JP2004336033A - 無機スペーサ層を有する垂直キャビティレーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スペクトル線幅の広がりを減少させる垂直キャビティ有機レーザ装置を提供する。
【解決方法】基板２０、所定の波長範囲において光を反射する底部誘電体積層体３０およびレーザ光を生成するための活性領域４０、底部誘電体積層体から間隔を置き且つ所定の波長範囲において光を反射する上部誘電体積層体５０を含む。活性領域は、１つまたはそれ以上の周期的有機利得領域と、周期的有機利得領域のどちらかの側に析出され且つ周期的有機利得領域が前記装置の定在波電磁場の腹に位置合わせされるように配列された無機スペーサ層と、を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、入力パワーの関数として狭いスペクトルの広がりを有する垂直キャビティ有機レーザに関する。

無機半導体（例えば、ＡｌＧａＡｓ）ベースの垂直キャビティ表面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）は、１９８０年半ば（Ｋ．Ｋｉｎｏｓｈｉｔａ ｅｔ ａｌ．，ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑｕｅｎｔ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．ＱＥ−２３，８８２［１９８７］（非特許文献１）参照）以来、開発されてきた。その結果、８５０ｎｍにおいて発光するＡｌＧａＡｓベースのＶＣＳＥＬが数多くのメーカにより製造され、ＶＣＳＥＬの寿命は１００年を超えている（Ｋ．Ｄ．Ｃｈｏｑｕｅｔｔｅ ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ ８５，１７３０［１９９７］（非特許文献２）参照）。このような近赤外レーザの成功を受けて、可視光の波長領域において発光するＶＣＳＥＬを製造するための他の無機材料システムが、近年、注目されている（Ｃ．Ｗｉｌｍｓｅｎ ｅｔ ａｌ．，Ｖｅｒｔｉｃａｌ−Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒｓ， Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ，Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ，２００１（非特許文献３）参照）。可視光レーザに対しては、例えば、表示装置、光記憶読み出し／書き込み、レーザプリンティングおよびプラスチック光ファイバを用いる短距離通信システム等の多くの有望なアプリケーションがある（Ｔ．Ｉｓｈｉｇｕｒｅ ｅｔ ａｌ．，ＥＬｅｃｔｒｏｎ Ｌｅｔｔ．３１，４６７［１９９５］（非特許文献４）参照）。多くの産学の研究機関の全世界的な努力にも拘わらず、可視光スペクトルに及ぶ光出力を生成する可視光レーザダイオード（エッジエミッタまたはＶＣＳＥＬ）を創り出すためになされるべきことは山積している。

可視光波長のＶＣＳＥＬを生成するための努力において、有機材料ベースの利得材料は可視光スペクトルにおいて無機ベースの利得材料を凌ぐ多くの有利点に恵まれているため、無機ベースのシステムを断念し、有機ベースのレーザシステムに注力することは有利である。例えば、代表的な有機ベースの利得材料は、低いポンピング散乱／吸収損失および高い量子効率の特性を有する。無機レーザシステムに比較して、有機レーザは、比較的安価に製造することができ、全体的な可視光領域に亘って発光するように製造することができ、任意の大きさにすることができ、最も重要なことには、１つのチップから複数の波長（例えば、赤、緑および青）を発光することができる。過去何年間かに亘って、有機ベースの固体レーザを製造することへの関心が高まってきた。レーザ利得材料は、高分子または小分子のどちらかを有し、多くの異なる共振キャビティ構造、例えば、マイクロキャビティ（Ｋｏｚｌｏｖ等による米国特許第６，１６０，８２８号明細書（特許文献１）参照）、導波路、リングマイクロレーザ（ｒｉｎｇ ｍｉｃｒｏｌａｓｅｒ）および分散帰還型レーザ（例えば、Ｇ．Ｋｒａｎｚｅｌｂｉｎｄｅｒ ｅｔ．ａｌ．，Ｒｅｐ．Ｐｒｏｇ．Ｐｈｙｓ．６３，７２９［２０００］（非特許文献５）およびＭ．Ｄｉａｚ−Ｇａｒｃｉａ等による米国特許第５，８８１，０８３号明細書（特許文献２）参照）が用いられた。これらの構造全てにおける問題点は、レーザ発信を達成するために、他のレーザソースを使用して光ポンピングによりキャビティを励起することが必要であることである。

電気的にポンピングする有機レーザを達成することに対する主な障害は有機材料のキャリア移動度が小さいことであり、それは、代表的には、１０^−５ｃｍ^２／Ｖｓのオーダーである。このような小さいキャリア移動度は、結果的に多くの問題点をもたらす。小さいキャリア移動度は、代表的には、大きい電圧降下およびオーム加熱を回避するために細いレーザを使用することに制限される。このような細いレーザは損失の大きい陰極および陽極へのレーザ発振モードの侵入をもたらし、レーザ発振の閾値における大きい増加をもたらす（Ｖ．Ｇ．Ｋｏｚｌｏｖ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．８４，４０９６［１９９８］（非特許文献６）参照）。有機材料における電子−ホール再結合はＬａｎｇｅｖｉｎ再結合（そのレートはキャリア移動度として評価される）により支配されるため、小さいキャリア移動度は一重項励起子より大きい電荷キャリアの大きさのオーダーをもたらす。この１つの結果として、電荷有機（ポラロン）吸収は重大な損失機構となることとなる（Ｎ．Ｔｅｓｓｌｅｒ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７４，２７６４［１９９９］（非特許文献７）参照）。レーザ装置は５％の内部量子効率を有すると仮定すると、今日までに報告された最も小さいレーザ発振閾値の〜１００Ｗ／ｃｍ^２（Ｍ．Ｂｅｒｇｇｒｅｎ ｅｔ ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ ３８９，４６６，［１９９７］（非特許文献８）参照）を用いることおよび上記の損失機構を無視することにより、１０００Ａ／ｃｍ^２の電気的にポンピングされたレーザ発振閾値を下限値とする。このような損失機構を盛り込むことにより、レーザ発振閾値は今日までに報告された最も大きい電流密度である１０００Ａ／ｃｍ２より十分大きくなり、このことは有機装置により支持されるものとなっている（Ｎ．Ｔｅｓｓｌｅｒ，Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．１９，６４，［１９９８］（非特許文献９）参照）。

有機レーザの電気的ポンピングの代わるものとして、無機（Ｍ．Ｄ．ＭｃＧｅｈｅｅ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７２，１５３６［１９９８］（非特許文献１０）参照）または有機（Ｂｅｒｇｇｒｅｎ等による米国特許第５，８８１，０８９号明細書（特許文献２）参照）のどちらかの発光ダイオード（ＬＥＤ）のような非子ヒーレントな光ソースにより光ポンピングがある。これは、特にアクティブな媒体としてホストとドーパントの組み合わせを用いるとき、レーザ発振波長において結合散乱および吸収損失（約０．５ｃｍ^−１）が非常に小さい非ポンピング有機レーザシステムの結果としてあり得る。これらの小さい損失をうまく利用すると、導波路型レーザのデザインに基づいて、今日までに報告された有機レーザの最小の光ポンピング閾値は１００Ｗ／ｃｍ^２である（Ｍ．Ｂｅｒｇｇｒｅｎ ｅｔ ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ ３８９，４６６［１９９７］（非特許文献１１）参照）。規格品の有機ＬＥＤは約２０Ｗ／ｃｍ^２までの電力密度を提供するのみであるため、非コヒーレントのソースにより光ポンピングを提供するために異なる方法を採用する必要がある。さらに、レーザ発振閾値を低下させるために、利得ボリュームを最小化するレーザ構造を選択する必要がある。ＶＣＳＥＬベースのマイクロキャビティレーザはこの基準を満足する。ＶＣＳＥＬベースの有機レーザを用いるためには、光ポンピングするレーザ密度の閾値を５Ｗ／ｃｍ^２より小さくする必要がある。その結果、ＬＥＤのような種々のすぐに利用可能であって非コヒーレントな光源を用いて、有機レーザ装置をポンピングすることにより、実用的な有機レーザ装置を駆動することができる。

レーザ発光スペクトルの線幅がポンピングビームのパワー密度に伴って比較的変化しないまま保たれる有機ＶＣＳＥＬレーザ装置の出現が非常に待望されている。図１に示すような、実際の有機ベースのＶＣＳＥＬ装置に対しては、残念ながら、レーザ発光のスペクトル幅はポンピングビームのパワー密度と共に著しく増加する。データを生成するために用いられるＶＣＳＥＬレーザキャビティは、ＴｉＯ_２およびＳｉＯ_２から成る２３層の底部誘電体積層体（５６０ｎｍにおけるピーク反射率は９９．３％）と、厚さ０．４９６μｍの周期的利得アクティブ領域（Ｃｏｒｚｉｎｅ ｅｔ ａｌ．，ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑｕａｎｔ．Ｅｌｅｃｔｒ．２５，１５１３［１９８９］（非特許文献１２）参照）と、ＴｉＯ_２およびＳｉＯ_２から成る２９層の上部誘電体積層体（５６０ｎｍにおけるピーク反射率は９９．９８％）とから構成される。２つの０．０２５μｍの膜厚の層 周期的利得活性層
米国特許第６，１６０，８２８号明細書 米国特許第５，８８１，０８３号明細書 Ｋ．Ｋｉｎｏｓｈｉｔａ ｅｔ ａｌ．，ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑｕｅｎｔ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．ＱＥ−２３，８８２［１９８７］ Ｋ．Ｄ．Ｃｈｏｑｕｅｔｔｅ ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ ８５，１７３０［１９９７］ Ｃ．Ｗｉｌｍｓｅｎ ｅｔ ａｌ．，Ｖｅｒｔｉｃａｌ−Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒｓ， Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ，Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ，２００１ Ｔ．Ｉｓｈｉｇｕｒｅ ｅｔ ａｌ．，ＥＬｅｃｔｒｏｎ Ｌｅｔｔ．３１，４６７［１９９５］ Ｇ．Ｋｒａｎｚｅｌｂｉｎｄｅｒ ｅｔ．ａｌ．，Ｒｅｐ．Ｐｒｏｇ．Ｐｈｙｓ．６３，７２９［２０００］ Ｖ．Ｇ．Ｋｏｚｌｏｖ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．８４，４０９６［１９９８］ Ｎ．Ｔｅｓｓｌｅｒ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７４，２７６４［１９９９］ Ｍ．Ｂｅｒｇｇｒｅｎ ｅｔ ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ ３８９，４６６，［１９９７］ Ｎ．Ｔｅｓｓｌｅｒ，Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．１９，６４，［１９９８］ Ｍ．Ｄ．ＭｃＧｅｈｅｅ ｅｔ ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７２，１５３６［１９９８］ Ｍ．Ｂｅｒｇｇｒｅｎ ｅｔ ａｌ．，Ｎａｔｕｒｅ ３８９，４６６［１９９７］ Ｃｏｒｚｉｎｅ ｅｔ ａｌ．，ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑｕａｎｔ．Ｅｌｅｃｔｒ．２５，１５１３［１９８９］

それ故、本発明の目的は、スペクトル線幅が広がる問題を減少させる垂直キャビティ有機レーザ装置を提供することである。

上記の困難性を著しく減少させることができることは、活性領域に無機スペーサ層を含むことにより発見された。

この目的は、薄い垂直キャビティレーザ光生成装置であって：
ａ）基板；
ｂ）所定の波長領域に亘って光を反射する底部誘電体積層体；
ｃ）レーザ光を生成するための活性領域；
ｄ）底部誘電体席相対から間隔を開けていて且つ所定の波長領域に亘って光を反射する上部誘電体積層体；
から構成され、
ｅ）活性領域は１つまたはそれ以上の周期的有機利得領域と周期的有機利得領域のどちらかの側に析出され且つ周期的有機利得領域が前記装置の定在波電磁場の腹に位置合わせされるように配列された無機スペーサ層とを含む。

本発明の特徴は有機垂直キャビティレーザにおいて無機スペーサレーザを用いることにより、レーザ発光のスペクトル線幅の広がりを減少させることにおいて有効な改善を達成することができる。

図２に、垂直キャビティ有機レーザ装置１０の模式図を示す。基板２０は、光透過性または非光透過性のどちらかであり、光ポンピングの意図された方向およびレーザ発光に依存する。光透過性基板２０は透明なガラスまたはプラスチックとすることが可能である。また、非光透過性基板は、半導体材料（例えば、シリコン）またはセラミック材料を含むが、これらに限定されるものではなく、光ポンピングと発光の両方が同じ表面を通して起こる場合に用いられることが可能である。基板上に、底部誘電体積層体３０が析出される。次いで、活性領域４０が析出され、その次に上部誘電体積層体５０が析出される。ポンプ光６０は、基板２０および底部誘電体積層体３０を透過して垂直キャビティ有機レーザ装置１０を光学的に駆動し、主に有機活性猟奇４０により吸収される。ポンプ光のソースは、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）からの発光等のように非コヒーレントとすることが可能である。また、ポンプ光はコヒーレントなレーザソースから発生させることが可能である。図２は、上部誘電体積層体５０からのレーザ発光７０を示している。また、レーザ構造は、誘電体積層体の反射率の正確なデザインにより基板２０を透過するレーザ発光を用いて上部誘電体積層体５０により光学的にポンピングされることが可能である。シリコンのような不透明な基板の場合には、光ポンピングとレーザ発光の両方が上部誘電体積層体５０により起こる。

底部誘電体積層体３０および上部誘電体積層体５０は、好適には、例えば、ＴｉＯ_２およびＳｉＯ_２それぞれのような、交互に積層された高屈折率誘電体材料および低屈折率誘電体材料から構成される。高屈折率層に対して、Ｔａ_２Ｏ_５のような他の材料を用いることも可能である。底部誘電体積層体３０は、約２４０℃の温度において析出される。上部誘電体積層体５０の析出プロセスの間に、有機活性材料を融解することを回避するために、温度は約７０℃に保たれる。本発明の他の一実施形態においては、上部誘電体積層体は反射性の金属ミラー層の析出により置き換えられる。その代表的な金属は、銀またはアルミニウムであって、可視光の波長領域において９０％より大きい反射率を有する。この実施形態においては、ポンプ光６０とレーザ発光７０の両方は基板２０を透過して進む。底部誘電体積層体３０および上部誘電体積層体５０は波長の所定範囲に亘ってレーザ光を反射する。１ｎｍより小さい半値幅（ＦＷＨＭ：Ｆｕｌｌ Ｗｉｄｔｈ ａｔ Ｈａｌｆ Ｍａｘｉｍｕｍ）をもつレーザ発振ピークを得るために、レーザ発光波長において上部誘電体積層体と底部誘電体積層体の両方の反射率が約９９％より大きいことが好ましい。

図３は、活性領域４０のより詳細な様子を示す垂直キャビティ有機レーザ装置１０の模式的な側面図である。活性領域４０は、１つまたはそれ以上の周期的利得領域１００と、周期的利得領域のどちらかの側に析出され且つ配列された無機スペーサ層１１０とを含み、それ故、周期的利得領域は装置の定在波電磁場の腹に位置合わせされている。これについては、活性領域４０におけるレーザの定在波電磁場パターン１２０が模式的に描かれている図３に示されている。利得領域の配置は、光学の標準マトリクス法（Ｃｏｒｚｉｎｅ ｅｔ ａｌ．，ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑｕａｎｔ．Ｅｌｅｃｔｒ．２５，１５１３［１９８９］参照）を用いて決定される。励起発光は電磁場の腹において最大であり、その節において無視できるため、図３に示すように活性領域４０を形成することは本質的に有利である。無機スペーサ層１１０は励起発光または自然放出を行わず、レーザ発光７０の波長またはポンプ光６０の波長のどちらかを大きく吸収することはない。無機スペーサ層１１０の例は誘電体材料のＳｉＯ_２である。ＳｉＯ_２は、レーザ出力またはポンプ光のどちらかを吸収しないため、スペーサ材料としてうまく機能し、さらに、その屈折率は最も大きい有機ホスト材料のそれより小さい。この屈折率の差は、電磁場の腹および周期的利得領域１００との間の重なりを最大化する上で有用であるため、役に立つ。

レーザ装置において、ＴＡＰＣのような有機スペーサ材料の上方にＳｉＯ_２のような無機スペーサ材料を用いることの主な優位性は、ＳｉＯ_２が非常に小さい熱光学係数（ｄｎ／ｄＴであって、ここで、ｎは屈折率、Ｔは温度である）を有することである。さらに具体的には、ＴＡＰＣに対して測定される熱光学係数は−１０４ｘ１０^−６Ｋ^−１であり、ＳｉＯ_２についてのそれは、大きさが一桁小さく、＋１０ｘ１０^−６Ｋ^−１である。大きい熱光学係数は、ポンプ光パワーの関数としてレーザキャビティの有効長において大きい変化をもたらす（大きいポンプ光パワー密度に対する温度上昇のために）。レーザキャビティ長における変化はレーザ発振波長における変化をもたらすため、大きい熱光学係数をもつ無機材料を用いるレーザキャビティは、ポンプ光パワー密度を増加させることに対してスペクトルを広げる影響をより受け易い結果がもたらされる。無機スペーサ層としてのＳｉＯ_２のような誘電体材料を用いることは、それがより小さい熱光学係数を有し、可視光波長において一般に透明であるために、好ましい。例として、ＴｉＯ_２はまた、可視域において透明であり、−２ｘ１０^−６Ｋ^−１の熱光学係数を有する。

特に述べない限り、用語“置換した”または“置換基”を用いることは、水素以外のいずれの群または原子を意味する。さらに、用語“群”を用いるとき、置換基の群が置換可能な水素を含むとき、置換基が装置ユーティリティに対して必要な性質を破壊しない限り、置換基の置換されていない形態ばかりでなく、ここで述べたいずれの置換基の群とさらに置換されるその形態を網羅することを意図している。適切には、置換基群はハロゲン元素とすることが可能であり、炭素、珪素、酸素、窒素、燐、硫黄、セレンまたは硼素の原子により残りの分子と結合することが可能である。置換基は、例えば、クロロ基、ブロモ基、フルオロ基のようなハロゲン基；ニトロ基；水酸基；シアン基；カルボキシル基；または、メチル基、トリフルオロメチル基、エチル基、ｔ−ブチル基、３−（２，４−ジ−ｔ−ペンチルフェノキシ）プロピル基およびテトラデシル基等の、直鎖状、分岐状または環状アルキル基を含むアルキル基のような、さらに置換されることが可能である群；エチレン基、２−ブテン基等のアルケニル基；メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、２−メトキシエトキシ基、ｓｅｃ−ブトキシ基、ヘキシルオキシ基、２−エチルヘキシルオキシ基、テトラデシロキシ基、２−（２，４−ジ−ｔ−ペンチルフェノキシ）エトキシ基および２−ドデシルオキシエトキシ基等のアルコキシ基；アセトアミド基、ベンズアミド基、ブチルアミド基、テトラデカンアミド基、α−（２，４−ジ−ｔ−ペンチルフェノキシ）ブチルアミド基、α−（３−ペンタデシルフェノキシ）−へキサアミド、α−（４−ヒドロキシ−３−ｔ−ブチルフェノキシ）−テトラデカンアミド基、２‐オキソ−ピロリジン−１−ｙｌ基、２−オキソ−５−テトラデシルピロリン−１−ｙｌ基、Ｎ−メチルテトラデカンアミド基、Ｎ−スクシンイミド基、Ｎ−フタルイミド基、２−５−ジオキシ−１−オキサゾリジニル基、３−ドデシル２−５−ジオキソ−１−イミドアゾリル基、並びに、Ｎ−アセチル−Ｎ−ドデシルアミノ基、エトキシカルボニルアミノ基、フェノキシカルボニルアミノ基、２，４−ジ−ｔ−ブチルフェノキシカルボニルアミノ基、フェニルカルボニルアミノ基、２，５−（ジ−ｔ−ペンチルフェニル）カルボニルアミノ基、ｐ−ドデシルフェニルアルボニルアミノ基、ｐ−トリカルボニルアミノ基、Ｎ−メチルウレイド基、Ｎ，Ｎ−ジ億タデシルウレイド、Ｎ，Ｎ−ジオクチル−Ｎ’−エチルウレイド基、Ｎ−フェニルウレイド基、Ｎ，Ｎ−ジフェニルウレイド基、Ｎ−フェニル−Ｎ−ｐ−トリウレイド基、Ｎ−（ｍ−ヘキサデシルフェニル）ウレイド基、Ｎ，Ｎ−（２，５−ジ−ｔ−ペンチルフェニル）−Ｎ’−エチルウレイド基、およびｔ−ブチルカルボンアミド等のカルボンアミド基；Ｎ−メチルスルファモイル基、Ｎ−エチルスルファモイル基、Ｎ，Ｎ−ジプロピルスルファモイル基、Ｎ−ヘキサデシルスルファモイルイ基、Ｎ，Ｎ−ジメチルスルファモイル基、Ｎ−［３−（ドデシルオキ氏）プロピル］−スルファモイル基、Ｎ−［４−（２，４−ジ−ｔ−ペンチルフェノキシ）ブチル］スルファモイル基、Ｎ−メチル−Ｎ−テトラデシルスルファモイル基およびＮ−ドデシルスルファモイル基等のスルファモイル基；Ｎ−メチルカルバモイル基、Ｎ，Ｎ−ジブチルカルバモイル基、Ｎ−オクタデシルカルバモイル基、Ｎ−［４−（２，４−ジ−ｔ−ペンチルフェノキシ）ブチル］カルバモイル基、Ｎ−メチル−Ｎ−テトラデシルカルバモイル基およびＮ，Ｎ−ジオキシカルバモイル基等のカルバモイル基；アセチル基、（２，４−ジ−ｔ−アミルフェノキシ）アセチル基、フェノキシカルボニル基、ｐ−ドデシルオキシフェノキシカルボニル基、メトキシカルボニル基、ブトキシカルボニル基、テトラデシルオキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、ベンジルオキシカルボニル基、３−ペンタデシルオキシカルボニル基およびドデシルオキシカルボニル基等のアシル基；メトキシスルフォニル基、オクチルオキシスルフォニル基、テトラデシルオキシスルフォニル基、２−エチルヘキシルオキシスルフォニル基、フェノキシスルフォニル基、２−４−ジ−ｔ−ペンチルフェノキシするフォニル基、メチルスルフォニル基、オクチルスルフォニル基、２−エチルヘキシルスルフォニル基、ドデシルスルフォニル基、ヘキサセシルスルフォニル基、フェニルスルフォニル基、４−ノニルフェニルスルフォニル基およびｐ−トリルスルフォニル基等のスルフォニル基；ドデシルスルフォニルオキシ基およびヘキサデシルスルフォニルオキシ基等のスルフォニルオキシ基；メチルスルフィニル基、オクチルスルフィニル基、２−エチルヘキシルスルフィニル基、ドデシルスルフィニル基、ヘキサデシルスルフィニル基、フェニルスルフィニル基、４−ノニルフェニルスルフィニル基およびｐ−トリスルフィニル基等のスルフィニル基；エチルチオ基、オクチルチオ基、ベンジルチオ基、テトラデシルチオ基、２−（２，４−ジ−ｔ−ペンチルフェニル）エチルチオ基、フェニルチオ基、２−ブトキシ−５−ｔ−オクチルフェニルチオ基およびｐ−トリルチオ基等のチオ基；アセチルオキシ基、ベンゾイルオキシ基、オクタデカノイルオキシ基、ｐ−ドデシルアミドベンゾイルオキシ基、Ｎ−フェニルカルバモイルオキシ基、Ｎ−エチルカルバモイルオキシ基およびシクロヘキシルカルボニルオキシ基等のアシルオキシ基；フェニルアニリノ基、２−クロノアニリノ基、ジエチルアミン基およびドデシルアミン基等のアミン基；１（Ｎ−フェニルイミド）エチル基、Ｎ−スクシンイミド基または３−ベンジルヒダントイニル基等のイミノ基；ジメチルフォスフェート基およびエチルブチルフォスフェート基等のフォスフェート基；複素環、複素環オキシ基または複素環チオ基であって、それらの各々は置換されることが可能であり、それらは、２−フリル基、２−チエニル基、２−ベンズイミドアゾリルオキシ基または２−ベンゾチアゾリル基等の 炭素原子と酸素、窒素、硫黄、燐または硼素から選択される少なくとも１つのヘテロ原子とから構成される３乃至７員環へテロ環を含む、置換基；トリエチルアンモニウムイオン等の四級アンモニウムイオン；トリフェニルホスホニウムイオン等の四級ホスホニウムイオン；並びに、トリメチルシリルオキシイオン等のシリルオキシイオン；であることが可能である。

必要に応じて、置換基そのものを、上記の置換基と１回またはそれ以上の回数、さらに置換することが可能である。用いられる特定の置換基は、特定のアプリケーションに対して好ましい特性を達成するために当業者により選択されることが可能であり、例えば、電子吸引性置換基、電子供与性置換基、および立体置換基を含むことができる。分子が２つまたはそれ以上の置換基を有するとき、それらの置換基は、他に特に規定がなければ、縮合環のような環を形成するために共に結合されることが可能である。一般に、上記の置換基は、最大４８個の炭素原子であって、典型的には１乃至３６個の炭素原子であって、通常は２４個より少ない炭素原子を含むことが可能であるが、選択される特定の置換基に応じてそれ以上の数が可能である。置換は、ベンゾ縮合誘導体、ジベンゾ縮合誘導体、ナフサ縮合誘導体またはジナフト縮合誘導体等の縮合環誘導体を含むことができるが、これらに限定するものではない。さらに、同様に、これらの縮合環誘導体を置換することができる。

発光材料または周期的利得領域１００を１つのホスト材料から構成することができるが、さらに一般的には、光発光が主にドーパントから発生し、いずれの色とすることができるゲスト化合物（ドーパント）がドープされたホスト材料から構成することができる。このようなホスト−ｄｏ−ドーパントの組み合わせは、それらが利得媒体に対して非常に小さい非ポンプ散乱／吸収損失（１ｃｍ^−１より小さくすることができる）を結果的にもたらす。ドーパントは、通常、高蛍光性色素から選択されるが、例えば、国際公開第ＷＯ９８／５５５６１号パンフレット、国際公開第ＷＯ００／１８８５１号パンフレット、国際公開第ＷＯ００／５７６７６号パンフレットおよび国際公開第ＷＯ００／７０６５５号パンフレットにおける有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）のアプリケーションについて説明されているような遷移金属化合物等の燐光発光性化合物はまた、有用である。ドーパントは、一般に、ホスト材料に重量％で０．０１乃至１０％程度コーティングされ、それらは、赤、緑または青いずれの色相を有する発光光を提供するために選択することができる。赤の発光層に対する有用なホスト−ドーパントの組み合わせの例は、ホスト材料としてＡｌｑ（アルミキノリール錯体）、ドーパントとして１％のＬ３９［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リジル−９−エニル）−４Ｈ−ピランである。

ドーパントとしての色素を選択するための重要な関係は、ドーパント材料の吸収とホスト材料の発光との比較である。ホストからドーパントの分子への効率的なエネルギー移動（Ｆｏｒｓｔｅｒエネルギー移動）のために必要な条件は、ドーパントの吸収がホスト材料の発光と重なることである。当業者は、ホスト材料とドーパント材料との間の非放射性エネルギー移動を含むＦｏｒｓｔｅｒエネルギー移動の概念に精通している。ホスト材料を選択するための重要な関係は、ホスト材料の吸収がポンプ光６０の発光スペクトルと重なることである。さらに、ホスト材料またはドーパントを加えたホスト材料の吸収は装置１０のレーザ発光波長において小さいことである。吸収の許容水準は、ホスト−ドーパントの組み合わせの吸収係数がレーザ発光波長において１０ｃｍ^−１より小さいことである。

有用な蛍光発光材料は、文献Ｉ．Ｂ．Ｂｅｒｌｍａｎ，“Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｓｐｅｃｔｒａ ｏｆ Ａｒｏｍａａｔｉｃ Ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ”，Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ， １９７１ ａｎｄ ＥＰ １ ００９ ０４１に記載されているような多環性芳香族化合物を含む。３つ以上のアミン基をもつ第３級芳香族アミンはオリゴマー材料を含んで用いられることが可能である。

他の有用な発光材料（ホストまたはドーパントに対する）の類は、芳香族第３級アミンを含み、後者は、芳香族環の一員である少なくとも１つの炭素原子のみに結合する少なくとも１つの３価の窒素原子を含む化合物であると理解される。１つの形態において、芳香族第３級アミンは、モノアリールアミン、ジアリールアミン、トリアリールアミンまたはオリゴメリックアリールアミン等のアリールアミンとすることができる。例としてのモノマーのトリアリールアミン基は、Ｋｌｕｐｆｅｌ等による米国特許第３，１８０，７３０号明細書に示されている。１つまたはそれ以上のビニル基と置換されるおよび／または少なくとも１つの活性水素を含む置換基から構成される他の適切なトリアリールアミンについては、Ｂｒａｎｔｌｅｙ等による米国特許第３，５６７，４５０号明細書および米国特許第３，６５８，５２０号明細書に記載されている。

より好適な芳香族第３級アミンの類は、米国特許第４，７２０，４３２号明細書および米国特許第５，０６１，５６９号明細書に記載されている少なくとも２つの芳香族第３級アミン部分を含む類である。そのような化合物は、次の構造式Ａにより表される化合物を含む。

ここで、Ｑ１およびＱ２は、独立的に選択された芳香族第３級アミン部分、Ｇは、炭素間結合のアリレン基、シクロアルキレン基またはアルキレン基等の結合基である。実施形態においては、少なくとも１つのＱ１またはＱ２は、例えばナフタレン基等の多環式縮合構造を含む。Ｇがアリール基であるとき、それは、便利なことに、フェニレン基、ビフェニレン基またはナフタレン基の部分である。

構造式Ａを満足し且つ２つのトリアリールアミン部分を含むトリアリールアミンの有用な類は、構造式Ｂにより表される。

ここで、Ｒ_１およびＲ_２は、それぞれ、水素原子、アリール基またはアルキル基を独立して表し、或いは、Ｒ_１およびＲ_２はシクロアルキル基の完成する原子、を共に表す。そして、Ｒ_３およびＲ_４は各々、次の構造式Ｃにより表されアリールル置換アミノ基でまた置換されたアリール基を独立して表す。

ここで、Ｒ_５およびＲ_６は、独立して選択されたアリール基である。一実施形態においては、少なくとも１つのＲ_５またはＲ_６は、例えば、ナフタレン等の多環式縮合環構造を含む。

ホスト材料は、置換または非置換トリアリールアミン化合物をから構成されることができる。他の芳香族第３級アミンの類はテトラアリールジアミンである。好適なテトラアリールジアミンは、アリレン基により結合される、構造式Ｃにより表されるような２つのジアリールアミノ基を含む。有用なテトラアリールジアミンは、構造式Ｄにより表されるものを含む。

ここで、各々のＡｒｅは、フェニレン基またはアントラセン部分のような独立して選択されたアリレン基であり、ｎは１乃至４の整数であり、Ａｒ、Ｒ_７、Ｒ_８およびＲ_９は独立して選択されたアリール基である。

代表的な実施形態においては、少なくとも１つのＡｒ、Ｒ_７、Ｒ_８およびＲ_９は、例えば、ナフタレン等の多環式縮合環構造である。

種々のアルキル基、アルキレン基、アリール基および前記構造式Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのアリレン基部分は、各々、さらに置換されることができる。代表的な置換基は、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリルオキシ基並びにフッ素、塩素および臭素等のハロゲンを含む。種々のアルキル基およびアルキレン基部分は、一般に、１乃至６個の炭素原子を含む。シクロアルキル基部分は３乃至１０個の炭素原子を含むことができるが、代表的には、 ５個、６個または７個の炭素原子であって、例えば、シクロペンチル環構造、シクロへキシル環構造およびシクロヘプチル環構造を含む。

発光材料は、１つまたは混合された芳香族第３級アミン化合物から構成することができる。具体的には、構造式Ｄにより表されるテトラアリールジアミンと組み合わせて、構造式Ｂを満足するトリアリールアミン等のトリアリールアミンを用いることが可能である。次に、有用な芳香族第３級アミンを例示する。
４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾール−１，１’−ビフェニル（ＣＢＰ）（Ｄ１）
４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（Ｄ２）
４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−（２−ナフチル）アミノ］ビフェニル（Ｄ３）
４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−ｐ−トリルアミノビフェニル（Ｄ４）
１，１−ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）シクロヘキサン
１，１−ビス（４−ジ−ｐ−トリルアミノフェニル）−４−フェニルシクロヘキサン
４，４’−ビス（ジフェニルアミノ）クアドリフェニル
ビス（４−ジメチルアミノ−２−メチルフェニル）−フェニルメタン
Ｎ，Ｎ，Ｎ−トリ（ｐ−トリル）アミン
４−（ジ−ｐ−トリルアミノ）−４’−［４（ジ−ｐ−トリルアミノ）−スチリル］スチルベン
Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラ−ｐ−トリル−４−４’−ジアミノビフェニル
Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラフェニル−４−４’−ジアミノビフェニル
Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラ−１−ナフチル−４−４’−ジアミノビフェニル
Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラ−２−ナフチル−４−４’−ジアミノビフェニル
Ｎ−フェニルカルバゾール
４，４”−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ｐ−テルフェニル
４，４’−ビス［Ｎ−（２−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル
４，４’−ビス［Ｎ−（３−アセナフテニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル
１，５−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ナフタレン
４，４’−ビス［Ｎ−（９−アントリル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル
４，４”−ビス［Ｎ−（１−アントリル）−Ｎ−フェニルアミノ］ｐ−テルフェニル
４，４’−ビス［Ｎ−（２−フェナントリル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル
４，４’−ビス［Ｎ−（８−フルオランテニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル
４，４’−ビス［Ｎ−（２−ピレニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル
４，４’−ビス［Ｎ−（２−ナフタセニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル
４，４’−ビス［Ｎ−（２−ペリレニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル
４，４’−ビス［Ｎ−（１−コロネニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル
２，６−ビス（ジ−ｐ−トリルアミノ］ナフタレン
２，６−ビス［ジ−（１−ナフチル）アミノ］ナフタレン
２，６−ビス［ジ−（１−ナフチル）−Ｎ−（２−ナフチル）アミノ］ナフタレン
Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラ（２−ナフチル）４−４’−ジアミノ−ｐ−テルフェニル
４，４’−ビス｛Ｎ−フェニル−Ｎ−［４−（１−ナフチル）−フェニル］｝ビフェニル
４，４’−ビス［Ｎ−フェニル−Ｎ−（２−ナフチル）アミノ］ビフェニル
２，６−ビス［Ｎ，Ｎ−ジ−（２−ナフチル）アミノ］フルオレン
１，５−ビス［１−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ナフタレン
４，４’，４”−トリス［（３−メチルフェニル）フェニルアミノ］トリフェニルアミン
ホスト材料を置換または非置換アザ芳香族化合物から構成することができる。例えば、ホスト材料は、置換または非置換アクリジン、キノリン、プリン、フェナジン、フェノキサジン或いはフェナントロリン化合物から構成することができる。カルバゾール誘導体は有用なホストである。有用なフェナントロリン材料の例は、２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−１−１０−フェナントロリンおよび４，７−ジフェニル−１−１０−フェナントロリンを含む。

ホストおよびドーパント分子は、米国特許第４，７６８，２９２号明細書、米国特許第５，１４１，６７１号明細書、米国特許第５，１５０，００６号明細書、米国特許第５，１５１，６２９号明細書、米国特許第５，４０５，７０９号明細書、米国特許第５，４８４，９２２号明細書、米国特許第５，９５３，７８８号明細書、米国特許第５，６４５，９４８号明細書、米国特許第５，６８３，８２３号明細書、米国特許第５，７５５，９９９号明細書、米国特許第５，９２８，８０２号明細書、米国特許第５，９５３，７２０号明細書、米国特許第５，９３５，７２１号明細書および米国特許第６，０２０，０７８号明細書に開示されているものを含むが、これらに限定されるものではない。

８−ヒドロキシ気のリンおよび類似する誘導体（構造式Ｅ）から成る金属錯体は、エレクトロルミネセンスを支援することができる有用なホスト材料の１つの類を構成し、５００ｎｍより長い波長であって、例えば、緑、黄、オレンジおよび赤の発光に特に適する。

ここで、Ｍは金属を表し、ｎは１乃至３の整数であり、Ｚは各々の存在において少なくとも２つの縮合芳香族環を有する核から構成される原子を独立して表す。

上記から、金属は１価、２価、３価または４価をとることができることが明らかである。金属は、例えば、リチウム、ナトリウムまたはカリウムのようなアルカリ金属、マグネシウムまたはカルシウムのようなアルカリ土類金属、アルミニウムまたはガリウムのような土類金属または亜鉛またはジルコニウムのような遷移金属とすることができる。一般に、有用な気レート金属であることが知られている、いずれの１価、２価、３価または４価の金属を用いることができる。

Ｚは、少なくとも２つの縮合芳香族環であって、そのうちの少なくとも１つはアゾールまたはアジン環である、縮合芳香族環を含む複素環核を完成する。必要に応じて、脂肪族環および芳香族環の両方を含む付加的な環を、２つの必要とされる環と縮合することができる。改善を伴わずに分子バルクに機能を付加しないことを回避するために、環原子数は常に１８個またはそれ以下に保たれる。

ホスト材料は、置換または非置換キレートオキシノイド化合物から構成されることができる。

次に有用なキレートオキシノイド化合物を例示する。
ＣＯ−１：アルミニウムトリスオキシン［エイリアス、トリス（８−キノリノラート）アルミニウム（ＩＩＩ）］
ＣＯ−２：マグネシウムビスオキシン［エイリアス、トリス（８−キノリノラート）マグネシウム（ＩＩ）］
ＣＯ−３：ビス［ベンゾ｛ｆ｝−８−キノリノラート］亜鉛（ＩＩ）
ＣＯ−４：ビス（２−メチル−８−キノリノラート）アルミニウム（ＩＩＩ）−μ−オキソ−ビス（２−メチル−８−キノリノラート）アルミニウム（ＩＩＩ）
ＣＯ−５：インジウムトリスオキシン［エイリアス、トリス（８−キノリノラート）インジウム］
ＣＯ−６：アルミニウムトリス（５−メチルオキシン）［エイリアス、トリス（８−キノリノラート）アルミニウム（ＩＩＩ）］
ＣＯ−７：リチウムオキシン［エイリアス、（８−キノリノラート）リチウム（Ｉ）］
ＣＯ−８：ガリウムオキシン［エイリアス、トリス（８−キノリノラート）ガリウム（ＩＩＩ）］
ＣＯ−９：ジルコニウムオキシン［エイリアス、テトラ（８−キノリノラート）ジルコニウム（ＩＶ）］
ホスト材料は置換または非置換アントラセン化合物を含むことができる。

９，１０−ジ−（２−ナフチル）アントラセン（構造式Ｆ）は、フォトルミネッセンスを支援することができる有用なホストの１つの類から構成され、４００ｎｍより長い波長であって、例えば、青、緑、黄または赤の発光に対して特に適しており、構造式Ｆにおいて、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、Ｒ^４、Ｒ^５およびＲ^６は各々の環における１つまたはそれ以上の置換基を表し、

ここで、各々の置換基を次の群から独立して選択することができる。
群１：水素または１乃至２４個の炭素原子を含むアルキル基；
群２：５乃至２０個の炭素原子を含むアリール基または置換アリール基；
群３：アントラセニル基、ピレニル基またはペリレニル基の縮合芳香族環を完成させるために必要な４乃至２４個の炭素原子；
群４：フリル基、チエニル基、ピリジル基、キノリニル基または他の複素環系の縮合複素芳香族環を完成させるために必要に応じて５乃至２４個の炭素原子を含むヘテロアリール基または置換ヘテロアリール基；
群５：１乃至２４個の炭素原子を含むアルコキシルアミノ基、アルキルアミノ基またはアリルアミノ基
群６：フッ素、塩素、臭素またはシアノ基
例示としての例は、９，１０−ジ−（２−ナフチル）アントラセン（Ｆ１）と２−ｔ−ブチル−９，１０−ジ−（２−ナフチル）アントラセン（Ｆ２）とを含む。他のアントラセン誘導体はホストとして有用であり、９，１０−ビス−（４−（２，２’−ジフェニルエテニル）フェニル）アントラセンを含む。

ベンゾール誘導体（構造式Ｇ）は、フォトルミネッセンスを支援することができる他の有用なホストの類を構成し、４００ｎｍより長い波長の発光であって、例えば、青、緑、黄、オレンジまたは赤の発光に対して特に適切である。

ここで、
ｎは３乃至８の整数であり、
ＺはＯ、ＮＲまたはＳであり、並びに、
ＲおよびＲ’は、個々に、水素；例えば、プロピル基、ｔ−ブチル基、ヘプチル基等の１乃至２４個の炭素原子を含むアルキル基；例えば、フェニル基およびナフチル基、フリル基、チエニル基、ピリジル基、キノリニル基および他の複素環系の５乃至２０個の炭素原子を含むアリール基またはヘテロ原子置換アリール基；または、クロロ、フルオロ等のハロ；または、縮合アロマチック環を完成させるために必要な原子、であり、
Ｌは、アルキル基、アリール基、置換アルキル基または置換アリール基から構成される結合単位であって、複数のベンゾアゾールを共に共役または非共役結合する。有用なベンゾアゾールの一例は、２，２’，２”−（１，３，５−フェニレン）トリス［１−フェニル−１Ｈ−ベンズイミドアゾール］である。

ホスト材料は、置換または非置換ベンゾオキサゾール化合物、置換または非置換ベンゾオキサゾール化合物または置換または非置換ベンズイミダゾール化合物から構成さえることができる。ホスト材料は、置換または非置換オキサゾール化合物、置換または非置換トリアゾール化合物または置換または非置換オキサジアゾール化合物から構成さえることができる。オキサゾール化合物の有用な例は、１，４−ビス（５−フェニルオキサゾール−２−イル）ベンゼン、１，４−ビス−（４−メチル−５−フェニルオキサゾール−２−イル）ベンゼンおよび１，４−ビス−（５−（ｐ−ビフェニル）オキサゾール−２−イル）ベンゼンを含む。有用なオキサジアゾール化合物の例は、２−（４−ビフェニルイル）−５−フェニル−１，３，４−オキサゾールおよび２−（４−ビフェニルイル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサゾールを含む。有用なトリアゾール化合物の例は、３−（４−ビフェニル）−４−フェニル−５−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル−１，２，４−トリアゾールを含む。

ジスチリルアリーレン誘導体はまた、ホスト材料またはドーパント材料として有用であり、多くの例が米国特許第５，１２１，０２９号明細書に記載されている。有用な発光材料（ホストおよびドーパント）は、次の一般的な構造式（Ｈ）または（Ｉ）を有することができる。
Ｙ−ＣＨ＝ＣＨ−Ｙ−ＣＨ＝ＣＨ−Ｚ （Ｈ）
Ｘ−（ＣＨ＝ＣＨ）_ｎ−Ｚ （Ｉ）
ここで、ＸおよびＹは、単独で、置換または非置換芳香族基或いは１つの窒素原子を有する置換または非置換芳香族複素環基であり、ｎは１，２または３であり、Ｙは２価の芳香族基または１つの窒素原子を有する２価の芳香族複素環基である。有用な例は、４−ビス（２−メチルスチリル）−ベンゼン、４，４−（９，１０−アントラセンジイルジ−２，１−エテンジール）ビス（Ｎ，Ｎ−ビス（４−メチルフェニル）ベンゼンアミン、４，４−（１，４−ナフタレンジイルジ−２，１−エテンジール）ビス（Ｎ，Ｎ−ビス（４−メチルフェニル）ベンゼンアミン、４，４−（１，４−フェニレンジ−２，１−エテンジール）ビス（Ｎ，Ｎ−（４−トリル）ベンゼンアミンを含む。

ドーパントは３００乃至１７００ｎｍの範囲内の発光を提供するために選択される。ドーパントは、蛍光色素または燐光色素から選択されることができる。有用な蛍光ドーパントは、上記においてホスト材料として説明した材料を含む。他の有用な蛍光ドーパントは、置換または非置換アントラセン、テトラセン、キサンテン、ぺリレン、ルブレン、クマリン、ローダミンおよびキナクリドン、ジシアノメチレンピラン化合物、チオピラン化合物、ポリメチン化合物、ピリリウムおよびチアピリリウム化合物、フルオレン誘導体、ぺリフランテン誘導体、インデノペリレン誘導体、ビス（アジニル）アミンホウ素化合物、ビス（アジニル）メタン化合物、ナフチリジン、フルオランテン、フラン、インドール、チアフェン、ベンゾキサンテン、ピレン、ペロピレン、ターフェニル、クォターフェニル、キンケフェニル、セクシフェニル、アンタンスレン、ビスアンスレン化合物、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−四置換ベンジデン誘導体、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラリルベンジデン誘導体およびカルボスチリル化合物またはそれらの組み合わせを含むが、それらに限定されるものではない。これらの材料の類の誘導体はまた、有用なホスト材料またはそれらの組み合わせとしての役割を果たす。ホスト材料は、しばしば、少なくとも３つのフェニレン部分を含む化合物である。

例示としての有用なドーパントの例を次に示すが、それらに限定されるものではない。

他の発光材料は、米国特許第４，５３９，５０７号明細書に記載されているような種々の複素環式光学増白剤を含む。

発光材料はまた、高分子材料、２つまたはそれ以上の高分子材料の混合物、またはドープされたポリマー或いはポリマーの混合物とすることができる。発光材料はまた、ドーパントをもつまたはもたない２つ以上の非高分子または高分子材料の組み合わせとすることができる。代表的なドーパントについては、非高分子に対して既にリストを挙げている。非高分子のドーパントは、高分子のホスト内に分子的に分散されることができ、または、ドーパントはホストのポリマー内に微量成分を重合させることにより添加されることが可能である。代表的な高分子材料は、Ｄｉａｚ−Ｇａｒｃｉａ等による米国特許第５，８８１，０８３号明細書とその中の参照文献において教示されているように、置換および非置換ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（ＰＰＶ）誘導体、置換および非置換ポリ（ｐ−フェニレン）（ＰＰＰ）誘導体、置換および非置換ポリフルオレン（ＰＦ）誘導体、置換および非置換ポリ（ｐ−ピリジン）、置換および非置換ポリ（ｐ−ピリダルビニレン）誘導体、置換、非置換ポリ（ｐ−フェニレン）ラダーおよびステップラダーポリマー、並びにそれらの共重合体を含むが、これらに限定されるものではない。置換基は、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アリール基、ヘテロアリール基、アルコキシ基、アリロキシ基、アミノ、ニトロ、チオ、ハロ、ヒドロキシおよびシアノを含むが、これらに限定されるものではない。代表的なポリマーは、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）、ジアルキル−、ジアリール−、ジアミノ−またはジアルコキシ−置換ＰＰＶ、モノアルキル−ものアルコキシ−置換ＰＰＶ、モノアリル置換ＰＰＶ、９，９−ジアルキルまたはジアリール置換ＰＦ、９，９−モノアルキル−モノアリル置換ＰＦ、９−モノアルキルまたはアリール置換ＰＦ、ＰＰＰ、ジアルキル−、ジアミノ−、ジアリール−またはジアルコキシ−置換ＰＰＰ、モノアルキル−、アリール−、アルコキシ−またはアミノ−置換ＰＰＰである。さらに、高分子材料としては、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（ＰＶＫ）、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリンおよびＰＥＤＯＴ／ＰＳＳと呼ばれるポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（４−スチレンスルホネート）のような共重合体等を用いることができる。

上記の有機材料は昇華により適切に析出されるが、フィルム形成を改善するためにオプションのバインダーを添加した溶剤から析出されることができる。材料がポリマーである場合、溶剤析出が通常好適である。昇華により析出される材料は、例えば米国特許第６，２３７，５２９号明細書に記載されているようなタンタル材料からしばしば構成される昇華器“ボート”から気化されることができ、先ず、ドナーシートに析出され、次いで、基板に近接した状態で昇華されることができる。混合材料をもつ層は、別々の昇華器のボートを利用してまたはその混合材料を前混合して、１つのボートまたはドナーシートからコーティングされることができる。パターニングされた析出は、シャドーマスク、組み合わせシャドーマスク（米国特許第５，２９４，８７０号明細書参照）、ドナーシートからの空間的規定熱色素移送（米国特許第５，６８８，５５１号明細書、米国特許第５，８５１，７０９号明細書および米国特許第６，０６６，３５７号明細書参照）およびインクジェット方法（米国特許第６，０６６，３５７号明細書参照）を用いて達成される。

殆どの有機層装置は、湿気または酸素、或いはそれら両方に対して敏感であり、それ故、それらは、一般に、窒素またはアルゴンのような貴な雰囲気内に封止されている。例えば、アルミナ、ボーキサイト、硫化カルシウム、粘土、シリカゲル、ゼオライト、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、硫酸塩、または金属のハロゲン化物過塩素酸塩および過塩素酸塩等の乾燥剤を封止された装置内に加えることができる。カプセル化および乾燥のための方法は、米国特許第６，２２６，８９０号明細書において記載された方法を含むが、それらに限定されるものではない。さらに、ＳｉＯｘ、テフロン（登録商標）および無機／高分子の交互層のようなバリア層は、封止のために、当該技術分野において周知である。

図４は、本発明の一実施形態であって、２次元レーザアレイ装置２００を示している。この装置は、大きい面積のレーザ構造のための単一モードまたはマルチモードのどちらかのレーザ発振動作を可能にする。基板３０に、底部誘電体積層体３０が析出される。活性領域４０が次いで析出され、その次に上部誘電体積層体５０が析出される。レーザ装置１０のためのデザインに類似して、活性領域４０は、１つまたはそれ以上の周期的有機利得領域１００と周期的有機利得領域のどちらかの側に析出され且つ配置される無機スペーサ層１１０を含み、それ故、周期的有機利得領域は装置の定在波電磁場の腹に位置合わせされる。底部誘電体積層体３０および上部誘電体積層体５０の組成および分光反射率はまた、レーザ装置１０に用いられるそれらと類似している。

図５に示すように、ＶＣＳＥＬの表面において単一モードまたはマルチモードのどちらかで発光する、２次元レーザアレイ２００を形成するために、ピクセル間領域２１０により分離されるレーザ発振ピクセル２２０を規定することが必要である。単一モードまたはマルチモードのレーザ発振特性を有する２次元レーザアレイが生成される無機システムに対して、ピクセル２２０は、金属を添加すること（Ｅ．ＫａｐｏｎおよびＭ．Ｏｒｅｎｓｔｅｉｎによる米国特許第５，０８６，４３０号明細書参照）または上部誘電体積層体を深くエッチングすることのどちらかにより上部誘電体積層体の反射率を調節することにより形成された。両方の無機レーザアレイの場合には、レーザピクセルは、３乃至５μｍ程度の幅であり、ピクセル間の幅は１乃至２μｍであった。一端、有機層が析出されると、レーザ構造における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困難であるため、有機レーザシステムにこれらの結果を適用するためには幾つかの注意が必要である。結果的に、好適な実施形態においては、反射率の調節は、標準的なフォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、底部誘電体積層体３０においてパターニングしてエッチング領域１５０を形成することにより影響され、それ故、底部誘電体積層体３０の表面に円柱の２次元アレイを形成する。好意的な実施形態においては、レーザピクセルの形状は円形であるが、他のピクセルの形状、例えば、矩形が可能である。ピクセル間距離は０．２５乃至４μｍの範囲内である。画素間の反射率を著しく小さくするために、無機の方法に従うことおよび底部誘電体積層体３０を深くエッチングすることは、活性領域の位置の深刻な調節に導くために、好適な方法ではない。好適な方法は、エッチング領域１５０を形成するために５０ｎｍから４５０ｎｍまでの範囲の浅いエチングを形成することである。エッチング領域１５０の形成の最終的成果は、レーザ発光がレーザピクセルに適度に制限され、レーザ発振の最小量がピクセル間領域２１０から発生し、単一モードまたはマルチモードのどちらかのレーザ光がアレイ２００から発光することである。

図５におけるレーザピクセル２２０は四角形の２次元アレイ状に配列されている。レーザピクセル２２０の他の配列であって、例えば、線形アレイまたは他の２次元のアレイの周期的或いはランダムな配列が可能である。

第１の実施形態に類似するが、ポンプ光パワー密度が増加した結果としてレーザ発光のスペクトルの広がりの程度を減少させるために、無機スペーサ層１１０を活性層４０に用いる。第１実施形態におけるように、スペーサ層のために無機誘電体材料を用いる優位性は、無機誘電体材料は熱光学係数が小さく、可視光領域において一般に透明であることである。
２次元レーザアレイ装置２００は、入射ポンプ光ソース６０により光学的に駆動され、単一モードまたはマルチモードのどちらかのレーザ発光７０が生じる。有機レーザキャビティのレーザ発振パワー密度の閾値に依存して、ポンプ光はフォーカシングされたレーザ光または非コヒーレントなＬＥＤ光とすることができる。図４は、上部誘電体積層体５０を透過するレーザ発光を示している。また、レーザ構造は、誘電体積層体の反射率特性の正確なデザインにより基板２０を透過するレーザ発光を用いて、上部誘電体積層体５０を通して光ポンピングされることが可能である。不透明な基板（例えば、シリコン）の場合、光ポンピングとレーザ発光の両方が上部誘電体積層体５０を通して生じる。光ポンピングされる有機レーザアレイ装置の動作は次のような手段により得られる。ポンプ光６０は、基板２０および底部誘電体積層体３０を通って透過し、周期的有機利得領域１００により吸収され、ポンプ光エネルギーの一部はより長い波長のレーザ光として再発光される。ポンプ光６０が基板２０を通って入るとき、レーザ出力が上部誘電体積層体５０を通って主に出ることを確実にするために、上部誘電体積層体５０のピーク反射率より大きくなるように底部誘電体積層体３０のピーク反射率を選択することが必要である。装置のパワー変換効率を改善するためには、底部誘電体積層体３０がポンプ光６０に対して高い透過性を有し、上部誘電体積層体５０がポンプ光６０に対して高い反射性を有するように、両方の誘電体積層体に付加的な誘電体層を付加することが一般的な方法である。レーザ光７０はレーザピクセル２２０により発光する。

本発明の他の実施形態においては、上部誘電体積層体５０は、反射性金属ミラー層の析出により置き換えられる。代表的な金属は、９０％より大きい反射率を有する銀またはアルミニウムである。下地の有機層を損傷することを回避するために、それらの金属は、真空蒸着法により析出されることが好適である。これに代わる実施形態としては、ポンプ光６０およびレーザ発光７０は基板２０を通して進行する。

以下の例は、本発明のさらに理解を深めるために提供するものであるが、それは限定的であるして解釈されるべきでない。

例１
活性領域４０において無機スペーサ層１１０を用いるレーザ発振特性における衝撃を決定するために、前洗浄した６インチ角の石英基板２０にレーザ装置１０を作製した。基板２０に、従来の電子ビーム蒸着法により２４０℃において、ＴｉＯ_２およびＳｉＯ_２それぞれの高反射率層および低反射率層の交互層から構成された底部誘電体積層体３０を析出した。結果として得られた誘電体ミラーは、５６０ｎｍにおいて約９３％の測定ピーク反射率を有していた。底部誘電体積層体３０には、膜厚が３０ｎｍである、高真空蒸着により析出された１つの周期的有機利得領域１００を含む活性領域４０を析出した。その利得領域を、電子ビーム蒸着により析出されたＳｉＯ_２により構成された１６５ｎｍの膜厚の２つの無機スペーサ層１１０により囲んだ。底部のＳｉＯ_２に対しては、２４０℃において電子ビーム蒸着を施した一方、上部のＳｉＯ_２に対しては、７０℃において電子ビーム蒸着を施した。活性領域４０に続いて、ＴｉＯ_２およびＳｉＯ_２のλ／４の交互層から構成される２９層の上部誘電体積層体を析出した。

その分光特性をテストするために、５ｍＷのＮｉｃｈｉａ社製のレーザダイオードからの４０３ｎｍの出力を用いて、レーザキャビティを、垂直入射で膜の側から光学的にポンピングした。ポンプレーザは５ＫＨｚの繰返し率において５０ｎｓｅｃのレーザパルスを生成した。ポンプ光強度を、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り調節し、１０００ｍｍのレンズを用いて、レーザキャビティの表面にフォーカシングした。その結果、装置表面において測定したポンプ光は楕円形であり、そのスポットサイズは１７７ｘ２４３μｍであった。そのキャビティからのレーザ出力７０は、とスリットに最も近い１００ｍｍのｆ４レンズと５０ｍｍのｆ２レンズとの組み合わせによりＪＹ−Ｈｏｒｉｂａ社製のダブルモノクロメータ（０．５５ｍ）の入り口スリットにおいてフォーカシングされた（その結果、レーザの近視野像の２Ｘの拡大が得られた）。モノクロメータの解像度速く０．０８ｎｍであり、その出力は、冷却されたＨａｍａｍａｔｓｕ社製の光電子増倍管により検出した。

図６は、活性領域４０において有機スペーサ層をもつ先行技術の装置（図１において測定された装置のスペクトルに対する類似成分）と無機スペーサ層１１０をもつ装置とに対するレーザ発光の相対スペクトル線幅について示している。それら２つの装置はいくらか異なる閾値においてレーザ発振したため、ポンプ光パワー密度は、透過のレーザ発振出力パワーにおいて比較がなされるように、図６においては規格化している。図６は、後者の装置のレーザ発光スペクトルの幅は全く広がっておらず、実際、そのスペクトルの幅は、ポンプ光パワー密度の増加につれて、幾らか小さくなっている。他方、先行技術の装置のスペクトルの幅は、最も小さいポンプ光パワー密度において、光学的に急激に広がっている。図６の結果は、活性領域４０において無機のスペーサ層１１０を用いることにより、ポンプ光パワー密度の増加に対して、スペクトルの線幅の広がりの著しい減少をもたらされることを示している。

先行技術の有機垂直キャビティレーザ装置についての入力ポンプ光パワーの関数としてレーザ発光の相対スペクトル線幅を示すグラフである。 本発明に従った光ポンピング有機ベース垂直キャビティレーザの模式的な側面図である。 本発明に従った活性領域における利得領域の配置を示す光ポンピング有機ベース垂直キャビティレーザの模式的な側面図である。 本発明に従って作製された光ポンピング２次元有機垂直キャビティレーザの模式的な側面図である。 本発明に従って作製された光ポンピング２次元有機垂直キャビティレーザの模式的な平面図である。 本発明に従って作製された装置と先行技術の有機垂直キャビティレーザ装置についての入力パワーの関数としてのレーザ発光の相対スペクトル線幅を示すグラフである。

符号の説明

１０ 垂直キャビティ有機レーザ装置
２０ 基板
３０ 底部誘電体積層体
４０ 活性領域
５０ 上部誘電体積層体
６０ ポンプ光
７０ レーザ発光
１００ 周期的利得領域
１１０ 無機スペーサ層
１２０ レーザの定在波電磁場パターン
１５０ エッチング領域
２００ ２次元レーザアレイ装置
２１０ ピクセル間領域
２２０ ピクセル

Claims (10)

1. ａ）基板；
   ｂ）所定の波長範囲において光を反射する底部誘電体積層体；
   ｃ）レーザ光を生成するための活性領域；並びに
   ｄ）底部誘電体積層体から間隔を置き且つ所定の波長範囲において光を反射する上部誘電体積層体；
   から構成される垂直キャビティレーザ光生成装置であって、
   ｅ）活性領域は１つまたはそれ以上の周期的有機利得領域と周期的有機利得領域のどちらかの側に析出され且つ周期的有機利得領域が前記装置の定在波電磁場の腹に位置合わせされるように配列された無機スペーサ層とを含む；
   ことを特徴とする垂直キャビティレーザ光生成装置。
2. 請求項１に記載の垂直キャビティレーザ光生成装置であって、ポンプ光は少なくとも１つの前記誘電体積層体を透過して前記活性領域に導かれる、ことを特徴とする垂直キャビティレーザ光生成装置。
3. 請求項１に記載の垂直キャビティレーザ光生成装置であって、前記活性領域は有機ホスト材料とドーパントとの組み合わせであり、前記無機スペーサ層はポンプ光とレーザ光に対して実質的に透明である、ことを特徴とする垂直キャビティレーザ光生成装置。
4. 請求項３に記載の垂直キャビティレーザ光生成装置であって、前記ホスト材料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［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リジル−９−エニル）−４Ｈ−ピラン］であり、前記無機スペーサ層は二酸化珪素を含む、ことを特徴とする垂直キャビティレーザ光生成装置。
5. 請求項１に記載の垂直キャビティレーザ光生成装置であって、前記周期的有機利得領域は高分子材料を含む、ことを特徴とする垂直キャビティレーザ光生成装置。
6. ａ）基板；
   ｂ）所定の波長範囲において光を反射する第１誘電体積層体；
   ｃ）レーザ光を生成するための活性領域；並びに
   ｄ）第１誘電体積層体から間隔を置き且つ光を反射する金属層；
   から構成される垂直キャビティレーザ光生成装置であって、
   ｅ）活性領域は１つまたはそれ以上の周期的有機利得領域と周期的有機利得領域のどちらかの側に析出され且つ周期的有機利得領域が前記装置の定在波電磁場の腹に位置合わせされるように配列された無機スペーサ層とを含む；
   ことを特徴とする垂直キャビティレーザ光生成装置。
7. ａ）基板；
   ｂ）所定の波長範囲において光を反射し基板に析出される底部誘電体積層体；
   ｃ）レーザ光を生成するための活性領域；並びに
   ｄ）底部誘電体積層体から間隔を置き且つ所定の波長範囲において光を反射する上部誘電体積層体；
   から構成される垂直キャビティレーザ光生成装置であって、
   ｅ）活性領域は１つまたはそれ以上の周期的有機利得領域と周期的有機利得領域のどちらかの側に析出され且つ周期的有機利得領域が前記装置の定在波電磁場の腹に位置合わせされるように配列された無機スペーサ層とを含む；
   ｆ）ピクセル間領域より大きい反射率を有する、間隔を置くレーザピクセルのアレイを規定するために底部誘電値積層体の表面に形成されたエッチング領域であって、それ故、前記アレイはシングルモードまたはマルチモードのどちらかのレーザ光を発光する、エッチング領域；
   からさらに構成されることを特徴とする垂直キャビティレーザ光生成装置。
8. 請求項７に記載の垂直キャビティレーザ光生成装置であって、ポンプ光は少なくとも１つの前記誘電体積層体を透過して前記活性領域に導かれる、ことを特徴とする垂直キャビティレーザ光生成装置。
9. 請求項７に記載の垂直キャビティレーザ光生成装置であって、１つまたはそれ以上の周期的有機利得領域は有機ホスト材料とドーパントとの組み合わせであり、前記無機スペーサ層はポンプ光とレーザ光に対して実質的に透明である、ことを特徴とする垂直キャビティレーザ光生成装置。
10. 請求項７に記載の垂直キャビティレーザ光生成装置であって、ピクセルの間隔は０．２５乃至４μｍの範囲内である、ことを特徴とする垂直キャビティレーザ光生成装置。

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