(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
層構造からなる単一の固体電磁放射源からなる装置であって、該層構造は、第１波長のインコヒーレント電磁放射を放出する第１発光有機材料を間に挟んだ２つの離間した導体層と、
前記導体層どうしの間に電流を流すための接点と、
コア領域を間に挟んだ第１および第２のクラッド領域からなる光導波路とを含み、該光導波路は、前記第１波長のインコヒーレント電磁放射の少なくとも一部が該光導波路によって受け取られるように配置されており、
前記コア領域は、有機マトリックス材料及び有機ドーパント材料を含む第２有機材料の層を含み、該有機マトリックス材料は、前記第１波長のインコヒーレント電磁放射を吸収し、その結果生じる分子励起を前記有機ドーパント材料に伝達するよう選択されて、その結果励起されたドーパント材料が生じ、前記第１波長より長い第２波長のコヒーレント電磁放射を放出することを特徴とする固体電磁放射源からなる装置。
【請求項２】
前記層構造は基板上に配置され、前記第１発光有機材料の層と前記第２有機材料の層は離れて平行に配置されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第２波長の電磁放射が放出されるように選択された分布帰還グレーティングをさらに有することを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記第２波長の電磁放射が放出されるように選択された２つの離間した分布ブラッグ反射器をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記第２有機材料の層は、第１、第２および第３の部分層からなり、第１部分層は第１有機ドーパント材料をドープしたマトリクス材料からなり、第３部分層は第２有機ドーパント材料をドープしたマトリクス材料からなり、第２部分層は、第１および第２の有機ドーパント材料を実質的に含まず、第１部分層と第３部分層の間に配置され、第１および第２の有機ドーパント材料は、前記第２有機材料の層における有効フォトン滞在時間が増大するように選択されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項６】
前記固体電磁放射源は、前記基板に垂直な方向に関して実質的に円形対称なマイクロディスクレーザであることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項７】
前記固体電磁放射源はプレーナ導波路レーザであることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項８】
前記第２有機材料の層は、離間した前記導体層の間に配置されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項９】
前記第２有機材料の層は、前記基板と、前記基板に最も近い導体層との間に配置されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体レーザに関し、特に、活性領域に有機材料を含む固体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の多くの固体レーザは、無機半導体（例えばＧａＡｓ）に基づいており、一般に電気的に駆動される。すなわち、レーザ（一般にダイオードレーザともいう。）は、レーザキャビティにおける注入された電子と正孔の再結合を利用している。これは、電気的条件および光学的条件の両方を満たさなければならない設計を必要とする。これらの条件は、無機半導体の場合には比較的容易に満たされる。その理由は、無機半導体では、高いキャリア移動度のため、電位降下およびオーミック損失に関してあまり大きな犠牲を払わずに比較的厚い層を利用可能であるためである。さらに、密接に関連した半導体材料で屈折率差の大きいものが利用可能であることにより、プレーナ導波路レーザや分布ブラッグ反射器型垂直キャビティレーザを容易に製造することが可能である。これらの好ましい性質により、無機半導体レーザは急速に発展してきている。半導体レーザに関する従来技術については、例えば、Ｇ．  Ｐ．  Ａｇｒａｗａｌ  ｅｔ  ａｌ．，  ”Ｌｏｎｇ−Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｌａｓｅｒｓ”，  Ｖａｎ  Ｎｏｓｔｒａｎｄ，  Ｒｅｉｎｈｏｌｄ，  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ  １９８６、に記載されている。
【０００３】
無機半導体ダイオードレーザが広く用いられているにもかかわらず、有機材料に基づくレーザを利用可能にすることには関心がある。その理由は、少なくともいくつかの有機材料は、例えば、非常に低いしきい値のレーザにおける利得媒質に適した性質を有するものがあるためである。このような性質には、吸収帯と放出帯の間のストークスシフトや、少量の放出種が適当なホストに埋め込まれたゲスト−ホスト系を容易に実現可能であることが含まれる。しかし、適当な外部光源からの放射による光ポンピングによって低しきい値有機レーザを実現することは可能であるが（例えば、Ｍ．  Ｋｕｗａｔａ−Ｇｏｎｏｋａｍｉ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  Ｖｏｌ．２０（２０），  ｐ．２０９３  （１９９５）、参照。）、われわれの知る限り、いくつかの原因により、電気的にポンピングされる有機レーザの設計にはこれまで成功していない。他方、一般に、電気的にポンピングされるレーザは、光学的にポンピングされるレーザよりも有効である。例えば、電気的にポンピングされる半導体レーザは一般に、光学的にポンピングされる半導体レーザよりも小型で、変調が容易である。従って、レーザを外部発生ポンプ光に当てることを必要としない有機レーザが利用可能となることが所望される。
【０００４】
ここでは、「従来の」電気的ポンピングという用語は、ダイオード構造に電子および正孔を注入し、実質的にアンドープの活性領域において再結合させることによるポンピングを意味する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
電気的にポンピングされるレーザに有機材料を使用することに関しては、克服しなければならないいくつかの問題点がある。それらのうちでも、関連材料のキャリア移動度が非常に低いこと、および、適当に大きい屈折率差および必要なキャリア輸送性質を有する材料の適当な組合せが現在利用可能でないことが問題である。例えばこれらの問題点は、低損失キャビティの設計（低しきい値レーザ発振の前提条件）を非常に困難な問題にしている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は特許請求の範囲に記載の通りである。われわれは、電気的にポンピングされる有機レーザの潜在的な利点のほとんど（すべてではなくても）は、従来の電気的ポンピングを利用しない新規な構造において実現されるという認識に達した。すなわち、注入された電気的パワーは、単一のデバイス構造において光誘導放出へと効率的に変換することができるという認識に達した。このデバイス構造は、第１領域で、有機光源により、電流をインコヒーレントなフォトンに変換する。このインコヒーレントなフォトンは、レーザキャビティを含む第２領域に入る。レーザキャビティは、効率的に光ポンプパワーを吸収し、低い光損失および高い光利得を示すように設計することができる。これらの２つの領域は好ましくは近接し（例えば１０λ以下の距離。ただしλはレーザ波長である。）、小型の単一デバイスが実現されるようにする。実施例のデバイス構造については以下で説明する。
【０００７】
具体的には、本発明は、単一の固体の電磁放射（波長にかかわらず「光」ともいう。）源を有する物品として実現される。光源は、発光性の第１有機材料を間に挟んだ２つの導体層を含む複数の層からなる層構造を有し、さらに、電流を導体層間に流すための接点を有し、第１波長（波長のレンジともいう。）のインコヒーレントな電磁放射が発光性第１有機材料から放出されるようにする。
【０００８】
重要な点であるが、この層構造はさらに、コア領域を間に挟んだ第１および第２のクラッド領域からなる光導波路を有する。光導波路は、第１波長のインコヒーレントな電磁放射の少なくとも一部が光導波路によって受け取られるように配置される。コア領域は、第１波長のインコヒーレントな電磁放射を吸収するとともに、吸収した第１波長のインコヒーレントな電磁放射に応答して第２波長のコヒーレントな電磁放射を放出するように選択された第２有機材料の層からなる。第２波長は第１波長より長く、光導波路は、少なくとも第２波長の電磁放射を導波するように選択される。光導波路は例えば２つの導体層の間に配置されるが、必ずしもこれには限定されない。
【０００９】
ここでは、「単一の」固体光源という用語は、光導波路に対して第１有機材料層の相対的な位置が永久に固定され、光導波路は第１有機材料層に近接している（例えば約１０λ以内。ただしλは第２波長、すなわち、レーザ波長である。）ものを意味する。一般に、この光源は基板上に固定される。
【００１０】
ここでは、「固体」光源という用語は、動作温度において、固体材料（液体や気体の材料ではなく）のみからなる光源を意味する。この用語は、結晶性を含意するものではなく、本発明による固体光源は、非晶質、多結晶あるいは単結晶の層を含む。
【００１１】
ここでは、「有機材料」という用語は、通常の通り、炭素および水素を含有する化合物を指し、ポリマー、オリゴマーおよび小分子を含む。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明によるコヒーレント電磁放射の固体光源の原理を示す。符号１１および１２は、それぞれ、デバイスの層構造の第１領域および第２領域を示す。これらは、説明のために物理的に分けて図示されているが、実際の実施例では、層構造は、以下で説明するように、単一の構造であり、一般に順次的な構造である。単一構造を並列にしたものも少なくとも原理的には可能であり、排除されない。
【００１３】
第１領域は、（半透明の）導体１３１（例えば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ））、発光性有機層１４（例えば、３０ｎｍのＡｌｑおよび３０ｎｍのＴＰＤ）、および導体層１３２からなる。導体１３１は陽極として作用し、導体層１３２は陰極として作用する。当業者には認識されるように、第１領域は有機発光ダイオード（ＬＥＤ）を構成する。「Ａｌｑ」とは、アルミニウム−８−ヒドロキシキノリナートの略号であり、「ＴＰＤ」とは、トリフェニル／ジアミンの略号である。
【００１４】
第１領域は第２領域と光学結合し、インコヒーレント放射１６が第２領域に入射する。第２領域は、コア領域１８を間に挟んだクラッド層１７１および１７２からなるレーザキャビティを構成する。周知のように、コア領域はクラッド層より屈折率が高く、光導波を実現する。矢印１９は、レーザキャビティから放出されるコヒーレント放射を示す。層１７１、１８あるいは１７２は、必要に応じて、従来の手段によりパターン形成されることが可能である。
【００１５】
有機ＬＥＤは周知であり、非常に高い量子効率を有するように作成することが可能である。２％より高い外部量子効率が一般に報告されている。これは一般に１０％より高い内部量子効率に相当する。ここで、内部量子効率とは、フォトンに変換される注入電子の割合を意味し、外部量子効率とは、デバイスに注入した電子数に対する、デバイスから出るフォトン数の比を意味する。
【００１６】
有機ＬＥＤの層の注意深い設計によって、デバイスに大きい電流密度を注入することが可能である。われわれは、パルス条件下で、Ａｌｑ放出層に基づく有機ＬＥＤに１００Ａ／ｃｍ２より高い電流を注入した。例えば、１１０Ａ／ｃｍ２の電流密度がパルス励起下で（パルス幅は１μｓ）３０ｎｍのＴＰＤおよび３０ｎｍのＡｌｑのデバイスを通過した。ＴＰＤは正孔輸送層として機能し、Ａｌｑは電子輸送および放出層として機能した。このような有機ＬＥＤの動作については、Ｃ．  Ｗ．  Ｔａｎｇ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｊ．  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，  Ｖｏｌ．６５，  ｐ．３６１０  （１９８９）、に記載されている。５〜１０％の内部量子収率を仮定すると、上記の条件は、放出層で発生する光パワーが約１０Ｗ／ｃｍ２であることに相当する。
【００１７】
効率的に設計された有機ＬＥＤによって実現可能な高出力光パワーは、以下で説明するように、別個に最適化されたレーザキャビティに効率的に結合することが可能である。
【００１８】
上記のように、本発明によるデバイスの第１領域で発生する光は第２領域に注入され、第２領域で吸収され、より長い波長のフォトンに変換されなければならない。第２領域における光利得は、損失を超え第２領域からの誘導放出を引き起こすのに十分でなければならない。これは、さまざまな有機材料あるいはキャビティアーキテクチャによって実現される。
【００１９】
さまざまな有機媒質で誘導放出およびレーザ発振が観測されている。実際、有機利得媒質は、分布帰還（ＤＦＢ）レーザ（Ｈ．  Ｋｏｇｅｌｎｉｋ  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  Ｖｏｌ．１８（４），  ｐ．１５２，  １９７１）および分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）レーザ（Ｉ．  Ｐ．  Ｋａｍｉｎｏｗ  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  Ｖｏｌ．１８（１１），  ｐ．４９７，  １９７１）の最初の実証で用いられた。従来技術（光ポンピング）の有機レーザの利得媒質は一般に、透明なポリマーのホストに、蛍光色素分子をドープしたものからなる。ホストは、ドーパント分子を空間的に分離して保持するように作用して、濃度クエンチを最小にする。
【００２０】
可能なキャビティアーキテクチャとしては、プレーナ導波路、ホイスパリングギャラリーモードマイクロディスク、および垂直キャビティがある。以下では、本発明によるデバイスとして、ＤＦＢによるプレーナ導波路のデバイスを作成する例示的なプロセスについて説明する。
【００２１】
シリコンウェハを通常の方法により（例えばＣＶＤ）ＳｉＯ２で被覆する。ＳｉＯ２層の厚さは一般に１〜２μｍである。ＳｉＯ２層に通常の方法により（光リソグラフィおよびエッチング（例えばＣＨＦ３中のプラズマエッチング））グレーティングを形成する。グレーティング周期Λは、周知のように設計波長λに依存する。すなわち、Λ＝λ／２ｎｅｆｆである。ただし、ｎｅｆｆは有効屈折率である。エッチングは、例えば、約３０ｎｍのエッチング深度に達するまで行う。この後、フォトレジストを除去する。結果として得られる中間生成物の概略図が図２であり、符号２１および２２は、それぞれ、シリコン基板およびパターン形成されたＳｉＯ２層である。
【００２２】
次に、グレーティング上に、約１％のＤＣＭ２（例えば米国オハイオ州デイトンのＥｘｃｉｔｏｎ社から入手可能なレーザ色素）をドープした厚さ２５０ｎｍのＡｌｑのパターン化層を、２５×１０００μｍのメカニカルシャドウマスクの開口を通しての同時蒸着により堆積した。この後、表面上に、約１μｍのＭｇＦ２を堆積（昇華により）した。このときの状態を図３に示す。符号３１および３２は、それぞれ、ドープされたＡｌｑ層と、ＭｇＦ２層を示す。
【００２３】
当業者には認識されるように、ＳｉＯ２／ドープＡｌｑ／ＭｇＦ２の層系列は、屈折率がそれぞれ約１．４７、１．６５および１．４であるため、プレーナ導波路を形成する。導波路の（従って光キャビティの）幅および長さは、パターン化されドープされたＡｌｑによって規定される。
【００２４】
こうして形成されたデバイスの第２領域の上に、半透明の導体（例えば、約１００ｎｍのＩＴＯのスパッタ堆積による。シート抵抗は約１０オーム／□以下。）の層を堆積する。オプションとして、誘電体層（例えばＳｉＯ）をＭｇＦ２とＩＴＯの間に入れてもよい。
【００２５】
真空昇華により、ＩＴＯ層の一部が露出したままになるような寸法の開口を有するメカニカルシャドウマスクを通して、３０ｎｍのＴＰＤ層、１５ｎｍのＮＡＰＯＸＡ層、１５ｎｍのＡｌｑ層を順に堆積する。「ＮＡＰＯＸＡ」とは、２−ナフチル−４，５−ビス（４−メトキシフェニル）−１，３−オキサゾールのことである。合成の情報については、例えば、米国特許出願第０８／６７３，８６４号（出願日：１９９５年９月１３日、発明者：Ｄｏｄａｂａｌａｐｕｒほか）に記載されている。最後に、上記のシャドウマスクを通して、２ｎｍのリチウムおよび２５０ｎｍのアルミニウムを堆積する。結果として得られる構造の概略図が図４である。符号４１〜４６は、それぞれ、ＩＴＯ層、ＴＰＤ層、ＮＡＰＯＸＡ層、Ａｌｑ層、Ｌｉ層およびＡｌ層である。Ｌｉ／Ａｌ層は、有機ＬＥＤ（第１領域）の陰極として作用し、ＩＴＯ層は陽極として作用する。
【００２６】
陽極と陰極の間に適当な電圧をかけると、外部回路に電流が流れ、ＩＴＯからＴＰＤへの正孔注入が起こり、Ｌｉ／Ａｌ電極からＡｌｑへおよびそこからＮＡＰＯＸＡ層への電子注入が起こる。キャリア再結合がＮＡＰＯＸＡで起こることにより、４００〜４５０ｎｍの範囲を含む波長範囲にわたるフォトンの放出が起こる。このインコヒーレント放射の少なくとも一部が第２領域の導波路に入射し、そこでＡｌｑによって吸収され、こうして発生した励起がドーパント（ＤＣＭ色素）にフェルスタ移動した後、誘導放出によりフォトンが放出されレーザ発振する。当業者には、分子励起のフェルスタ移動の概念は周知である。グレーティングは波長選択機能として作用する。これは、光導波路内の光学モードがグレーティングと相互作用するように配置される。
【００２７】
図５に、ＡｌｑおよびＤＣＭ２の吸収およびルミネセンスのデータを示す。
【００２８】
オプションとして、波長フィルタを第１領域と第２領域の間に配置して、Ａｌｑによって効率的に吸収されない放射がレーザキャビティに入らないようにすることが可能である。
【００２９】
こうして製造された電気的にポンピングされる有機レーザを試験したところ、予想通りの性能であり、波長が約６２０ｎｍのコヒーレント放射を放出した。具体的には、陰極とＩＴＯ陽極の間に適当な電圧をかけると、外部回路に電流が流れ、正孔がＩＴＯからＴＰＤに注入され、一方、電子が陰極からＡｌｑに注入され、そこからＮＡＰＯＸＡ層に注入される。キャリア再結合がＮＡＰＯＸＡで起こり、４００〜４５０ｎｍの波長範囲で多数のフォトンが放出される。これらのフォトンは第２領域のＡｌｑ、すなわち、光キャビティのＡｌｑによって吸収されることが可能である。吸収された光によってＡｌｑで発生した励起はＤＣＭ色素にフェルスタ移動する。図５からわかるように、約４５０ｎｍより長い波長は第１領域、すなわち、ダイオード構造によって放出されるが、光キャビティでは効率的に吸収されない。ＤＣＭ色素における励起は、フォトンの放出を含むプロセスによって崩壊することが可能である。十分な電流がダイオード構造に注入される場合、ＤＣＭ色素に移動する光パワーはレーザ作用を達成するのに十分であり、その結果、電気的入力に応答してコヒーレント放射が放出されることになる。
【００３０】
理解されるように、上記のＤＦＢデバイスは単なる例示であり、例えば、上記の層の組成および厚さは、必要に応じて、本発明の技術思想から離れることなく、変えることが可能である。また、理解されるように、本発明によるレーザは、必ずしもＤＦＢレーザである必要はなく、例えば、ＤＢＲ（分布ブラッグ反射器）レーザとすることも可能である。さらに、本発明によるレーザは、フォトニックバンドギャップの概念に基づくキャビティにおける有機活性材料からなることも可能である。フォトニックバンドギャップの概念に関する従来技術については、例えば、Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，  Ｖｏｌ．４９，  ｐｐ．１５１−２０３，  Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，  Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ  （１９９５），  Ｆ．  Ｓｅｉｔｚ  ａｎｄ  Ｄ．  Ｔｕｒｎｂｕｌｌ，  ｅｄ．、に記載されている。
【００３１】
図１０は、本発明によるＤＢＲレーザの重要部分の概略図である。符号２１および２２は、それぞれ、基板（例えばＳｉウェハ）および下部クラッド層（例えばＳｉＯ２）を示す。符号１０１および１０２は、レーザキャビティを規定する離間した反射器を示し、符号１０３は、有機材料コアを示す。反射器は例えばグレーティングである。上部クラッド領域および層構造は実質的に図４に示す通りとすることが可能であり、図示しない。
【００３２】
図１１は、本発明によるフォトニックバンドギャップレーザの重要部分の概略図である。符号２１、２２および１１２は、それぞれ、基板、下部クラッド層および有機材料コア領域を示す。構造１１１は、例えば、クラッド層内のくぼみである。図１２からわかるように、くぼみ１１１は規則的アレイを形成する。このアレイの詳細（例えば、くぼみの直径および深さ、くぼみの中心間間隔）は、アレイのフォトニックバンドギャップの性質を決定する。理解されるように、図１１は側面図であり、図１２は平面図である。
【００３３】
上記の例示的なデバイスにおいて、第１領域と第２領域は電気的に分離し、光学的に結合している。しかし、本発明による別のいくつかの例示的なデバイスによってこれから示されるように、電気的分離は必ずしも必要な特徴ではない。それらのデバイスのうちの第１のものの概略図が図６である。このレーザは「マイクロディスク」レーザであり、実質的に円形対称である（例えば、Ｓ．  Ｌ．  ＭｃＣａｌｌ  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  Ｖｏｌ．６０（３），  ｐ．２９１  （１９９２）、参照）。
【００３４】
有機レーザ６０は、ガラス基板６１と、その上のＩＴＯ層６２からなる。金層６３が有機層のスタックを包囲し、ＳｉＯ２層６４によって被覆される。符号６７１、６８、６７２および６９は、それぞれ、ＴＰＤ層、ペンタセンをドープしたＰＴＣＤＡ層、ＴＰＤ層およびＡｌｑ層を示す。ＰＴＣＤＡは、例えば、米国ウィスコンシン州ミルウォーキーのＡｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ社から入手可能である。同じ有機層のスタック（６５で示す。）がＳｉＯ２層上に堆積される。これは、製造プロセスの副産物である。スタック６５はデバイス動作においては役割を果たさず、必要に応じて除去可能である。アルミニウム電極６６が、上部Ａｌｑ層６９への電気接点を提供する。
【００３５】
デバイス６０は以下のようにして製造することができる。基板６１（例えば、ガラスあるいはその他の適当な透明材料）上に１５０ｎｍのＩＴＯ層を堆積した後、３００ｎｍの金層を堆積する。プラズマＣＶＤ（あるいはその他の適当な方法）により、２５０ｎｍのＳｉＯ２層を金の上に堆積する。フォトレジストをＳｉＯ２上にスピンコートし、そのフォトレジストに、一般に１〜１０μｍの範囲の直径の円形窓を光リソグラフィにより形成する。露出したＳｉＯ２を通常のプラズマ（例えば、ＣＨＦ３含有、５０ｍＴｏｒｒ、２５０Ｖ）中でドライエッチングする。露出したＳｉＯ２を除去した後、露出した金を化学エッチング（例えば、ＫＩ：Ｉ２：Ｈ２Ｏ。このエッチングはＳｉＯ２やＩＴＯを攻撃しない。）により除去する。このエッチングはアンダーカットを形成し、このアンダーカットは、後で形成される有機材料のスタックを周りの金から分離する。こうして生成された構造を洗浄（脱イオン水、酸素含有プラズマ）した後、有機材料を昇華により堆積する。２００ｎｍのＴＰＤを堆積した後、２００ｎｍのペリレンテトラカルボン酸二無水物（ＰＴＣＤＡ）に約１％のペンタセン（例えばＡｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ社から入手可能なレーザ色素）を加えたものを同時堆積する。この後、２００ｎｍのＴＰＤを堆積し、その後、５０ｎｍのＡｌｑを堆積する。４００ｎｍのＡｌを堆積してデバイス構造は完成する。必要に応じて、Ａｌ体積の最終部分は、電気的連続性を確実にするように角度堆積により行うことも可能である。
【００３６】
理解されるように、上記の方法およびデバイスは例示であり、層の組成および厚さは必要に応じて変更可能である。
【００３７】
ＴＰＤはＰＴＣＤＡより屈折率が低いため、上記の有機スタックは導波路を形成する。これらの材料の重要な性質は、コアおよびクラッドの材料がいずれも電荷（正孔）を輸送する能力を有するため、ＩＴＯ電極によって下部ＴＰＤ層に注入される正孔は、ＴＰＤ／Ａｌｑ界面まで輸送され、そこで、Ａｌ電極によってＡｌｑ層に注入されその界面まで輸送された電子と結合して、フォトンを放出する。このフォトンはＰＴＣＤＡによって吸収され、その結果生じた励起が色素ドーパント（例えばペンタセン）に移動する。その後、色素ドーパントはフォトンを放出し、このフォトンはディスク導波路に閉じこめられる。こうして形成された光キャビティは、導波路ディスクの周囲に立ついわゆる「ホイスパリングギャラリー」モードを許容する。
【００３８】
レーザ光は、導波路の面に沿って導波路から放出される。これは、金およびアルミニウムから反射され、最終的に、ガラス体の後部を通してデバイスから出る。もちろん、光の一部は金およびその他の層によって吸収される。
【００３９】
図９は、上記の構造と同様の層構造（ＩＴＯ、１００ｎｍのＴＰＤ、２００ｎｍのＰＴＣＤＡ、１０ｎｍのＴＰＤ、７０ｎｍのＡｌｑ：ＤＣＭ２、Ａｌ）を有するダイオードの電気的データおよびルミネセンスのデータを示す。このデータは、この層構造が適当なバイアス電圧下で発光することを明確に示している。
【００４０】
図７は、本発明の別の実施例の概略図である。図７のレーザは、基板６１とＩＴＯ層６２の間に透明な誘電体多層スタック７１が配置されていることを除いては、図６のレーザと実質的に同様である。このスタックは一般に、屈折率が互いに異なる材料（例えばＳｉＯ２とＳｉＮｘ）の交互層からなる。これらの層は一般に（必然的ではないが）、各層の厚さが約λ／４となるように選択される。ただしλはレーザの波長である。この多層スタックは、導波路（６７１／６８／６７２）内の光学モードの形状を変えるように作用することが可能であり、これにより、レーザ性能を改善する。４分の１波長スタックは周知であり、有機ＬＥＤで用いられている（例えば、Ａ．  Ｄｏｄａｂａｌａｐｕｒ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｊ．  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，  Ｖｏｌ．８０（１２），  Ｄｅｃｅｍｂｅｒ  １９９６，  ｐ．６９５４、参照）。
【００４１】
図８は、本発明のさらに別の実施例の概略図である。図８のレーザは、導波路のコア層内に２つの（あるいはさらに多くの）ドーパントを含むことを除いては、図６のレーザと実質的に同様である。これらのドーパントは、例えば約１０ｎｍ以上、空間的に分離される。例えば、コア層６８は、第１ドーパント（例えばマグネシウムフタロシアニンのような色素。この色素は、例えば、Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ社から入手可能である。）を含む第１部分層６８１、実質的にアンドープで厚さが１０ｎｍ以上の第２部分層６８２、および、例えばペンタセンをドープした第３部分層６８３からなる。複数の空間的に分離したドープされた部分層からなる合成コアを設けることにより、光キャビティ内の有効フォトン滞在時間を増大させることが可能となり、その結果、レーザ発振のためのしきい値パワー密度をさらに低くすることができる。
【００４２】
理解されるように、図８および図９の実施例を組み合わせてさらに別の実施例とすることも可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、電気的にポンピングされるレーザに有機材料を使用することに関して克服しなければならない従来の問題点が解決される。本発明によれば、電気的にポンピングされる有機レーザの潜在的な利点のほとんど（すべてではなくても）は、従来の電気的ポンピングを利用しない新規な構造において実現される。すなわち、注入された電気的パワーは、単一のデバイス構造において光誘導放出へと効率的に変換することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるレーザの原理の概略図である。
【図２】本発明による例示的なレーザのさまざまな製造段階における概略図である。
【図３】本発明による例示的なレーザのさまざまな製造段階における概略図である。
【図４】本発明による例示的なレーザのさまざまな製造段階における概略図である。
【図５】本発明の実施に用いられる例示的な有機材料の吸収およびルミネセンスのデータの図である。
【図６】本発明の実施例の概略図である。
【図７】本発明の実施例の概略図である。
【図８】本発明の実施例の概略図である。
【図９】例示的な有機層の組合せの電気的およびエレクトロルミネセンスのデータの図である。
【図１０】本発明によるＤＢＲレーザの概略図である。
【図１１】本発明によるフォトニックバンドギャップレーザの概略図である。
【図１２】本発明によるフォトニックバンドギャップレーザの概略図である。
【符号の説明】
１１  第１領域
１２  第２領域
１３１  導体
１３２  導体層
１４  発光性有機層
１６  インコヒーレント放射
１７１  クラッド層
１７２  クラッド層
１８  コア領域
１９  コヒーレント放射
２１  シリコン基板
２２  パターン化ＳｉＯ２層
３１  ドープＡｌｑ層
３２  ＭｇＦ２層
４１  ＩＴＯ層
４２  ＴＰＤ層
４３  ＮＡＰＯＸＡ層
４４  Ａｌｑ層
４５  Ｌｉ層
４６  Ａｌ層
６０  有機レーザ
６１  ガラス基板
６２  ＩＴＯ層
６３  金層
６４  ＳｉＯ２層
６５  有機層スタック
６６  アルミニウム電極
６７１  ＴＰＤ層
６７２  ＴＰＤ層
６８  ＰＴＣＤＡ層
６８１  第１部分層
６８２  第２部分層
６８３  第３部分層
６９  Ａｌｑ層
７１  透明誘電体多層スタック
１０１  反射器
１０２  反射器
１０３  有機材料コア
１１１  くぼみ
１１２  有機材料コア領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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