JP2002500823A - 有機レーザー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は第１ミラー層（１１０）と、前記第１ミラー層（１１０）上の第１活性有機物質層（１１２）とを含むレーザーを包含する。第１活性有機物質はポンピングされたときにレーザー発振し、それによってレーザー光を発生する。第１ミラー層（１１０）は第１活性有機物質によって発生される光の少なくとも一部を反射する。本発明は光学的及び電気的にポンピングされる両方の実施態様を包含する。

Description

【発明の詳細な説明】 有機レーザー発明の分野 本発明は発光デバイスの分野、特に有機物質を含有するレーザー発光デバイス に関する。背景情報 最近の幾つかの刊行物は、例えば共役ポリマーのような、ポリマーの有機発光 物質における、例えばスーパールミネセンス及び増幅された自然発光のような現 象を報告している（Ｎ．Ｔｅｓｓｌｅｒ等、Ｎａｔｕｒｅ、３８２，６９５（１ ９９６）；Ｆ．Ｈｉｄｅ等、Ｓｃｉｅｎｃｅ、２７３，１８３３（１９９６）、 これらの両方が本明細書に援用される）。このようなエミッタ(emitter)に用い られる物質はポリマー又はその化学的先駆体の溶液からスピン塗装される。不活 性なスピン塗装ポリマー又はゲル中に導入された有機レーザー染料からの光ポン プ(optically-pumped)刺戟発光が文献に述べられている（Ｒ．Ｅ．Ｈｅｒｍｅｓ 等、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６３，８７７（１９９３）；Ｍ．Ｎ．Ｗｅ ｉｓｓ等、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６９、３６５３（１９９６）；Ｈ． Ｋｏｇｅｌｎｉｋ等、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．１８，１５２（１９７１ ）；Ｍ．Ｃａｎｖａ等、Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．、３４，４２８（１９９５）、これ らの各々は本明細書に援用される）。 しかし、他のエレクトロルミネセンス物質に比べると、スピン塗装ポリマー物 質は特に良好な厚さ均一性、極めて高い物質純度を得る可能性、作用寿命、及び 他の慣用的な半導体製造プロセスによる集積(integration)の容易さを示さない 。フラットパネルディスプレイ用途向けの有機発光デバイス（ＯＬＥＤｓ）の分 野では、現在、例えば小分子ＯＬＥＤｓがそれらのスピン塗装ポリマー類似体に 比べると一桁の大きさだけ良好な作用寿命を生じている（Ｌ．Ｊ．Ｒｏｃｈｂｅ ｒｇ等、“有機エレクトロルミネセンスの現況と展望”、Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅ ｓ ．，１９９６、１１：３１７４；Ｎ．Ｃ．Ｇｒｅｅｎｈａｍ 等、“共役ポリマーの半導体物理学”、Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｐｈｙｓｉｃ ｓ １９９５，４９：１、これらの両方は本明細書に援用される）。 有機半導体レーザー（ＯＳＬｓ）としての小分子量有機半導体及びポリマーの 薄膜におけるレイジング作用(lasing action)と刺戟発光に最近非常に関心が寄 せられている。有機物質が低コストであることと、ＯＳＬｓを準エピタキシャル 及び非エピタキシャル薄膜として成長させうることがＯＳＬｓの、他の光電子工 学デバイスによる集積を容易にして、ＯＳＬｓを多くの用途のために魅力的にし ている。有機半導体の特別な光学的及び電子工学的性質が、慣用的な無機レーザ ーダイオードに比べて有意に大きく温度安定性であるＯＳＬ性能を生じて、光通 信及びセンサー用途に可能な利益をもたらす。例えば、小分子量有機半導体の真 空蒸着薄膜の光ポンピングされたスラブ導波路構造のレイジング作用が最近実証 されている（Ｖ．Ｇ．Ｋｏｚｌｏｖ等、Ｃｏｎｆ．ｏｎ Ｌａｓｅｒｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃｓ ＣＬＥＯ ’９７、ＣＰＤ−１８、Ｏｐｔ． Ｓｏｃ．Ａｍ．、Ｂａｌｔｉｍｏｒｅ、ＭＤ、Ｍａｙ １９９７、本明細書に援 用、を参照のこと）。これらの有機半導体レーザー（ＯＳＬｓ）の出力、示差量 子効率及び発光波長は、慣用的な無機レーザーダイオードに比べて、温度の変化 に対して有意に大きく安定である。有機レーザー構造のこの利点を、例えば低コ スト、準エピタキシャル及び非エピタキシャル成長のような有機半導体の固有の 利点（Ｓ．Ｒ．Ｆｏｒｒｅｓｔ等、Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ４９、１１３０９（１ ９９４）、本明細書に援用）及び他の光電子工学デバイスによる集積の容易さと 組み合わせると、さらなる研究への強い欲求が生ずる。現在、例えば狭帯域発光 、活性有機物質の最少の使用、及び波長チューニングと電気ポンピングとの促進 のような、望ましいＯＳＬ性質をもたらすＯＳＬ構造の開発に関心が寄せられて いる。発明の概要 本発明は、ポンピングされたときにレーザー発振する（ｌａｓｅ）ことによっ て、レーザー光を生じる有機物質を包含するレーザーデバイスに関する。本発明 は、特有の構造及び有機レーザー物質の光ポンピングと電気ポンピングの両方の 実施態様に関する。スピン塗装ポリマー物質とは対照的に、本発明に用いる有機 物質は優れた厚さ均一性、極めて高い物質純度、及び慣用的な製造方法による集 積の容易さを提供する。さらに、本発明のレーザーデバイスは出力の明確な閾値 、明確なレーザービーム、キャビティモード及びスペクトル線狭幅化を提供する 。 本発明はミラー層と、ミラー層上の活性有機物質層とを含むレーザーを包含す る。活性有機物質はポンピングされたときにレーザー発振することによって、レ ーザー光を生じる。ミラー層は第１活性有機物質によって生じた光の少なくとも 一部を反射する。 １つの態様において、本発明は活性有機物質をポンピングするための光ポンプ エネルギーソースを包含する光ポンプレーザー(optically-pumped laser)に関す る。 別の態様では、本発明は、活性有機物質がエレクトロルミネセンス性であり、 １対の電極の間に配置された電気ポンプレーザー(electrically-pumped laser) に関する。電流が電極間を通過するときに、活性有機物質はポンピングされる。図面の簡単な説明 図１は本発明によるレーザーデバイスの実施態様を包含する配置を示す。 図２は本発明によるレーザーデバイスの実施態様を包含する配置を示す。 図３は本発明の実施態様に関するピーク出力とポンプエネルギー密度との関係 の説明図である。 図４（図３の挿入図）は膜表面に直交する面と、偏光子(polarizer)面との間 の角度の関数としての、本発明の実施態様の発光の偏りを示す。 図５Ａと５Ｂは本発明の電気ポンプレーザーデバイス実施態様を示す。 図６は本発明の実施態様によるレーザーキャビティ構造の断面を示す。 図７は本発明の実施態様による光ポンプレーザーの断面を示す。 図８Ａ〜８Ｈは、それぞれ、ＤＣＭ、Ａｌｑ₃、ＣＢＰ、ＤＣＭ２、ローダミ ン−６Ｇ、クマリン−４７、ペリレン及びピロメタン−５４６の化学式を示す。 図９は本発明の実施態様によるチューニング可能な(tunable)光ポンプレーザ ーの断面を示す。 図１０は本発明の実施態様による電気ポンプレーザーの断面を示す。 図１１は堆積した多色電気ポンプレーザーの断面を示す。 図１２は本発明の実施態様によるチューニング可能な電気ポンプレーザーの断 面を示す。 図１３は本発明の実施態様による導波路減衰構造(waveguide reducing struct ure)の断面を示す。 図１４は本発明の実施態様による光ポンプレーザーデバイスの発光スペクトル を示す。 図１５は本発明によるＯＶＣＳＥＬの具体的実施態様からの基体法線方向にお ける自然発光スペクトルを示す。 図１６は本発明のＯＶＣＳＥＬの具体的実施態様からの高い励起レベルにおけ る発光スペクトルを示す。 図１７はレイジング閾値近くの励起の関数としての、本発明のＯＶＣＳＥＬの 具体的実施態様からの高解像度発光スペクトルを示す。 図１８は本発明のＯＶＣＳＥＬの具体的実施態様に関するレイジング閾値近く での出力エネルギーの、入力ポンプエネルギーへの依存性を示す。詳細な説明 本発明の光ポンプレーザーデバイス１００の１実施態様を図１に示す。レーザ ーデバイス１００は第１ミラー層１１０と、活性有機物質層１１２とを包含する 。第１ミラー層１１０は、有機物質層１１２から放出される光の少なくとも一部 を反射することができる点で“ミラー”である。例えば、本発明のデバイスに用 いられるミラー層の多くは例えば波長、配向、帯幅、光沢等のような好ましい特 徴のレーザー光を伝達し、好ましくない特徴を有する光を反射するために用いら れる。本発明に用いられるミラー層は、例えば、ガラス、石英、サファイア又は プラスチックの基体、研磨されたＩｎＰ層、分布Ｂｒａｇｇ反射体、金属ミラー 等を包含する。 本発明に用いられる有機物質は、それらが例えば光エネルギー又は電気エネル ギーによるような、任意の適当な手段によってポンピングされたときにレーザー 発振して、それによってレーザー光を生じる点で“活性”である。活性有機物質 はホスト物質とドーパント物質とを包含し、これらは任意の適当な方法によって 第１ミラー層１１０上に付着される。層１１２の有機物質よりも小さい屈折率を 有する物質を含むクラッド層１１１によって、第１ミラー層１１０を場合により 予備被覆する。層１１２を例えば窒素レーザー１１８のようなソースからの光ポ ンプエネルギーによってポンピングすると、レーザーデバイス１００は予め定め られた色のレーザービーム１１６を生じる。 層１１１と１１２は任意の適当な厚さである。例えば、図１に示した実施態様 では、層１１１と１１２はそれぞれ約２μｍと１２０ｎｍである。不透明なミラ ー層１１０から層１１２を光学的に単離させるように、クラッド層１１１の厚さ を選択することが好ましい。層１１２の厚さは、均一なポンピングを生じ、この 層がクラッド層１１１と周囲環境との間で光学的導波路として機能する能力を最 適化するように選択される。例えば、層１１２がＣＢＰを含む場合には、１２０ ｎｍの厚さがポンプエネルギーの約６０％の吸収と＝４８５ｎｍにおいて約５９ ％の導波路コンファインメント・ファクター（waveguide confinement factor） を生じる。層１１２の導波路能力をさらに強化するために、クラッド層１１１は 層１１２よりも小さい屈折率を有することによって、デバイスの表面に垂直な方 向における層１１２内の光学的コンファインメントを増強するために役立つ。例 として、層１１２がホスト有機物質としてＣＢＰ（ｎ〜１．８）を含む場合に、 クラッド層１１１はＳｉＯ₂（屈折率、“ｎ”約１．５）を含む。例えば、第１ ミラー層１１０がそれを通してのレーザー発光を目的とする場合には、クラッド 層１１１は不要でありうる。しかし、レーザー発光が層１１２の側面１１３から 生じる図１に示した実施態様では、クラッド層１１１が好ましい。さらに、層１ １２は、相互に実質的に平行であることによって、層１１２中に光学的共鳴器を 形成する２つの反射面１１３と１１４を包含する。 層１１１と１１２は第１ミラー層１１０上に、それぞれ、例えばプラズマ強化 化学蒸着及び真空熱蒸発によるような、任意の適当な方法によって付着される。 層１１２中のドーパントの濃度は典型的に１０質量％未満であるが、０．０１％ 程度の低さであることもできる。層１１２はホスト物質とドーパント物質との約 １００：１の各質量比率での熱同時蒸発によって付着させることが、一般に好ま しい。 有機層１１２が付着するミラー層であって、好ましくは有機層物質よりも低い 屈折率（ｎ）を有する任意のミラー層上に、本発明のレーザーデバイスを成長さ せることが好ましい。受容されるミラー層物質はＳｉＯ₂によって被覆されたプ ラスチック、ガラス及びシリコンを包含する。好ましい第１ミラー層物質は研磨 されたＩｎＰである。本発明によるデバイスの典型的な長さは５ｍｍであるが、 例えば０．５ｍｍのような、さらに短い長さのデバイスも可能である。 層１１２の向かい合った縁における光学的に平滑で、シャープな切子面１１３ と１１４の形成は真空蒸着膜の自然の利点である。切子面１１３と１１４の形状 は、下方の第１ミラー層１１０（又は用いる場合のクラッド層１１１）の対応切 子面の形状を模倣する。このようなものとして、第１ミラー層１１０の側面は平 滑であり、相互に平行であることが好ましい。層１１２の真空蒸着によって、７ ％の切子面反射能が得られ、これは必要な光フィードバックを与えるために充分 である。光フィードバックは例えば有機膜の光ポンピングされる領域の下方に配 置され、それによって分布フィードバック構造を形成する光学的格子のような、 他の構造によっても得られる。層１１２の真空蒸着によって切子面１１３と１１ ４を形成することの代替手段として、層１１２を第１ミラー層１１０（又は用い る場合のクラッド層１１１）上に任意の他の方法によって付着させて、次にこの 複合体を他の適当な方法によって切断して、平滑でシャープな切子面を形成する ことができる。 層１１２のホスト物質分子種によって吸収されうる光を放射する光源を用いて 、例えばデバイス１００のような、本発明の任意の光ポンプ実施態様をホンピン グする。例えば、５０Ｈｚ反復率において３３７ｎｍの波長で５００ｐｓｅｃパ ルスを発生する窒素レーザー１１８によって、デバイス１００をポンピングする 。図１に示すように、ポンプビームは例えば円筒形レンズ１１７によって切子面 １１３と１１４に対して垂直に配向した膜表面上のストリップ１１５中に集束す る。ストリップ１１５の幅は例えば１００μｍのような任意の適当なサイズであ る。ポンプビームは層１１２中に導かれ、それによってレーザービーム１１６を 生じ、レーザービーム１１６はデバイス１００の切子面１１３及び／又は１１４ から放出される。さらに、ゲイン−ガイディング効果(gain-guiding effect)に よって、有機層１１２の照射部分１１５の屈折率は非照射部分の屈折率よりも大 きくなる ので、垂直方向における光学的モード(optical mode)のコンファインメントを生 じる。 図２は、層１１２上にストリップ１１５を形成することを必要としない、本発 明による光ポンプレーザーの実施態様２００を示す。この実施態様では、クラッ ド層１１１が第１ミラー層１１０上にリッジ(ridge)を形成し、その上に有機物 質の層１１２が付着する。したがって、この実施態様では、光学的モードはＺ方 向とＹ方向の両方に制限される。層１１１と１１２の幅は好ましくは、単一の側 方光学的モードのみを支持するほどの狭さ（例えば、１〜１０μｍ）であるべき である。活性有機層１１２の厚さは、デバイスをポンピングする光の波長におけ るホスト物質の吸収係数の逆数にほぼ等しくあるべきである。反射層（図示せず ）を層１１１と第１ミラー層１１０との間に設置する場合には、有機層１１２の 厚さはデバイスをポンピングする光の波長におけるホスト物質の吸収係数の逆数 の約１／２であるべきである。図２のレーザーデバイスを保護するために、これ を層１１２の屈折率よりも低い屈折率を有する透過性物質（図示せず）によって 場合によりオーバーコートする。 デバイス１００のピーク出力のポンプエネルギー密度に対する依存性の例を図 ３に示す。この関係から、レーザー閾値が明確に判明される。図３のグラフにお ける各ライン区分は経験的測定点に直線的に適合する。２つのライン区分の勾配 は０．２％（レーザー閾値未満）から１０％（レーザー閾値を超える）までの示 差量子効率の変化を強調する。しかし、光ポンピングされるゲイン−ガイデッド ・デバイス(gain-guided device)のレイジング領域がポンピングされる物質のご く小部分に過ぎないので、測定される示差量子効率がかなり過少評価されたもの であることに注目すべきである。それ故、ポンプ出力の大部分は非レーザー発振 領域において失われる。示差量子効率は、４Ｗを超えるピーク出力に相当する１ ０Ｊ／ｃｍ²を超える励起レベルにおいて７％にまで低下する。 図４（図３に挿入）は偏光子を通過するときのデバイス１００からの発光の強 度を、膜表面に直交する面と偏光子面との間の角度の関数として示す。レーザー 発光に関して予想されるように、発光は強度に直線的に偏光する。測定された偏 光度は１５ｄＢであるが、この結果が測定装置によって限定されることに注目す べきである。経験的な測定点に適合する実線は、偏光子角度であるｓｉｎ²（） に従う。 上記光ポンプ実施態様の他に、本発明は電気ポンプ有機半導体レーザー実施態 様をも提供する。このような実施態様は、電流によって励起されるときに光を発 生するエレクトロルミネセンス性物質を利用する。 図５ａは、本発明の電気ポンプレーザーデバイス実施態様の断面図を示す。デ バイス３００は第１電極３１、底部クラッド層３２、活性有機物質層３３、頂部 クラッド層３４及び第２電極３５を包含し、これらは第１ミラー層３０上に順次 付着する。活性層３３中への光学的コンファインメントの程度は例えばクラッド 層３２と３４の屈折率のような要因に依存する。 活性有機物質の層３３は例えばドープされたＡｌｑ₃のような、任意の適当な 有機エレクトロルミネセンス性物質を含む。クラッド層３２，３４のいずれか一 方は例えば、１０％のＴＰＤによってドープされたＭｇＦ₂のような正孔伝導性 物質から構成される。クラッド層の他方は例えば、Ａｌｑ₃又はＡｌｑ₃によって ドープされたＭｇＦ₂のような電子伝導性物質から構成される。クラッド層３２ 又は３４のいずれかに関して、ＭｇＦ₂を例えばＬｉＦ，ＫＦ若しくはＫＩのよ うな他のアルカリハロゲン化物によって又は透過性の、屈折率の低い導電性有機 物質によって置換することができる。電極３１と３５との間に電流を通すと、電 子と正孔(hole)とが活性層３３に注入され、そこでエネルギーがホスト物質から ドーパント物質に移されて、ドーパント物質が光を発生する。 デバイス３００の縁、即ち、ミラー切子面Ｍ１とＭ２によって光学的共鳴器が 形成される。電極３１と３５の少なくとも一方はＸ方向に配向したストリップに パターン化される。電気的にポンピングされる活性物質部分は、光学的ゲインの 変化を経験して、横方向に導波路を形成する（即ち、ゲイン−ガイディング効果 ）。 図５ａに示した電気ポンプレーザーデバイスでは、活性層３３の屈折率はクラ ッド層３２と３４の屈折率よりも高いことが好ましい。このことはモード(mode) の大部分がゲイン層とオーバーラップすることを保証する。クラッド層３２と３ ４の屈折率が実質的に等しくて、層３３内への最適の光学的コンファインメント を生じることが好ましい。 クラッド層３２と３４は電極３１と３５における光学的モードの吸収を実質的 に阻止して、効果的な電流注入を可能にするために充分な厚さであるべきである 。単一モード操作では、活性層の厚さは活性層の屈折率の２倍によって除したレ ーザー発振波長(lasing wavelength)に実質的に等しくあるべきである。より高 度なモードに関しては、活性層３３の厚さを対応して大きくすべきである。 層３３中への光学的コンファインメントは、例えば層３３をフォト−ブリーチ ング(photo-bleaching)して、層３３中に導波路を画定することによっても得ら れる。この方法を用いる場合には、活性層３３がひと度付着したならば、部分的 に活性層３３を被覆するフォトレジストを貼付して、この層をＯ₂雰囲気下で強 いＵＶ光に暴露させる。これによって、活性層３３の非遮蔽部分はブリーチされ て、それらの屈折率を低下させる。活性層３３の遮蔽部分はその本来のより高い 屈折率を維持するので、その中への光学的コンファインメントを生じる。 別の例として、屈折率ガイディング(index-guiding)を得るように、第１ミラ ー層又は底部クラッド層をパターン化することによって光学的コンファインメン トが達成される。例えば、底部クッラド層３２上にフォト−ブリーチングを用い て、屈折率調節分布Ｂｒａｇｇ反射体(index modulated distributed Bragg ref lector)を活性層３３の下方に形成することができる。 光学的共鳴器がＺ方向に光学的に形成される。この場合には、頂部及び第１電 極は光学的ミラーとしても役立つ、又は電極が光に対して透過性である場合には 、構造体の両側に高反射能ミラーを加える。この構造体の光学的モードの最大値 は光学的層の位置に空間的に適合すべきである。さらに、光学的モードの波長は ドーパント物質のゲイン・スペクトルとオーバーラップすべきである。 図５ｂは本発明による電気ポンプレーザーデバイスの他の実施態様を示す。こ の実施態様では、第１電極３１は接触面を生じるようにレーザー構造体を超えて 伸びる。さらに、レーザー構造体の側面に絶縁体３７を与えて、第２電極３５か ら第１ミラー層３０の表面に達する接点３６をこの絶縁体に付着させる。 本発明は有機垂直−キャビティ表面−発光レーザー（ＯＶＣＳＥＬ）構造体を 包含する、これらの構造体ではレーザーキャビティを用いて、出力の明確な閾値 、 明確なレーザービーム、キャビティモード及び１未満への、閾値を超える発光の スペクトル線狭幅化を得ている。これらの膜における高いゲインは５００ｎｍ未 満の厚さの活性領域においてもレーザー発振を発生させて、それによって操作の ために必要な活性有機物質量を最少にするために充分である。 図６は本発明の実施態様によるレーザーキャビティ構造１１００の断面を示す 。この構造では、活性有機物質層１１１０が第１ミラー層１１１１と第２ミラー 層１１１２との間に配置されて、厚さｔのキャビティを形成する。層１１１０の 有機物質は、光学的又は電気的手段によってポンピングされたときにレーザー発 振して、レーザー光を発生する点で“活性”である。第１及び第２ミラー層１１ １１，１１１２はそれぞれ、層１１１０によって発生した光の実質的な量を反射 するので、コヒーレントレーザー光、望ましい波長を有し、狭い帯幅を特徴とす るレーザー光のみが層１１１１、１１１２を通過する。第１及び第２ミラー層１ １１１，１１１２はそれぞれ、層１１１０のポンピングによって生ずる光の好ま しくは９０％、より好ましくは９５％、最も好ましくは９８％を反射する。第１ 及び第２ミラー層１１１１，１１１２が層１１１０によって発生される光の実質 的に同じ割合を反射するならば、第１及び第２ミラー層１１１１，１１１２の両 方を通る光の通過は、図６に示すように、実質的に等しくなる。例えば、第２ミ ラー層１１１２が第１ミラー層１１１１よりも大きい割合の光を反射するならば 、第１及び第２ミラー層の吸収特性が等しい限り、光の通過は主として第１ミラ ー層１１１１を通して生ずる。 図７は本発明の実施態様による光ポンプＯＶＣＳＥＬ構造１２００を示す。第 １ミラー層１１１１、活性有機物質層１１１０及び第２ミラー層１１１２が実質 的に透過性の基体１１１３上に配置される。活性有機物質層１１１０は入射光ポ ンプエネルギー１１１５によってポンピングされる。光ポンプエネルギーのソー ス(図示せず)は、例えば窒素レーザーのような、強い光の任意の適当なソースで ある。 第１及び第２ミラー層１１１１，１１１２は任意の適当な反射性物質又は構造 である。第１ミラー層１１１１のために好ましい構造は、分布Ｂｒａｇｇ反射体 （“ＤＢＲ”）誘電ミラー堆積である。ＤＢＲミラーは商業的に入手可能であり 、 ／４厚さの誘電層から成り、この場合はＤＢＲミラー反射停止帯(reflective st opband)の波長である。したがって、ＤＢＲミラーはＯＶＣＳＥＬ出力スペクト ルを制御する能力を有し、これが次にこのような出力の線幅を狭くする。ＤＢＲ ミラーは典型的に９９％を超える反射能を特徴とする。第２ミラー１１１２は好 ましくはＤＢＲミラー又は例えば銀、白金、アルミニウム、マグネシウム−アル ミニウム合金又はこれらの組み合わせのような、反射性金属若しくは合金の層で ある。金属ミラーは典型的に、９０％を超える反射能を有するが、ＤＢＲミラー よりも多くの光を吸収する。第２ミラー１１１２が金属を含む場合には、ＯＶＣ ＳＥＬ構造が層１１１０中に層１１１２との有機物質／金属界面における有機物 質のクエンチを減ずるために有機バッファー層１１１４を包含することが好まし い。図７に示す実施態様では、第２ミラー層１１１２の反射能と吸収との組み合 わせは、第１ミラー層１１１１の同じ組み合わせよりも大きいので、第１ミラー 層１１１１を通してのレーザー発光１１１６を生じる。 基体１１１３は例えば石英、ガラス、サファイア又はプラスチックのような、 任意の適当な透明基体である。基体１１１３は入射光ポンピングエネルギーの波 長及び層１１１０によって生じるレーザー光の波長に対して透過性であるような 物質に限定される。 本発明の全ての実施態様では、活性有機物質はホスト分子とドーパント分子と を含む。層１１１０に与えられるポンプエネルギーはホスト分子によって吸収さ れ、双極子−双極子遷移によって非放射性にドーパント分子に移される。これが 生ずるためには、ホストの発光スペクトルがドーパントの吸収スペクトルにオー 濃度のドーパント分子のみを必要とし、これはこの結果としてレイジング閾値を 低減し、レーザー効率を高め、作用寿命を延長させる。本発明に用いられるホス ー捕捉を介してドーパント物質にエネルギーを転移することができる任意の物質 から選択される。さらに、ドーパントへのエネルギー転移速度はホストにおける 非放射性再結合よりも迅速でなければならない。本発明に用いられるドーパント 物質は、ホスト：ドーパント系の透過性領域(transparency region)と同じスペ クトル領域にルミネセンス（レイジング）発光を有する任意の高効率ルミネセン ス性分子である。本発明に活性有機物質として用いるための具体的なホスト−ド ーパント系と、それらの関連レイジング特性を表１に記載する。ＤＣＭ（オハイ オ州、ＤａｙｔｏｎのＥｘｃｉｔｏｎ社）として知られる化学物質、Ａｌｑ₃、 ＣＢＰ、ＤＣＭ２（オハイオ州、ＤａｙｔｏｎのＥｘｃｉｔｏｎ社）、ローダミ ン−６０Ｇ、クマリン−４７，ペリレン及びピロメタン−５４６の式を図８Ａ− ８Ｈにそれぞれ示す。本発明に用いる有機物質は例えば真空熱蒸発のような、任 意の適当な方法によって付着させる。 表１．本発明のＯＶＣＳＥＬｓに用いるための具体的な活性有機物質 本発明は、レーザー発光が特定の波長にチューニング可能である実施態様を包 含する。図９は本発明の実施態様による光ポンプ・チューニング可能なＯＶＣＳ ＥＬ１２５０の例を示す。この実施態様では、活性有機物質の層１１１０の厚さ 、ｔは構造の左縁１１１７から右縁１１１８まで単調に変化する。代替え実施態 様では、層１１１０の厚さは不連続な波長の発光のために段階的に変化する。Ｏ ＶＣＳＥＬキャビティの厚さを変えることによって、発光波長は層中のレイジン グ物質の幅広いゲインスペクトルのために５０ｎｍ以上程度だけチューニング可 能である。このような厚さの変化は、例えば、層１１１０の成長中にスライディ ング・シャドーマスクで基体を遮蔽することによって、達成される。或いは、基 体をポンプビーム・ソースに対して傾けることによって、効果的な厚さ変化が得 ら れる。チューニング可能なＯＶＣＳＥＬをポンプビーム１１１５によってポンピ ングする、ポンプビーム１１１５は右縁１１１８から距離ｄにある点Ｘｏにおい て層１１１０の活性有機物質を励起させる。レーザー発光１１１６の波長はキャ ビティ厚さｔと、層１１０中の有機物質の屈折率との関数である。点Ｘｏの位置 を変えることによって、異なる厚さｔ１を有するＯＶＣＳＥＬ構造１２５０の異 なる区分がポンプビーム１１１５によって励起されて、異なる波長の発光１１１ ６を生じる。ｄを変えることによるＸｏの位置の変化は、例えば、ＯＶＣＳＥＬ 構造１２５０の移動、ポンプビーム１１１５の位置若しくは角度又は両方の移動 によって達成される。例として、本発明者は層１１１０の厚さを４３０ｎｍから ５００ｎｍに変えることによって本発明の電気ポンプＡｌｑ₃：ＤＣＭレーザー のレーザー発光を５９８ｎｍから６３５ｎｍに変化させている。 図１０は本発明の実施態様による電気ポンプＯＶＣＳＥＬ構造１３００を示す 。第１ミラー層１１１１、活性有機物質層１１１０（亜層１１１０ａ、１１１０ ｂ及び１１１０ｃを含む）及び第２ミラー層１１１２を実質的に透過性の(trans parent)基体１１１３上に配置する。第１及び第２ミラー層１１１１、１１１２ が電極として機能することができないか、或いは別の電極を有することが好まし いならば、第１電極１１２０を第１ミラー層１１１１と活性有機物質層１１１０ との間に配置し、第２電極１１２１を活性有機物質層１１１０と第２ミラー層１ １１２との間に配置する。この実施態様では、層１１１０の有機物質は、電流が それを通過するときにポンピングされてレーザー発光するような、エレクトロル ミネセンス性である。当該技術分野で知られているように、層１１１０における (及び本発明の他の全ての電気ポンプ実施態様における)有機物質は典型的に３種 類の亜層：正孔伝導層（“ＨＴＬ”）１１１０ａ、放射層（“ＥＬ”）１１１０ ｂ及び電子伝導層（“ＥＴＬ”）１１１０ｃから成る。第１電極と第２電極１１ ２０，１１２１（図１０に示した実施態様では、第１及び第２電極はそれぞれ陽 極と陰極である）は層１１１０ｂによって放射される光に対して実質的に透過性 であり、好ましくは酸化スズインジウム(indium-tin-oxide)又は他の任意の透過 性導電性物質を含む。 本発明の１実施態様では、種々な色のレーザー光を放射するために、図１１に 示すように、多重電気ポンプＯＶＣＳＥＬ構造を堆積配置１３５０に配置する。 堆積配置１３５０は図１０に示すような構造１３００を包含するが、第３ミラー 層１２１１、第３電極１２２０、第２活性有機物質の亜層（サブレイヤー）１２ １０ａ、１２１０ｂ及び亜層１２１０ｃ（それぞれ、ＨＴＬ、ＥＬ及びＥＴＬ層 に対応）、第４電極１２２１並びに第４ミラー層１２１２をも図１１に示すよう に包含する。ＯＶＣＳＥＬ構造１３００におけるように、電極１１２０，１１２ １，１２２０及び１２２１は堆積配置(stacked arrangement)１３５０において 、各ミラー構造１１１１，１１１２，１２１１及び１２１２が電極として機能す ることができないか、或いはミラー構造とは別に電極を有することが好ましい場 合にのみ必要である。２個のＯＶＣＳＥＬ構造のみを堆積構造１３５０に示すが 、本発明は３個以上のＯＶＣＳＥＬが一体構造として堆積される実施態様をも包 含する。ＯＶＣＳＥＬ構造の堆積は、それぞれが単独又は任意の組み合わせの各 ＯＶＣＳＥＬからである多重色のレイジングを容易にする。 本発明は、特定の波長にチューニング可能である電気ポンプＯＶＣＳＥＬを包 含する。図12は本発明の実施態様による、このようなチューニング可能なＯＶＣ ＳＥＬ１３５１の例を示す。光ポンプ・チューニング可能なＯＶＣＳＥＬ１２５ ０に関して述べたように、ＯＶＣＳＥＬ１３５１のレーザー発光波長はＯＶＣＳ ＥＬのキャビティの厚さｔを変えることによって、チューニング可能である。ｔ の変化は第２電極１１２１と第２ミラー層１１１２との間の距離ｔ１を調節する ことによって達成される。距離ｔ１は第２電極１１２１の方向へ又は第２電極か ら離れて第２ミラー層を制御移動させることによって、又はこの逆によって変化 させる。光学的レンズ１１３０を第２電極１１２１と第２ミラー層１１１２との 間に配置して、層１１１０ｂから放射されるレーザー光の調節を失うことなく、 ｔ１の変化を可能にする。 本発明の全ての実施態様は場合により、有機層中の導波路損失(waveguiding l osses)を容易に最少にするために有機層の周囲にガイディング層及びクラッド層 を包含する。例えば、厚さ１５０ｎｍの有機層における導波路の光学的損失(wav eguide optical losses)は、金属電極をエレクトロルミネセンス・デバイスに用 いる場合には、しばしば、１０００ｃｍ^-1以上程度の大きさである。この ような損失を最少にするために、図１３に示すような構造１４００が用いられる 。構造１４００は有機層（単数又は複数）１１１０に直接隣接したガイディング 層１１６１と１１６２と、ガイディング層１１６１と１１６２とにそれぞれ直接 隣接したクラッド層１１６０と１１６３を包含する。当該技術分野において知ら れ、既述されているように、層１１１０がエレクトロルミネセンス性物質を含む 場合には、層１１１０は実際に複数の亜層(即ち、ＨＴＬ、ＥＬ及びＥＴＬ層)を 含むことができる。ガイディング層１１６１，１１６２は光学的損失を最少にす るために高度に光に対して透過性であり、高い屈折率を特徴とする。クラッド層 １１６０，１１６３も光に対して透過性であるが、ガイディング層１１６１、１ １６２よりも低い屈折率を有する。クラッド層１１６０，１１６３の主要な目的 の１つは電流を導くことであるので、クラッド層１１６０，１１６３は一般にガ イディング層１１６１、１１６２よりも高度に導電性でもある。構造１４００は 有機層（単数又は複数）１１１０中への発光のコンファインメントを減ずるので 、光学的損失を１０ｃｍ^-1以下程度に減ずる。構造１４００は場合により、本発 明の光ポンプ実施態様又は電気ポンプ実施態様のいずれかに対して用いられる。 例えば、本発明の光ポンプ実施態様１２００に対して用いられる場合には、構造 １４００は図７の活性有機物質層１１１０の代りに用いられる。同様に、電気ポ ンプ実施態様１３００に対して用いられる場合には、構造１４００は亜層１１１ ０ａ、１１１０ｂ及び１１１０ｃの代りに、構造１４００が電極１１２０と１１ ２１とによって挟まれるように用いられる。電気ポンプ実施態様１３００に対し て用いられる場合には、ガイディング層とクラッド層１１６０，１１６１，１１ ６２、１１６３は電極１１２０、１１２１から導電性層（単数又は複数）１１１ ０に電荷キャリヤーを供給するために充分に導電性でなければならない。しかし 、ガイディング層１１６１，１１６２の導電率は、周囲電極の電極１１２０，１ １２１の導電率よりも小さい導電率を有するクラッド層１１６０，１１６３の導 電率よりも小さいことが好ましい。ガイディング層とクラッド層１１６０，１１ ６１，１１６２、１１６３のために好ましい物質は、その屈折率、導電率及び透 過性が例えば酸素含量の変化によって変化する酸化スズ・インジウムである。 下記非限定的実施例に関連して、本発明をさらに説明する。実施例１ 図１に示すレーザーデバイスを形成した。Ａｌｑ₃とＤＣＭ（約５０：１の分 子比率）をガラススライド上に高真空（５×１０^-7Ｔｏｒｒ）下で同時蒸着させ た。得られた３０００厚さの、屈折率（ｎ）１．７を有するＡｌｑ₃／ＤＣＭ層 １１２は片面ではクラッド層としてのガラス（ｎ＝１．４）と共に、他方の面で は空気（ｎ＝１）と共にスラブ光学的導波路を形成する。このスラブ光学的導波 路は、層１１２の反射性切子面１１３、１１４と共に、光学的共鳴器を形成する 。 ５０Ｈｚの反復率において３３７ｎｍの波長によって５００ｐｓｅｃパルスで 作用する窒素レーザー１１８を用いて、光ポンプビームを発生させた。光学的モ ードの横方向コンファインメントは、光ポンプビームによって誘導されるゲイン ・ガイディングによって達成された。輝赤色レーザー発光が縁１１３から明らか に目視可能であった。出力ビームの回折は微弱に観察された。出力レーザービー ムは、デバイス表面に直交する方向に分岐した、幾つかの横方向ビームを包含し た。出力切子面における赤色レーザー発光のピーク強度は２００μＪ／ｃｍ²の ポンプレベルにおいて１０⁸Ｗ／ｃｍ²（３０Ｗを超える実測ピーク出力に対応） である。数時間の作用（少なくとも１０⁶レーザーパルスに対応）後に、Ａｌｑ₃ ／ＤＣＭ膜の劣化は観察されなかった。このことは，Ａｌｑ₃／ＤＣＭ膜が高度 な光化学安定性を有し、電気ポンプ有機レーザーへの使用に良好に適する。実施例２ 研磨されたＩｎＰ第１ミラー層の（１００）結晶組織学的表面上に、ペリレン ドープしたＣＢＰを含有する１２０ｎｍ有機膜を真空蒸着させることによって、 レーザーを形成した。第１ミラー層を、プラズマ強化化学蒸着によって付着させ たＳｉＯ₂の２μｍ層によって予備被覆した。５０Ｈｚ反復率で＝３３７ｎｍの 窒素レーザーによって発生した５００ｐｓｅｃパルスによって、このレーザーを 光学的にポンピングした。このポンプビームを有機膜上の５０μｍ幅領域に集束 させて、ゲイン領域を形成した。 図１４は閾値（４ｎＪ）未満及び閾値をちょうど超えた（５ｎＪ）ポンプレベ ルにおける光ポンプレーザーの縁発光スペクトルを示す。レイジングは＝４８５ ｎｍにおけるスペクトルの狭い（２ｎｍ、ＦＷＨＭ）ピークとして出現する。図 １４の挿入図はポンプパルス・エネルギーの関数としてのレーザーの出力パルス エネルギーを示し、５ｎＪのポンプパルス・エネルギー（５μＪ／ｃｍ²のエネ ルギー密度に対応）におけるレイジング閾値の存在を明確に示す。さらに、この レーザーは１０⁵レーザーパルスを超える作用寿命を示した。実施例３ 研磨されたＩｎＰ第１ミラー層の（１００）結晶組織学的表面上に、クマリン −４７ドープしたＣＢＰを含有する有機膜を真空蒸着させることによって、レー ザーを形成した。第１ミラー層を、プラズマ強化化学蒸着によって付着させたＳ ｉＯ₂の２μｍ層によって予備被覆した。５０Ｈｚ反復率で＝３３７ｎｍの窒素 レーザーによって発生した５００ｐｓｅｃパルスによって，このレーザーを光学 的にポンピングした。このポンプビームを有機膜上の５０μｍ幅領域に集束させ て、ゲイン領域を形成した。 この光ポンプレーザーは約４５５ｎｍのレイジング波長と１５μＪ／ｃｍ²の レイジング閾値を生じた。さらに、このレーザーは１０³レーザーパルスのオー ダーの作用寿命を示した。実施例４ 研磨されたＩｎＰ第１ミラー層の（１００）結晶組織学的表面上に、クマリン −３０ドープしたＣＢＰを含有する有機膜を真空蒸着させることによって、レー ザーを形成した。第１ミラー層を、プラズマ強化化学蒸着によって付着させたＳ ｉＯ₂の２μｍ層によって予備被覆した。５０Ｈｚ反復率で＝３３７ｎｍの窒素 レーザーによって発生した５００ｐｓｅｃパルスによって、このレーザーを光学 的にポンピングした。このポンプビームを有機膜上の５０μｍ幅領域に集束させ て、ゲイン領域を形成した。 この光ポンプレーザーは約５１０ｎｍのレイジング波長と１３μＪ／ｃｍ²の レイジング閾値を生じた。さらに、このレーザーは１０²レーザーパルスのオー ダーの作用寿命を示した。実施例５ 研磨されたＩｎＰ第１ミラー層上に、ＤＣＭ２ドープしたＡｌｑ₃を含有する 有機膜を真空蒸着させることによって、レーザーを形成した。第１ミラー層を、 プラズマ強化化学蒸着によって付着させたＳｉＯ₂の２μｍ層によって予備被覆 した。５０Ｈｚ反復率で〜３３７ｎｍの窒素レーザーによって発生した５００ｐ ｓｅｃパルスによって、このレーザーを光学的にポンピングした。 この光ポンプレーザーは約６７０ｎｍのレイジング波長と２．５μＪ／ｃｍ² のレイジング閾値を生じた。さらに、このレーザーは１０⁶レーザーパルスを超 える作用寿命と約３０％の示差量子効率を示した。実施例６ 研磨されたＩｎＰ第１ミラー層上に、ＤＣＭドープしたＡｌｑ₃を含有する有 機膜を真空蒸着させることによって、レーザーを形成した。第１ミラー層を、プ ラズマ強化化学蒸着によって付着させたＳｉＯ₂の２μｍ層によって予備被覆し た。５０Ｈｚ反復率で＝３３７ｎｍの窒素レーザーによって発生した５００ｐｓ ｅｃパルスによって，このレーザーを光学的にポンピングした。 この光ポンプレーザーは約６５０ｎｍのレイジング波長と約３μＪ／ｃｍ²の レイジング閾値を生じた。さらに、このレーザーは１０⁶レーザーパルスを超え る作用寿命と約３０％の示差量子効率を示した。実施例７ 図７に示した実施態様の１例として、ＤＣＭレーザー染料によってドープされ たトリス−（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（“Ａｌｑ₃”）の活性層 １１１０を含むＯＶＣＳＥＬ１２００を形成した。この活性層１１１０の厚さは ５００ｎｍであった。層１１１０中のＤＣＭレーザー染料の濃度は３重量％であ った。活性層１１１０を５×１０^-7Ｔｏｒｒにおける熱蒸発によって第１ミラー 層１１１１（この実施例ではＤＢＲミラー）上に付着させた。バッファー層１１ １４はＡｌｑ₃を含み、活性層１１１０上に付着し、このバッファー層１１１４ 上に銀ミラー層１１１２を付着させた。バッファー層１１１４とＤＢＲミラー層 １１１１との厚さは、それぞれ、２０ｎｍと２００ｎｍであった。ＤＢＲミラー 層１１１１は６００ｎｍと７００ｎｍとの間に＞９９％反射停止帯を有し、銀ミ ラーの反射能は９１％であると計算された。 ５０Ｈｚの反復率で５００ｐｓパルスを発生させる窒素レーザー（〜３３７ｎ ｍ）を用いて、ＯＶＣＳＥＬ１２００を光学的にポンピングした。ポンプビーム はＤＢＲミラー１１１１を通して入射するように定められ、有機膜面上を約１０ ０ｍ横切った点に集束させた。励起レーザーの波長(即ち、＝３３７ｎｍ)におい て、ＤＢＲミラー１１１１は約８０％の透過度(transmittance)を示した。この 実施例では、基体は＝３３７ｎｍを特徴とするポンプビームに対して透過性であ る石英を含むものであった。 基体法線方向における発光スペクトル(１５全角度受け入れコーン(15 full an gle acceptance cone)による)を１Åの波長解像度を有する荷電結合素子カメラ を用いてスペクトログラフによって分析した。物質の劣化を回避するために、全 ての測定は乾燥した窒素環境下で行った。 図１５はレイジング閾値直前のＯＶＣＳＥＬ１２００の自然発光スペクトルを 示す。＝６３５ｎｍにおいてキャビティ・モードが観察された。観察された幅広 いサテライトピークを生じるＤＢＲ透過スペクトルの調節によって、＜６００ｎ ｍ及び＞７００ｎｍにおいて、自然発光を濾過する。Ｅ_TH＝３００Ｊ／ｃｍ²の エネルギーに相当するレイジング閾値を超えるスペクトルは、図１６に示すよう に、高いゲイン、スペクトル的に狭いレーザー発光を完全に特徴とする。 図１７はレイジング閾値近くの上昇励起レベルにおいてＯＶＣＳＥＬ１２００ からの高解像度発光スペクトルを示す。ポンプエネルギーと１／２最大値のスペ クトル全幅とが示される。閾値未満のマイクロキャビティによってスペクトル的 に濾過された１２Å幅自然発光ピークから、解像度限定された、閾値を超えるレ ーザー発光による＜１Å全幅スペクトル線までの転移が明確に観察される。閾値 未満のピークのスペクトル幅はマイクロキャビティの微細さ（単一モード線幅に 対するマイクロキャビティ・モード間隔の比率）に関連し、幾つかの横方向モー ドの存在のための付加的な拡大を伴う。閾値を超えるモード競合はレイジングを 幾つかの横方向モードのみに制限し、同時に発光線幅の縮小を生ずることになる 。図１７の左挿入図は４７５ｎｍのキャビティ厚さによるＯＶＳＥＬの（０．４ ＋／−０．１）幅広い発光線を示す。（０．２＋／−０．１）機器解像度を考慮 すると、レイジング線のＧａｕｓｓｉａｎの１／２最大値における全幅(full- width-at-half-maximum)は（０．２＋／−０．１）であると算出される。 図１８は、明らかにＥ_TH＝３００Ｊ／ｃｍ²のポンプエネルギー密度における 閾値を示唆する、入力励起へのレーザー出力の依存性を示す。この閾値は、マイ クロキャビティ構造における大きい光学的損失（５００ｃｍ^-1）と短いゲイン長 さ（５００ｎｍ）の結果として、同様な縁発光有機半導体レーザーの閾値よりも 二桁大きい。ＯＶＣＳＥＬｓの閾値におけるＡｌｑ₃：ＤＣＭ物質ゲインはｇ_TH ＝５００ｃｍ^-1であると見積もられ、これはＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸構 造における内部ゲインに匹敵する。 本発明のレーザーは電気通信、印刷、光学的周波数逓降変換(optical downcon version)、半導体回路エッチング、熱加工（例えば、マーキング、はんだ付け及 び溶接）、分光法、乗り物の制御とナビゲイション、測定デバイス、光学的メモ リデバイス、ディスプレイ、スキャナー、ポインター、ゲームと娯楽システム、 及びセンサーを包含する、非常に多様な用途に適用可能である。 本発明は例えば狭い帯幅発光、活性有機物質の最少の使用、及び波長チューニ ングと電気的ポンピングとの容易さのような望ましい性質を備えた有機半導体を 提供する。本発明の垂直−キャビティ面−発光構造は、出力の明確な閾値、明確 なレーザービーム、キャビティ・モード、及び閾値を超えた発光の１Å未満まで のスペクトル線狭幅化を付随する、小分子量有機半導体マイクロキャビティ構造 におけるレイジング作用の最初に知られる上首尾な実証を表す。当業者は、本明 細書に述べ、例証した本発明の実施態様に対する種々な改変を認識すると考えら れる。このような改変は添付請求項の要旨及び範囲によって包括されるように意 図される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ６０／０５３，１７６ (32)優先日 平成９年７月18日(1997．7．18) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号 ０９／０１０，５９４ (32)優先日 平成10年１月22日(1998．1．22) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号 ０９／０７３，８４３ (32)優先日 平成10年５月７日(1998．5．7) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ， ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，Ｌ Ｓ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ， ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，Ｅ Ｅ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ， ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，Ｖ Ｎ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 バーロウズ，ポール アメリカ合衆国，ニュージャージー，プリ ンストン ジャンクション、クラークスビ ル ロード 413 (72)発明者 コズロブ，ブラディミール アメリカ合衆国，ニュージャージー，プレ インズボロ，フォックス ラン ドライブ 2907

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 第１ミラー層と、前記第１ミラー層上の第１活性有機物質層とを含むレー ザーであって、 前記第１活性有機物質がポンピングされたときにレーザー発振し、それによっ てレーザー光を発生させ； 前記第１ミラー層が前記第１活性有機物質によって発生される光の少なくとも 一部を反射することができる前記レーザー。 2. 前記第１ミラー層が前記第１活性有機物質の屈折率よりも小さい屈折率を 有する、請求項１記載のレーザー。 3. 前記第１ミラー層が分布Ｂｒａｇｇ反射体誘電ミラー堆積を含む、請求項 １記載のレーザー。 4. 前記第１活性有機物質がドーパント物質によってドープされたホスト有機 物質を含む、請求項１記載のレーザー。 5. 前記第１ミラー層がＩｎＰを含む、請求項１記載のレーザー。 6. 前記第１活性有機物質が前記ＩｎＰの（１００）結晶組織学的面上に付着 する、請求項５記載のレーザー。 7. 前記第１ミラー層と前記第１活性有機物質層との間にクラッド層をさらに 含み、前記クラッド層が前記第１活性有機物質の屈折率よりも小さい屈折率を有 する物質を含む、請求項１記載のレーザー。 8. 前記クラッド層が二酸化ケイ素を含む、請求項７記載のレーザー。 9. 前記第１活性有機物質層が、相互に実質的に平行な２個の反射性切子面を 含み、それにより、光学的共鳴器を形成する、請求項１記載のレーザー。 10．前記ホスト有機物質がトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム、 ＣＢＰ、及びこれらの組み合わせから成る群から選択される、請求項４記載のレ ーザー。 11．前記ドーパント物質がローダミン−６Ｇ、ＤＣＭ、ＤＣＭ２、クマリン− ３０、クマリン−４７、ペリレン、ピロメタン−５４６、及びこれらの組み合わ せから成る群から選択される、請求項１０記載のレーザー。 12．ホスト物質のエレクトロルミネセンス・スペクトルと、ドーパント物質の 吸収スペクトルとがオーバーラップする、請求項１１記載のレーザー。 13．前記第１活性有機物質層上に第２ミラー層をさらに含み、前記第２ミラー 層が前記第１活性有機物質によって発生される光の少なくとも一部を反射するこ とができる、請求項１記載のレーザー。 14．前記第２ミラー層が前記第１活性有機物質の屈折率よりも小さい屈折率を 有する、請求項１３記載のレーザー。 15．前記第２ミラー層が分布Ｂｒａｇｇ反射体誘電ミラー堆積を含む、請求項 １３記載のレーザー。 16．前記第１ミラー層と前記第２ミラー層とがそれぞれ、前記第１活性有機物 質によって発生される光の少なくとも約９０％を反射する、請求項１３記載のレ ーザー。 17．前記第１ミラー層と前記第２ミラー層とがそれぞれ、前記第１活性有機物 質によって発生される光の少なくとも約９５％を反射する、請求項１６記載のレ ーザー。 18．前記第１ミラー層と前記第２ミラー層とが前記第１活性有機物質によって 発生される光の異なる割合を反射する、請求項１６記載のレーザー。 19．前記第１活性有機物質層と前記第２ミラー層との間にバッファー層をさら に含む、請求項１３記載のレーザー。 20．前記バッファーがトリス（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム、ＣＢ Ｐ、及びこれらの組み合わせから成る群から選択される、請求項１９記載のレー ザー。 21．前記第１活性有機物質をポンピングするための光ポンプエネルギーのソー スをさらに含む、請求項１記載のレーザー。 22．前記光ポンプエネルギーが窒素レーザーを含む、請求項２１記載のレーザ ー。 23．前記第１活性有機物質層の厚さが変化し； 前記第１活性有機物質のポンピングによって発生されるレーザー光の波長が、 前記光ポンプエネルギーが前記第１活性有機物質層をポンピングする位置におけ る前記第１活性有機物質層の厚さの関数である、請求項２１記載のレーザー。 24．前記第１ミラー層と前記第１活性有機物質層との間の第１電極；と 前記第１活性有機物質層上の第２電極とをさらに含む、請求項１３記載のレー ザー。 25．前記第１電極と前記第２電極とが実質的に透過性であり； 前記第１電極と前記第２電極の少なくとも一方が酸化スズインジウムを含み； 前記第１電極と前記第２電極との間を電流が通過するときに前記第１活性有機 物質がポンピングされるように、前記第１活性有機物質がエレクトロルミネセン ス性である、請求項２４記載のレーザー。 26．前記第２電極と前記第２ミラー層との間にレンズをさらに含む、請求項２ ５記載のレーザー。 27．前記第２ミラー層上の第３ミラー層と； 前記第３ミラー層上の第３電極と； 前記第３電極上の第２活性有機物質と； 前記第２活性有機物質上の第４ミラー層とをさらに含み； 前記第２活性有機物質がポンピングされたときにレーザー発振し、それによっ てレーザー光を発生させ； 前記第１活性有機物質によって発生される光の波長が前記第２活性有機物質に よって発生される光の波長とは異なる、請求項２５記載のレーザー。 28．前記第４ミラー層が電極として機能し； 前記第１電極、第２電極及び第３電極の各々が実質的に透過性(transparent) であり； 前記第１ミラー層と前記第２ミラー層が、それぞれ、前記第１活性有機物質に よって発生される光の少なくとも約９５％を反射し； 前記第３ミラー層と前記第４ミラー層が、それぞれ、前記第２活性有機物質に よって発生される光の少なくとも約９５％を反射し； 前記第３電極と前記第４ミラー層との間を電流が通過するときに前記第２活性 有機物質がポンピングされるように、前記第２活性有機物質がエレクトロルミネ センス性である、請求項２７記載のレーザー。 29．前記第１電極、第２電極、第３電極及び第４電極の各々が酸化スズインジ ウムを含む、請求項２８記載のレーザー。 30．前記第２活性有機物質層と前記第４ミラー層との間に第４電極をさらに含 む、請求項２８記載のレーザー。 31．前記第２ミラー層が電極として機能し； 前記第１電極と前記第２ミラー層との間を電流が通過するときに前記第１活性 有機物質がポンピングされるように、前記第１活性有機物質がエレクトロルミネ センス性である、請求項２５記載のレーザー。 32．前記第２ミラー層が、銀と白金から成る群から選択される金属を含む、請 求項３１記載のレーザー。 33．前記第１ミラー層と前記第１活性有機物質層との間の第１ガイディング層 と； 前記第１活性有機物質層と前記第２ミラー層との間の第２ガイディング層とを さらに含み、 前記第１ガイディング層と前記第２ガイディング層の屈折率が前記活性有機物 質の屈折率よりも大きい、請求項１３記載のレーザー。 34．前記第１ミラー層と前記第１ガイディング層との間の第１クラッド層と； 前記第２ガイディング層と前記第２ミラー層との間の第２クラッド層とをさら に含み； 前記第１クラッド層と前記第２クラッド層の屈折率が、それぞれ、前記第１ガ イディング層と前記第２ガイディング層の屈折率よりも小さい、請求項３３記載 のレーザー。 35．デバイスが、電気通信デバイス、印刷デバイス、光学的デバイス、半導体 回路エッチングデバイス、熱加工デバイス、分光デバイス、乗り物制御デバイス 、乗り物ナビゲイション・デバイス、測定デバイス、光学的メモリデバイス、デ ィスプレイ、スキャナー、ポインター、ゲーム、娯楽システム、及びセンサーか ら成る群から選択される、請求項１記載のレーザーを包含するデバイス。