JP2004080043A - 改良されたパワー変換を有する垂直共振器光発生デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】入射された外部光に対して、パワー変換効率を改善した垂直共振器光発生デバイスを提供する。
【解決手段】このデバイス１００は、基板１１０と、所定範囲の波長光に対して反射性であるボトム誘電体スタック１２０と、準レーザ光を発生する有機活性領域１３０とを有する。更に、ボトム誘電体スタックから間隔をあけて設けられ、所定範囲の波長光に対して反射性であるトップ誘電体スタック１４０を有する。活性領域は、１つ以上の周期的ゲイン領域１６０と、周期的ゲイン領域のいずれかの側に設けられ、周期的ゲイン領域が当該デバイスの定在波電磁場のアンチノードと合わせるように配置された有機スペーサ層１７０とを有する。トップ誘電体スタックまたはボトム誘電体スタックは、そのピーク反射率が９９％未満であって、前記デバイスのスペクトルライン幅は増加するが、発生する自然放出は許容レベルであるように選択される。
【選択図】図１

Description

　本発明は、発光デバイスの分野に係る。

　過去の長い間、安価で効率的な光源として有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）がますます注目されてきた。このデバイスは、アモルファス有機物質からなるデバイス層を用いた結果、製造コストが安価になった。そのため、例えば、低真空熱蒸着、スピンキャスティング、インクジェット技術等によって、これらの層を安価に堆積できる。一方、無機発光ダイオード（ＬＥＤ）は結晶物質からなる。これは高価な堆積装置（有機金属化学気相成長法および分子線エピタキシ等）を必要とする上に、特定の基板の上にしか堆積できない。こうした差を総合的に見た結果、多数の画素からなるＯＬＥＤベースの多色アレイが世界中で多くの製造者によって日常的に製造されるようになり、主にディスプレイに使用されてきた。

　ＯＬＥＤデバイスの効率に関して、その内部量子効率は８０〜９０％と高いにも拘わらず、その外部量子効率は通常１〜３％の範囲に留まる。この差の一部はスピン統計のためである。これによって、非りん光物質の場合、励起子の４分の３が非発光トリプレットとなる。しかし、量子効率の差のより大きな要因は光パイピング（light-piping）のためである。つまり、全内部反射に基づいて単純な分析を行った結果（Ｎ．Ｃ．Ｇｒｅｅｎｈａｍ等、　Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．６，４９１［１９９４］）、平面デバイス内で発生された光のわずか１／２ｎ²（ｎはデバイス層の屈折率）しか実際にはデバイスから放出されないことが分かった。ＯＬＥＤデバイスの場合、ｎは約１．９である。つまり、発生された光の僅かに１４％しかデバイスの上部から放出されない。

　過去の長い間、無機ＬＥＤおよび有機ＬＥＤのそれぞれの研究者によって、ＬＥＤデバイスの光取出し効率（out-coupling efficiency）を高める努力がなされてきた。Ｂｕｌｏｖｉｃ等は米国特許第５，８３４，８９３号において、デバイスの導波路モードの光を取出す（out-couple）ために、傾斜した側壁を有する金属ピット内でＯＬＥＤを成長させることを提案した。また、多数の研究者が、散乱中心（scattering centers）（それぞれ体積または表面）を用いて外部効率を向上することを記述した（例えば、Ｙａｍａｓａｋｉ等「Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７６，１２４３（２０００）」、Ｗｉｎｄｉｓｃｈ等「Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７４，２２５６（１９９９）」）。散乱体を周期的に配置して、光取出し効率を高めようとした者もいる。例えば、Ｉ．Ｄ．Ｗ．Ｓａｍｕｅｌ等は、ＷＯ００／７０６９１の中で、ブラッグ格子を用いて光取出しを高めようとしたし、Ｅｒｃｈａｋ等は「Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７８，５６３　（２００１）」において、２次元のフォトニック結晶構造を用いている。どの場合も取出し効率は向上しているが、正確さが損なわれている。つまり、画素の本来の寸法より大きな距離において光取出しが向上する結果、画素の寸法も拡大してしまう。これは望ましいことではない。

　このような先鋭度の損失を回避しながら、改善された光取出しを維持する手段としては、共振器型ＬＥＤ（ＲＣＬＥＤ）構造を採用することである。このような構造は本来、Ｃｈｏ等が米国特許第５，２２６，０５３号において無機物質システム用に提案したものである。彼らの業績では、ＬＥＤの対照サンプルに対して外部効率が約１．７倍増加した（Ｅ．Ｆ．Ｓｃｈｕｂｅｒｔ等「Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６０，９２１［１９９２］」）。後に、Ｊａｃｏｂｓｅｎ等は米国特許第５，８０４，９１９号においてＲＣＬＥＤの概念を利用して、ティスプレイに適用するためにりん光物質の発光を増加している。Ｃｈｏ等が米国特許第５，２２６，０５３号において述べたように、ＲＣＬＥＤを適切に動作させるためには、複数の誘電体スタック（dielectric stack）の反射率の中の１つを通常の＞９９％より減らしたという唯一の相違点以外は垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の構造と非常に類似するデバイス構造が必要である。Ｊａｃｏｂｓｅｎ等の米国特許第５，８０４，９１９号では、複数の誘電体スタックの反射率の中の１つを減らすことの重要性には言及していない。さらに、Ｊａｃｏｂｓｅｎ等は、スペーサ層に囲まれた薄い活性領域（＜３０ｎｍ）を用いる代わりに、望ましくない自然放出を最小限に抑える一方で良好な効率を得るために必要な、厚い（bulk）活性領域の使用を教示している。したがって、Ｊａｃｏｂｓｅｎ等が米国特許第５，８０４，９１９号において言及している、有機活性領域をエミッタ（emitter）として使用する構造体は、適切に構成されたＲＣＬＥＤデバイスではないことになる。さらに、Ｊａｃｏｂｓｅｎ等が言及する唯一の有機エミッタはホスト物質がＡｌｑ［アルミニウム　トリス（８−ヒドロキシキノリン）］であるが、この発光特性は非常に貧弱である。このような結果、現在まで、上述のように先鋭度を損なうことなく光取出し効率を向上させなければならない有機エミッタへの適用にＲＣＬＥＤの概念が適切に応用されることはなかった。

米国特許第５，８３４，８９３号明細書（Ｂｕｌｏｖｉｃ等） 国際公開第００／７０６９１号パンフレット（Ｉ．Ｄ．Ｗ．Ｓａｍｕｅｌ等） 米国特許第５，２２６，０５３号明細書（Ｃｈｏ等） 米国特許第５，８０４，９１９号明細書（Ｊａｃｏｂｓｅｎ等） 「Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７６，１２４３（２０００）」、Ｙａｍａｓａｋｉ等、著 「Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７４，２２５６（１９９９）」、Ｗｉｎｄｉｓｃｈ等、著 「Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７８，５６３　（２００１）」、Ｅｒｃｈａｋ等、著 「Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６０，９２１（１９９２）」、Ｅ．Ｆ．Ｓｃｈｕｂｅｒｔ等、著

　本発明の１目的は、パワー変換効率を改善するために選ばれたスペクトルライン幅を有する準レーザ光（quasi-laser light）を発生する垂直共振器光発生デバイスを提供することである。

　この目的は、入射された外部光に対して、パワー変換効率を改善するために選ばれた拡張されたスペクトルライン幅（enlarged spectral linewidth）を有する準レーザ光を発生する垂直共振器光発生デバイスによって達成される。このデバイスは、
　ａ）基板と、
　ｂ）所定の範囲の波長の光に対して反射性であるボトム誘電体スタック（bottom dielectric stack）と、
　ｃ）準レーザ光を発生する有機活性領域（organic active region）と、
　ｄ）前記ボトム誘電体スタックから間隔をあけて設けられ、所定の範囲の波長の光に対して反射性であるトップ誘電体スタック（top dielectric stack）と、
　を有し、
　ｅ）前記有機活性領域は、１つ以上の周期的（periodic）ゲイン領域と、当該周期的ゲイン領域のいずれかの側に設けられ、当該周期的ゲイン領域が前記デバイスの定在波電磁場（standing wave electromagnetic field）のアンチノード(antinode)と合わせるように配置された有機スペーサ層を有し、
　ｆ）前記トップ誘電体スタックまたはボトム誘電体スタックは、そのピーク反射率が９９％未満であって、前記デバイスのスペクトルライン幅が増加するが発生する自然放出は許容レベルであることでパワー変換効率を改善するように選択される、ことを特徴とする。

　予想外ではあったが、複数の誘電体スタックの中の１つの反射率を適切に選択すれば、望まない自然放出を許容できる程度に小さくする一方で、パワー変換効率を実質的に増加できることが分かった。さらに、放射された光は狭いスペクトルライン幅を維持し、デバイスの光軸周りで方向性を持って放射される。

　本発明の効果として、有機物質からなるゲイン領域を有するトップ誘電体スタックリフレクタおよびボトム誘電体スタックリフレクタを当該デバイスの定在波電磁場のアンチノードに位置されたゲイン領域と組み合わせることで、垂直共振器光発生設計のデバイス効率動作を改善する。複数の誘電体スタックの中の１つの反射率をＶＣＳＥＬデバイスにとって標準的である程度に高く設定する一方で、対向する誘電体スタックの反射率を９９％未満に下げる。この結果、パワー変換効率は改善され、自然放出に起因する望まない出力は著しく減少されたまま維持される。同時に、放射された光は狭いスペクトルライン幅を維持し、当該デバイスの光軸周りで方向性を持って放出される。

　本発明は、外光源（図示せず）を用いて垂直共振器光発生デバイスを本発明にしたがって駆動する。この外光は、非干渉性（であって安価な）無機ＬＥＤによって発生されることが好適である。通常、無機ＬＥＤのスポットサイズは広いので（一般的な無機ＬＥＤの場合、画素縁部の長さは約２５０ミクロン）、広域ＶＣＳＥＬ型のデバイスから得られたレーザ発光は自ずとマルチモードになる。この適用（ディスプレイ等）においては、実際に、マルチモードデバイス動作が好適である。この動作が、望まないスペックルの発生を防止するためである。上述のように、垂直共振器光発生有機デバイスの出力効率を増加させるためには、複数の誘電体スタックの中の１つの反射率を減らしてデバイス出力効率を上げる方法以外に、ＶＣＳＥＬ構成を用いる方法がある。このような設計スキームは、Ｃｈｏ等が米国特許第５，２２６，０５３号で開示したＲＣＬＥＤ構造と類似するが、本発明の構造は、Ｃｈｏ等のデバイスと比べると、スペクトルライン幅がより狭い。そのため、このデバイスは、ＲＣＬＥＤ構造ではなく準レーザデバイスと呼ばれるだろう。このデバイスのライン幅が６ｎｍ未満であって、準レーザデバイスと比べると、望まない自然放出を大幅にクランプするためである。高効率の垂直共振器光発生構造を実現するには、図１の概略図に示すような、本発明に係る準レーザデバイス１００を作ることが必要である。基板１１０は、光ポンピングやレーザ発光の意図する方向に応じて、光透過性でも不透過性でもよい。基板１１０は透明なガラスでもプラスチックでもよい。また、光ポンピングとレーザ発光とを同じ表面から行う場合には、半導体物質（例えばシリコン）やセラミック物質等といった（ただし、これらに限定されない）不透明な基板を用いてもよい。

　基板１１０の上にボトム誘電体スタック１２０を堆積する。これは、高屈折率誘電物質と低屈折率誘電物質とを交互に積層した層からなる。ボトム誘電体スタック１２０は、所定範囲の波長の準レーザ光に対して反射性であるように設計されている。一般的な高屈折率物質および低屈折率物質は、それぞれＴｉＯ₂およびＳｉＯ₂である。ボトム誘電体スタック１２０は標準的な電子ビーム堆積法によって堆積される。この時、標準的な堆積温度は２４０(Ｃである。ボトム誘電体スタック１２０の上に有機活性領域１３０を堆積する。活性領域は、小分子量（small-molecular weight）有機物質または共役高分子有機物質、またはこれらの組合せで作ることができる。通常、小分子量有機物質は高真空（１０^-6Ｔｏｒｒ）熱蒸着法によって堆積し、共役高分子はスピンキャスティングによって形成する。図１に示す有機活性領域１３０はバルク層ではなく、多数の層からなる構成体である。Ｂｒｕｅｃｋ等が米国特許第４，８８１，２３６号で行った無機ＶＣＳＥＬレーザに関する提案にしたがうと、有機活性領域１３０は１つ以上の周期的ゲイン領域１６０を有する。これらは有機スペーサ層１７０によって分離されている。周期的ゲイン領域１６０の厚さは通常５０ｎｍ未満であり、１０〜３０ｎｍが好適である。有機スペーサ層１７０の厚さは、周期的ゲイン領域がレーザ共振器の定在電磁場のアンチノードと合わせるように、決定する。活性領域に周期的ゲイン領域を設けることで、より大きなパワー変換効率を得られ、所望でない自然放出を大幅に減少できる。つまり、活性領域１３０は１つ以上の周期的ゲイン領域１６０と、この周期的ゲイン領域１６０の一方の側に設けられて、当該周期的ゲイン領域がデバイスの定在波電磁場のアンチノードと合わせるように配置された有機スペーサ層１７０とを有する。

　周期的ゲイン領域１６０は、高量子効率で蛍光を発生する小分子量有機物質および高分子有機物質のいずれかによって作られる。一般的な高分子物質は、例えば、ポリフェニレンビニレン誘導体、ジアルコキシ−ポリフェニレンビニレン類、ポリ−パラ−フェニレン誘導体、およびポリフルオレン誘導体であり、これらは、譲渡された米国特許第６，１９４，１１９号Ｂ１およびその中の参考文献においてＷｏｌｋ等によって教示されている通りである。この実施形態では、ゲイン媒体としてホスト−ドーパントの組合せを用いることが好適である。これによると、そのレーザ発振波長においてゲイン媒体に対する、ポンピングされていないバンド対バンド吸収係数が（Ｆｏｒｓｔｅｒのエネルギー移動のメカニズムによって）非常に小さく（＜１ｃｍ^-1）なるからである（Ｍ．Ｂｅｒｇｇｒｅｎ等、「Ｎａｔｕｒｅ　３８９，４６６［１９９７］」）。緑色発光準レーザに対して有益なホスト−ドーパントの組合せは、アルミニウム　トリス（８−ヒドロキシキノリン）（Ａｌｑ）をホストとし、［１０−（２−ベンゾチアゾリル）−２，３，６，７−テトラヒドロ−１，１，７，７−テトラメチル−１Ｈ，５Ｈ，１１Ｈ−［１］ベンゾピラノ［６，７，８−ｉｊ］キノリジン−１１−オン］（Ｃ５４５Ｔ）を（体積含有率０．５％において）ドーパントとするものがある。その他のホスト−ドーパントの組合せを、青色や赤色等の、その他の波長領域の発光に対して用いることができる。有機スペーサ層１７０については、準レーザ発光１９０および（外光源によって発生された）ポンプビーム光１８０の両方に対して高透過性を有する物質を用いることが好適である。この実施例では、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）をスペーサ物質として使用している。この物質を選んだ理由は、可視スペクトルおよび近紫外線スペクトルにおいてこの物質の吸収率が非常に低く、屈折率がＡｌｑより僅かに低いためである。この屈折率の違いは、定在電場アンチノードと周期的ゲイン領域１６０との間の重なりを最小限にする際の助けになるので有用である。

　活性領域１３０に続いてトップ誘電体スタック１４０を堆積する。トップ誘電体スタック１４０はボトム誘電体スタックから離して設けられ、所定範囲の波長の光に対して反射性である。この組成はボトム誘電体スタック１２０の組成と類似している。トップ誘電体スタック１４０は有機ベースの活性領域上に堆積されるので、その堆積温度を低温に保って、有機物が溶けないようにしなければならない。したがって、トップ誘電体スタック１４０の一般的な堆積温度は７０(Ｃである。良好な準レーザ性能を得るためには、トップ誘電体スタック１４０のピーク反射率が９９％より大きいことが好適であり、準レーザ光発光がこれを通過しないようにするためには９９．９％より大きいことが好適である。ボトム誘電体スタック１２０について、準レーザ光の光取出し効率を高めるためには、スタック反射率が９９％より小さいことが好適である。ボトムスタック反射率を更に減少すれば、外部効率がより高くなり、スペクトルライン幅がより大きくなり、準レーザ光発光円錐角度がより大きくなる。つまり、ボトム誘電体スタックは、そのピーク反射率が９９％未満になるように選ばなければならない。その結果、スペクトルライン幅は増加するが、生じる自然放出を許容レベルにでき、これによってパワー変換効率を改善する。実際、ボトム誘電体スタック１２０のピーク反射率を８５％未満まで低くすることで、パワー変換効率を２０％より大きくできることが分かった。

　準レーザデバイス１００は入射ポンプビーム１８０によって光学的に駆動され、準レーザ発光１９０を放出する。ポンプビームは、集光されたレーザ光または、ＬＥＤ等からの非干渉光でもよい。図１の１９０は、ボトム誘電体スタック１２０を通過した準レーザ発光を示す。不透明（例えばシリコン）基板の場合は、光ポンピングと準レーザ発光の両方がトップ誘電体スタック１４０を通って生じる。この場合、トップ誘電体スタック１４０のピーク反射率は９９％未満になり、ボトム誘電体スタック１２０のピーク反射率は９９％より大きくなるだろう。光ポンピングされた有機準レーザデバイスの動作は、次の手段によって生じる。つまり、ポンプビーム１８０がトップ誘電体スタック１４０を通過し、周期的ゲイン領域１６０に吸収される。この領域１６０では、ポンプビームエネルギーの一部が、より長い波長の準レーザ光として再放射される。上述のように、主にボトム誘電体スタック１２０および基板１１０を通して準レーザ発光１９０を確実に放出するようにポンプビーム１８０をトップ誘電体スタック１４０に入射する場合、トップ誘電体スタック１４０のピーク反射率を大きくし、スタック１４０を通した放出を回避する必要がある。当該デバイスのパワー変換効率を改善するためには、トップ誘電体スタック１４０がポンプビーム１８０に対して高透過性であり、ボトム誘電体スタック１２０がポンプビ−ムに対して高反射性であるように、両方の誘電体スタックに追加的な誘電体層を加えることを一般的に行う。デバイス構造をこのように設計した結果、準レーザの放射は主に基板１１０を通過して生じる。図１の１９０は、ボトム誘電体スタック１２０および基板１１０を通過する準レーザ発光を示す。あるいは、基板１１０およびボトム誘電体スタック１２０を通して準レーザ構造を光ポンピングすることもできる。この時、準レーザの放出は、誘電体スタック反射率を適切に決めることによって、主にトップ誘電体スタック１４０を通過して排出される。シリコン等の不透明な基板の場合、光学ポンピングおよび準レーザ発光の両方がトップ誘電体スタック１４０を通して生じる。

　本発明の代替的な実施形態では、トップ誘電体スタック１４０の代わりに、積層された反射性の金属ミラー層が用いられている。一般的な金属は銀またはアルミニウムであり、これらは９０％超の反射率を有する。これらの金属は真空熱蒸着法によって堆積し、下敷きとなっている有機層の損傷を回避することが好適である。この代替的な実施形態では、ポンプビーム１８０と準レーザ発光１９０の両方が基板１１０を通って進む。

　次に、本発明を更に理解するために幾つかの実施例を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

　図１に示す準レーザデバイスの出力特性を決定するために、事前に洗浄した６インチの水晶基板上で準レーザ構造を成長させた。この基板１１０の上に、従来の電子ビーム堆積によってボトム誘電体スタック１２０を堆積した。これは、それぞれがＴａ₂Ｏ₅およびＳｉＯ₂である高屈折率層および低屈折率層を交互に積層した層からなる。この結果得られた誘電体ミラー（dielectric mirror）は５５０ｎｍにおいて測定ピーク反射率〜９７．２％を有する。また、ボトム誘電体スタック１２０の上に、高真空熱蒸着法によって有機活性領域１３０を堆積した。ここには、１５２ｎｍのＴＡＰＣと、０．５％のＣ５４５Ｔを含有する２５ｎｍのＡｌｑと、１４０ｎｍのＴＡＰＣと、０．５％のＣ５４５Ｔを含有する２５ｎｍのＡｌｑと、１５３ｎｍのＴＡＰＣとが順番に堆積された。最後に、水晶基板の測定温度が７２℃未満に維持されるように、低温電子ビーム堆積法によってトップ誘電体スタック１４０を堆積した。この層は、それぞれがＴｉＯ₂およびＳｉＯ₂である高屈折率層および低屈折率層を交互に堆積した層からなる。この結果得られた誘電体ミラーは、５６０ｎｍにおいて測定ピーク反射率〜９９．９８％を有する。

　このデバイスについてスペクトル特性および出力特性の両方を調べるために、５ｍＷの日亜化学社製レーザダイオードから放出される４０３ｎｍの出力を利用して、当該デバイスの上面に対して垂直に準レーザ共振器を光ポンピングした。このポンプレーザは、５〜５０００ＫＨｚの繰返し数（repetition rate）で５０ｎｓｅｃのレーザパルスを発生する。このポンプビームの強度を２個の中性濃度ホイール（neutral density wheels）を組み合わせることで調節し、１０００ｍｍレンズを用いて当該ビームをレーザ共振器面上に集光させた。この結果デバイス面上に得られた測定ポンプビームスポットは、寸法が１７７ｘ２４３μｍの楕円である。スペクトル測定のため、共振器からの準レーザ発光１９０をＳｐｅｘ社製ダブルモノクロメータ（０．２２ｍ）の入り口スリット上に集光させた。これは、このスリットに最も近い、２５ｍｍｆ／１レンズと１００ｍｍｆ／４レンズとの組合せによって行った（準レーザのニアフィールド画像の４倍になる）。このモノクロメータの解像度は約０．４ｎｍである。その出力は浜松ホトニクス社製ＴＥ冷却９２８ｐ光電子増倍管（a TE cooled Hamamatsu 928p photomultiplier tube）によって検出した。

　図２は、ポンプレーザの繰返し数５００ＫＨｚ（２．５％デューティサイクル）に対して０．５ＮＡ（開口数）レンズによって収集した準レーザスペクトルを示す。このサンプルは、５４６ｎｍにおいて１つのマルチモード準レーザピークを有する。当該ピークの半値幅（ＦＷＨＭ）は３．３ｎｍである。準レーザピークの長波長側において平均的な自然放出信号強度は、５４６ｎｍにおける準レーザピークより４０ｄＢ小さい。一方、準レーザピークの短波長側では、自然放出信号はより大きく、その平均強度は５４６ｎｍにおける準レーザピークより３４ｄＢ小さい。つまり、ボトム誘電体スタック１２０の反射率を＞９９％（標準的なＶＣＳＥＬ値）から９７．２％に下げたにも拘わらず、自然放出は抑制されたままである。

　このデバイスのパワー変換効率を検出するために、較正した積分球によってその出力を収集する。この時のポンプ源強度、デューティサイクル、デバイス面におけるスポットサイズは、図２のスペクトルを発生するために使用したものと類似する。したがって、当該デバイスの測定吸収（ポンプパワーの１８％はデバイスによって吸収される）パワー変換効率は１５％であった。ポンプビーム光１８０の波長が４０３ｎｍであって、図２のマルチモード準レーザピークが５４６ｎｍであることを考慮すると、当該デバイスの外部量子効率は２０％である。

　このデバイス構成は実施例１のデバイス構成と類似しているが、ボトム誘電体スタック１２０（高屈折率物質とするためにＴｉＯ₂とＴａ₂Ｏ₅との混合物を使用）の設計を変えて、５５５ｎｍにおける測定ピーク反射率として８４％を得た。ポンプビームの繰返し数を５ＭＨｚ（２５％デューティサイクル）に高めた以外は図２と同じ励起条件を用いた。図３は、０．５ＮＡレンズによって収集された当該デバイスの出力スペクトルを示す。このサンプルは５６２ｎｍにおいて１つの準レーザピークを有する。そのＦＷＨＭは５．６ｎｍである。５１１．４ｎｍにも弱い自然放出ピーク（ＦＷＨＭ　４．８ｎｍ）が現れる。この強度は５６２ｎｍにおける準レーザピークの強度より１５ｄＢ小さい。準レーザピークの長波長側における平均的な自然放出信号強度は準レーザピークより３２ｄＢ小さい。弱い自然放出ピークが現れる原因は光学共振器のＱの低下である。この結果、非共振モードは共振モードとより拮抗的になる。当該デバイスのパワー変換効率に関して、その測定値は２２％であるため、外部量子効率は３１％となる。幾つかの異なるポンプビームのデューティサイクル（０．２５、２．５、２５％）においてパワー変換効率を測定する他に、２個のより高いパワー強度においても追加的に測定した。これらは公称パワー強度より１２．５倍および３１倍大きく、デバイス表面におけるポンプビームパワー強度は２．１および５．２Ｗ／ｃｍ²になった。これらの全ての場合、外部量子効率は３１％と変わらずに維持した。したがって、当該システムは、検討した範囲に対するデューティサイクルおよびパワー強度のいずれにおいても一次的（linear）である。上述したように、光ポンピングされた平面ＯＬＥＤデバイスの外部量子効率は多くて１４％である（当該層の屈折率を〜１．９と仮定し、内部量子効率を１００％とする）。したがって、この実施例のデバイスは、外部量子効率において２．２倍に増加したことになる。同時に、スペクトルライン幅が鋭くなり、デバイスの先鋭度には損失がない。

本発明に係る、光ポンピングされた、有機ベースの垂直共振器準レーザデバイスを概略的に表す側面図である。 光ポンピングされた有機垂直共振器準レーザ装置からのスペクトル発光に関して、強度対波長を表すグラフである。 光ポンピングされた有機垂直共振器準レーザ装置からの準レーザ発光スペクトルに関して、誘電体スタック反射率が低い以外は、図２と同様のグラフである。

符号の説明

　１００　準レーザデバイス、１１０　基板、１２０　ボトム誘電体スタック、１３０　有機活性領域、１４０　トップ誘電体スタック、１６０　周期的ゲイン領域、１７０　有機スペーサ層、１８０　ポンプビーム光、１９０　準レーザ発光。

Claims (6)

1. 　入射された外部光に対して、パワー変換効率を改善するために選ばれた拡張されたスペクトルライン幅を有する準レーザ光を発生する垂直共振器光発生デバイスであって、
   　ａ）基板と、
   　ｂ）所定の範囲の波長の光に対して反射性であるボトム誘電体スタックと、
   　ｃ）準レーザ光を発生する有機活性領域と、
   　ｄ）前記ボトム誘電体スタックから間隔をあけて設けられ、所定の範囲の波長の光に対して反射性であるトップ誘電体スタックと、
   　を有し、
   　ｅ）　前記有機活性領域は、１つ以上の周期的ゲイン領域と、当該周期的ゲイン領域のいずれかの側に設けられ、当該周期的ゲイン領域が前記デバイスの定在波電磁場のアンチノードと合わせるように配置された有機スペーサ層とを有し、
   　ｆ）　前記トップ誘電体スタックまたはボトム誘電体スタックは、そのピーク反射率が９９％未満であって、前記デバイスのスペクトルライン幅が増加するが発生する自然放出は許容レベルであることでパワー変換効率を改善するように選択される、デバイス。
2. 　請求項１に記載の垂直共振器光発生デバイスであって、ポンプビーム光は、少なくとも１つの誘電体スタックを通って前記有機活性領域に伝達され、前記有機活性領域の中に導かれる、デバイス。
3. 　請求項２に記載の垂直共振器光発生デバイスであって、前記有機活性領域はホスト物質とドーパントとの混合体を有し、前記有機スペーサ層は前記ポンプビームおよび準レーザ光を実質的に透過する、デバイス。
4. 　請求項３に記載の垂直共振器光発生デバイスであって、前記ホスト物質はアルミニウム　トリス（８−ヒドロキシキノリン）であり、前記ドーパントは［１０−（２−ベンゾチアゾリル）−２，３，６，７−テトラヒドロ−１，１，７，７−テトラメチル−１Ｈ，５Ｈ，１１Ｈ−［１］ベンゾピラノ［６，７，８−ｉｊ］キノリジン−１１−オン］であり、前記有機スペーサ層は１，１−ビス−（４−ビス（４−メチル−フェニル）−アミノ−フェニル）−シクロヘキサンである、デバイス。
5. 　請求項１に記載の垂直共振器光発生デバイスであって、前記有機活性領域は高分子物質を含む、デバイス。
6. 　請求項１に記載の垂直共振器光発生デバイスであって、前記パワー変換効率は２０％より大きい、デバイス。

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