung des in die Agglomerate eingeführten O₂-Gases auftreten, auf dem Substrat 4 bewegen, um das epitaktische Wachstum des hochkristallinen, mit Li versehenen ZnO-Filmes 13 zu erleichtern.The accelerating electrode 7 is due to a high accelerating voltage which is negative with respect to the crucible 1, and the ionized agglomerates receive kinetic energy from the accelerating voltage in order to strike the substrate 4 together with the neutral agglomerates and O2. When the ionized agglomerates collide with the substrate 4, the ionized agglomerates disintegrate into individual atomic particles, which occur due to the so-called surface migration effects that occur _{due to the agglomerate vapor deposition process and the chemical action of the O 2 gas introduced into the agglomerates} move the substrate 4 in order to facilitate the epitaxial growth of the highly crystalline ZnO film 13 provided with Li.

Bei dem Agglomerat-Aufdampf-Verfahren mit reaktiven ionisierten Agglomeraten kann das epitaktische Wachstum selbst bei einer derart niederen Substrattemperatur wie ca. 200° C wegen der aktivierten oder angeregten Reaktion befriedigend erfolgen, die auf der Ionisation von Zn, Li und O2 und der schnellen Einspritzgeschwindigkeit der Agglomerate oder deren Teile beruht, die durch den Zn- und Li-Dampf gebildet und vom Tiegel 1 ausgestoßen werden. Zusätzlich kann der epitaktisch gewachsene ZnO-FiIm 13, der auf seiner Oberfläche extrem glatt ist, aufgrund der Wanderungsenergie (Oberflächen-Diffusions-Energie während der Dampfabscheidung) der Agglomerate erhalten werden.In the agglomerate vapor deposition process with reactive ionized agglomerates can epitaxial growth even at such a low substrate temperature like about 200 ° C because of the activated or excited reaction takes place satisfactorily based on the ionization of Zn, Li and O2 and the rapid Injection speed of the agglomerates or their parts is based, which is formed by the Zn and Li vapor and ejected from the crucible 1. In addition, the epitaxially grown ZnO film 13, which is on its Surface is extremely smooth, due to the migration energy (surface diffusion energy during the Vapor deposition) of the agglomerates.

Dabei wird der epitaktisch gewachsene ZnO-FiIm 13 hoher Qualität durch die Dampfabscheidung unter den folgenden Bedingungen erzeugt:The epitaxially grown ZnO-FiIm 13 is of high quality by the vapor deposition under the creates the following conditions:

Düsenzahl in Tiegel:
J5 Für die Ionisation vom
Heizfaden 5 emittierter
Elektronenstrom
An der Beschleunigungselektrode 7 liegende
Beschleunigungsspannung
Heiztemperatur
des Substrates 4:
Vakuum um Tiegel 1 nach
Einführung des O2-Gases
durch dasNumber of nozzles in crucible:
J5 For the ionization of the
Filament 5 emitted
Electron flow
Located on the acceleration electrode 7
Accelerating voltage
Heating temperature
of substrate 4:
Vacuum around crucible 1 after
Introduction of O2 gas
by the

Gaszuführrohr 11:Gas supply pipe 11:

Einsone

250 mA bis 300 mA250 mA to 300 mA

0 bis 7 kV 200⁰C bis 300⁰C0 to 7 kV 200 ⁰ C to 300 ⁰ C

0,05 bis 0,1 Pa0.05 to 0.1 Pa

Um eine Analyse des Emissionsspektrums des so erzeugten ZnO-Filmes durchzuführen, wird dieser durch Elektronenstrahlen angeregt.In order to carry out an analysis of the emission spectrum of the ZnO film produced in this way, this is carried out by Electron beams excited.

In Fig.2, die schematisch eine Vorrichtung zum Durchführen der Spektralanalyse zeigt, ist ein ZnO-Laserelement 21 vorgesehen, dem Li zugesetzt ist und das durch den oben beschriebenen Prozeß hergestellt ist. Das Laserelement 21 wird durch Elektronenstrahlen angeregt, die von einem Elektronenstrahlerzeuger 22 emittiert sind. Der Elektronenstrahlerzeuger 22 ist mit einer Hochspannungsquelle 23 verbunden, die die Ausgangsspannung steuern kann, um den Elektronenstrahlerzeuger innerhalb eines Bereiches von 0 V bis 20 Kv anzusteuern. Die vom Laserelement 21 auf einen Gitter-Monochromator 24 abgegebene Strahlung fällt ein. Weiterhin sind vorgesehen eine Fotoplektronen-Verstärkerröhre 25, ein Verstärker 26 zum Verstärken des Ausgangssignals von der Fotoelektronen-Verstärkerröhre 25, ein Mitnahmeverstärker 27 zum Herausnehmen von Signalen aus; dem Ausgang des Verstärkers 26 und zum Verstärken der Sienalc. einIn Fig.2, which schematically shows an apparatus for Performing the spectral analysis shows, a ZnO laser element 21 is provided to which Li is added and which is made by the process described above. The laser element 21 is through Excited electron beams, which are emitted from an electron gun 22. The electron gun 22 is connected to a high voltage source 23 which can control the output voltage to to control the electron gun within a range of 0 V to 20 Kv. The one from the laser element 21 radiation emitted onto a grating monochromator 24 is incident. Furthermore, one is provided Photoelectron amplifier tube 25, an amplifier 26 for amplifying the output signal from the photoelectron amplifier tube 25, a pick-up amplifier 27 for picking up signals; the outcome of the Amplifier 26 and for amplifying the sienalc. a

Schreiber 28 und eine Gleichstrom-Hochspannungsquelle 29 zum Ansteuern der Fotoelektronen-Verstärkerröhre 25. Weiterhin sind elektrooptische Impulsgeneratoren 30 und 31 zum Erzeugen von Ansteuersignalen für den Mitnahmeverstärker 27 bzw. einen optischen Impulsempfänger vorgesehen.Writer 28 and a direct current high voltage source 29 for driving the photoelectron amplifier tube 25. Furthermore, there are electro-optical pulse generators 30 and 31 for generating control signals provided for the driver amplifier 27 or an optical pulse receiver.

Das Emissionsspektrum des Laserelementes 21, die durch das in Fig. 2 gezeigte Meßinstrument erhalten sind, werden anhand der Fig.3 im folgenden näher erläutert.The emission spectrum of the laser element 21 obtained by the measuring instrument shown in FIG are explained in more detail below with reference to FIG.

In F i g. 3 ist die Lichtwellenlänge auf der Abszisse und die relative Lichtstärke auf der Ordinate aufgetragen. Eine Vollinienkurve (abstellt das Spektrum des mit Hilfe des anhand Fig.2 erläuterten Verfahrens hergestellten Laserelementes 21 dar, und eine Strichlinienkurve (b) gibt das Spektrum des von dem Substrat aus dem einkristallinen Saphir emittierten Lichtes an, das für Vergleichszwecke gemessen wird.In Fig. 3, the light wavelength is plotted on the abscissa and the relative light intensity on the ordinate. A solid curve (turns off the spectrum of the laser element 21 produced using the method explained with reference to Figure 2 represents, and a broken line curve (b) indicates the spectrum of light emitted from the substrate from the single crystal sapphire light that is measured for comparison purposes.

Das in Fig.2 gezeigte Laserelement 21 wird durch Aufdampfen einer mit Li versehenem ZnO-Schicht vorbereitet, die auf der (iT02)-Ebene des Saphiersubstrates 4 mittels der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung unter solchen Bedingungen niederzuschlagen ist, daß der lonisationsstrom zum Ionisieren der Agglomerate aus den von der Düse la ausgestoßenen Materialien 2 und dem von der Gassprühdüse 11a eingespeisten reaktiven O2-Gas 300 mA beträgt, daß die Beschleunigungsspannung an der Beschleunigungselektrode 7 den Wert 7 kV hat, und daß die Temperatur des durch die Wärmequelle 12 erwärmten Substrates 4 gleich 230⁰C ist. Die so erhaltene Filmdicke ist ca. 0,35 μπι, und der elektrische Widerstandswert beträgt ca. 10 Ω; mit Hilfe eines Röntgenstrahl-Verfahrens (X-ray locking) vor der Messung des Emissionsspektrums und dem »RHEED«- Muster wird erkannt, daß die C-Achse von ZnO im wesentlichen parallel zur (H02)-Ebene des Saphirsubstrates 4 orientiert ist.The laser element 21 shown in FIG. 2 is prepared by vapor deposition of a ZnO layer provided with Li, which is deposited on the (iT02) plane of the sapphire substrate 4 by means of the method shown in FIG. 1 is to be deposited under such conditions that the ionization current for ionizing the agglomerates from the materials 2 ejected from the nozzle la and the reactive O2 gas fed in from the gas spray nozzle 11a is 300 mA, that the acceleration voltage at the acceleration electrode 7 is 7 kV, and in that the temperature of the air heated by the heat source 12 the substrate 4 is equal to 230 ⁰ C. The film thickness obtained in this way is approx. 0.35 μm, and the electrical resistance value is approx. 10 Ω; With the aid of an X-ray locking method, before the emission spectrum and the "RHEED" pattern are measured, it is recognized that the C-axis of ZnO is oriented essentially parallel to the (H02) plane of the sapphire substrate 4.

Wie in der Kurve (b) der F i g. 3 gezeigt ist, kann bezüglich des Saphirsubstrates 4 die Emission mit dem Spitzenwert im Ultraviolett-Bereich von ca. 0,380 μπι aufgrund eines freien Exzitons und die Emssion mit dem Spitzenwert im Grün-Band von ca. 0.527 μπι beobachtet werden, die anscheinend auf Sauerstoff-Defekten beruht. Dagegen kann, wie in der Kurve (a) der F i g. 3 gezeigt ist, die Emission mit einem relativ weiten Spitzenwert von ca. 0,330 μπι bei Raumtemperatur aufgrund eines gebundenen Exzitons und die scharfe Rot-Emission von 0,695 μπι bezüglich des ZnO-Wachstumsfiimes beobachtet werden. Die Beschleunigungsspannung Vb der Elektronenstrahlen zum Anregen des Laseremissionselementes 21 beträgt in diesem Fall 10 kV, und der elektrische Strom mißt ca. 20 μΑ.As in curve (b) of FIG. 3 is shown, with respect to the sapphire substrate 4, the emission with the peak value in the ultraviolet range of approx. 0.380 μm due to a free exciton and the emission with the peak value in the green band of approx. Defects is based. In contrast, as in curve (a) of FIG. 3 is shown, the emission with a relatively wide peak value of about 0.330 μm at room temperature due to a bound exciton and the sharp red emission of 0.695 μm can be observed with respect to the ZnO growth film. The acceleration voltage Vb of the electron beams for exciting the laser emission element 21 is 10 kV in this case, and the electric current measures about 20 μΑ.

Um die Art der Emission mit der scharfen Emissionsspitze bei 0,695 μπι zu prüfen, die im ZnO-Wachstumsfilm beobachtet wird, wird das Spektrum der Emission des Laserelementes 21 gemessen, wenn dort verschiedene Beschleunigungsspannungen anliegen, wobei das Ergebnis in den Fig.4 und 5 dargestellt istTo check the type of emission with the sharp emission peak at 0.695 μπι, which is im ZnO growth film is observed, the spectrum becomes the emission of the laser element 21 measured when there are different acceleration voltages are present, the result being shown in FIGS. 4 and 5

F i g. 4 ist ein dreidimensionales Diagramm, das die Spektren der Emission in dem Bereich zeigt, in dem die scharfe Emission beobachtet wird. In F i g. 4 sind auf der .Y-Achse die Lichtwellenlänge, auf der V-Achse die Beschleunigungsspannung der Elektronenstrählen für die Anregung und auf der Z-Achse die Lichtstärke aufgetragen.F i g. Fig. 4 is a three-dimensional diagram showing the spectra of emission in the area in which the sharp emission is observed. In Fig. 4 are the light wavelength on the .Y axis and the Acceleration voltage of the electron beams for the excitation and on the Z-axis the light intensity applied.

Fig.5 zeigt die Beziehung zwischen der Lichtstärke der Wellenlänge von 0,695 μπι und der Beschleunigungsspannung Vb der Elektronenstrahlen für die Anregung. Die Messung erfolgt bei Raumtemperatur, und der elektrische Strom Ib der Elektronenstrahlen beträgt 20 μΑ.5 shows the relationship between the light intensity of the wavelength of 0.695 μm and the acceleration voltage Vb of the electron beams for the excitation. The measurement is carried out at room temperature, and the electric current Ib of the electron beams is 20 μΑ.

Wie aus den F i g. 4 und 5 zu ersehen ist, tritt die scharfe Emissionsspitze, die bei der Wellenlänge von 0,695 μιη beobachtet werden kann, auf, wenn die Beschleunigungsspannung Vb der Elektronenstrahlen für die Anregung über 6 kV beträgt. Dies bedeutet, daßAs shown in FIGS. 4 and 5, the sharp emission peak, which can be observed at the wavelength of 0.695 μm, occurs when the acceleration voltage Vb of the electron beams for the excitation is above 6 kV. This means that

ίο eine kritische Spannung des gemäß F i g. 1 hergestellten Laserelementes nach der Erfindung 6 kV ist. Wie in Fig.4 dargestellt ist, fällt die Halbwertsbreite des Spitzenwertes entsprechend dem Anstieg in der Beschleunigungsspannung Vb ab, und wenn die Beschleunigungsspannung Vb der Elektronenstrahlen zum Anregen des Laserelementes 12 kV mißt, ist die Halbwertsbreite kleiner als ca. 3 nm.ίο a critical voltage of the according to F i g. 1 produced laser element according to the invention is 6 kV. As shown in Fig. 4, the half width of the peak value drops in accordance with the increase in the acceleration voltage Vb , and when the acceleration voltage Vb of the electron beams for exciting the laser element is 12 kV, the half width is less than about 3 nm.

Die Emissionsspitze bei der Wellenlänge von 0,695 μπι (vgl. oben) kann lediglich beobachtet werden, wenn der mit Li versehene ZnO-FiIm 13 epitaktisch auf der (lT02)-Ebene des Saphirsubstrates 4 aufgewachsen ist. Wenn der kristalline Zustand des ZnO-Wachstumsfilmes 13 schwach ist oder amorphes Glas für das Substrat 4 verwendet wird, wird keine Emissionsspitze bei der Wellenlänge von 0,659 μιτι beobachtet.The emission peak at the wavelength of 0.695 μm (see above) can only be observed when the Li-provided ZnO-FiIm 13 is epitaxial the (IT02) plane of the sapphire substrate 4 has grown. When the crystalline state of the ZnO growth film 13 is weak or amorphous glass for the Substrate 4 is used, no emission peak is observed at the wavelength of 0.659 μιτι.

Als Ergebnis der Untersuchung der Moden und der Untersuchung des Lichtemissionsspektrums des mit Li versehenen ZnO-Filmes kann erkannt werden, daß in der Emissionsspitze bei 0,659 μιη stimulierte Emission vorliegt, daß die Emission vom kristallinen Zustand des ZnO-Wachstumsfilmes 13, der Art des verwendeten Substrates und dem Zusatz von Li abhängt, und daß es eine Schwellenspannung zum Anregen der Laseremission des ZnO-Filmes gibt. In Anbetracht dieser Tatsachen kann geschlossen werden, daß die Emission eine Laseremission ist.As a result of studying the modes and studying the light emission spectrum of the Li provided ZnO film can be seen that in the emission peak at 0.659 μιη stimulated emission it is that the emission is from the crystalline state of the ZnO growth film 13, the kind of used Substrates and the addition of Li depends, and that there is a threshold voltage to excite the laser emission of the ZnO film. In view of these facts, it can be concluded that the issue is a laser emission.

Die Laseremission kann in diesem Fall theoretisch wie folgt erklärt werden:
Zunächst wird die Funktion von Li im ZnO-Epitaxialfilm 13 betrachtet Li wird in das Gitter des Zn^z+ eingebaut das eine hexagonale Wurtzit-Struktur hat, und eines der vier O²-Ionen, die Zn²⁺ umgeben, fängt ein positives Loch ein, um dadurch ein Akzeptorniveau zu bilden. Wenn in diesem Fall der kristalline Zustand des ZnO-Epitaxialfilmes 13 gering ist wie z. B. ein polykristalliner Zustand, so wird das positive Loch durch alle O²-lonen mit gleicher Wahrscheinlichkeitsverteilung eingefangen, was das Akzeptorniveau verbreitert Wenn jedoch der ZnO-Wachstumsfilm 13In this case, the laser emission can theoretically be explained as follows:
First, consider the function of Li in the ZnO epitaxial film 13 Li is built into the lattice of Zn ^{z +,} which has a hexagonal wurtzite structure, and one of the four O ² ions ^{surrounding Zn 2+} traps a positive hole, to thereby form an acceptance level. In this case, when the crystalline state of the ZnO epitaxial film 13 is low such as. B. a polycrystalline state, the positive hole is ^{captured by all O 2} ions with the same probability distribution, which broadens the acceptor level, however, if the ZnO growth film 13

so einkristallin ist sind alle Li⁺-Ionen gleichförmig an den Stellen O²~-Ionen angelagert, die in Energiethermen stabil sind (ca. eine um 152 meV kleinere Energie als die Stellungen der übrigen drei O² -ionen). Somit wird die zu bildende Akzeptorniveau-Breite extrem schmal.If it is so monocrystalline, all Li ⁺ ions are uniformly attached to the positions of O ² ~ ions, which are stable in energy thermals (about 152 meV less energy than the positions of the other three O ² ions). Thus, the acceptor level width to be formed becomes extremely narrow.

Das Energieniveau von Li⁺ wirkt als ein Grundzustand bezüglich der injizierten Elektronen. Somit ist das lokalisierte, schmale Akzeptorniveau eine Grundanforderung, um die scharfe Emissionsspitze der Wellenlänge von 0,695 μηι zu erhalten, wie dies oben erläuterfwurde.The energy level of Li ⁺ acts as a ground state with respect to the injected electrons. Thus, the localized, narrow acceptor level is a basic requirement in order to obtain the sharp emission peak of the wavelength of 0.695 μm, as explained above.

Der hochkristalline Zustand des Epitaxialfilmes hat einen bedeutenden Einfluß auf den Energiezustand eines gebundenen und eines freien Exzitons in der Nähe des Leitungsbandes und der hiermit zugeordneten Emission eines Vertikal-Moden eines optischen Phonons (LO-Phonon). Das heißt, die Emission im Ultraviolett-Bereich, die diesen Energieniveaus zugeordnet ist kann im epitaktischen Film von hoher Qualität beobachtet werden; wenn jedoch der kristallineThe highly crystalline state of the epitaxial film has a significant influence on the energy state one bound and one free exciton in the vicinity of the conduction ligament and the one associated with it Emission of a vertical mode of an optical phonon (LO phonon). That is, the emission in the ultraviolet range associated with these energy levels is can be observed in high quality epitaxial film; however, if the crystalline

Zustand schwach oder gering ist, wird keine in Frage kommende Emission erkannt.State is weak or low, no emission in question is recognized.

Die Emission mit der Spitze von 0,330 μίτι in der in F i g. 3 gezeigten Kurve wird als die den oben erläuterten Energieniveaus zugeordnete Emission angesehen. The emission with the peak of 0.330 μίτι in the in F i g. 3 is considered to be the emission associated with the energy levels discussed above.

Im folgenden wird die Tiefe betrachtet, in die die Elektronen durch Aufprallen in den mit Li versehenen ZnO-Epitaxialfilm bei der kritischen Spannung von 6 kV injiziert werden.In the following, the depth is considered, into which the electrons by impact in the provided with Li ZnO epitaxial film at the critical voltage of 6 kV injected.

Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß der MittelwertTder Tiefe in einem kristallinen Wachstumsfilm, in die beschleunigte Elektronen injiziert werden können, proportional zum Quadrat der Beschleunigungsspannung Vb und umgekehrt proportional zur Dichte σ des Materials ist. Wenn die_Proportionalitätskcnstsrsie 2,5 χ !0-² beträgt, kann / wie folgt ausgedrückt werden:It has already been pointed out that the mean value T of the depth in a crystalline growth film into which accelerated electrons can be injected is proportional to the square of the accelerating voltage Vb and inversely proportional to the density σ of the material. ! If die_Proportionalitätskcnstsrsie χ 2.5 is 0- ^2, can / be expressed as follows:

T= 2,5χ 10-¹²O-' W(cm) T = 2.5 χ 10- ¹² O- 'W (cm)

mit V&in V und σ in g/cm³.with V & in V and σ in g / cm ³ .

Der Wert / wird berechnet, indem für Vb der Wert 6 kV (kritische Spannung) und für σ der Wert 4,1 g/cm³ eingesetzt werden. Dann wird als Ergebnis 7» 0,22 μίτι erhalten. Dies kommt dem Wert von 0,35 μιτι für den ZnO-Epitaxialfilm 13 des Laserelementes 21, das in der Messung durch die in Fig.2 gezeigte Vorrichtung verwendet wird, relativ nahe. Dies bedeutet, daß viele der injizierten Elektronen das Saphirsubstrat 4 erreichen, wenn die Beschleunigungsspannung der Elektronenstrahlen für die Anregung ca. 6 kV beträgt. Wenn die injizierten Elektronen über dem gesamten Wachstumsfilm verteilt sind, kann die scharfe Emission beobachtet werden. Das heißt, die kritische Spannung der Elektronenstrahlen für die Anregung ist abhängig von der Filmdicke des ZnO-Wachstumsfilmes 13 veränderlich, und die kritische Spannung tritt entsprechend der Filmdicke auf.The value / is calculated by inserting the value 6 kV (critical stress) for Vb ^{and the value 4.1 g / cm 3} for σ. Then 7 »0.22 μίτι is obtained as a result. This comes relatively close to the value of 0.35 μm for the ZnO epitaxial film 13 of the laser element 21, which is used in the measurement by the device shown in FIG. This means that many of the injected electrons reach the sapphire substrate 4 when the accelerating voltage of the electron beams for excitation is about 6 kV. When the injected electrons are distributed over the entire growth film, the sharp emission can be observed. That is, the critical voltage of the electron beams for excitation is variable depending on the film thickness of the ZnO growth film 13, and the critical voltage appears in accordance with the film thickness.

Die Ergebnisse der oben erläuterten Messungen werden vom Laserelement 21 erhalten, das durch epitaktisches Wachsen des mit Li versehenen ZnO-Filmes 13 auf dem Saphirsubstrat 4 durch das reaktive Agglomerat-Aufdampf-Verfahren vorbereitet wird. Eine weitere Behandlung zur Steigerung der Protonendichte ist nicht erfolgt. Die Halbwertsbreite der Laseremissionsspitze beträgt ca. 3 nm.The results of the measurements explained above are obtained from the laser element 21 produced by epitaxial growth of the Li-provided ZnO film 13 on the sapphire substrate 4 by the reactive Agglomerate vapor deposition process is being prepared. There was no further treatment to increase the proton density. The half width of the Laser emission peak is approx. 3 nm.

In herkömmlichen Halbleiterlasern, wie z. B. GaAs, die eine P-N-Übergangsschicht bilden, beträgt die Laseremissionsspitze ca. 10 nm, die dreimal breiter als die Halbwertsbreite des Laserelementes 21 ist. Beim herkömmlichen Halbleiterlaser kann die Halbwertsbreite der Emissionsspitze auf ca. 0,1 nm mittels eines Hohlraumresonator (Fabry-Perot-Resonator) verringert werden, der einen Reflexionsspiegel verwendet Entsprechend ist es im Laserelement dieser Art vorteilhaft, zwei Flächen zu polieren, die zueinander parallel und senkrecht zur Substratoberfläche liegen oder eine geeignete Gitterstruktur auf dem ZnO-FiIm auszubildeivum durch Rückkopplung die Photonendichte zu erhöhen und die Halbwertsbreite der Emissionsspitze kleiner als 0,1 nm zu machen.In conventional semiconductor lasers, such as. B. GaAs, which form a P-N junction layer, is the Laser emission peak approx. 10 nm, which is three times wider than the half-width of the laser element 21. At the conventional semiconductor laser can reduce the half width of the emission peak to about 0.1 nm by means of a Cavity resonator (Fabry-Perot resonator) decreased using a reflecting mirror. Accordingly, it is of this kind in the laser element advantageous to polish two surfaces that are parallel to each other and perpendicular to the substrate surface or a suitable lattice structure to be formed on the ZnO film by feedback of the photon density and to make the half-width of the emission peak smaller than 0.1 nm.

Fig.6 zeigt schematisch eine das mit Hilfe des anhand Figur 1 erläuterten Verfahrens hergestellte Laserelement verwendende Laservorrichtung, die die Halbwertsbreite der Emissionsspitze zu 0,1 nm durch die Anwendung der obigen Behandlung macht.6 shows schematically a with the help of the Laser device using laser element produced using the method explained in FIG Makes the half width of the emission peak 0.1 nm by applying the above treatment.

Die in Fig. 6(a) gezeigte Vorrichtung umfaßt ein aus Saphir bestehendes Substrat 31, auf dem ein mit Li versehener ZnO-FiIm 32 durch Abscheiden reaktiver ionisierter Agglomerate epitaktisch aufgewachsen ist, und einen Elektronenstrahlerzeuger 33 zum Erzeugen von Elektronenstrahlen, um den ZnO-FiIm 32 anzuregen, wobei der Elektronenstrahlerzeuger 33 gegenüber zum ZnO-FiIm 32 vorgesehen ist. Das Substrat 31 und ίο der Elektronenstrahlerzeuger 33 sind in einem Vakuumgehäuse 34 mit wenigstens einem transparenten Fenster 34a für die Laserstrahlung enthalten, wobei das Vakuumgehäuse 34 unter einem Hochvakuumzustand gehalten wird. Wie in F i g. 6(b) gezeigt ist, kann eine der Oberflächen auf der Seite der Entnahme des Laserstrahles poliert sein, oder es können ein halbdurchlässiger Spiegel 35 und eine Gitterstruktur 36, die an der Oberfläche des ZnO-Films, gegenüberliegend dem Spiegel 35 vorgesehen werden.The apparatus shown in Fig. 6 (a) comprises an off Sapphire existing substrate 31, on which a ZnO-FiIm 32 provided with Li is more reactive by deposition ionized agglomerates is grown epitaxially, and an electron gun 33 for generating of electron beams to excite the ZnO film 32, with the electron gun 33 opposite for ZnO-FiIm 32 is provided. The substrate 31 and ίο the electron gun 33 are in a vacuum housing 34 with at least one transparent window 34a for the laser radiation, the Vacuum housing 34 is maintained under a high vacuum condition. As in Fig. 6 (b) shown, one of the Surfaces on the side of the extraction of the laser beam can be polished, or it can be a semi-permeable Mirror 35 and a grating structure 36, which is on the surface of the ZnO film, opposite the Mirror 35 are provided.

Die Gitterstruktur 36 weist im Längsschnitt die Form aneinandargrenzender gleichseitige Dreiecke mit Abständen Α zwischen den Ecken, die einer Halbwertsbreite der Laseremissionswellenlänge entsprechen, die 0,695/2 = 0,3475 um beim vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt. Die Länge k des ZnO-Wachstumsfilmes ist ein ganzzahliges Vielfaches der Laseremissionswellenlänge und beträgt das 1,5 - 2fache bezüglich der Breite I₃. In longitudinal section, the grating structure 36 has the shape of adjoining equilateral triangles with distances Α between the corners which correspond to a half width of the laser emission wavelength which is 0.695 / 2 = 0.3475 µm in the present exemplary embodiment of the invention. The length k of the ZnO growth film is an integral multiple of the laser emission wavelength and is 1.5-2 times with respect to the width I ₃ .

Durch die Anordnung der oben erläuterten Gitterjo struktur wird eine Laseremission mit einer Wellenlänge von 0,695 μΐη und der Halbwertsbreite von kleiner als 0,1 nm erhalten.Due to the arrangement of the grid joins explained above structure is a laser emission with a wavelength of 0.695 μΐη and a half-width of less than 0.1 nm obtained.

Wenn im obigen Ausführungsbeispiel Licht von einem Ende des Schwingungs- oder Oszillationsraumes mittels eines Prisma-Kopplers eingeführt und vom anderen Ende entnommen wird, kann ein optischer Verstärker zum Verstärken des eingeführten Lichtes, z. B. zum Verstärken eines He-Ne-Lasers mit der Wellenlänge von 0,6328 μπι erhalten werden.
Im obigen Ausführungsbeispiel wird der mit Li versehene ZnO-Epitaxialfilm durch das Abscheiden reaktiver ionisierter Agglomerate erhalten, der den einkristailinen epitaktischen Wachstumsfilm auf dem Substrat bei der niederen Substrattemperatur von 200⁰C bilden kann. Jedoch ist der Prozeß oder das Verfahren zum Herstellen oder Vorbereiten des ZnO-Filmes nicht wesentlich für die Erfindung; vielmehr kann der ZnO-FiIm durch andere Verfahren hergestellt werden, wie z. B. durch Hochfrequenz- oder Gleichstrom-Sputter-(bzw. Zerstäubungs-JVerfahren oder durch ein CVD-Verfahren (CVD = chemische Dampf-Abscheidung), sofern auf dem Substrat ein hochkristalliner, epitaktisch aufgewachsener, mit Li versehener ZnO-FiIm gebildet wird. Auch ist darauf hinzuweisen, daß das Substrat nicht auf Saphir beschränkt ist; vielmehr ist es möglich, andere einkristalline Halbleitersubstrate oder Substrate verschiedener Materialien zu verwenden, auf denen ein einkristalliner dünner Film erzeugt werden kann. Weiterhin werden im obigen Ausführungsbeispiel die Elektrodenstrahlen als eine Anregungsquelle zum Emittieren von Laserstrahlung verwendet; jedoch kann die Laseremission durch eine andere Anregungsquelle, z. B. durch Licht oder ein elektrisches Feld, erhalten werden.If, in the above embodiment, light is introduced from one end of the oscillation or oscillation space by means of a prism coupler and removed from the other end, an optical amplifier can be used to amplify the introduced light, e.g. B. to amplify a He-Ne laser with a wavelength of 0.6328 μπι can be obtained.
In the above embodiment, provided with Li ZnO epitaxial film obtained by the deposition of reactive ionized agglomerates, which may form the einkristailinen epitaxial growth film on the substrate at the low substrate temperature of 200 ⁰ C. However, the process or method for making or preparing the ZnO film is not essential to the invention; rather, the ZnO film can be produced by other processes, such as e.g. B. by high frequency or direct current sputtering (or. Sputtering JVerfahren or by a CVD process (CVD = chemical vapor deposition), provided that a highly crystalline, epitaxially grown ZnO film provided with Li is formed on the substrate. It should also be noted that the substrate is not limited to sapphire, but it is possible to use other single crystal semiconductor substrates or substrates of various materials on which a single crystal thin film can be formed Emission of laser radiation is used; however, the laser emission can be obtained by another source of excitation such as light or an electric field.

' Hierzu 3 Blatt Zeichnuncen'For this 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Laser element with a single-crystalline zinc oxide body, characterized in that lithium is added to the zinc oxide body

2. Laser element according to claim 1, characterized in that the Li ⁺ ions are attached ^{to the O 2} ions in the ZnO lattice.

3. Laser element according to claim 1 or 2, characterized in that the lithium is the zinc oxide in a range from 0.001% to 10% by weight. based on the zinc, is added.

4. Laser element according to claim 3, characterized characterized in that the lithium to the zinc oxide in a range of 0.1 wt .-% to 0.5 wt .-%, based on the zinc oxide, is added

5. Laser element according to claim 1 or 2, characterized in that the zinc oxide is epitaxial aurewaxed a single crystal sapphire substrate