(57)【要約】【課題】高密度光電子集積回路を実現するため三次元フォトニック液晶を採用した有機レーザの開発が望まれているが、有機ＥＬ層の微細化加工には限界があった。【解決手段】  有機レーザを構成する正孔輸送層、発光層、電子輸送層を三次元フォトニック結晶構造とし、発光層の一部（発光領域）がフォトニック結晶によって三次元的に囲まれている構造を形成する。これにより、有機レーザの低損失キャビティおよび低しきい値化が実現できる。また、三次元フォトニック結晶を形成する際に、有機ＥＬ材料に感光性を持たせ、電子線または光露光と加湿による直接パターンニングを行う。これにより微小サイズ低しきい値電圧駆動の微小レーザを形成できる。【選択図】図１
2005286154.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
該基板上に配置された第１電極と、
該第１電極上に配置され、発光層を含む有機ＥＬ層と、
該有機ＥＬ層上に配置された第２電極とを具備し、
前記発光層の一領域を三次元のフォトニック結晶構造で囲んだことを特徴とする有機レーザ。
【請求項２】
基板と、
該基板上に配置された第１電極と、
該第１電極上に配置され、発光層を含む有機ＥＬ層と、
該有機ＥＬ層上に配置された第２電極とを具備し、
前記発光層の一領域を三次元のフォトニック結晶構造を有する前記有機ＥＬ層で囲んだことを特徴とする有機レーザ。
【請求項３】
前記有機ＥＬ層は、正孔輸送層、発光層および電子輸送層からなり、それぞれの層は所定のパターンの組み合わせにより屈折率の周期構造が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機レーザ。
【請求項４】
前記発光層の一領域は、所定の光の半波長の整数倍の大きさであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機レーザ。
【請求項５】
前記発光層の一領域を囲む前記有機ＥＬ層に、前記一領域に対して微小な開口部を設けることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機レーザ。
【請求項６】
前記有機ＥＬ層は、それぞれ光酸発生剤を含有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機レーザ。
【請求項７】
基板上に第１電極を形成する工程と、
前記第１電極上に、三次元のフォトニック結晶構造を有する第１有機ＥＬ層を形成する工程と、
前記第１有機ＥＬ層上に、三次元のフォトニック結晶構造を有する第２有機ＥＬ層を形成する工程と、
前記第２有機ＥＬ層上に、三次元のフォトニック結晶構造を有する第３有機ＥＬ層を形成する工程と、
前記第３有機ＥＬ層上に第２電極を形成する工程と、を具備することを特徴とする有機レーザの製造方法。
【請求項８】
前記各有機ＥＬ層は、それぞれパターン化エネルギーを照射して所定のパターンを形成し、該所定のパターンを組み合わせることにより屈折率の周期構造を形成することを特徴とする請求項７に記載の有機レーザの製造方法。
【請求項９】
前記各有機ＥＬ層は、それぞれ光酸発生剤を含有することを特徴とする請求項７に記載の有機レーザの製造方法。
【請求項１０】
前記各有機ＥＬ層は、少なくとも前記パターン化エネルギーの照射後に加湿され、前記パターン化エネルギーを照射した箇所が除去されることを特徴とする請求項８に記載の有機レーザの製造方法。
【請求項１１】
前記パターン化エネルギーが、電子ビームまたは紫外線であることを特徴とする請求項８に記載の有機レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機レーザおよびその製造方法に係り、特に低しきい値を実現する有機レーザおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
社会・経済活動の発展に伴い、情報通信・情報処理の分野における大容量の通信を可能とする光エレクトロニクスの重要性は、益々増大している。
【０００３】
一方、近年の伝達すべき情報の更なる大容量化、高速化の進行により、既存の光技術のみを用いた情報通信・情報処理では限界が近くなって来ている。このような限界を打破する可能性を有する技術の一つとして、光の進路を自在に制御することが可能なフォトニック結晶が近年、脚光を浴びている。このフォトニック結晶は、屈折率が異なる物質を、光の波長と同様のレベルの間隔で周期的に組み合わせたものである。
【０００４】
このようなフォトニック結晶に入射する光は、反射・屈折・干渉などが絡み合い、独特の光学現象(例えば、「分散」「異方性」「フォトニック・バンドキャップ」という特徴的な光の伝搬特性に基づく)を生じるのみならず、フォトニック結晶を用いた場合には、従来の光学材料に比べて１０３倍以上の光の伝搬特性の改善が期待されている。このため、フォトニック結晶は、光フィルタ、光導波路、バンドフイルター、ディスプレイ用デバイス等としての種々の光応用分野に適用が期待される。更には、フォトニック結晶は、面積比１０３分の１以下の超小型光回路や、スーパープリズム、零閾値レーザ、および輻射場、伝播特性を制御し得る光機能素子(例えば、急角度曲げの光導波路、極小サイズの光共振器、光変調器、波長分波器、極低しきい値レーザーアレイ等)など革新的光デバイスの実現に途を開く可能性を秘めている。
【０００５】
一方、光エレクトロニクスを採用したデバイスの一つとして、有機材料に基づくレーザの利用可能性が追求されている。有機レーザは、有機ＥＬ層に電流を注入する電流注入型と、有機発光層に外部光源から光（レーザ）を照射する光励起型が知られている（特許文献１、特許文献２参照。）。
【０００６】
また、波長選択性のよい有機レーザを得るために、有機材料とフォトニック結晶技術とを組み合わせた有機レーザも知られている（例えば特許文献３参照。）。
【特許文献１】特開平１０−３２１９４１号公報
【特許文献２】特開２００３−３１８７６号公報
【特許文献３】特開２００３−２８３０１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１のごとき光励起型の有機レーザの設計は、いくつかの原因により成功例が非常に少ないとされている。そこで、光励起型の有機レーザデバイスより小型な電流注入型有機レーザに期待が高まる。しかし、特許文献２のような、電流注入型有機レーザにおいても、実用化には低しきい値化が必須要件である。そこで、キャビティ構造により低しきい値化が図れる三次元フォトニック結晶構造を有機レーザに適用する技術の開発が強く望まれている。
【０００８】
ここで、有機材料を用いた３次元フォトニック結晶構造を実現するには、各層を微細加工する必要があり、既知の方法ではレジストマスクによる電子ビームリソグラフィ法が考えられる。
【０００９】
図９には、この方法による製造方法の一例を示す。
【００１０】
第１の屈折率を有する有機材料層２２を基板２１全面に形成し（図９（Ａ））、屈折率の周期構造を形成するためのパターンニングを行う。まずレジストＰＲをコーティングし(図９（Ｂ）)、レジストＰＲの所望の領域を電子ビームなどで露光後現像することにより開口し（図９（Ｃ））、レジストＰＲをマスクとして有機材料層２２をドライエッチングする(図９(Ｄ))。その後、レジストＰＲを除去し(図９（Ｅ）)、パターンニングが完成する。更に、その上層に第２の屈折率を有する例えばＳＯＧ膜２３を全面にスピンコーティング等により形成する（図９（Ｆ））。
【００１１】
そして、三次元フォトニック結晶を形成するためには上記の工程を複数層繰り返して積層し、１つの有機材料層２２における屈折率の周期構造を形成しなければならない。さらに複数の有機材料層が有る場合に、それぞれをフォトニック結晶構造にすると、その工程数は非常に多大なものとなる。
【００１２】
その上、電子ビームリソグラフィ法は、レジストＰＲと下地の（エッチングされる）材料との選択比が大きい方が、加工の深さ方向の自由度が増えるが、有機材料の場合は、電子線露光のレジスト自体が有機材料であり、ドライエッチングの際に下地となる有機材料とレジストとの選択比を大きくできない問題がある。
【００１３】
一方、上記の特許文献３は、レジストのフォトリソグラフィ工程を行わずにパターンニングする技術であり、プレスにより凹凸パターンを形成した層と、その上層に屈折率の異なる平板状の層を設け、２次元フォトニック結晶レーザを実現している。しかし、２次元の場合、フォトニックバンドギャップ特性の制御が難しいとともに、光を閉じ込めるキャビティ構造にすることは困難であり、レーザ発振等に必要な低損失キャビティの実現は不可能である。
【００１４】
このように、三次元フォトニック結晶は大変有望な材料である反面、光の波長に近いスケールで三次元的に周期構造を作製することは、当然のことながら極めて困難である。特に、有機材料の場合はレジストとの選択比が小さく微細加工が困難であり、低しきい値レーザ発振の前提条件である、低損失キャビティが実現できない問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明はかかる課題に鑑みてなされ、第１に、基板と、該基板上に配置された第１電極と、該第１電極上に配置され、発光層を含む有機ＥＬ層と、該有機ＥＬ層上に配置された第２電極とを具備し、前記発光層の一領域を三次元のフォトニック結晶構造で囲んだことにより解決するものである。
【００１６】
第２に、基板と、該基板上に配置された第１電極と、該第１電極上に配置され、発光層を含む有機ＥＬ層と、該有機ＥＬ層上に配置された第２電極とを具備し、前記発光層の一領域を三次元のフォトニック結晶構造を有する前記有機ＥＬ層で囲んだことにより解決するものである。
【００１７】
また、前記有機ＥＬ層は、正孔輸送層、発光層および電子輸送層からなり、それぞれの層は所定のパターンの組み合わせにより屈折率の周期構造が形成されていることを特徴とするものである。
【００１８】
また、前記発光層の一領域は、所定の光の半波長の整数倍の大きさであることを特徴とするものである。
【００１９】
また、前記発光層の一領域を囲む前記有機ＥＬ層に、前記一領域に対して微小な開口部を設けることを特徴とするものである。
【００２０】
また、前記有機ＥＬ層は、それぞれ光酸発生剤を含有することを特徴とするものである。
【００２１】
第３に、基板上に第１電極を形成する工程と、前記第１電極上に、三次元のフォトニック結晶構造を有する第１有機ＥＬ層を形成する工程と、前記第１有機ＥＬ層上に、三次元のフォトニック結晶構造を有する第２有機ＥＬ層を形成する工程と、前記第２有機ＥＬ層上に、三次元のフォトニック結晶構造を有する第３有機ＥＬ層を形成する工程と、前記第３有機ＥＬ層上に第２電極を形成する工程と、を具備することにより解決するものである。
【００２２】
また、前記各有機ＥＬ層は、それぞれパターン化エネルギーを照射して所定のパターンを形成し、該所定のパターンを組み合わせることにより屈折率の周期構造を形成することを特徴とするものである。
【００２３】
また、前記各有機ＥＬ層は、それぞれ光酸発生剤を含有することを特徴とするものである。
【００２４】
また、前記各有機ＥＬ層は、少なくとも前記パターン化エネルギーの照射後に加湿され、前記パターン化エネルギーを照射した箇所が除去されることを特徴とするものである。
【００２５】
また、前記パターン化エネルギーが、電子ビームまたは紫外線であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、発光層の一領域を三次元フォトニック結晶構造で囲むことにより、低損失キャビティを実現し、低しきい値の有機レーザを実現できる。
【００２７】
第２に、発光層の一領域を三次元フォトニック結晶構造の正孔輸送層、発光層、電子輸送層で囲むことにより、有機レーザと三次元フォトニック結晶をモノリシックに組み合わせることができ、微小サイズの低しきい値の有機レーザを実現できる。
【００２８】
第３に、それぞれの有機ＥＬ層が屈折率の周期構造を形成する所定のパターンの組み合わせで構成されるので、光を三次元的に十分閉じ込めることができる。
【００２９】
第４に、光の半波長の整数倍の大きさを有する発光層の一領域を、三次元フォトニック結晶構造の有機ＥＬ層で囲むことにより、微小な発光であっても増幅し、レーザ発振が可能となる。すなわち、発光層がわずかに発光する電流を注入するだけで有機レーザ発振が行え、低しきい値化が実現できる。
【００３０】
第５に、本発明の製造方法によれば、有機ＥＬ材料に感光性を持たせ、電子ビーム露光または光露光および加湿により直接パターニングすることにより、レジストによるマスクを不要とした、微細なパターン形成を可能とする。レジストのフォトリソグラフィ工程は工程数を増加させるだけでなく、有機材料との選択比を大きくとりづらく、微細加工には不向きであるが、本発明によれば、レジストを設けず、電子ビームまたは光露光の位置あわせによりパターンを決定し、直接有機材料に照射することで、工程数の大幅な削減と、微細な且つ自由度の高いパターンニングを可能とするものである。
【００３１】
更に、有機材料に光酸発生剤を含有させ、また電子ビーム露光または光露光と加湿を行うことで直接加工を可能とするので、微細パターニングのための新規設備を導入する必要がなく、有機材料における低コスト化を損なうこともない。
【００３２】
このように、本発明によれば、微小サイズおよび低しきい値電圧の有機レーザおよびその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、図１から図８を参照して本発明を具体的に説明する。
【００３４】
図1は、本発明の有機レーザの好適な一実施形態を示す模式断面図である。
【００３５】
図１を参照して、本実施形態の有機レーザ１５は、基板１と、第１電極２と、有機ＥＬ層１０と、第２電極１２とから構成される。
【００３６】
基板１は、例えばガラス基板などの絶縁性基板、または半導体基板等である。第１電極２は陽極となり、金属電極、ＩＴＯ（Indium  Tin  Oxide）等の透明電極いずれでもよい。有機ＥＬ（ElectroLuminescence）層１０は、第１電極２上に設けられ、有機材料からなる正孔輸送層３、発光層８、電子輸送層９をこの順に積層したものである。また、電子輸送層上には、陰極となる第２電極１２が積層される。第２電極１２も、金属電極またはＩＴＯ等の透明電極いずれでもよい。
【００３７】
そして、正孔輸送層３、発光層８、電子輸送層９は、後述するがそれぞれ所定のパターンの組み合わせにより屈折率の周期構造が形成され、三次元のフォトニック結晶構造を有している。尚、本実施形態では、三次元フォトニック結晶構造を有する各有機ＥＬ層１０をそれぞれ正孔輸送層ＰＣ（Photonic Crystal）３、発光層ＰＣ６、電子輸送層ＰＣ９と称する。そして、本実施形態では各層の三次元フォトニック結晶は、発光層８で発光する光を閉じ込められる周期でパターンニングされているとする。
【００３８】
本実施形態では、後述するが、有機ＥＬ層１０に電子ビーム（または紫外線）を照射することにより、レジストマスクを設けずに直接パターンニングを行う。これを実現するために、有機ＥＬ層１０は、光酸発生剤を含有させた、エネルギー感受性（以下感光性と称する）の有機材料を採用する。
【００３９】
そして、発光層８は、ここから発光する光を、少なくともある方向に透過させる一領域を有しており、ここではこの一領域を発光領域７と称する。また、発光層の他の領域は、何れの方向にも透過させず光の閉じ込めを実現する発光層ＰＣ６である。
【００４０】
発光領域７は、三次元フォトニック結晶構造を全く有しない（パターン形成されていない）領域であってもよい。また、二次元のフォトニック結晶構造、あるいは三次元であっても発光領域の光のエネルギーにおいてフォトニックギャップを形成しない周期構造を有し、当該光は閉じ込められない構造となっていればよい。さらには、屈折率の周期性のない構造を有していてもよい。
【００４１】
そして、発光領域７は図における幅Ｗ（水平方向）または厚みＤ（垂直方向）あるいは図の奥行き方向が、発光する光の半波長の整数倍になる大きさとする。
【００４２】
また、一部を除き、発光領域７は正孔輸送層ＰＣ３、発光層ＰＣ６、電子輸送層ＰＣ９によりその周囲を囲まれる構造とする。これにより各有機ＥＬ層１０のフォトニック結晶構造がキャビティーの役割を果たし、発光領域７で発光した光を閉じ込めることができる。
【００４３】
発光領域７の一部の上層の電子輸送層ＰＣ９は光の取出し部となる開口部ＯＰが設けられる。電子輸送層ＰＣ９の開口部ＯＰは、発光領域７の大きさに対して微小なものでよい。発光領域７は可能な限り三次元フォトニック結晶に囲まれた方が、低損失キャビティが実現するためである。さらに電子輸送層ＰＣ９の上層の陰極１２も光の取出し部となる部分を開口するが、この場合の開口部は光の閉じ込めに影響しないので、適度な大きさでよい。
【００４４】
図２の拡大概要図を参照して、正孔輸送層ＰＣ３について更に説明する。
【００４５】
図２（Ａ）のごとく、正孔輸送層ＰＣ３は、第１の屈折率（ａ）を有する第１有機材料層３ａからなり所定のラインアンドスペースで例えば図のごとくパターンニングされる。そして、第１有機材料層３ａが配置されない領域には、第２の屈折率（ｂ）を有する他の材料（有機材料、ＳＯＧ膜等の絶縁膜、あるいは半導体やＩＴＯなど光を透過させる金属等の導電体）４が埋設される。あるいは屈折率ａと異なれば、空気であってもよく、つまり何も埋設せず空洞としてもよい。
【００４６】
そして、その上には再び第１有機材料３ａ（屈折率ａ）をパターンニングする。このラインアンドスペースは下層と同一とし、すなわち、屈折率の周期が上下の層で一致するように調整する。そしてパターンニングの方向は９０度ずらし、互いに直交するように配置してウッドパイル構造を形成する。そして下層と同様に第１有機材料層３ａ間には、同様に他の材料（屈折率ｂ）４を埋設する。このとき、有機レーザ１５では電流注入を行うので、上下の第１有機材料層３ａは接するようにパターンニングする必要がある。これを複数回繰り返すことにより、第１の屈折率の周期構造が実現し、正孔輸送層ＰＣ３となる。
【００４７】
発光層ＰＣ６、電子輸送層ＰＣ９についても同様のフォトニック結晶構造となっている。但し、発光層８は発光領域７と発光層ＰＣ６とを形成する必要があるので、例えば発光領域７はパターンニングしないか、あるいは、パターンニングしてあってもターゲットの波長においてフォトニックギャップが形成されないようにすればよい。また、三次元フォトニック結晶構造でもよく、その場合は発光層ＰＣ６とは異なり、ターゲットの光の波長においてフォトニックギャップを作らないような周期構造にする。尚、本実施形態では以下発光領域７は非パターンニング領域として説明する。
【００４８】
また、正孔輸送層、発光層、電子輸送層を構成する有機材料の屈折率がそれぞれ異なる場合には、各層を伝搬する光の波長が異なるので、それを考慮して発光領域７の光を閉じ込められるように、物理的周期を調整する。これにより、各有機ＥＬ層間ではパターンのラインアンドスペースが他の有機ＥＬ層と異なる場合もあり、必ずしも同一パターンとはならない。
【００４９】
そして、これらを順次積層することにより、図１のごとく三次元フォトニック結晶構造の有機ＥＬ層が得られる。
【００５０】
なお、ここではウッドパイル構造が三次元フォトニック構造を実現しやすいため、これを例に説明したが、例えば図２（Ｂ）のごとく、パターンニングの方向は一方向とし、パターンニングする位置をずらしたものでもよい。但し、上層と下層の有機材料層はそれぞれ一部で接し、また、屈折率の周期が上下の層で一致する必要がある。
【００５１】
ここで、本実施形態の有機レーザの動作原理を説明する。
【００５２】
陽極２および陰極１２間に所定の電圧を印加すると、有機レーザ１５に電流が注入される。そして、陽極２から注入されたホールと、陰極１２から注入された電子とが発光層８の内部で再結合し、発光層８（発光領域７）から光が放たれる。このとき、発光層ＰＣ６、正孔輸送層ＰＣ３、電子輸送層ＰＣ９により発光した一部の光が閉じ込められ、外部への放出がなくなる。一方発光領域７においては、発光する光を少なくとも一方向には透過する構造となっている。また、発光領域７は幅Ｗまたは厚みＤまたは奥行きが発光する光の半波長の整数倍の大きさを有している。すなわち、発光領域７で発光した光は、周囲の各有機ＥＬ層のフォトニック結晶で構成されるキャビティ中で反射を繰り返すことで、ある特定の波長の光の強度が増幅し、発振する。この光を開口部ＯＰから外部に取り出すことにより、レーザとして動作する。
【００５３】
このように、本実施形態によれば、発光領域７がわずかでも発光すれば、周囲の正孔輸送層ＰＣ３、発光層ＰＣ６、電子輸送層ＰＣ９により増幅・発振される。つまり、発光領域７の発光に必要な最低限の電流の注入でレーザ発振が可能となるため、低しきい値化が実現できるものである。
【００５４】
そして、発光領域７からのレーザ光の三次元的閉じ込めと増幅を実現するには、図２のごとく正孔輸送層ＰＣ３、発光層ＰＣ６、電子輸送層ＰＣ９のそれぞれのパターンの微細加工が必須となるが、本実施形態では後述の方法によりこれら有機ＥＬ層１０の微細加工を可能とした。
【００５５】
図３は本実施形態の他の構造を示す模式断面図である。
【００５６】
有機ＥＬ層１０の積層順は上記の構造に限らない。例えば図３（Ａ）の如く基板１、陰極１２、電子輸送層ＰＣ９、発光層８、正孔輸送層ＰＣ３、陽極２の順でもよく、この場合は正孔輸送層ＰＣ３、陽極２に開口部ＯＰを設け、図の上方にレーザを取り出す。また、図３（Ｂ）のごとく積層順は図１と同様とし、正孔輸送層ＰＣに取り出しとなる開口部ＯＰを設けてもよい。この場合は、例えば電子輸送層ＰＣ９、陰極１２は開口せず陽極２をＩＴＯ等の透明電極、さらに基板１もガラス基板等の透明基板にすると、図の下方から透明電極２、透明基板１を介してレーザ発振を行うことができる。
【００５７】
さらには図３（Ａ）と同様の積層順とし、電子輸送層ＰＣ９に開口部ＯＰを設けてもよい。この場合は、例えば陰極１２を開口し、基板１をガラス基板等の透明基板にすると、図の下方から透明基板１を介してレーザ発振を行うことができる。
【００５８】
また、図３（Ｃ）の如く、発光層ＰＣ６の一部に開口部ＯＰを設け、横（図の水平方向）に光を取り出す構造でもよい。
【００５９】
以下、図４から図８を参照して、本実施形態の好適な製造方法について図１に示す構造の場合を例に説明する。
【００６０】
本発明の有機レーザの製造方法は、基板上に第１電極を形成する工程と、前記第１電極上に、三次元のフォトニック結晶構造を有する第１有機ＥＬ層を形成する工程と、前記第１有機ＥＬ層上に、三次元のフォトニック結晶構造を有する第２有機ＥＬ層を形成する工程と、前記第２有機ＥＬ層上に、三次元のフォトニック結晶構造を有する第３有機ＥＬ層を形成する工程と、前記第３有機ＥＬ層上に第２電極を形成する工程とから構成される。
【００６１】
第１工程（図４）：基板上に第１電極を形成する工程。
【００６２】
絶縁性、または半導体等の支持基板１上に陽極２となる金属層をスパッタリング等により形成し、必要で有れば所望のパターンニングを行う。尚、陽極２は前述の如くＩＴＯ等でもよい。
【００６３】
第２工程（図５）：第１電極上に、三次元のフォトニック結晶構造を有する第１有機ＥＬ層を形成する工程。
【００６４】
陽極２上に正孔輸送層３となる第１の屈折率（ａ）を有する第１有機材料層３ａをスピンコート法等により塗布する。この第１有機材料層３ａには、光酸発生剤を含有させるなどして、化学増幅型感光基が付加されている。すなわち、エネルギー感受性（以下感光性と称する）の有機材料を採用する（図５（Ａ））。
【００６５】
次いで、基本的な二次元の構造を作製するために、ＥＢ(電子ビーム)ステッパーを用いてＥＢリソグラフィを行う。また、電子ビームに代えて紫外線を照射してもよい。（図５（Ｂ））。その後、第１有機材料層３ａを加湿する。すなわち、所定の湿度のクリーンルーム雰囲気中に放置し、第１有機材料層３ａにＨ２Ｏを吸収させる。この直接加工により例えばウッドパイル構造などのための所定のパターンを形成する。このパターンの周期が屈折率の周期となる（図５（Ｃ））。
【００６６】
このように本実施形態では、従来必要であったレジストマスクは用いず、ＥＢステッパーの位置合わせのみ行い、有機材料に対して直接的に電子ビームを照射してパターニングすることができる。この原理は、感光性有機材料に電子ビームを照射することにより、プロトンが膜の結合を攻撃する。その後、加湿を行い膜中に水分を与えることにより有機材料の−ＮＨ結合が−ＯＨ結合に置換され、これにより有機材料を構成しているベースポリマーの結合が切れるとともに、電子ビームを照射した部分のみが加湿により除去される現象による。また電子ビームに代えて紫外線を照射した場合も同様である。
【００６７】
すなわち、従来パターンニングに必要であった、レジストＰＲの形成工程(図９（Ｂ）)およびレジストＰＲによる有機材料のドライエッチング工程（図９（Ｄ））およびレジストＰＲの除去工程（図９（Ｅ））が不要となり、本実施形態の製造方法におけるプロセス・ステップの数は、約１／２に減少する。
【００６８】
フォトニック結晶のパターンは、光の波長より小さい加工精度が要求される。また、特に有機材料のエッチングにレジストを用いると選択比を大きくとれず、微細加工が困難となる。しかし、本実施形態の如くレジストマスクを不要とし、電子ビームを用いた有機材料の直接加工を行うことにより、複雑で高精度な微細加工が可能となる。
【００６９】
次に、屈折率ａの周期構造を形成するため、第１有機材料層３ａが除去された部分に屈折率ｂを有する他の材料４を埋設する。これは、例えばスピン−オン−グラス（ＳＯＧ膜）等の絶縁膜でもよいし、半導体や他の有機材料等でもよい。ここでは一例としてＳＯＧ膜４を用いる。但し、両者の好適な屈折率の差ないし比を与える点からは、これらの屈折率の差の絶対値｜ａ−ｂ｜は０．０５以上、更には０．０７以上であることが好ましい。
【００７０】
ＳＯＧ膜４を全面にスピンコーティングする。この厚みは、第１有機材料層３ａが除去された部分が埋め込まれる厚みとする。これにより、屈折率ａの第１有機材料３ａ層間に屈折率ｂのＳＯＧ膜４が埋め込まれる（図５（Ｄ））。
【００７１】
次に再び正孔輸送層となる第１有機材料層３ａを全面に塗布し、電子ビームを照射および加湿を行い、直接パターンニングする。このときのパターンは、下層の有機材料層のパターンと同一周期とし、例えば、下層のパターンに対して直交するパターンを形成し、交差部分において上下の有機材料層３ａをコンタクトさせる。これは正孔輸送層として、発光層へホールを注入する必要があるからである。そして、前述の如くパターン化された第１有機材料層間３ａをＳＯＧ膜４で埋め込み、以降これらの工程を複数回繰り返す。
【００７２】
このように、ウッドパイル状のパターンを組み合わせて屈折率ａの周期構造を形成し、正孔輸送層ＰＣ３が形成される（図５（Ｅ））。
【００７３】
第３工程（図６）：第１有機ＥＬ層上に、三次元のフォトニック結晶構造を有する第２有機ＥＬ層を形成する工程。
【００７４】
正孔輸送層ＰＣ３上に、発光層となる第２有機材料層６ａ（ここでは屈折率ｃとする）をスピンコート法などにより全面に塗布する（図６（Ａ））。発光層としては例えば、赤色発光を示すポリチオフェン誘導体、橙色発光を示すポリパラフェニレンビニレン誘導体、青色発光を示すポリパラフェニレン誘導体等の高分子材料が知られている。この有機材料に光酸発生剤を含有させ、化学増幅型感光基を付加し、感光性の材料とする。そして、発光層ＰＣ６を形成するため、正孔輸送層ＰＣ３の場合と同様に屈折率の周期構造を形成する。ただし、前述の如く発光領域７においてはこの限りではなく、ここでは非パターン形成領域とする。
【００７５】
第２有機材料層６ａの、発光領域７を除いてＥＢ(電子ビーム)ステッパーを用いてＥＢリソグラフィを行い、その後加湿する。本実施形態では電子ビームとその後の加湿により有機材料層を直接加工できるので、このような複雑な（均一でない）パターンも容易に形成することができる（図６（Ｂ））。
【００７６】
ここで、発光層の屈折率が正孔輸送層の屈折率と同一であれば、発光領域７以外のパターンは正孔輸送層ＰＣ３と同様になる。また、屈折率が異なる場合には、発光領域７の光を閉じ込めるキャビティを実現するため、正孔輸送層、発光層（電子輸送層も同様）の屈折率に応じて、物質内での光の波長に対する周期が各有機ＥＬ層間で一致するように物理的周期を調整する。これにより、各有機ＥＬ層間ではパターンのラインアンドスペースが他の有機ＥＬ層と異なる場合もあり、図の如く必ずしも同一パターンとはならない。
【００７７】
第２有機材料層６ａのパターンニングにより形成された凹部には、異なる屈折率ｂのＳＯＧ膜４を埋め込む。２層目の第２有機材料層は１層目の第２有機材料層と直交するようにパターンニングし、交差部分で第２有機材料層をコンタクトさせる（図６（Ｃ））。
【００７８】
そしてパターン間にはＳＯＧ膜４を埋設し、これらの工程を複数繰り返して、発光層ＰＣ６および発光領域７を形成する(図６（Ｄ）)。
【００７９】
第４工程（図７）：第２有機ＥＬ層上に、三次元のフォトニック結晶構造を有する第３有機ＥＬ層を形成する工程。
【００８０】
発光層８上に電子輸送層となる第３有機材料層９ａ（ここでは屈折率ｄとする）をスピンコート法などにより全面に塗布する。この有機材料も光酸発生剤を含有させるなどして化学増幅感光基が付加された感光性の材料である（図７（Ａ））。
【００８１】
第３有機材料層９ａを、第２、第３工程と同様に、ＥＢ（電子ビーム）ステッパーを用いてＥＢリソグラフィを行った後加湿して、所定のパターンを形成する。この場合も正孔輸送層、発光層、電子輸送層間で屈折率に応じて物理的周期を調整して全体として光のバンドギャップができるように設計する必要がある（図７（Ｂ））。
【００８２】
パターン間にＳＯＧ膜４を埋設し、２層目の第３有機材料層９ａを形成する。２層目の第３有機材料層９ａは１層目と直交するようにパターンニングし、交差部分で第３有機材料層９ａをコンタクトさせる。そして、これらの工程を複数繰り返し、電子輸送層ＰＣ９を形成する。そして、これにより三次元フォトニック結晶構造を有する有機ＥＬ層１０が形成される。
【００８３】
更に、発光領域７の上方に位置する電子輸送層ＰＣ９の一部に、同じく電子ビームを照射して、光の取出し口となる微小な開口部ＯＰを設ける（図７（Ｃ））。本実施形態では、レジストを採用しないので、下地の材料との選択比を考慮する必要はなく、加工の深さ（材料の厚み）も自由に選択できる。すなわち、電子輸送層ＰＣ９を構成する第３有機材料層３ａの各層（薄膜）のパターンニングも、電子輸送層ＰＣ９として複数積層された第３有機材料層（厚膜）の除去も、電子ビームの直接照射で容易に加工できる。
【００８４】
また、開口部ＯＰは、電子輸送層ＰＣ９を形成するための第３有機材料層９ａの各層を開口して形成してもよい。
【００８５】
第５工程（図８）：第３有機ＥＬ層上に第２電極を形成する工程。
【００８６】
電子輸送層ＰＣ９上に、金属等をスパッタリングするなどし、陰極１２を形成する。尚、この構造では図の上方からレーザを取り出すため、陰極１２にも光の取り出し口となる開口部を形成する。尚、陰極１２が透明電極の場合には、陰極１２の開口部を設けなくてもよい。
【００８７】
尚、本実施形態においては、感光性を有する有機材料層をパターンニングしてＳＯＧ膜を埋め込む例を説明したがこれに限らず、ＳＯＧ膜４をパターンニングしてもよい。
【００８８】
すなわちＳＯＧ膜４に化学増幅型感光基を付加して全面に塗布し、電子ビームまたは光を照射した後加湿して所望の形状にパターンニングする。そしてＳＯＧ膜４が除去された部分（凹部）に、有機材料を埋設してもよい。この方法であっても三次元のフォトニック結晶構造を有する有機ＥＬ層が形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明における有機レーザの構造を示す模式断面図である。
【図２】本発明における有機レーザの構造を示す概要図である。
【図３】本発明における有機レーザの構造を示す模式断面図である。
【図４】本発明における有機レーザの製造方法を示す断面図である。
【図５】本発明における有機レーザの製造方法を示す断面図である。
【図６】本発明における有機レーザの製造方法を示す断面図である。
【図７】本発明における有機レーザの製造方法を示す断面図である。
【図８】本発明における有機レーザの製造方法を示す断面図である。
【図９】従来のレジストを用いるプロセスの態様を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９０】
１      基板
２      第１電極
３      正孔輸送層ＰＣ（正孔輸送層）
３ａ    第１有機材料層
４      ＳＯＧ膜
６      発光層ＰＣ
６ａ    第２有機材料層
７      発光領域
８      発光層
９      電子輸送層ＰＣ（電子輸送層）
９ａ    第３有機材料層
１０    有機ＥＬ層
１２    第２電極
１５    有機レーザ
２２    有機材料層
２３    ＳＯＧ膜
ＯＰ    開口部
ＰＲ    レジスト        
【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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