JP2002329931A - 有機マイクロドットの形成方法及び有機半導体レーザー素子 - Google Patents
有機マイクロドットの形成方法及び有機半導体レーザー素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 より汎用かつ簡便にマイクロメータースケー
ルの有機微小構造体を自己組織的に形成することができ
る有機マイクロドットの形成方法及び有機半導体レーザ
ー素子を提供する。 【解決手段】 蒸着分子として末端にバルキーな置換基
を有するπ共役系分子（ＤＡＤＳＢ分子）７を用い、基
板としてアルカリハライド単結晶基板３を用い、真空中
で前記基板３を加熱することにより、前記基板３上で自
発光型π共役系分子のマイクロドットを自己形成する。
ルの有機微小構造体を自己組織的に形成することができ
る有機マイクロドットの形成方法及び有機半導体レーザ
ー素子を提供する。 【解決手段】 蒸着分子として末端にバルキーな置換基
を有するπ共役系分子（ＤＡＤＳＢ分子）７を用い、基
板としてアルカリハライド単結晶基板３を用い、真空中
で前記基板３を加熱することにより、前記基板３上で自
発光型π共役系分子のマイクロドットを自己形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、有機マイクロドッ
トの形成方法及び有機半導体レーザー素子に係り、特
に、真空蒸着法による発光性有機分子マイクロドットの
作製と、そのマイクロドットの光閉じ込めおよび空洞共
振器効果を利用した発光増幅を可能にする有機半導体レ
ーザー素子に関するものである。
トの形成方法及び有機半導体レーザー素子に係り、特
に、真空蒸着法による発光性有機分子マイクロドットの
作製と、そのマイクロドットの光閉じ込めおよび空洞共
振器効果を利用した発光増幅を可能にする有機半導体レ
ーザー素子に関するものである。
【０００２】
【０００３】今後、有機半導体レーザーを実用化するに
は、さらに安定な分子材料の探索と並んで、より低電流
エネルギー閾値でのレーザー発振を可能にするため、制
限された活性領域に高効率でキャリアや光を閉じ込める
低次元構造を導入することが重要である。
は、さらに安定な分子材料の探索と並んで、より低電流
エネルギー閾値でのレーザー発振を可能にするため、制
限された活性領域に高効率でキャリアや光を閉じ込める
低次元構造を導入することが重要である。
【０００４】そのような構造体の一つであるマイクロデ
ィスクは、微小空洞共振器として、ｗｈｉｓｐｅｒｉｎ
ｇ ｇａｌｌｅｒｙ ｍｏｄｅ〔Ｓ．ＭｃＣａｌｌ，ｅ
ｔａｌ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６０（１９９
２）２８９〕に基づく発振を起こし、その径を小さくす
ることによりシングル・モード・レーザーとなりうる。
ィスクは、微小空洞共振器として、ｗｈｉｓｐｅｒｉｎ
ｇ ｇａｌｌｅｒｙ ｍｏｄｅ〔Ｓ．ＭｃＣａｌｌ，ｅ
ｔａｌ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６０（１９９
２）２８９〕に基づく発振を起こし、その径を小さくす
ることによりシングル・モード・レーザーとなりうる。
【０００５】また、このような微小構造体を光の波長ス
ケールで周期配列したフォトニック結晶を形成すること
により、さらに、発振励起エネルギー閾値の低減や輻射
場の制御を可能にすることから注目されている〔Ｅ．Ｙ
ａｂｌｏｎｏｖｉｃｈ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．
５８（１９８７）２０５９；Ｓ．Ｊｏｈｎ，Ｐｈｙｓ．
Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．５８（１９８７）２４８６；Ｊ．
Ｄ．Ｊｏａｎｎｏｐｏｕｌｏｓ，ｅｔ ａｌ．Ｎａｔｕ
ｒｅ ３８６（１９９７）１４３〕。
ケールで周期配列したフォトニック結晶を形成すること
により、さらに、発振励起エネルギー閾値の低減や輻射
場の制御を可能にすることから注目されている〔Ｅ．Ｙ
ａｂｌｏｎｏｖｉｃｈ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．
５８（１９８７）２０５９；Ｓ．Ｊｏｈｎ，Ｐｈｙｓ．
Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．５８（１９８７）２４８６；Ｊ．
Ｄ．Ｊｏａｎｎｏｐｏｕｌｏｓ，ｅｔ ａｌ．Ｎａｔｕ
ｒｅ ３８６（１９９７）１４３〕。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の微小構
造体は、従来、無機半導体材料では化学的エッチング、
パターン成長、各種のリソグラフィー法等によって作製
されている〔Ｕ．Ｇｒｕｅｎｉｎｇ，ｅｔ ａｌ．Ａｐ
ｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６８（１９９６）７４７；
Ｓ．Ｋａｗａｋａｍｉ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅ
ｔｅｒｓ ３３（１９９７）１２６０；Ｔ．Ｂａｂａ，
ｅｔ ａｌ．Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３５
（１９９６）１３４８〕。
造体は、従来、無機半導体材料では化学的エッチング、
パターン成長、各種のリソグラフィー法等によって作製
されている〔Ｕ．Ｇｒｕｅｎｉｎｇ，ｅｔ ａｌ．Ａｐ
ｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６８（１９９６）７４７；
Ｓ．Ｋａｗａｋａｍｉ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅ
ｔｅｒｓ ３３（１９９７）１２６０；Ｔ．Ｂａｂａ，
ｅｔ ａｌ．Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３５
（１９９６）１３４８〕。
【０００７】しかしながら、このような方法は、ソフト
な有機分子材料には直接適用し難いため、有機色素やポ
リマー材料を無機構造体中に複合した系が一般的に用い
られている。
な有機分子材料には直接適用し難いため、有機色素やポ
リマー材料を無機構造体中に複合した系が一般的に用い
られている。
【０００８】一方、それに代わる方法として、分子と基
板との選択的結合を利用したセルフアセンブル法がある
が、この方法は、特定の官能基で修飾した分子を必要と
するといった制限がある。
板との選択的結合を利用したセルフアセンブル法がある
が、この方法は、特定の官能基で修飾した分子を必要と
するといった制限がある。
【０００９】そこで、本発明では、より汎用かつ簡便に
マイクロメータースケールの有機微小構造体を自己組織
的に形成することができる有機マイクロドットの形成方
法及び有機半導体レーザー素子を提供することを目的と
する。
マイクロメータースケールの有機微小構造体を自己組織
的に形成することができる有機マイクロドットの形成方
法及び有機半導体レーザー素子を提供することを目的と
する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕有機マイクロドットの形成方法において、蒸着分
子として末端にバルキーな置換基を有するπ共役系分子
を用い、基板としてアルカリハライド単結晶基板を用
い、真空中で前記基板を加熱することにより、前記基板
上で自発光型π共役系分子のマイクロドットを自己形成
させることを特徴とする。
成するために、 〔１〕有機マイクロドットの形成方法において、蒸着分
子として末端にバルキーな置換基を有するπ共役系分子
を用い、基板としてアルカリハライド単結晶基板を用
い、真空中で前記基板を加熱することにより、前記基板
上で自発光型π共役系分子のマイクロドットを自己形成
させることを特徴とする。
【００１１】〔２〕上記〔１〕記載の有機マイクロドッ
トの形成方法において、前記基板温度を１６０〜１８０
℃とすることを特徴とする。
トの形成方法において、前記基板温度を１６０〜１８０
℃とすることを特徴とする。
【００１２】〔３〕上記〔１〕記載の有機マイクロドッ
トの形成方法において、前記分子の蒸着量を増減するこ
とにより、その直径をサブマイクロメーターから数十マ
イクロメーターの範囲で制御可能にすることを特徴とす
る。
トの形成方法において、前記分子の蒸着量を増減するこ
とにより、その直径をサブマイクロメーターから数十マ
イクロメーターの範囲で制御可能にすることを特徴とす
る。
【００１３】〔４〕上記〔１〕記載の有機マイクロドッ
トの形成方法において、前記自発光型π共役系分子はジ
アミノジスチリルベンゼンであることを特徴とする。
トの形成方法において、前記自発光型π共役系分子はジ
アミノジスチリルベンゼンであることを特徴とする。
【００１４】〔５〕上記〔１〕記載の有機マイクロドッ
トの形成方法において、前記自発光型π共役系分子の蒸
着面はＫＣｌ単結晶基板の（００１）劈開面であること
を特徴とする。
トの形成方法において、前記自発光型π共役系分子の蒸
着面はＫＣｌ単結晶基板の（００１）劈開面であること
を特徴とする。
【００１５】〔６〕有機半導体レーザー素子において、
アルカリハライド単結晶基板上に形成される自発光型π
共役系分子のマイクロドットを具備することを特徴とす
る。
アルカリハライド単結晶基板上に形成される自発光型π
共役系分子のマイクロドットを具備することを特徴とす
る。
【００１６】〔７〕上記〔６〕記載の有機半導体レーザ
ー素子において、前記マイクロドット上に積層された低
屈折率の封止剤を有することを特徴とする。
ー素子において、前記マイクロドット上に積層された低
屈折率の封止剤を有することを特徴とする。
【００１７】〔８〕上記〔７〕記載の有機半導体レーザ
ー素子において、前記マイクロドットの直径が８マイク
ロメーターから数十マイクロメーターの範囲であること
を特徴とする。
ー素子において、前記マイクロドットの直径が８マイク
ロメーターから数十マイクロメーターの範囲であること
を特徴とする。
【００１８】
〔９〕上記〔７〕記載の有機半導体レーザ
ー素子において、前記封止剤はフッ化マグネシウム膜で
あることを特徴とする。
ー素子において、前記封止剤はフッ化マグネシウム膜で
あることを特徴とする。
【００１９】〔１０〕上記〔６〕記載の有機半導体レー
ザー素子において、前記自発光型π共役系分子はジアミ
ノジスチリルベンゼンであることを特徴とする。
ザー素子において、前記自発光型π共役系分子はジアミ
ノジスチリルベンゼンであることを特徴とする。
【００２０】〔１１〕上記〔７〕記載の有機半導体レー
ザー素子において、前記アルカリハライド単結晶基板は
ＫＣｌ単結晶基板であることを特徴とする。
ザー素子において、前記アルカリハライド単結晶基板は
ＫＣｌ単結晶基板であることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施例を詳細に説明する。
施例を詳細に説明する。
【００２２】本発明では、高効率の発光を示すπ共役系
分子を用い、従来から有機物質の薄膜成長に利用されて
いる真空蒸着法を有機微小構造体の成長に最適化するこ
とにより、発光増幅が可能な自発光型有機マイクロドッ
トの作製を行う。
分子を用い、従来から有機物質の薄膜成長に利用されて
いる真空蒸着法を有機微小構造体の成長に最適化するこ
とにより、発光増幅が可能な自発光型有機マイクロドッ
トの作製を行う。
【００２３】（１）真空蒸着法による発光性π共役系分
子マイクロドット形成 真空蒸着法では、蒸着分子の構造、蒸着速度、基板材料
の種類、基板温度に依存して、基板上で成長する構造形
態が異なる。本発明では、蒸着分子として末端にバルキ
ーな置換基を有するπ共役系分子、基板としてアルカリ
ハライド単結晶の劈開面等を用い、基板温度を適度に高
くすることにより、基板上で自発光型π共役系分子のマ
イクロドットを自己形成する。また、分子の蒸着量を増
減することにより、その直径をサブマイクロメーターか
ら数十マイクロメーターの範囲で制御できる。このπ共
役系分子マイクロドットは高さが直径の２０分の１乃至
８分の１程度の形態を持つ。
子マイクロドット形成 真空蒸着法では、蒸着分子の構造、蒸着速度、基板材料
の種類、基板温度に依存して、基板上で成長する構造形
態が異なる。本発明では、蒸着分子として末端にバルキ
ーな置換基を有するπ共役系分子、基板としてアルカリ
ハライド単結晶の劈開面等を用い、基板温度を適度に高
くすることにより、基板上で自発光型π共役系分子のマ
イクロドットを自己形成する。また、分子の蒸着量を増
減することにより、その直径をサブマイクロメーターか
ら数十マイクロメーターの範囲で制御できる。このπ共
役系分子マイクロドットは高さが直径の２０分の１乃至
８分の１程度の形態を持つ。
【００２４】（２）自発光型π共役系分子マイクロドッ
トの発光増幅特性の評価 上記（１）でアルカリハライド等基板上に作製したπ共
役系分子マイクロドットを適当な励起用レーザー光でポ
ンピングし、その発光スペクトルを測定する。
トの発光増幅特性の評価 上記（１）でアルカリハライド等基板上に作製したπ共
役系分子マイクロドットを適当な励起用レーザー光でポ
ンピングし、その発光スペクトルを測定する。
【００２５】その結果、ドットの平均サイズがある一定
値以上に成長した場合には、励起エネルギーをある閾値
以上にすると顕著なスペクトルのｇａｉｎ−ｎａｒｒｏ
ｗｉｎｇが観察される。これは、ドット内で発光した光
がマイクロドット自身に閉じ込められて効率的に誘導放
射を起こし、マイクロドットが自己微小空洞共振器効果
を持つことによる発光増幅現象である。
値以上に成長した場合には、励起エネルギーをある閾値
以上にすると顕著なスペクトルのｇａｉｎ−ｎａｒｒｏ
ｗｉｎｇが観察される。これは、ドット内で発光した光
がマイクロドット自身に閉じ込められて効率的に誘導放
射を起こし、マイクロドットが自己微小空洞共振器効果
を持つことによる発光増幅現象である。
【００２６】以上の結果より、π共役系分子の構造なら
びに蒸着条件を最適化した真空蒸着法によって、サイズ
を制御しながら成長させた自発光型有機マイクロドット
は、適当な低屈折率の封止剤を積層することにより、マ
イクロドットを自己微小空洞共振器とする安定な発光増
幅を示し、今後、電流注入電極の導入により、有機固体
レーザー材料として有望である。
びに蒸着条件を最適化した真空蒸着法によって、サイズ
を制御しながら成長させた自発光型有機マイクロドット
は、適当な低屈折率の封止剤を積層することにより、マ
イクロドットを自己微小空洞共振器とする安定な発光増
幅を示し、今後、電流注入電極の導入により、有機固体
レーザー材料として有望である。
【００２７】図１は本発明の実施例を示す真空蒸着装置
の概略構成図である。
の概略構成図である。
【００２８】この図において、１は蒸着源であり、この
蒸着源１は石英ルツボ１Ａにタングステン線ヒーター１
Ｂが設けられている。２は基板加熱ヒーター、３はＫＣ
ｌ基板（ＫＣｌ単結晶基板）、４はシャッター、５は蒸
着量モニター、６は真空ポンプ、７は昇華したジアミノ
ジスチリルベンゼン（ＤＡＤＳＢ）分子（自己発光型マ
イクロドット用分子）である。
蒸着源１は石英ルツボ１Ａにタングステン線ヒーター１
Ｂが設けられている。２は基板加熱ヒーター、３はＫＣ
ｌ基板（ＫＣｌ単結晶基板）、４はシャッター、５は蒸
着量モニター、６は真空ポンプ、７は昇華したジアミノ
ジスチリルベンゼン（ＤＡＤＳＢ）分子（自己発光型マ
イクロドット用分子）である。
【００２９】また、図２に自己発光型マイクロドット用
分子として用いた青緑色発光を示すＤＡＤＳＢ分子の構
造を示す。
分子として用いた青緑色発光を示すＤＡＤＳＢ分子の構
造を示す。
【００３０】ここで、１×１０-3Ｐａの真空中で石英ル
ツボ１Ａに充填したＤＡＤＳＢ分子７を、タングステン
線ヒーター１Ｂを用いて加熱昇華させ、その直上約１０
ｃｍに設置した基板加熱ヒーター２に取り付けた塩化カ
リウム（ＫＣｌ）基板３の（００１）劈開面上に蒸着成
長させた。ＫＣｌ基板３の温度は蒸着中、１６０〜１８
０°Ｃに保った。
ツボ１Ａに充填したＤＡＤＳＢ分子７を、タングステン
線ヒーター１Ｂを用いて加熱昇華させ、その直上約１０
ｃｍに設置した基板加熱ヒーター２に取り付けた塩化カ
リウム（ＫＣｌ）基板３の（００１）劈開面上に蒸着成
長させた。ＫＣｌ基板３の温度は蒸着中、１６０〜１８
０°Ｃに保った。
【００３１】図３にＤＡＤＳＢ分子の蒸着量の増加に伴
ってＫＣｌ基板上に形成されるマイクロドットの成長過
程を示す。
ってＫＣｌ基板上に形成されるマイクロドットの成長過
程を示す。
【００３２】ＫＣｌ基板３上には多くのステップが存在
するが、ＤＡＤＳＢの蒸着を開始する（０分）と、まず
このステップに沿ってマイクロドットの核が形成される
（５分）。やがて蒸着量の増加に伴って核密度が増加す
るとともにドットのサイズが大きくなる（１０分）。さ
らに蒸着を進めるとドット密度は飽和し（１５分）、次
第にドット同志の凝集が起こり（２３分）、さらに大き
なドットが成長してくる（３０分）。
するが、ＤＡＤＳＢの蒸着を開始する（０分）と、まず
このステップに沿ってマイクロドットの核が形成される
（５分）。やがて蒸着量の増加に伴って核密度が増加す
るとともにドットのサイズが大きくなる（１０分）。さ
らに蒸着を進めるとドット密度は飽和し（１５分）、次
第にドット同志の凝集が起こり（２３分）、さらに大き
なドットが成長してくる（３０分）。
【００３３】図４にそのマイクロドットの成長過程を模
式的に示す。
式的に示す。
【００３４】ＫＣｌ基板３上に吸着したＤＡＤＳＢ分子
７は、ＫＣｌ基板３の温度が適度に高いためその場にと
どまらず、ＫＣｌ基板３上を拡散して、より表面エネル
ギーの大きなＫＣｌ基板３のステップや欠陥部位に核形
成する。そして、さらに吸着、拡散してきた分子７を取
り込んでサイズが大きくなり、マイクロメータースケー
ルのドットに成長していく。
７は、ＫＣｌ基板３の温度が適度に高いためその場にと
どまらず、ＫＣｌ基板３上を拡散して、より表面エネル
ギーの大きなＫＣｌ基板３のステップや欠陥部位に核形
成する。そして、さらに吸着、拡散してきた分子７を取
り込んでサイズが大きくなり、マイクロメータースケー
ルのドットに成長していく。
【００３５】このようなドットの成長メカニズムは、Ｄ
ＡＤＳＢ分子７が両末端に嵩高いＮ，Ｎ−ｄｉ−ｐ−ｔ
ｏｌｙｌａｍｉｎｅ基を有するため、分子骨格のジスチ
リルベンゼンπ共役系鎖と基板のＫＣｌとの相互作用が
弱められ、ＫＣｌ基板３上での分子の拡散長が長くなる
「分子ベアリング」効果によるものである。
ＡＤＳＢ分子７が両末端に嵩高いＮ，Ｎ−ｄｉ−ｐ−ｔ
ｏｌｙｌａｍｉｎｅ基を有するため、分子骨格のジスチ
リルベンゼンπ共役系鎖と基板のＫＣｌとの相互作用が
弱められ、ＫＣｌ基板３上での分子の拡散長が長くなる
「分子ベアリング」効果によるものである。
【００３６】図５にはこのようにして得られたＤＡＤＳ
Ｂマイクロドットの成長初期（蒸着５分後）と成長後期
（蒸着３０分後）における形態を観察した原子間力顕微
鏡像を示す。
Ｂマイクロドットの成長初期（蒸着５分後）と成長後期
（蒸着３０分後）における形態を観察した原子間力顕微
鏡像を示す。
【００３７】この図５（ａ）に示すように、蒸着初期で
はドット径が１ミクロン程度で高さが数十ナノメータ
ー、図５（ｂ）に示すように、蒸着後期ではドット径１
０ミクロン以上、高さ１ミクロン以上に成長している。
この形態像からもわかるように、ドット径に対する高さ
の比は、成長初期の約２０分の１（１／２０）から蒸着
後期には８分の１（１／８）程度まで増大している。
はドット径が１ミクロン程度で高さが数十ナノメータ
ー、図５（ｂ）に示すように、蒸着後期ではドット径１
０ミクロン以上、高さ１ミクロン以上に成長している。
この形態像からもわかるように、ドット径に対する高さ
の比は、成長初期の約２０分の１（１／２０）から蒸着
後期には８分の１（１／８）程度まで増大している。
【００３８】以上のようにして得られたＤＡＤＳＢマイ
クロドットは、紫外線励起下で青緑色の発光を示すが、
その蛍光スペクトルの強度の紫外線励起時間に対する変
化を測定した結果、大気中では時間とともに発光強度が
急激に低下した。紫外線励起前後のマイクロドットの可
視紫外吸収スペクトルおよび赤外スペクトルを測定した
結果、このような発光劣化は、紫外線励起によるジスチ
リルベンゼンπ共役系鎖の光酸化に原因していることが
分かった。このことは、窒素中では発光強度の低下が全
く起こらなかったことからも明らかとなった。
クロドットは、紫外線励起下で青緑色の発光を示すが、
その蛍光スペクトルの強度の紫外線励起時間に対する変
化を測定した結果、大気中では時間とともに発光強度が
急激に低下した。紫外線励起前後のマイクロドットの可
視紫外吸収スペクトルおよび赤外スペクトルを測定した
結果、このような発光劣化は、紫外線励起によるジスチ
リルベンゼンπ共役系鎖の光酸化に原因していることが
分かった。このことは、窒素中では発光強度の低下が全
く起こらなかったことからも明らかとなった。
【００３９】そこで、この大気下におけるＤＡＤＳＢマ
イクロドットの発光劣化を防止するとともに、ＤＡＤＳ
Ｂからの発光をマイクロドット中に有効に閉じ込めるた
め、低屈折率材料のフッ化マグネシウム（ＭｇＦ2 ）膜
を、ＫＣｌ基板上に成長したマイクロドット上に真空蒸
着した。その結果、大気中の紫外線励起下においても発
光劣化は全く起こらなかった。
イクロドットの発光劣化を防止するとともに、ＤＡＤＳ
Ｂからの発光をマイクロドット中に有効に閉じ込めるた
め、低屈折率材料のフッ化マグネシウム（ＭｇＦ2 ）膜
を、ＫＣｌ基板上に成長したマイクロドット上に真空蒸
着した。その結果、大気中の紫外線励起下においても発
光劣化は全く起こらなかった。
【００４０】次に、ＤＡＤＳＢマイクロドットの発光増
幅特性を評価するため、上記のようにＭｇＦ2 層で封止
したＤＡＤＳＢマイクロドットをＹＡＧパルスレーザー
（λ＝３５５ｎｍ）で励起して、その発光スペクトルを
測定した。
幅特性を評価するため、上記のようにＭｇＦ2 層で封止
したＤＡＤＳＢマイクロドットをＹＡＧパルスレーザー
（λ＝３５５ｎｍ）で励起して、その発光スペクトルを
測定した。
【００４１】図６には平均ドット径７．２μｍのＤＡＤ
ＳＢマイクロドットをＭｇＦ2 層で封止した試料を励起
パルスレーザーエネルギーを変化させて測定した発光ス
ペクトルを示している。図７には平均ドット径１３．７
μｍのＤＡＤＳＢマイクロドットをＭｇＦ2 層で封止し
た試料を励起パルスレーザーエネルギーを変化させて測
定した発光スペクトルを示している。
ＳＢマイクロドットをＭｇＦ2 層で封止した試料を励起
パルスレーザーエネルギーを変化させて測定した発光ス
ペクトルを示している。図７には平均ドット径１３．７
μｍのＤＡＤＳＢマイクロドットをＭｇＦ2 層で封止し
た試料を励起パルスレーザーエネルギーを変化させて測
定した発光スペクトルを示している。
【００４２】図６に示すように、径７．２μｍのドット
では励起パルスエネルギーを増加させても自然発光によ
るブロードな蛍光スペクトルの強度が単調に増加してい
くだけであるが、径１３．７μｍのドットでは、図７に
示すように、あるエネルギー閾値以上で発光強度が上昇
しスペクトル幅の狭線化（ｇａｉｎ−ｎａｒｒｏｗｉｎ
ｇ）が起こる。
では励起パルスエネルギーを増加させても自然発光によ
るブロードな蛍光スペクトルの強度が単調に増加してい
くだけであるが、径１３．７μｍのドットでは、図７に
示すように、あるエネルギー閾値以上で発光強度が上昇
しスペクトル幅の狭線化（ｇａｉｎ−ｎａｒｒｏｗｉｎ
ｇ）が起こる。
【００４３】これは、後者においてはマイクロドットが
発光波長に対して十分大きくなり、自己空洞共振器とし
て機能するため、ＤＡＤＳＢの発光がマイクロドット中
に閉じ込められて誘導放射が有効に起こり、発光が増幅
したＡｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅ
ｍｉｓｓｉｏｎ（ＡＳＥ）に基づくものである。
発光波長に対して十分大きくなり、自己空洞共振器とし
て機能するため、ＤＡＤＳＢの発光がマイクロドット中
に閉じ込められて誘導放射が有効に起こり、発光が増幅
したＡｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ Ｅ
ｍｉｓｓｉｏｎ（ＡＳＥ）に基づくものである。
【００４４】また、図７（ｂ）中の拡大図に示すよう
に、狭線化したピークの両端にも周期的に発光モードが
観測され、このことからもマイクロドットが微小共振器
として働いていることがわかる。
に、狭線化したピークの両端にも周期的に発光モードが
観測され、このことからもマイクロドットが微小共振器
として働いていることがわかる。
【００４５】種々のドットサイズを持つＤＡＤＳＢマイ
クロドットを用いて同様の測定を行った結果、ドットの
平均直径がおよそ８μｍ以上になると、このような発光
閉じ込め空洞共振器効果による発光増幅が観察された。
クロドットを用いて同様の測定を行った結果、ドットの
平均直径がおよそ８μｍ以上になると、このような発光
閉じ込め空洞共振器効果による発光増幅が観察された。
【００４６】以上のように、自己形成したＤＡＤＳＢマ
イクロドットは安定な発光増幅を示し、今後、電流注入
による有機半導体レーザー材料として非常に有望であ
る。また、図５（ａ）に見られるように、ＤＡＤＳＢマ
イクロドットは基板のステップに沿って擬周期配列を自
己組織的に形成することから、今後、基板上にステップ
に代わる人工的なキンクサイトを二次元周期的に加工す
ることによってフォトニッククリスタルを形成すること
が期待できる。それにより、さらにレーザー発振励起エ
ネルギー閾値の低減や発光の輻射場の制御を試み、より
高機能な有機半導体レーザーデバイスへ発展させること
が期待できる。
イクロドットは安定な発光増幅を示し、今後、電流注入
による有機半導体レーザー材料として非常に有望であ
る。また、図５（ａ）に見られるように、ＤＡＤＳＢマ
イクロドットは基板のステップに沿って擬周期配列を自
己組織的に形成することから、今後、基板上にステップ
に代わる人工的なキンクサイトを二次元周期的に加工す
ることによってフォトニッククリスタルを形成すること
が期待できる。それにより、さらにレーザー発振励起エ
ネルギー閾値の低減や発光の輻射場の制御を試み、より
高機能な有機半導体レーザーデバイスへ発展させること
が期待できる。
【００４７】なお、分子はＤＡＤＳＢに限らず、「分子
ベアリング効果」を有する他の発光性分子を用いること
ができる。
ベアリング効果」を有する他の発光性分子を用いること
ができる。
【００４８】また、基板にはアルカリハライド以外に、
基板上での分子の拡散長が適度に長ければ、金属、ガラ
スなども用いることができる。なお、マイクロドットの
形式に適した基板温度は、用いる分子と基板との間の相
互作用力によって変化する。
基板上での分子の拡散長が適度に長ければ、金属、ガラ
スなども用いることができる。なお、マイクロドットの
形式に適した基板温度は、用いる分子と基板との間の相
互作用力によって変化する。
【００４９】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【００５０】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。
よれば、以下のような効果を奏することができる。
【００５１】（Ａ）より汎用かつ簡便にマイクロメータ
ースケールの有機微小構造体を自己組織的に形成するこ
とができる。
ースケールの有機微小構造体を自己組織的に形成するこ
とができる。
【００５２】（Ｂ）さらに、発光機能を有するπ共役系
分子のマイクロドットを作製し、そのサイズを可変に制
御することにより、この自発光型マイクロドットが低損
失の空洞共振器となりレーザー発振を可能にすることが
できる。
分子のマイクロドットを作製し、そのサイズを可変に制
御することにより、この自発光型マイクロドットが低損
失の空洞共振器となりレーザー発振を可能にすることが
できる。
【００５３】（Ｃ）マイクロドット上に低屈折率の封止
剤を積層することにより、マイクロドットを安定で効率
的な光閉じ込め空洞共振器として機能させることができ
る。
剤を積層することにより、マイクロドットを安定で効率
的な光閉じ込め空洞共振器として機能させることができ
る。
【図１】本発明の実施例を示す真空蒸着装置の概略構成
図である。
図である。
【図２】本発明にかかる自己発光型マイクロドット用分
子として用いた青緑色発光を示すジアミノジスチリルベ
ンゼン（ＤＡＤＳＢ）分子の構造を示す図である。
子として用いた青緑色発光を示すジアミノジスチリルベ
ンゼン（ＤＡＤＳＢ）分子の構造を示す図である。
【図３】本発明にかかるＤＡＤＳＢ分子の蒸着量の増加
に伴ってＫＣｌ基板上に形成されるマイクロドットの成
長過程を示す図である。
に伴ってＫＣｌ基板上に形成されるマイクロドットの成
長過程を示す図である。
【図４】本発明にかかるマイクロドットの成長過程を模
式的に示す図である。
式的に示す図である。
【図５】本発明にかかるＤＡＤＳＢマイクロドットの成
長初期（蒸着５分後）と成長後期（蒸着３０分後）にお
ける形態を観察した原子間力顕微鏡像を示す図である。
長初期（蒸着５分後）と成長後期（蒸着３０分後）にお
ける形態を観察した原子間力顕微鏡像を示す図である。
【図６】本発明にかかる平均ドット径７．２μｍのＤＡ
ＤＳＢマイクロドット〔図６（ａ）はその光学顕微鏡
像〕をＭｇＦ2 層で封止した試料を励起パルスレーザー
エネルギーを変化させて測定した発光スペクトルを示す
図である。
ＤＳＢマイクロドット〔図６（ａ）はその光学顕微鏡
像〕をＭｇＦ2 層で封止した試料を励起パルスレーザー
エネルギーを変化させて測定した発光スペクトルを示す
図である。
【図７】本発明にかかる平均ドット径１３．７μｍのＤ
ＡＤＳＢマイクロドット〔図７（ａ）はその光学顕微鏡
像〕をＭｇＦ2 層で封止した試料を励起パルスレーザー
エネルギーを変化させて測定した発光スペクトルを示す
図である。
ＡＤＳＢマイクロドット〔図７（ａ）はその光学顕微鏡
像〕をＭｇＦ2 層で封止した試料を励起パルスレーザー
エネルギーを変化させて測定した発光スペクトルを示す
図である。
１ 蒸着源 １Ａ 石英ルツボ １Ｂ タングステン線ヒーター ２ 基板加熱ヒーター ３ ＫＣｌ基板（ＫＣｌ単結晶基板） ４ シャッター ５ 蒸着量モニター ６ 真空ポンプ ７ ジアミノジスチリルベンゼン（ＤＡＤＳＢ）分子
（自己発光型マイクロドット用分子）
（自己発光型マイクロドット用分子）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷口 彬雄 長野県上田市中央３−14−２−602 Ｆターム(参考） 5F073 AA75 AA84 CA24 CB05 DA04 EA07 EA29
Claims (11)
- 【請求項１】 蒸着分子として末端にバルキーな置換基
を有する自発光型π共役系分子を用い、基板としてアル
カリハライド単結晶基板を用い、真空中で前記基板を加
熱することにより、前記基板上で自発光型π共役系分子
のマイクロドットを自己形成させることを特徴とする有
機マイクロドットの形成方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の有機マイクロドットの形
成方法において、前記基板温度を１６０〜１８０℃とす
ることを特徴とする有機マイクロドットの形成方法。 - 【請求項３】 請求項１記載の有機マイクロドットの形
成方法において、前記自発光型π共役系分子の蒸着量を
増減することにより、その直径をサブマイクロメーター
から数十マイクロメーターの範囲で制御可能にすること
を特徴とする有機マイクロドットの形成方法。 - 【請求項４】 請求項１記載の有機マイクロドットの形
成方法において、前記自発光型π共役系分子はジアミノ
ジスチリルベンゼンであることを特徴とする有機マイク
ロドットの形成方法。 - 【請求項５】 請求項１記載の有機マイクロドットの形
成方法において、前記自発光型π共役系分子の蒸着面は
ＫＣｌ単結晶基板の（００１）劈開面であることを特徴
とする有機マイクロドットの形成方法。 - 【請求項６】 アルカリハライド単結晶基板上に形成さ
れる自発光型π共役系分子のマイクロドットを具備する
ことを特徴とする有機半導体レーザー素子。 - 【請求項７】 請求項６記載の有機半導体レーザー素子
において、前記マイクロドット上に積層された低屈折率
の封止剤を有することを特徴とする有機半導体レーザー
素子。 - 【請求項８】 請求項７記載の有機半導体レーザー素子
において、前記マイクロドットの直径が８マイクロメー
ターから数十マイクロメーターの範囲であることを特徴
とする有機半導体レーザー素子。 - 【請求項９】 請求項７記載の有機半導体レーザー素子
において、前記封止剤はフッ化マグネシウム膜であるこ
とを特徴とする有機半導体レーザー素子。 - 【請求項１０】 請求項７記載の有機半導体レーザー素
子において、前記自発光型π共役系分子はジアミノジス
チリルベンゼンであることを特徴とする有機半導体レー
ザー素子。 - 【請求項１１】 請求項６記載の有機半導体レーザー素
子において、前記アルカリハライド単結晶基板はＫＣｌ
単結晶基板であることを特徴とする有機半導体レーザー
素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001130458A JP4837181B2 (ja) | 2001-04-27 | 2001-04-27 | 有機マイクロドットの形成方法及び有機半導体レーザー素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001130458A JP4837181B2 (ja) | 2001-04-27 | 2001-04-27 | 有機マイクロドットの形成方法及び有機半導体レーザー素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002329931A true JP2002329931A (ja) | 2002-11-15 |
| JP4837181B2 JP4837181B2 (ja) | 2011-12-14 |
Family
ID=18978828
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001130458A Expired - Fee Related JP4837181B2 (ja) | 2001-04-27 | 2001-04-27 | 有機マイクロドットの形成方法及び有機半導体レーザー素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4837181B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005215674A (ja) * | 2004-01-29 | 2005-08-11 | Agilent Technol Inc | 光アイソレータ |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07110500A (ja) * | 1993-10-08 | 1995-04-25 | Hitachi Ltd | 新規有機超格子光電子素子 |
| JP2000156536A (ja) * | 1998-09-14 | 2000-06-06 | Oputeku:Kk | 有機半導体レ―ザ |
-
2001
- 2001-04-27 JP JP2001130458A patent/JP4837181B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07110500A (ja) * | 1993-10-08 | 1995-04-25 | Hitachi Ltd | 新規有機超格子光電子素子 |
| JP2000156536A (ja) * | 1998-09-14 | 2000-06-06 | Oputeku:Kk | 有機半導体レ―ザ |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005215674A (ja) * | 2004-01-29 | 2005-08-11 | Agilent Technol Inc | 光アイソレータ |
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| JP4837181B2 (ja) | 2011-12-14 |
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