JP2003234528A - 有機垂直キャビティ位相固定レーザ・アレー装置 - Google Patents
有機垂直キャビティ位相固定レーザ・アレー装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ミクロンサイズの有機レーザ・ピクセルの２
次元アレーからの位相固定レーザ発光を可能にするのに
特に適した有機面発光レーザ構成を提供すること。 【解決手段】 有機垂直キャビティ・レーザ・アレー装
置が、所定波長域を越える光を反射する底部誘電スタッ
クと、レーザ光を生成する有機アクティブ領域と、を有
する。本装置は、更に、上記底部誘電スタックから間隔
があけられ、所定波長域を越える光を反射する上部誘電
スタックと、上記底部誘電スタックの表面に形成され、
アレーを定義するエッチングされた領域と、を有する。
ここで、上記アレーは、間隔があけられたレーザ・ピク
セルから成り、これらレーザ・ピクセルは、上記アレー
がコヒーレント位相固定レーザ光を発するようにそれら
ピクセル間の領域よりも高い反射率を有する。
次元アレーからの位相固定レーザ発光を可能にするのに
特に適した有機面発光レーザ構成を提供すること。 【解決手段】 有機垂直キャビティ・レーザ・アレー装
置が、所定波長域を越える光を反射する底部誘電スタッ
クと、レーザ光を生成する有機アクティブ領域と、を有
する。本装置は、更に、上記底部誘電スタックから間隔
があけられ、所定波長域を越える光を反射する上部誘電
スタックと、上記底部誘電スタックの表面に形成され、
アレーを定義するエッチングされた領域と、を有する。
ここで、上記アレーは、間隔があけられたレーザ・ピク
セルから成り、これらレーザ・ピクセルは、上記アレー
がコヒーレント位相固定レーザ光を発するようにそれら
ピクセル間の領域よりも高い反射率を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、有機垂直キャビテ
ィ・レーザ光生成装置に関する。
ィ・レーザ光生成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えばＡｌＧａＡｓなどの無機半導体を
ベースとする垂直キャビティ面発光レーザ（ｖｅｒｔｉ
ｃａｌ ｃａｖｉｔｙ ｓｕｒｆａｃｅ ｅｍｉｔｔｉ
ｎｇｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）が８０年代中頃から開発
されている（例えば、非特許文献１参照。）。この開発
は、８５０ｎｍで発せられるＡｌＧａＡｓベースのＶＣ
ＳＥＬが、複数の企業によって製造され、１００年を超
える寿命を有する、というところまで到達している（例
えば、非特許文献２参照。）。これら近年の近赤外レー
ザの成功により、可視波長域で発光するＶＣＳＥＬを製
造するための他の無機材料システムに注目が移っている
（例えば、非特許文献３参照。）。可視レーザには、デ
ィスプレイ、光学式ストレージの読み出し／書き込み、
レーザ印刷、プラスティック光ファイバを用いた短距離
通信、など多数の実り多き用途が存在する（例えば、非
特許文献４参照。）。世界中の多くの企業や大学の研究
室の努力にもかかわらず、可視スペクトラムを補う可視
レーザ・ダイオード（エッジ・エミッタ又はＶＣＳＥ
Ｌ）を作成するには多くの作業が残っている。
ベースとする垂直キャビティ面発光レーザ（ｖｅｒｔｉ
ｃａｌ ｃａｖｉｔｙ ｓｕｒｆａｃｅ ｅｍｉｔｔｉ
ｎｇｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）が８０年代中頃から開発
されている（例えば、非特許文献１参照。）。この開発
は、８５０ｎｍで発せられるＡｌＧａＡｓベースのＶＣ
ＳＥＬが、複数の企業によって製造され、１００年を超
える寿命を有する、というところまで到達している（例
えば、非特許文献２参照。）。これら近年の近赤外レー
ザの成功により、可視波長域で発光するＶＣＳＥＬを製
造するための他の無機材料システムに注目が移っている
（例えば、非特許文献３参照。）。可視レーザには、デ
ィスプレイ、光学式ストレージの読み出し／書き込み、
レーザ印刷、プラスティック光ファイバを用いた短距離
通信、など多数の実り多き用途が存在する（例えば、非
特許文献４参照。）。世界中の多くの企業や大学の研究
室の努力にもかかわらず、可視スペクトラムを補う可視
レーザ・ダイオード（エッジ・エミッタ又はＶＣＳＥ
Ｌ）を作成するには多くの作業が残っている。
【０００３】可視波長ＶＣＳＥＬを製造する取り組みに
おいては、無機ベースのシステム放棄し、有機ベースの
レーザ・システムに焦点を合わせることが有益的となり
得る。なぜなら、有機ベースのゲイン材料は、低いポン
ピングされていない散乱／吸収損失、及び高い量子効率
という特性を享受できるからである。無機レーザ・シス
テムと比べて、有機レーザは、比較的安価に製造でき
る、可視域全体にわたって発光するように作ることがで
きる、更に、最も重要なことに、１つにチップから複数
の波長（例えば、赤、緑、及び、青など）を発すること
ができる、といった利点を有する。
おいては、無機ベースのシステム放棄し、有機ベースの
レーザ・システムに焦点を合わせることが有益的となり
得る。なぜなら、有機ベースのゲイン材料は、低いポン
ピングされていない散乱／吸収損失、及び高い量子効率
という特性を享受できるからである。無機レーザ・シス
テムと比べて、有機レーザは、比較的安価に製造でき
る、可視域全体にわたって発光するように作ることがで
きる、更に、最も重要なことに、１つにチップから複数
の波長（例えば、赤、緑、及び、青など）を発すること
ができる、といった利点を有する。
【０００４】製造可能なレーザ・ダイオード・システム
を作る有用な経路は、該装置のアクティブ領域において
必要な反転分布を生成するのに、光ポンピングではなく
電気的注入（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｉｎｊｅｃｔｉｏ
ｎ）を用いることである。これは無機システムの場合で
ある。なぜなら、それらの広面積装置向けの光ポンピン
グ閾値は、１０４Ｗ／ｃｍ２のオーダだからである（例
えば、非特許文献５参照。）。このような高いパワ密度
は、他のレーザをポンプ源として用い、無機レーザ・キ
ャビティ向けの経路を除外することによってのみ得るこ
とができる。ポンピングされていない有機レーザ・シス
テムは、特に母材・添加物の組み合わせがアクティブ媒
体として用いられる場合、レーザ波長において、大幅に
低減された散乱及び吸収損失（〜０．５ｃｍ−１）の組
み合わせを有する。結果として、１Ｗ／ｃｍ２未満の光
ポンピングされたパワ閾値は、特により低い閾値をもた
らすアクティブ・ボリュームを最小化するためにＶＣＳ
ＥＬベースのマイクロキャビティ・デザインが用いられ
る場合、達成可能なものであるべきである。１Ｗ／ｃｍ
２未満のパワ密度閾値の重要性は、安価で規格品である
インコヒーレントＬＥＤを用いてレーザ・キャビティを
光ポンピングすることを可能にする点である。
を作る有用な経路は、該装置のアクティブ領域において
必要な反転分布を生成するのに、光ポンピングではなく
電気的注入（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｉｎｊｅｃｔｉｏ
ｎ）を用いることである。これは無機システムの場合で
ある。なぜなら、それらの広面積装置向けの光ポンピン
グ閾値は、１０４Ｗ／ｃｍ２のオーダだからである（例
えば、非特許文献５参照。）。このような高いパワ密度
は、他のレーザをポンプ源として用い、無機レーザ・キ
ャビティ向けの経路を除外することによってのみ得るこ
とができる。ポンピングされていない有機レーザ・シス
テムは、特に母材・添加物の組み合わせがアクティブ媒
体として用いられる場合、レーザ波長において、大幅に
低減された散乱及び吸収損失（〜０．５ｃｍ−１）の組
み合わせを有する。結果として、１Ｗ／ｃｍ２未満の光
ポンピングされたパワ閾値は、特により低い閾値をもた
らすアクティブ・ボリュームを最小化するためにＶＣＳ
ＥＬベースのマイクロキャビティ・デザインが用いられ
る場合、達成可能なものであるべきである。１Ｗ／ｃｍ
２未満のパワ密度閾値の重要性は、安価で規格品である
インコヒーレントＬＥＤを用いてレーザ・キャビティを
光ポンピングすることを可能にする点である。
【０００５】
【非特許文献１】Ｋ．Ｋｉｎｏｓｈｉｔａら、「ＩＥＥ
Ｅ Ｊ．Ｑｕａｎｔ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．ＱＥ−２
３」、１９８７年、８８２頁
Ｅ Ｊ．Ｑｕａｎｔ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．ＱＥ−２
３」、１９８７年、８８２頁
【非特許文献２】Ｋ．Ｄ．Ｃｈｏｑｕｅｔｔｅら、「Ｐ
ｒｏｃ．ＩＥＥＥ ８５」、１９９７年、１，７３０頁
ｒｏｃ．ＩＥＥＥ ８５」、１９９７年、１，７３０頁
【非特許文献３】Ｃ．Ｗｉｌｍｓｅｎら、「Ｖｅｒｔｉ
ｃａｌ−Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｅｍｉｔｔｉ
ｎｇ Ｌａｓｅｒｓ」、Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｕｎｉｖ
ｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ、Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ、２０
０１年
ｃａｌ−Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｅｍｉｔｔｉ
ｎｇ Ｌａｓｅｒｓ」、Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｕｎｉｖ
ｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ、Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ、２０
０１年
【非特許文献４】Ｔ．Ｉｓｈｉｇｕｒｅら、「Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．３１」、１９９５年、４６７頁
ｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．３１」、１９９５年、４６７頁
【非特許文献５】Ｐ．Ｌ．Ｇｏｕｒｌｅｙら、「Ａｐ
ｐ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５４」、１９８９年、１，２
０９頁
ｐ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５４」、１９８９年、１，２
０９頁
【発明が解決しようとする課題】有機ＶＣＳＥＬ装置か
らシングルモード・ミリワット（ｍＷ）出力パワを生成
するためには、通常、発光エリアの直径を１０μｍのオ
ーダにする必要がある。結果として、１ｍＷの出力パワ
は、パワ変換効率を２５％と仮定すると、該装置が最大
６，０００Ｗ／ｃｍ２を生成するソースによって光ポン
ピングされなければならい。このパワ密度レベル（及び
ピクセル・サイズ）は、ＬＥＤの能力をはるかに超えて
おり、加えて、それらがドリブンｃｗであれば、有機材
に劣化問題を引き起こすであろう。この問題周辺の通路
は、有機レーザの発光エリア直径を約３５０μｍへ増や
し、ポンプ・パワ密度レベルを（１ｍＷの出力パワを生
成するために）４Ｗ／ｃｍ２に下げる。このパワ密度レ
ベル及びピクセル・サイズは、規格品である４００ｎｍ
の無機ＬＥＤによって実現される。残念ながら、３５０
μｍ直径の発光エリアを有する広面積レーザ装置は、高
次のマルチモード出力と（フィラメンテイションの結果
として）より低いパワ変換効率とを導く。結果として、
良好なパワ変換効率とシングルモードの出力とを備えた
広面積有機ＶＣＳＥＬ装置を作ることは非常に有益的で
ある。
らシングルモード・ミリワット（ｍＷ）出力パワを生成
するためには、通常、発光エリアの直径を１０μｍのオ
ーダにする必要がある。結果として、１ｍＷの出力パワ
は、パワ変換効率を２５％と仮定すると、該装置が最大
６，０００Ｗ／ｃｍ２を生成するソースによって光ポン
ピングされなければならい。このパワ密度レベル（及び
ピクセル・サイズ）は、ＬＥＤの能力をはるかに超えて
おり、加えて、それらがドリブンｃｗであれば、有機材
に劣化問題を引き起こすであろう。この問題周辺の通路
は、有機レーザの発光エリア直径を約３５０μｍへ増や
し、ポンプ・パワ密度レベルを（１ｍＷの出力パワを生
成するために）４Ｗ／ｃｍ２に下げる。このパワ密度レ
ベル及びピクセル・サイズは、規格品である４００ｎｍ
の無機ＬＥＤによって実現される。残念ながら、３５０
μｍ直径の発光エリアを有する広面積レーザ装置は、高
次のマルチモード出力と（フィラメンテイションの結果
として）より低いパワ変換効率とを導く。結果として、
良好なパワ変換効率とシングルモードの出力とを備えた
広面積有機ＶＣＳＥＬ装置を作ることは非常に有益的で
ある。
【０００６】本発明の目的は、ミクロンサイズの有機レ
ーザ・ピクセルの２次元アレーからの位相固定レーザ発
光を可能にするのに特に適した有機面発光レーザ構成を
提供することである。
ーザ・ピクセルの２次元アレーからの位相固定レーザ発
光を可能にするのに特に適した有機面発光レーザ構成を
提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的は、有機垂直キ
ャビティ・レーザ・アレー装置であって、ａ）所定波長
域を越える光を反射する底部誘電スタックと、ｂ）レー
ザ光を生成する有機アクティブ領域と、ｃ）上記底部誘
電スタックから間隔があけられ、所定波長域を越える光
を反射する上部誘電スタックと、ｄ）上記底部誘電スタ
ックの表面に形成され、アレーを定義するエッチングさ
れた領域と、を有し、前記アレーは、間隔があけられた
レーザ・ピクセルから成り、これらレーザ・ピクセル
は、前記アレーがコヒーレント位相固定レーザ光を発す
るようにそれらピクセル間の領域よりも高い反射率を有
する、ことを特徴とする有機垂直キャビティ・レーザ・
アレー装置によって達成される。
ャビティ・レーザ・アレー装置であって、ａ）所定波長
域を越える光を反射する底部誘電スタックと、ｂ）レー
ザ光を生成する有機アクティブ領域と、ｃ）上記底部誘
電スタックから間隔があけられ、所定波長域を越える光
を反射する上部誘電スタックと、ｄ）上記底部誘電スタ
ックの表面に形成され、アレーを定義するエッチングさ
れた領域と、を有し、前記アレーは、間隔があけられた
レーザ・ピクセルから成り、これらレーザ・ピクセル
は、前記アレーがコヒーレント位相固定レーザ光を発す
るようにそれらピクセル間の領域よりも高い反射率を有
する、ことを特徴とする有機垂直キャビティ・レーザ・
アレー装置によって達成される。
【０００８】本発明の利点は、広面積ソースによって電
気的又は光学的に駆動することが可能であって、位相固
定レーザ出力を生成可能なミクロンサイズのレーザ・ピ
クセルを用いた２次元有機レーザ・アレー装置を提供す
ることである。この装置は、上部及び底部反射板双方に
高反射率の誘電スタックを組み込んだマイクロキャビテ
ィ・デザインを用いると共に、低分子量の有機材を含む
ゲイン媒体を有する。本装置のミクロンサイズのレーザ
・ピクセルは、底部誘電スタックの反射率を調整するこ
とによって提供される。これらのピクセルからの放出は
位相が固定されているため、レーザ出力がシングルモー
ド（又は最大でも２つのラテラルモード）である間は、
本装置を広面積ソースによって駆動することが可能とな
る。低パワ密度閾値を広面積ソースによるポンピングと
組み合わせると、本装置を安価なインコヒーレントＬＥ
Ｄによって光学的に駆動させることが可能となる。
気的又は光学的に駆動することが可能であって、位相固
定レーザ出力を生成可能なミクロンサイズのレーザ・ピ
クセルを用いた２次元有機レーザ・アレー装置を提供す
ることである。この装置は、上部及び底部反射板双方に
高反射率の誘電スタックを組み込んだマイクロキャビテ
ィ・デザインを用いると共に、低分子量の有機材を含む
ゲイン媒体を有する。本装置のミクロンサイズのレーザ
・ピクセルは、底部誘電スタックの反射率を調整するこ
とによって提供される。これらのピクセルからの放出は
位相が固定されているため、レーザ出力がシングルモー
ド（又は最大でも２つのラテラルモード）である間は、
本装置を広面積ソースによって駆動することが可能とな
る。低パワ密度閾値を広面積ソースによるポンピングと
組み合わせると、本装置を安価なインコヒーレントＬＥ
Ｄによって光学的に駆動させることが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】シングルモードを発する広面積の
レーザ構造を可能にするためには、図１に概略的に示す
ような２次元位相固定レーザ・アレー装置１００を本発
明に従って構築する必要がある。基板１１０は、光ポン
ピング及びレーザ発光の意図された方向に応じて、光透
過体でも不透明体でもよい。基板１１０は、透明なガラ
スでも透明なプラスティックでもよい。別の方法とし
て、光ポンピング及びレーザ発光が同じ面を通って発生
する場合、半導体材料（例えばシリコン）やセラミック
材料など（これらに限定されない）の不透明基板が用い
られ得る。基板上には、高反射率の誘電材と低反射率の
誘電材とが交互に構成された底部誘電スタック１２０が
堆積される。この底部誘電スタック１２０は、所定の波
長レンジを越えるレーザ光に対して反射性を有するよう
に設計される。典型的な高反射率の誘電材はＴｉＯ２で
あり、典型的な低反射率の誘電材はＳｉＯ２である。底
部誘電スタック１２０は、標準的な電子ビーム・デポジ
ッションによって堆積される。ここで、典型的なデポジ
ッション温度は２４０℃である。
レーザ構造を可能にするためには、図１に概略的に示す
ような２次元位相固定レーザ・アレー装置１００を本発
明に従って構築する必要がある。基板１１０は、光ポン
ピング及びレーザ発光の意図された方向に応じて、光透
過体でも不透明体でもよい。基板１１０は、透明なガラ
スでも透明なプラスティックでもよい。別の方法とし
て、光ポンピング及びレーザ発光が同じ面を通って発生
する場合、半導体材料（例えばシリコン）やセラミック
材料など（これらに限定されない）の不透明基板が用い
られ得る。基板上には、高反射率の誘電材と低反射率の
誘電材とが交互に構成された底部誘電スタック１２０が
堆積される。この底部誘電スタック１２０は、所定の波
長レンジを越えるレーザ光に対して反射性を有するよう
に設計される。典型的な高反射率の誘電材はＴｉＯ２で
あり、典型的な低反射率の誘電材はＳｉＯ２である。底
部誘電スタック１２０は、標準的な電子ビーム・デポジ
ッションによって堆積される。ここで、典型的なデポジ
ッション温度は２４０℃である。
【００１０】図２に示すように、２次元位相固定レーザ
・アレー１００を形成するためには、ＶＣＳＥＬの表面
上にピクセル間領域２１０によって分離されたレージン
グ・ピクセル２００が定義される必要がある。位相固定
を実現するためには、ピクセル間で強度及び位相の情報
が交換されなければならない。これは、ピクセル領域へ
のレーザ発光をビルトイン・インデックス又はゲイン・
ガイディングのいずれかをわずかに弱々しく制限するこ
とによって最も良好に得られる。２次元無機レーザ・ア
レーに適用される際、この弱い制限を実現するための実
り多き経路は、金属を加えること（Ｅ．Ｋａｐｏｎ及び
Ｍ．Ｏｒｅｎｓｔｅｉｎによる米国特許第５，０８６，
４３０号明細書参照）、又は上部誘電スタック内へ深く
エッチングすること（Ｐ．Ｌ．Ｇｏｕｒｌｅｙら、「Ａ
ｐｐ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５８」、１９９１年、８９
０頁、参照）のいずれかによって、上部誘電スタックの
反射率を調整することであった。これら無機レーザ・ア
レーのいずれの場合においても、レーザ・ピクセルは、
（シングルモード・アクションが可能となるように）３
〜５μｍ幅のオーダであり、ピクセル間の間隔は１〜２
μｍであった。これらの結果を有機レーザ・システムに
適用するには、幾分注意が必要である。なぜなら、有機
層が一旦堆積されてからレーザ構造物上にミクロンスケ
ールのパターニングを実行することは非常に難しいから
である。結果として、好ましい実施形態において、反射
率調整は、標準的なフォトリソグラフィック技術及びエ
ッチング技術を用いて、底部誘電スタック１２０をパタ
ーニングしてエッチングされた領域１５０を形成し、よ
って底部誘電スタックの表面上に複数の円柱から成る２
次元アレーを形成することによって影響を受けた。好ま
しい実施形態において、レーザ・ピクセルの形状は円形
であるが、長方形などの他のピクセル形状も可能であ
る。ピクセル間の間隔は０．２５〜４μｍの範囲であ
る。位相固定アレーのオペレーションもピクセル間の間
隔が大きいほど起こるが、それは光ポンピング・エネル
ギの非効率な使用を導く。ピクセル間の反射率を大幅に
低くするために、無機鉛に続けて底部誘電スタック１２
０を深くエッチングすることは、好ましい経路ではな
い。なぜなら、それはアクティブ領域位置の大幅な調整
を導くからである。好ましい方法は、エッチングされた
領域１５０を形成するために５０〜４００ｎｍ深さの浅
いエッチングを行い、レージングが２πの整数倍の往復
位相を有する波長についてのみ発生するという状態を利
用することである。赤色レーザ・アレーについての一例
として、レージング波長は６６０ｎｍと選択された。底
部誘電スタック１２０から奇数倍の層（例えば、１つの
ＳｉＯ２層、或いは、２つのＳｉＯ２層と１つのＴｉＯ
２層、など）を除去することによって、ピクセル間領域
２１０におけるレージング波長は６６０ｎｍからできる
限り押される（〜６１０及び７１０ｎｍ）ことが計算さ
れた（Ｓ．Ｗ．Ｃｏｒｚｉｎｅら、「ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑ
ｕａｎｔ．Ｅｌｅｃｔｒ．２５」、１９８９年、１，５
１３頁）。これを行う際、７１０ｎｍ領域でのレージン
グ発光信号及び誘導放出信号は非常に小さいことがわか
った。さらに、次のＴｉＯ２層を数十ナノメートル深く
エッチングすることによって、短波長共鳴状態が５９０
ｎｍ波長領域内へ押されることが測定された。この波長
領域において、誘電スタックの反射率はあらゆる所望さ
れないレージングを妨げ得るほど大幅に低く、ゲイン媒
体の蛍光強さあらゆる所望されない自然放出を妨げ得る
ほど大幅に低減される。ゆえに、底部誘電スタック１２
０において奇数倍の数層をちょうど超えてエッチングす
ることによって、ピクセル間領域２１０でのレージング
・アクションは妨げられ、自然放出は大幅に低減され
る。エッチングされた領域１５０の形成の最終結果は、
レーザ発光がレーザ・ピクセル２００に対して弱々しく
制限され、ピクセル間領域２１０からのレージングは一
切発せられず、コヒーレント位相固定レーザ光がアレー
１００によって発せられる。
・アレー１００を形成するためには、ＶＣＳＥＬの表面
上にピクセル間領域２１０によって分離されたレージン
グ・ピクセル２００が定義される必要がある。位相固定
を実現するためには、ピクセル間で強度及び位相の情報
が交換されなければならない。これは、ピクセル領域へ
のレーザ発光をビルトイン・インデックス又はゲイン・
ガイディングのいずれかをわずかに弱々しく制限するこ
とによって最も良好に得られる。２次元無機レーザ・ア
レーに適用される際、この弱い制限を実現するための実
り多き経路は、金属を加えること（Ｅ．Ｋａｐｏｎ及び
Ｍ．Ｏｒｅｎｓｔｅｉｎによる米国特許第５，０８６，
４３０号明細書参照）、又は上部誘電スタック内へ深く
エッチングすること（Ｐ．Ｌ．Ｇｏｕｒｌｅｙら、「Ａ
ｐｐ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５８」、１９９１年、８９
０頁、参照）のいずれかによって、上部誘電スタックの
反射率を調整することであった。これら無機レーザ・ア
レーのいずれの場合においても、レーザ・ピクセルは、
（シングルモード・アクションが可能となるように）３
〜５μｍ幅のオーダであり、ピクセル間の間隔は１〜２
μｍであった。これらの結果を有機レーザ・システムに
適用するには、幾分注意が必要である。なぜなら、有機
層が一旦堆積されてからレーザ構造物上にミクロンスケ
ールのパターニングを実行することは非常に難しいから
である。結果として、好ましい実施形態において、反射
率調整は、標準的なフォトリソグラフィック技術及びエ
ッチング技術を用いて、底部誘電スタック１２０をパタ
ーニングしてエッチングされた領域１５０を形成し、よ
って底部誘電スタックの表面上に複数の円柱から成る２
次元アレーを形成することによって影響を受けた。好ま
しい実施形態において、レーザ・ピクセルの形状は円形
であるが、長方形などの他のピクセル形状も可能であ
る。ピクセル間の間隔は０．２５〜４μｍの範囲であ
る。位相固定アレーのオペレーションもピクセル間の間
隔が大きいほど起こるが、それは光ポンピング・エネル
ギの非効率な使用を導く。ピクセル間の反射率を大幅に
低くするために、無機鉛に続けて底部誘電スタック１２
０を深くエッチングすることは、好ましい経路ではな
い。なぜなら、それはアクティブ領域位置の大幅な調整
を導くからである。好ましい方法は、エッチングされた
領域１５０を形成するために５０〜４００ｎｍ深さの浅
いエッチングを行い、レージングが２πの整数倍の往復
位相を有する波長についてのみ発生するという状態を利
用することである。赤色レーザ・アレーについての一例
として、レージング波長は６６０ｎｍと選択された。底
部誘電スタック１２０から奇数倍の層（例えば、１つの
ＳｉＯ２層、或いは、２つのＳｉＯ２層と１つのＴｉＯ
２層、など）を除去することによって、ピクセル間領域
２１０におけるレージング波長は６６０ｎｍからできる
限り押される（〜６１０及び７１０ｎｍ）ことが計算さ
れた（Ｓ．Ｗ．Ｃｏｒｚｉｎｅら、「ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑ
ｕａｎｔ．Ｅｌｅｃｔｒ．２５」、１９８９年、１，５
１３頁）。これを行う際、７１０ｎｍ領域でのレージン
グ発光信号及び誘導放出信号は非常に小さいことがわか
った。さらに、次のＴｉＯ２層を数十ナノメートル深く
エッチングすることによって、短波長共鳴状態が５９０
ｎｍ波長領域内へ押されることが測定された。この波長
領域において、誘電スタックの反射率はあらゆる所望さ
れないレージングを妨げ得るほど大幅に低く、ゲイン媒
体の蛍光強さあらゆる所望されない自然放出を妨げ得る
ほど大幅に低減される。ゆえに、底部誘電スタック１２
０において奇数倍の数層をちょうど超えてエッチングす
ることによって、ピクセル間領域２１０でのレージング
・アクションは妨げられ、自然放出は大幅に低減され
る。エッチングされた領域１５０の形成の最終結果は、
レーザ発光がレーザ・ピクセル２００に対して弱々しく
制限され、ピクセル間領域２１０からのレージングは一
切発せられず、コヒーレント位相固定レーザ光がアレー
１００によって発せられる。
【００１１】有機アクティブ領域１３０は、エッチング
された底部誘電スタック１２０上に堆積される。このア
クティブ領域は、低分子量の有機材から成ってもよく、
高分子有機材から成ってもよい。ここで、低分子量の有
機材は、通常、高真空（１０ −６Ｔｏｒｒ）サーマル・
エヴァポレーションによって堆積され、高分子有機材
は、通常、回転成形によって形成される。図１は、有機
アクティブ領域１３０がバルク層ではなく、多層構造で
あることを示す。Ｂｒｕｅｃｋらの無機レーザに対する
提案（米国特許第４，８８１，２３６号明細書）に従
い、有機アクティブ領域１３０は、１以上の周期的なゲ
イン領域１６０と、この周期的ゲイン領域を分離するス
ペーサ層１７０と、を有する。周期的ゲイン領域１６０
の厚さは、通常、５０ｎｍ未満であり、好ましくは１０
〜３０ｎｍである。有機スペーサ層１７０の厚さは、１
又は複数の周期的ゲイン領域がレーザ・キャビティの定
常電界の波腹と揃うように選択される。アクティブ領域
に１以上の周期的ゲイン領域を採用することにより、パ
ワ変換効率が大きくなり、所望でない自然放出が大幅に
低減される。まとめると、アクティブ領域１３０は、１
以上の周期的ゲイン領域１６０と、該周期的ゲイン領域
の一方の側面上に配置された有機スペーサ層１７０とを
有する。有機スペーサ層１７０は、周期的ゲイン領域が
本装置の定常波電磁界の波腹に揃うように並べられる。
された底部誘電スタック１２０上に堆積される。このア
クティブ領域は、低分子量の有機材から成ってもよく、
高分子有機材から成ってもよい。ここで、低分子量の有
機材は、通常、高真空（１０ −６Ｔｏｒｒ）サーマル・
エヴァポレーションによって堆積され、高分子有機材
は、通常、回転成形によって形成される。図１は、有機
アクティブ領域１３０がバルク層ではなく、多層構造で
あることを示す。Ｂｒｕｅｃｋらの無機レーザに対する
提案（米国特許第４，８８１，２３６号明細書）に従
い、有機アクティブ領域１３０は、１以上の周期的なゲ
イン領域１６０と、この周期的ゲイン領域を分離するス
ペーサ層１７０と、を有する。周期的ゲイン領域１６０
の厚さは、通常、５０ｎｍ未満であり、好ましくは１０
〜３０ｎｍである。有機スペーサ層１７０の厚さは、１
又は複数の周期的ゲイン領域がレーザ・キャビティの定
常電界の波腹と揃うように選択される。アクティブ領域
に１以上の周期的ゲイン領域を採用することにより、パ
ワ変換効率が大きくなり、所望でない自然放出が大幅に
低減される。まとめると、アクティブ領域１３０は、１
以上の周期的ゲイン領域１６０と、該周期的ゲイン領域
の一方の側面上に配置された有機スペーサ層１７０とを
有する。有機スペーサ層１７０は、周期的ゲイン領域が
本装置の定常波電磁界の波腹に揃うように並べられる。
【００１２】周期的ゲイン領域１６０は、高量子効率で
蛍光を発する低分子量有機材又は高分子有機材から成
る。共通して譲り受けられた米国特許第６，１９４，１
１９号（Ｂ１）明細書及びその中の参考文献においてＷ
ｏｌｋらによって教えられた典型的な高分子材料は、例
えば、ポリフェニレンビニレン派生物、ジアルコキシポ
リフェニレンビニレン、ポリ−パラ−フェニレン派生
物、及びポリフルオレン派生物などである。本実施形態
においては、低分子量有機材を用いることが好ましい。
なぜなら、フォスタ・エネルギ伝達（Ｆｏｒｓｔｅｒ
ｅｎｅｒｇｙ ｔｒａｎｓｆｅｒ）を通じてレージング
波長においてゲイン媒体について非常に微量のポンピン
グされていないバンド・トゥ・バンドの吸収効率（１ｃ
ｍ−１未満）をもたらす母材・添加材の組み合わせを用
いることができるからである（Ｍ．Ｂｅｒｇｇｒｅｎ
ら、「Ｎａｔｕｒｅ ３８９」、１９９７年、４６６
頁）。赤色発光レーザとして有用な母材・添加材の組み
合わせの一例は、母材にアルミニウム・トリ（８−ヒド
ロキシキノリン）（Ａｌｑ）を用い、添加材（体積分率
１％）として４−（ジシアノメチレン）−２−ｔ−ブチ
ル−６−（１，１，７，７−テトラメチルジュロィジル
−９−エチル）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＪＴＢ）を用いる
組み合わせである。緑や青などの他の波長領域における
発光には、他の母材・添加材の組み合わせを用いること
も可能である。有機スペーサ層１７０には、レーザ発光
１９０及びポンプ・ビーム１８０の双方に対して高度に
トランスペアレントな材料を用いることが好ましい。本
実施形態においては、スペーサ材料として、１，１−ビ
ス−（４−ビス（４−メチル−フェニル）−アミノ−フ
ェニル）−シクロヘキサン（ＴＡＰＣ）が選択された。
なぜなら、ＴＡＰＣは、可視スペクトラム及び近紫外線
（ＵＶ）スペクトラムの全体に渡って非常に低い吸収を
有すると共に、その屈折率はほとんどの有機母材のそれ
よりもわずかに低いからである。この屈折率の差は、定
常電界波腹と周期的ゲイン領域１６０との間の重なりを
最大化するのに役立つため、有用である。
蛍光を発する低分子量有機材又は高分子有機材から成
る。共通して譲り受けられた米国特許第６，１９４，１
１９号（Ｂ１）明細書及びその中の参考文献においてＷ
ｏｌｋらによって教えられた典型的な高分子材料は、例
えば、ポリフェニレンビニレン派生物、ジアルコキシポ
リフェニレンビニレン、ポリ−パラ−フェニレン派生
物、及びポリフルオレン派生物などである。本実施形態
においては、低分子量有機材を用いることが好ましい。
なぜなら、フォスタ・エネルギ伝達（Ｆｏｒｓｔｅｒ
ｅｎｅｒｇｙ ｔｒａｎｓｆｅｒ）を通じてレージング
波長においてゲイン媒体について非常に微量のポンピン
グされていないバンド・トゥ・バンドの吸収効率（１ｃ
ｍ−１未満）をもたらす母材・添加材の組み合わせを用
いることができるからである（Ｍ．Ｂｅｒｇｇｒｅｎ
ら、「Ｎａｔｕｒｅ ３８９」、１９９７年、４６６
頁）。赤色発光レーザとして有用な母材・添加材の組み
合わせの一例は、母材にアルミニウム・トリ（８−ヒド
ロキシキノリン）（Ａｌｑ）を用い、添加材（体積分率
１％）として４−（ジシアノメチレン）−２−ｔ−ブチ
ル−６−（１，１，７，７−テトラメチルジュロィジル
−９−エチル）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＪＴＢ）を用いる
組み合わせである。緑や青などの他の波長領域における
発光には、他の母材・添加材の組み合わせを用いること
も可能である。有機スペーサ層１７０には、レーザ発光
１９０及びポンプ・ビーム１８０の双方に対して高度に
トランスペアレントな材料を用いることが好ましい。本
実施形態においては、スペーサ材料として、１，１−ビ
ス−（４−ビス（４−メチル−フェニル）−アミノ−フ
ェニル）−シクロヘキサン（ＴＡＰＣ）が選択された。
なぜなら、ＴＡＰＣは、可視スペクトラム及び近紫外線
（ＵＶ）スペクトラムの全体に渡って非常に低い吸収を
有すると共に、その屈折率はほとんどの有機母材のそれ
よりもわずかに低いからである。この屈折率の差は、定
常電界波腹と周期的ゲイン領域１６０との間の重なりを
最大化するのに役立つため、有用である。
【００１３】アクティブ領域１３０に次いで、上部誘電
スタック１４０が堆積される。この上部誘電スタック１
４０は、底部誘電スタックから間隔があけられ、所定の
波長レンジを越える光に対して反射性を有する。その構
成は、底部誘電スタック１２０のそれと類似している。
上部誘電スタック１４０は有機ベースのアクティブ領域
の上に堆積されるため、その堆積温度はそれら有機物が
溶けないように低く保たれなければならない。結果とし
て、上部誘電スタック１４０にとっての典型的なデポジ
ッション温度は７０℃である。良好なレージング性能を
得るためには、上部誘電スタック１４０及び底部誘電ス
タック１２０のピーク反射率（値が小さいほどレージン
グ線幅が大きい）が９９％より大きいことが好ましい。
スタック１４０が堆積される。この上部誘電スタック１
４０は、底部誘電スタックから間隔があけられ、所定の
波長レンジを越える光に対して反射性を有する。その構
成は、底部誘電スタック１２０のそれと類似している。
上部誘電スタック１４０は有機ベースのアクティブ領域
の上に堆積されるため、その堆積温度はそれら有機物が
溶けないように低く保たれなければならない。結果とし
て、上部誘電スタック１４０にとっての典型的なデポジ
ッション温度は７０℃である。良好なレージング性能を
得るためには、上部誘電スタック１４０及び底部誘電ス
タック１２０のピーク反射率（値が小さいほどレージン
グ線幅が大きい）が９９％より大きいことが好ましい。
【００１４】図２において、レーザ・ピクセル２００
は、位相固定オペレーション下で各素子が隣接する４つ
の素子と位相が１８０°ずれる正方形の２次元アレーと
して配列されている（Ｅ．Ｋａｐｏｎ及びＭ．Ｏｒｅｎ
ｓｔｅｉｎによる米国特許第５，０８６，４３０号明細
書参照）。直線アレーなどの他の２次元の周期的なアレ
ー配列もレーザ・ピクセル２００の他の配列として可能
である。しかし、Ｋａｐｏｎらによって示されているよ
うに（米国特許第５，０８６，４３０号明細書参照）、
六角格子アレーなどの最密２次元配列は、隣接するピク
セル間により複雑な位相関係をもたらす。
は、位相固定オペレーション下で各素子が隣接する４つ
の素子と位相が１８０°ずれる正方形の２次元アレーと
して配列されている（Ｅ．Ｋａｐｏｎ及びＭ．Ｏｒｅｎ
ｓｔｅｉｎによる米国特許第５，０８６，４３０号明細
書参照）。直線アレーなどの他の２次元の周期的なアレ
ー配列もレーザ・ピクセル２００の他の配列として可能
である。しかし、Ｋａｐｏｎらによって示されているよ
うに（米国特許第５，０８６，４３０号明細書参照）、
六角格子アレーなどの最密２次元配列は、隣接するピク
セル間により複雑な位相関係をもたらす。
【００１５】２次元位相固定レーザ・アレー装置１００
は、入射ポンプ・ビーム源１８０によって光学的に駆動
され、位相固定レーザ発光１９０を発する。有機レーザ
・キャビティのレージング・パワ密度閾値に応じて、ポ
ンプ・ビームは集束レーザ光にもインコヒーレントＬＥ
Ｄ光にもなり得る。図１は、上部誘電スタック１４０を
貫くレーザ発光１９０を示す。別の方法として、このレ
ーザ構造は、上部誘電スタックの反射率特性を適切に設
計することによって、基板１１０を貫くレーザ発光を用
いて上部誘電スタック１４０を貫いて光学的にポンピン
グされてもよい。不透明基板（例えば、シリコン基板）
の場合、光ポンピング及びレーザ発光の双方が上部誘電
スタック１４０を通って発生する。光ポンピングされた
有機レーザ・アレー装置のオペレーションは、以下の方
法によって起こる。ポンプ・ビーム１８０は、基板１１
０及び底部誘電スタック１２０を通って伝わり、周期的
ゲイン領域１６０によって吸収される。ここで、ポンプ
・ビーム・エネルギの一部は、より長い波長のレーザ光
として再発光される。ポンプ・ビーム１８０が基板１１
０を通って入り込む際、レーザ出力１９０が主として上
部誘電スタック１４０を通って外へ出るようにするに
は、低部誘電スタックのピーク反射率が上部誘電スタッ
クのピーク反射率より大きくなるように選択する必要が
ある。本装置のパワ変換効率を向上させるために、底部
誘電スタック１２０がポンプ・ビーム１８０に対して高
度な透過性を有し、上部誘電スタック１４０がポンプ・
ビームに対して高度な反射性を有するように両誘電スタ
ックに追加的な誘電層を加えることが一般的に行われて
いる。レーザ光は、レーザ・ピクセル２００によって発
せられ、弱い制限の結果として、位相及び強度情報双方
がピクセル間で交換される。これにより、コヒーレント
位相固定レーザ発光は、上部誘電スタック１４０を通っ
て起こる。
は、入射ポンプ・ビーム源１８０によって光学的に駆動
され、位相固定レーザ発光１９０を発する。有機レーザ
・キャビティのレージング・パワ密度閾値に応じて、ポ
ンプ・ビームは集束レーザ光にもインコヒーレントＬＥ
Ｄ光にもなり得る。図１は、上部誘電スタック１４０を
貫くレーザ発光１９０を示す。別の方法として、このレ
ーザ構造は、上部誘電スタックの反射率特性を適切に設
計することによって、基板１１０を貫くレーザ発光を用
いて上部誘電スタック１４０を貫いて光学的にポンピン
グされてもよい。不透明基板（例えば、シリコン基板）
の場合、光ポンピング及びレーザ発光の双方が上部誘電
スタック１４０を通って発生する。光ポンピングされた
有機レーザ・アレー装置のオペレーションは、以下の方
法によって起こる。ポンプ・ビーム１８０は、基板１１
０及び底部誘電スタック１２０を通って伝わり、周期的
ゲイン領域１６０によって吸収される。ここで、ポンプ
・ビーム・エネルギの一部は、より長い波長のレーザ光
として再発光される。ポンプ・ビーム１８０が基板１１
０を通って入り込む際、レーザ出力１９０が主として上
部誘電スタック１４０を通って外へ出るようにするに
は、低部誘電スタックのピーク反射率が上部誘電スタッ
クのピーク反射率より大きくなるように選択する必要が
ある。本装置のパワ変換効率を向上させるために、底部
誘電スタック１２０がポンプ・ビーム１８０に対して高
度な透過性を有し、上部誘電スタック１４０がポンプ・
ビームに対して高度な反射性を有するように両誘電スタ
ックに追加的な誘電層を加えることが一般的に行われて
いる。レーザ光は、レーザ・ピクセル２００によって発
せられ、弱い制限の結果として、位相及び強度情報双方
がピクセル間で交換される。これにより、コヒーレント
位相固定レーザ発光は、上部誘電スタック１４０を通っ
て起こる。
【００１６】本発明の別の実施形態において、上部誘電
スタック１４０は、反射性金属ミラー層のデポジッショ
ンによって置き換えられてもよい。典型的な材料は、９
０％を越える反射率を有する銀又はアルミニウムであ
る。この金属は下にある有機層を損傷させないように真
空サーマル・エヴァポレーションによって堆積されるこ
とが好ましい。この別の実施形態において、ポンプ・ビ
ーム１８０及びレーザ発光１９０双方は、基板１１０を
通って進む。
スタック１４０は、反射性金属ミラー層のデポジッショ
ンによって置き換えられてもよい。典型的な材料は、９
０％を越える反射率を有する銀又はアルミニウムであ
る。この金属は下にある有機層を損傷させないように真
空サーマル・エヴァポレーションによって堆積されるこ
とが好ましい。この別の実施形態において、ポンプ・ビ
ーム１８０及びレーザ発光１９０双方は、基板１１０を
通って進む。
【００１７】以下の実施例は、本発明の更なる理解のた
めに提示されるものであり、本発明への限定と解釈され
るべきではない。
めに提示されるものであり、本発明への限定と解釈され
るべきではない。
【００１８】（実施例１）図１及び２の２次元位相固定
レーザ・アレーのレージング特性を測定するために、レ
ーザ構造を前処理された６インチのシリコン基板上に形
成した。このシリコン基板は不透明であるため、ポンプ
・ビーム１８０及びレーザ発光１９０双方は本装置の上
側（及び上部誘電スタック１４０）を通って発生する。
この基板の上に、従来通りの電子ビームデポジッション
によって、低屈折率のＳｉＯ２と高屈折率のＴｉＯ２と
が交互に構成された底部誘電スタック１２０を堆積させ
た。こうして得られた誘電ミラーは、６６０ｎｍにおい
て最大９９．９５％のピーク反射率を有することが測定
された。次に、標準的なフォトリソグラフィック技術を
用いて、エッジ間距離が１μｍの５μｍ円柱の２次元正
方形アレーを作るために底部誘電スタック１２０をパタ
ーニングした。従来通りのフッ素ベースのドライエッチ
ング液を用いて、ピクセル間領域２１０を３３０ｎｍの
深さまでエッチングした。高真空サーマル・エヴァポレ
ーションによって、有機アクティブ領域１３０を底部誘
電スタック１２０の上面上に堆積させた。ここでは、有
機アクティブ領域１３０として、順に、１６８ｎｍのＴ
ＡＰＣ、１％のＤＣＪＴＢを有する５０ｎｍのＡｌｑ、
及び１７２ｎｍのＴＡＰＣが堆積された。最後に、上部
誘電スタック１４０は、シリコン基板の温度測定値が７
２℃未満に保たれるように、低温電子ビームデポジッシ
ョンによって堆積された。上部誘電スタック１４０は、
低屈折率のＳｉＯ２と高屈折率のＴｉＯ２とが交互に構
成されて成る。こうして得られた誘電ミラーは、６６０
ｎｍにおいて最大９９．９％のピーク反射率を有するこ
とが測定された。
レーザ・アレーのレージング特性を測定するために、レ
ーザ構造を前処理された６インチのシリコン基板上に形
成した。このシリコン基板は不透明であるため、ポンプ
・ビーム１８０及びレーザ発光１９０双方は本装置の上
側（及び上部誘電スタック１４０）を通って発生する。
この基板の上に、従来通りの電子ビームデポジッション
によって、低屈折率のＳｉＯ２と高屈折率のＴｉＯ２と
が交互に構成された底部誘電スタック１２０を堆積させ
た。こうして得られた誘電ミラーは、６６０ｎｍにおい
て最大９９．９５％のピーク反射率を有することが測定
された。次に、標準的なフォトリソグラフィック技術を
用いて、エッジ間距離が１μｍの５μｍ円柱の２次元正
方形アレーを作るために底部誘電スタック１２０をパタ
ーニングした。従来通りのフッ素ベースのドライエッチ
ング液を用いて、ピクセル間領域２１０を３３０ｎｍの
深さまでエッチングした。高真空サーマル・エヴァポレ
ーションによって、有機アクティブ領域１３０を底部誘
電スタック１２０の上面上に堆積させた。ここでは、有
機アクティブ領域１３０として、順に、１６８ｎｍのＴ
ＡＰＣ、１％のＤＣＪＴＢを有する５０ｎｍのＡｌｑ、
及び１７２ｎｍのＴＡＰＣが堆積された。最後に、上部
誘電スタック１４０は、シリコン基板の温度測定値が７
２℃未満に保たれるように、低温電子ビームデポジッシ
ョンによって堆積された。上部誘電スタック１４０は、
低屈折率のＳｉＯ２と高屈折率のＴｉＯ２とが交互に構
成されて成る。こうして得られた誘電ミラーは、６６０
ｎｍにおいて最大９９．９％のピーク反射率を有するこ
とが測定された。
【００１９】本装置をスペクトル特性とパワ特性の双方
についてテストするために、レーザ・キャビティは、５
ｍＷの日亜レーザダイオードからの４０４ｎｍの出力を
用いて、法線から約３０°の角度で上面から光ポンピン
グされた。このポンプ・レーザは、５ＫＨｚの繰り返し
率で５０ｎｓｅｃのレーザ・パルスを生成した。ポンプ
・ビーム強度を２つのニュートラル・デンシティ・ホイ
ールの組み合わせによって調整し、１，０００ｍｍのレ
ンズを用いてレーザ・キャビティ表面上へ集束させた。
このようにして得られた本装置表面上でのポンプ・ビー
ムのスポット・サイズの測定値は、１７７×２４３μｍ
の楕円形であった。このキャビティからのレーザ出力１
９０を、５０ｍｍのｆ２レンズと１００ｍｍのｆ４レン
ズの組み合わせによってＳｐｅｘダブル・モノクロメー
タ（０．２２ｍ）のエントランス・スリット上に集束さ
せた（ここでは、ｆ４レンズの方がスリットに近く、こ
れにより２倍に拡大されたレーザの近距離音場画像が得
られる）。このモノクロメータの解像度は約０．４５ｎ
ｍであり、その出力は冷却された浜松ホトニクスの光電
子増倍管によって検知された。
についてテストするために、レーザ・キャビティは、５
ｍＷの日亜レーザダイオードからの４０４ｎｍの出力を
用いて、法線から約３０°の角度で上面から光ポンピン
グされた。このポンプ・レーザは、５ＫＨｚの繰り返し
率で５０ｎｓｅｃのレーザ・パルスを生成した。ポンプ
・ビーム強度を２つのニュートラル・デンシティ・ホイ
ールの組み合わせによって調整し、１，０００ｍｍのレ
ンズを用いてレーザ・キャビティ表面上へ集束させた。
このようにして得られた本装置表面上でのポンプ・ビー
ムのスポット・サイズの測定値は、１７７×２４３μｍ
の楕円形であった。このキャビティからのレーザ出力１
９０を、５０ｍｍのｆ２レンズと１００ｍｍのｆ４レン
ズの組み合わせによってＳｐｅｘダブル・モノクロメー
タ（０．２２ｍ）のエントランス・スリット上に集束さ
せた（ここでは、ｆ４レンズの方がスリットに近く、こ
れにより２倍に拡大されたレーザの近距離音場画像が得
られる）。このモノクロメータの解像度は約０．４５ｎ
ｍであり、その出力は冷却された浜松ホトニクスの光電
子増倍管によって検知された。
【００２０】図３は、０．２５ＮＡ（開口数）レンズに
よって集光されたレーザ・スペクトラムを示す。このサ
ンプルは、２つのレーザ・ピーク：６６３．７ｎｍにお
けるＴＥＭ０，０及び６６１．６ｎｍにおけるＴＥＭ
１，０を有する。ここで、ＴＥＭ０，０の半値全幅（Ｆ
ＷＨＭ）は０．５５ｎｍであり、ＴＥＭ１，０の半値全
幅（ＦＷＨＭ）は０．５５ｎｍである。ＴＥＭ０，０ピ
ークの波長の長い側では、自然放出信号が分光計のノイ
ズ内に収まっている。ＴＥＭ１，０ピークの波長の短い
側では、自然放出信号がより大きく、そのピーク強度は
ＴＥＭ０，０レージング・ピーク強度の１／２１であ
る。この自然放出は、アレーのピクセル間領域２１０か
ら発せられる。本レーザ・アレー装置のピクセル同士の
エッジ間距離を０．６μｍより低くした場合、この自然
放出ピーク信号は、ＴＥＭ０，０レーザ・ピークの強度
の１／５７にまで下がった。
よって集光されたレーザ・スペクトラムを示す。このサ
ンプルは、２つのレーザ・ピーク：６６３．７ｎｍにお
けるＴＥＭ０，０及び６６１．６ｎｍにおけるＴＥＭ
１，０を有する。ここで、ＴＥＭ０，０の半値全幅（Ｆ
ＷＨＭ）は０．５５ｎｍであり、ＴＥＭ１，０の半値全
幅（ＦＷＨＭ）は０．５５ｎｍである。ＴＥＭ０，０ピ
ークの波長の長い側では、自然放出信号が分光計のノイ
ズ内に収まっている。ＴＥＭ１，０ピークの波長の短い
側では、自然放出信号がより大きく、そのピーク強度は
ＴＥＭ０，０レージング・ピーク強度の１／２１であ
る。この自然放出は、アレーのピクセル間領域２１０か
ら発せられる。本レーザ・アレー装置のピクセル同士の
エッジ間距離を０．６μｍより低くした場合、この自然
放出ピーク信号は、ＴＥＭ０，０レーザ・ピークの強度
の１／５７にまで下がった。
【００２１】（実施例２）本レーザ・アレー構造は、上
記実施例１を参照して説明したものと類似している。但
し、そのアクティブ領域１３０の有機層厚さは、１８６
ｎｍのＴＡＰＣと、１％のＤＣＪＴＢを有する２０ｎｍ
のＡｌｑと、１８６ｎｍのＴＡＰＣとから成り、ピクセ
ル間領域２１０のエッチング深さは１１０ｎｍである。
ポンプ・ビーム・パワ入力対レーザ・パワ出力のプロッ
トを図４に示す。図から分かるように、ＶＣＳＥＬアレ
ーは、最大で０．０２Ｗ／ｃｍ２のパワ密度閾値を有す
る。この結果は、小径（２．５μｍ）で広面積の装置に
ついて我々の従前の結果より２オーダ大きさが小さく、
有機レーザ文献（Ｍ．Ｂｅｒｇｇｒｅｎら、「Ｎａｔｕ
ｒｅ ３８９」、１９９７年、４６６頁）で報告された
ものよりも３オーダ良い。上記小径・広面積装置の閾値
に対して閾値が大幅に小さくなったのは、おそらく、局
所的加熱を少なくしたことと、回折損失を大幅に低減し
たことによる。図４は、レージング閾値の後の傾斜が急
に上がったのに続いて、傾斜は再びレージングより大幅
に高い入力パワ密度に対して落ち始める。これと全く同
じ傾向は広面積装置についても起こった。したがって、
この効果は本アレー固有のものではなく、有機ＶＣＳＥ
Ｌには一般的なものである。レージング遷移領域の拡大
図を得るために、レーザ出力曲線を均等目盛で図５に再
プロットした。図５は、本アレーが非常にシャープなタ
ーンオンを有することを示している。
記実施例１を参照して説明したものと類似している。但
し、そのアクティブ領域１３０の有機層厚さは、１８６
ｎｍのＴＡＰＣと、１％のＤＣＪＴＢを有する２０ｎｍ
のＡｌｑと、１８６ｎｍのＴＡＰＣとから成り、ピクセ
ル間領域２１０のエッチング深さは１１０ｎｍである。
ポンプ・ビーム・パワ入力対レーザ・パワ出力のプロッ
トを図４に示す。図から分かるように、ＶＣＳＥＬアレ
ーは、最大で０．０２Ｗ／ｃｍ２のパワ密度閾値を有す
る。この結果は、小径（２．５μｍ）で広面積の装置に
ついて我々の従前の結果より２オーダ大きさが小さく、
有機レーザ文献（Ｍ．Ｂｅｒｇｇｒｅｎら、「Ｎａｔｕ
ｒｅ ３８９」、１９９７年、４６６頁）で報告された
ものよりも３オーダ良い。上記小径・広面積装置の閾値
に対して閾値が大幅に小さくなったのは、おそらく、局
所的加熱を少なくしたことと、回折損失を大幅に低減し
たことによる。図４は、レージング閾値の後の傾斜が急
に上がったのに続いて、傾斜は再びレージングより大幅
に高い入力パワ密度に対して落ち始める。これと全く同
じ傾向は広面積装置についても起こった。したがって、
この効果は本アレー固有のものではなく、有機ＶＣＳＥ
Ｌには一般的なものである。レージング遷移領域の拡大
図を得るために、レーザ出力曲線を均等目盛で図５に再
プロットした。図５は、本アレーが非常にシャープなタ
ーンオンを有することを示している。
【００２２】図６は、本アレーからのレーザ発光が位相
固定されていることの証明を提示する。これらスペクト
ラムを得るために、ｆ２コリメータレンズの後にアパー
チャを置いた。図６は、アパーチャを大きく開いた場合
と７ｍｍまで閉じた場合のアレー発光を比較する。２次
元位相固定正方形アレーは光軸に沿ってヌルが存在する
ようにレーザ発光の４つの突出部を発するため、この測
定が実施された（Ｐ．Ｌ．Ｇｏｕｒｌｅｙら、「Ａｐ
ｐ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５８」、１９９１年、８９０
頁）。これに対して、アパーチャを７ｍｍまで閉じて
も、広面積（直径２．５μｍ）レーザのＴＥＭ０，０ピ
ークのピーク強度には影響がない。加えて、ポンプ・ビ
ームによって画像化されるアレーのサイズ（約２１０μ
ｍ直径）が与えられると、等価なコヒーレント広面積レ
ーザは、最大０．２°の角拡散、又は（７ｍｍアパーチ
ャによる減衰を受けない結果として）５０ｍｍコリメー
タレンズにおける最大０．２ｍｍのビーム拡散を有す
る。
固定されていることの証明を提示する。これらスペクト
ラムを得るために、ｆ２コリメータレンズの後にアパー
チャを置いた。図６は、アパーチャを大きく開いた場合
と７ｍｍまで閉じた場合のアレー発光を比較する。２次
元位相固定正方形アレーは光軸に沿ってヌルが存在する
ようにレーザ発光の４つの突出部を発するため、この測
定が実施された（Ｐ．Ｌ．Ｇｏｕｒｌｅｙら、「Ａｐ
ｐ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５８」、１９９１年、８９０
頁）。これに対して、アパーチャを７ｍｍまで閉じて
も、広面積（直径２．５μｍ）レーザのＴＥＭ０，０ピ
ークのピーク強度には影響がない。加えて、ポンプ・ビ
ームによって画像化されるアレーのサイズ（約２１０μ
ｍ直径）が与えられると、等価なコヒーレント広面積レ
ーザは、最大０．２°の角拡散、又は（７ｍｍアパーチ
ャによる減衰を受けない結果として）５０ｍｍコリメー
タレンズにおける最大０．２ｍｍのビーム拡散を有す
る。
【００２３】位相固定化の最終的な指示は、アレー・サ
イズが大きくなったときにレーザ線幅を狭くすることの
効果として到来する（Ｐ．Ｌ．Ｇｏｕｒｌｅｙら、「Ａ
ｐｐ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５８」、１９９１年、８９
０頁）。多くの場合、同じＶＣＳＥＬアレーは、１５０
ｍｍレンズ及び３００ｍｍレンズの双方を用いて画像化
された。ここで、測定されたポンプ・ビーム・スポット
・サイズはそれぞれ、２１×２９μｍ、及び５２×７３
μｍであった。前者の場合、ＴＥＭ０，０モードは最大
０．５４ｎｍのＦＷＨＭを有し、大きなスポット・サイ
ズの場合、ＦＷＨＭは最大０．４７ｎｍまで狭くなっ
た。追加的な証明は、異なるピクセル間距離のアレーが
テストされたときに線幅が狭くなることから到来する。
例えば、同じＶＣＳＥＬサンプルにおいてピクセル間の
間隔が１０μｍから１μｍに縮められると、上記２つの
モードのレーザ線幅は０．５４及び１．０４ｎｍからそ
れぞれ０．４５及び０．８６ｎｍへ落ちる。
イズが大きくなったときにレーザ線幅を狭くすることの
効果として到来する（Ｐ．Ｌ．Ｇｏｕｒｌｅｙら、「Ａ
ｐｐ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５８」、１９９１年、８９
０頁）。多くの場合、同じＶＣＳＥＬアレーは、１５０
ｍｍレンズ及び３００ｍｍレンズの双方を用いて画像化
された。ここで、測定されたポンプ・ビーム・スポット
・サイズはそれぞれ、２１×２９μｍ、及び５２×７３
μｍであった。前者の場合、ＴＥＭ０，０モードは最大
０．５４ｎｍのＦＷＨＭを有し、大きなスポット・サイ
ズの場合、ＦＷＨＭは最大０．４７ｎｍまで狭くなっ
た。追加的な証明は、異なるピクセル間距離のアレーが
テストされたときに線幅が狭くなることから到来する。
例えば、同じＶＣＳＥＬサンプルにおいてピクセル間の
間隔が１０μｍから１μｍに縮められると、上記２つの
モードのレーザ線幅は０．５４及び１．０４ｎｍからそ
れぞれ０．４５及び０．８６ｎｍへ落ちる。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、ミクロンサイズの有機
レーザ・ピクセルの２次元アレーからの位相固定レーザ
発光を可能にするのに特に適した有機面発光レーザ構成
を提供することができる。
レーザ・ピクセルの２次元アレーからの位相固定レーザ
発光を可能にするのに特に適した有機面発光レーザ構成
を提供することができる。
【図１】本発明に従って作られた光ポンピングされた２
次元位相固定有機垂直キャビティ・レーザ・アレーの概
略側面図である。
次元位相固定有機垂直キャビティ・レーザ・アレーの概
略側面図である。
【図２】本発明に従って作られた光ポンピングされた２
次元位相固定有機垂直キャビティ・レーザ・アレーの概
略上面図である。
次元位相固定有機垂直キャビティ・レーザ・アレーの概
略上面図である。
【図３】光ポンピングされた２次元位相固定有機垂直キ
ャビティ・レーザ・アレーについてのレーザ発光スペク
トラムを示す強度対波長のグラフである。
ャビティ・レーザ・アレーについてのレーザ発光スペク
トラムを示す強度対波長のグラフである。
【図４】２次元位相固定有機垂直キャビティ・レーザ・
アレーについての光出力パワ対入力パワを示すグラフで
ある。
アレーについての光出力パワ対入力パワを示すグラフで
ある。
【図５】レージング偏移領域付近での２次元位相固定有
機垂直キャビティ・レーザ・アレーについてのポンプ・
パワ入力対レーザ・パワ出力を示すグラフである。
機垂直キャビティ・レーザ・アレーについてのポンプ・
パワ入力対レーザ・パワ出力を示すグラフである。
【図６】２次元位相固定有機垂直キャビティ・レーザ・
アレーのレーザ・スペクトラム上でレンズ口径を閉じた
ときの影響を示すグラフである。
アレーのレーザ・スペクトラム上でレンズ口径を閉じた
ときの影響を示すグラフである。
１００ ２次元位相固定レーザ・アレー装置
１１０ 基板
１２０ 底部誘電スタック
１３０ 有機アクティブ領域
１４０ 上部誘電スタック
１５０ エッチングされた領域
１６０ 周期的ゲイン領域
１７０ 有機スペーサ層
１８０ ポンプ・ビーム
１９０ レーザ発光
２００ レーザ・ピクセル
２１０ ピクセル間領域
Claims (4)
- 【請求項１】 有機垂直キャビティ・レーザ・アレー装
置であって、 ａ） 所定波長域を越える光を反射する底部誘電スタッ
クと、 ｂ） レーザ光を生成する有機アクティブ領域と、 ｃ） 前記底部誘電スタックから間隔があけられ、所定
波長域を越える光を反射する上部誘電スタックと、 ｄ） 該底部誘電スタックの表面に形成され、アレーを
定義するエッチングされた領域と、を有し、 前記アレーは、間隔があけられたレーザ・ピクセルから
成り、 これらレーザ・ピクセルは、前記アレーがコヒーレント
位相固定レーザ光を発するようにそれらピクセル間の領
域よりも高い反射率を有する、ことを特徴とする有機垂
直キャビティ・レーザ・アレー装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の有機垂直キャビティ・レ
ーザ・アレー装置であって、 前記アクティブ領域は、 １以上の周期的ゲイン領域と、 該周期的ゲイン領域の一方の側面上に配置され、該周期
的ゲイン領域が本装置の定常波電磁界の波腹と揃うよう
に並べられた有機スペーサ層と、を有することを特徴と
する有機垂直キャビティ・レーザ・アレー装置。 - 【請求項３】 請求項１記載の有機垂直キャビティ・レ
ーザ・アレー装置であって、装置であって、 ポンプ・ビーム光は、前記誘電スタックの少なくとも一
を通って前記有機アクティブ領域内へ伝達・導入される
ことを特徴とする有機垂直キャビティ・レーザ・アレー
装置。 - 【請求項４】 有機垂直キャビティ・レーザ・アレー装
置であって、 ａ） 所定波長域を越える光を反射する第一の誘電スタ
ックと、 ｂ） レーザ光を生成する有機アクティブ領域と、 ｃ） 前記第一の誘電スタックから間隔があけられ、光
を反射する第二の金属層と、 ｄ） 前記第一の誘電スタックの表面に形成され、アレ
ーを定義するエッチングされた領域と、を有し、 前記アレーは、間隔があけられたレーザ・ピクセルから
成り、 これらレーザ・ピクセルは、前記アレーがコヒーレント
位相固定レーザ光を発するようにそれらピクセル間の領
域よりも高い反射率を有する、ことを特徴とする有機垂
直キャビティ・レーザ・アレー装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US10/066,829 US6687274B2 (en) | 2002-02-04 | 2002-02-04 | Organic vertical cavity phase-locked laser array device |
| US066829 | 2002-02-04 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003234528A true JP2003234528A (ja) | 2003-08-22 |
Family
ID=22071979
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003022238A Pending JP2003234528A (ja) | 2002-02-04 | 2003-01-30 | 有機垂直キャビティ位相固定レーザ・アレー装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6687274B2 (ja) |
| EP (1) | EP1333550B1 (ja) |
| JP (1) | JP2003234528A (ja) |
| DE (1) | DE60304275T2 (ja) |
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| JP2005026686A (ja) * | 2003-06-30 | 2005-01-27 | Eastman Kodak Co | 誘電体積層体におけるエッチングされた領域を有機垂直空洞共振器レーザーアレイに提供する方法 |
| JP2008502925A (ja) * | 2004-05-28 | 2008-01-31 | イーストマン コダック カンパニー | 垂直キャビティ・レーザー・アレイを使用したディスプレイ・デバイス |
| JP2019517147A (ja) * | 2016-05-20 | 2019-06-20 | メイコム テクノロジー ソリューションズ ホールディングス インコーポレイテッド | 半導体レーザ及び半導体レーザの平坦化のためのプロセス |
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2002
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2003
- 2003-01-23 DE DE60304275T patent/DE60304275T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2003-01-23 EP EP03075214A patent/EP1333550B1/en not_active Expired - Fee Related
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