(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁放射ソースを提供するレーザ構造体を含む物品であって、前記レーザ構造体が、
発光デバイス（２０）であって、第１波長のインコヒレント放射が該発光デバイスから放射されるように、２つの離間した導電層（２２、２４）及びそれらの間に形成された発光層（２３）を含む複数の層からなる発光デバイス（２０）、
前記発光デバイスに近接して配置され、第１側（１１）及び第２側（１２）を有する基板（１０）であって、前記発光デバイス（２０）から放射された第１波長のインコヒレント電磁放射が、前記基板の第１側（１１）で受光され、前記基板（１０）の本体内を通って第２側（１２）にガイドされるよう前記発光デバイスに対して配置され、前記放射が前記第１側（１１）から前記第２側（１２）に前記基板の本体内をガイドされるにつれて集中されるように構成される、基板（１０）、及び
コア領域を挟んで第１クラッド領域と第２クラッド領域を有するレーザ（３０）であって、前記基板（１０）の第２側（１２）にガイドされる放射の少なくとも一部を前記レーザ（３０）が受光し、前記コア領域が、前記第１波長のインコヒレントの放射を吸収し、吸収されたインコヒレント電磁放射に応答して、前記第１波長よりも長い第２波長のコヒレント電磁放射を放射する材料から構成された、レーザ（３０）を含み、
前記基板が前記放射を集中させ、前記基板が少なくとも第１領域（１７）、第２領域（１４）及び前記第１領域と第２領域との接合部近傍の反射性インタフェース（１６）を備えて前記第１領域（１７）で光を内部反射させ、前記基板が、発光デバイスに対して、該発光デバイスから放射された第１波長のインコヒレントの電磁放射の大部分を基板の第１側の第１領域で受光し、前記放射がインタフェースで内部反射され、第１領域内に閉じこめられて、第１領域内を基板の第２側まで導波される、物品。
【請求項２】
前記発光デバイスが、マイクロキャビティ発光ダイオードからなる発光デバイスにより放射を集中させるよう構成された請求項１記載の物品。
【請求項３】
前記反射性インタフェース（１６）が第１領域と第２領域との接合部に配置された高反射率のコーティングを含む請求項１記載の物品。
【請求項４】
前記反射性インタフェース（１６）が第１領域と第２領域との接合部の屈折率差を有し、前記第１領域が第２領域よりも高い屈折率を有する請求項１記載の物品。
【請求項５】
前記第１領域（１７）が広い端部と狭い端部とを有する台形構造を有し、前記広い端部は第１側にあり、前記狭い端部は第２側にある請求項１記載の物品。
【請求項６】
前記発光層が少なくとも１つの有機材料を含む請求項１記載の物品。
【請求項７】
前記少なくとも１つの有機材料が、Ａｌｑ、ＴＡＤ、銅フタロシアミン、及びＮ，Ｎ’−ビス（bis）（３−メチルフェニル（methylphenyl））−（１，１’−ビフェニル（biphenyl））−４，４’−ディアミン（diamine）から選択された材料である請求項６記載の物品。
【請求項８】
前記発光デバイスと基板との間に、１／４波長積層構造（１５）をさらに備えた請求項１記載の物品。
【請求項９】
前記基板がプラスチック製またはガラス製である請求項１記載の物品。
【請求項１０】
前記レーザが、第２波長の電磁放射を容易にするための分布帰還型グレーティングを含む請求項１記載の物品。
【請求項１１】
前記レーザが、第２波長の電磁放射を容易にするための２つの離間した分布ブラグリフレクタを含む請求項１記載の物品。
【請求項１２】
前記レーザから放射された第２波長の光を所望の方向にガイドするための出力カプラ（４０）をさらに有する請求項１記載の物品。
【請求項１３】
前記出力カプラ（４０）が２次元のフォトニック結晶である請求項１２記載の物品。
【請求項１４】
前記レーザのコア領域が少なくとも１つの有機材料を含む請求項１記載の物品。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの有機材料が、共役ポリ（conjugatedpoly）（フェニレン（phenylene）、ビニレン（vinylene））と、ポリスチレンまたは２−（４−バイフェニリル（biphenylyl）−５−（４−テルト（tert）−ブチルフェニル（butylphenyl））−１，３，４−オキサディアゾール（oxadiazole）と、Ａｌｑと、２−ナプチル（napthyl）−４，５−ビス（bis）（４−メトキシフェニル（methoxyphenyl））−１，３オキサゾール（oxazole）（ＮＡＰＯＸＡ）とから選択される請求項１４記載の物品。
【請求項１６】
電磁放射ソースを提供するレーザ構造体を含む物品であって、前記レーザ構造体が、
第１波長のインコヒレント放射を行う平面上のマイクロキャビティ発光ダイオード、
前記マイクロキャビティ発光ダイオードに近接して配置され、第１側と第２側とを有する基板であって、前記基板は、第１の受光領域及び第２の周囲領域を含み、さらに前記第１の受光領域内で光を内部反射させるための前記第１の受光領域と第２の周囲領域との接合部に配置された反射性コーティングを備え、前記第１の受光領域及び第２の周囲領域が、前記第１側に広い端部を、前記第２側に狭い端部を有する台形を規定し、前記マイクロキャビティ発光ダイオードから放射された第１波長のインコヒレントの電磁放射が、前記広い端部の第１の領域で受光され、前記第１の領域内で内部反射され、前記放射が前記第１の受光領域本体内を通り、前記基板の第２側に導波されるにつれて集中される、基板、
有機材料で形成されたコア領域を間に挟んだ第１クラッド領域及び第２クラッド領域を備える光学導波路レーザであって、前記レーザは、前記基板の第２側にガイドされる放射の少なくとも一部を受光するよう配置され、前記コア領域が、前記第１波長のインコヒレント電磁放射を吸収し、該インコヒレント電磁放射の吸収に応答して、前記第１波長よりも長い第２波長のコヒレント電磁放射を行う材料の層を含む、光学導波路レーザ、及び
前記レーザから放射された前記第２波長の放射を所望の方向にガイドする２次元のフォトニック結晶を有する出力カプラであって、該出力カプラと前記導波路レーザとが１つの導波路上に集積されるような出力カプラ
を含む物品。
【請求項１７】
電磁放射ソースを提供するレーザ構造体を含む光学通信システムであって、
前記レーザ構造体が、
発光デバイス（２０）であって、第１波長のインコヒレント放射が該発光デバイスから放射されるように、２つの離間した導電層（２２、２４）及びそれらの間に形成された発光層（２３）を含む複数の層からなる発光デバイス（２０）、
前記発光デバイスに近接して配置され、第１側（１１）及び第２側（１２）を有する基板（１０）であって、前記発光デバイス（２０）から放射された第１波長のインコヒレント電磁放射が、前記基板の第１側（１１）で受光され、前記基板（１０）の本体内を通って第２側（１２）にガイドされるよう前記発光デバイスに対して配置され、前記発光デバイス（２０）と前記基板（１０）の少なくとも一方は、前記放射が前記第１側（１１）から前記第２側（１２）に前記基板の本体内をガイドされるにつれて集中されるように構成される、基板（１０）、及び
コア領域を挟んで第１クラッド領域と第２クラッド領域を有するレーザ（３０）であって、前記基板（１０）の第２側（１２）にガイドされる放射の少なくとも一部を前記レーザ（３０）が受光し、前記コア領域が、前記第１波長のインコヒレントの放射を吸収し、吸収されたインコヒレント電磁放射に応答して、前記第１波長よりも長い第２波長のコヒレント電磁放射を放射する材料から構成された、レーザ（３０）を有することを特徴とする光学通信システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラスチックレーザを形成するレーザ構造と、電気的に駆動されるレーザ発振動作を行うレーザ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多くの従来構造の半導体レーザが、無機半導体（ＧａＡｓ）に基づいて形成され、通常これらは電気的に駆動される。これらのレーザは、レーザキャビティ内に注入された電子とフォールの再結合現象を利用している。これらのレーザの光学的および電気的な要件は、無機材料が高いキャリア移動度を示すと容易に達成でき、緊密に関連した材料を用いて大きな屈折率変化を提供することである。
【０００３】
有機材料すなわちポリマ材料を用い、電気的に駆動したレーザ発振動作を用いた半導体レーザは、近年非常に大きな興味を引いている。有機固体レーザは、可視スペクトラムの広範囲の波長にわたって、コンパクトで低コストのレーザソースを提供する。有機レーザは、別の研究分野でも影響を及ぼし、有機半導体レーザと無機半導体レーザにおける進歩につながっている。これに関しては、発明者である A.Dodabalapur et al., 著の“Organic Solid-State Lasers: Past and Future,”SCIENCE Vol. 277 (Sept. 19, 1997), at pp. 1787-1788, を参照のこと。これらの例には、有機レーザの例として、色素をドープしたポリマ（dye-doped polymers）の分布フィードバック（distributed feedback：ＤＦＢ）と、分布ブラグリフレクタ（distributed Bragg reflector：ＤＢＲ）の実現と、ＩｎＰベースのＤＦＢレーザとＤＢＲレーザの幅広い使用が含まれる。このようなレーザは、ファブリペロレーザを比較して優れた単一の周波数操作特性と高速変調特性とを有する。
【０００４】
有機すなわちポリマ半導体でもって、電気的に駆動されるレーザ発振操作を実現することは、２つの現象から得られる。すなわち（ｉ）量子効率の改善と、発光ダイオードの動作寿命の改善がかなりの程度で成功したこと、および（ｉｉ）ある種の有機すなわちポリマ半導体における、光子ポンプのレーザ発振操作に対する低いしきい値が得られたことである。これらの条件は、効率的な有機レーザを提供するために必ずしも十分ではないが必要なものである。従来のダイオード構造（ほとんどすべての無機半導体のベースを構成する）を、有機半導体に適用した際には多くの問題がある。そのうちの１つの問題点は、電荷キャリアは、その特性上ポーラロニック（polaronic）である点である。このポーラロニックはバンドギャップ内に吸収バンドを形成してしまう現象である。この吸収バンドは、ダイオード内に生成されたゲインを消滅させてしまう。有機材料の光学特性の研究から分かったことは、電荷キャリアはこのようなサブギャップ吸収を引き起こすことである。また、最近の研究では、電荷キャリアにより生成された損失は、光学ゲインに等しいかあるいはそれ以上である。したがって、これらの損失が光学ゲインに比較すると大きすぎて無視できない。
【０００５】
電気的にポンピングする有機レーザの構造は、米国特許第５８８１０８９号に開示されている。前掲の特許は、従来の電気的ポンピング（すなわち電子とフォールをダイオード構造内に注入すること）によるポンピングを用いない構造体において、電気的にポンピングする有機レーザを開示している。有機半導体用に、単一のキャビティダイオード構造を用いる欠点は、電荷吸収損失と、キャリア転送特性と光学特性との間のトレードオフである。前掲の特許のデバイスにおいては、電力は単一デバイス構造内の励起光学放射に変換され、第１領域は、電流をインコヒレントの光子に変換し、そしてこのインコヒレントの光子が、レーザキャビティを含む第２領域内に結合される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、半導体レーザデバイスの効率を改善し、新たな材料例えばプラスチックを用いることのできるレーザおよび半導体デバイスを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、有機発光ダイオードとポリマ発光ダイオードと、光子励起レーザでもって、電気的に駆動されるレーザ発振動作を行うのに適した構造を有するレーザを含む物品を提供する。レーザ構造は、発光デバイス例えば発光ダイオードとこの発光ダイオードに近接して配置された基板とレーザとを有する。この発光ダイオードは、２つの離間した導電層とそれらの間に配置された発光層を有する複数の層を有し、第１波長のインコヒレントの発光が発光層から放射される。この放射を基板が受光し、その本体内でレーザに送られ、そしてその後レーザが受光する。発光ダイオードと基板の少なくとも一方は、発光が基板の本体内でレーザまで集中してガイドされるように構成される。その後レーザは、集中した光を受光し、レーザ発振動作用に低いしきい値でもって光ビームを生成する。
【０００８】
本発明の一実施例においては、基板に沿った光の集中は、第１側と第２側と、基板の本体内の少なくとも２つの異なる領域と、この少なくとも２つの異なる領域の接合部に近接した光反射インタフェースとを有する基板により達成できる。この基板は、発光デバイスに対し、電磁放射の大部分が基板の第１側における２つの領域の一方により受光され、この２つの領域のインタフェースで内部反射され、基板の本体内から第２側に集中されるように向けられる。本発明の他の実施例においては、光は、マイクロキャビティ発光ダイオードを有するダイオードで集中される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明によれば、有機材料とポリマ材料でもって使用するのに適した、二重キャビティデバイス構造体が得られる。この構造体により電気的に駆動されるレーザ発振動作が達成され、有機発光ダイオードとポリマ発光ダイオードの両方の励起特性および光子励起レーザを達成することが可能となる。本明細書において、「電気的に駆動されるレーザ発振」は、「ダイオードレーザ」の代わりに用いられる。
【００１０】
図１を参照すると、レーザ構造用の断面図が示されている。図１において、レーザ構造は、第１側１１と第２側１２を有する基板１０を有する。発光ダイオード２０が第１側１１の上に形成され、導波路レーザ３０が第２側１２の上に形成されている。導波路レーザ３０は、出力カプラ４０と組み合わされて、所望の方向にレーザ放射を向ける。基板１０は、ガラスまたはプラスチック製で、可視光に対し透明である。１／４波長積層誘電体層１５が、基板１０と発光ダイオード２０との間に配置されている。
【００１１】
発光ダイオード２０は、第１導電（カソード）層２２と発光層２３と導電（アノード）層２４を有する、有機発光ダイオードを含む。第１導電（カソード）層２２、導電（アノード）層２４はそれぞれ、カソードとアノードを規定する。導電（アノード）層２４は、半透明で、第１導電（カソード）層２２はそうではない。第１導電（カソード）層２２、発光層２３、導電（アノード）層２４が発光ダイオードを構成する。
【００１２】
好ましくは、発光ダイオードは、平面状マイクロキャビティ発光ダイオードで、このような発光ダイオードは、A. Dodabalapur et al., 著の“Physics and Applications of Organic Microcavity Light Emitting Diodes,”J. APPL. PHYS. Vol. 80 (12) (Dec. 15, 1996), at pp. 6954-6964, に記載されている。平面状マイクロキャビティ発光ダイオードを用いる１つの効果は、放射光の方向性を変えることができることである。かくして、より多くの光子を順方向（すなわちデバイスの層の面に対し法線方向）に、ノンキャビティの発光ダイオードよりもより多く放射でき、効率的なデバイスが形成される。図３に、キャビティからの放射スペクトラムとノンキャビティの発光ダイオードからのそれとを比較をする。
【００１３】
このレーザに使用される材料は、発光ダイオードのアプリケーションように開発されたものを含む。かくして、レーザに対し期待される出力パワーと動作寿命とが予測できる。レーザの発光ダイオードに用いられる適切な有機材料とポリマ材料は、A. Dodabalapur, “Origanic Light Emitting Diodes,”SOLID STATE COMMUNICATIONS, Vol. 102, No. 2-3, pp. 259-267 (1997), に開示されている。短い波長（例、５００ｎｍ）を放射する材料あるいはそれらの材料の組合せが好ましい。
【００１４】
有機発光ダイオードとポリマ発光ダイオードは、非常に高い内部と外部の量子効率を有するよう製造することができる。ここで、内部量子効率とは、注入された電子の内光子に変換されるの電子の部分（割合）を意味する。外部量子効率とは、デバイス内に注入された電子に対するデバイスが励起した光子の比率を意味する。４％以上の外部量子効率が有機発光ダイオードに対し報告されている。これは通常２０％以上の内部量子効率に相当する。これらの高い効率は、比較的低い電流密度（約１−１００mA/cm2）で達成できる。量子効率は通常、高い電流密度で落ちる。そのため、比較的低い電流密度（約〜１A/cm2以下）で、これらの発光ダイオードを動作させるのが好ましいが、高い電流密度も時には必要となる。
【００１５】
本発明のレーザで使用されるマイクロキャビティ発光ダイオードの構造を、図１のＡに示す。導電（アノード）層２４は、厚さが１００nmのインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）を有する。この層は、１／４波長厚さの積層誘電体層１５上にスパッタで堆積される。この１／４波長積層誘電体層１５は、基板の第１側１１の上に交互にスパッタで堆積させたＳｉＯ2層とＴｉＯ2層とを含む。全部で５〜９層（２．５〜４．５対の層）が用いられて、ＳｉＯ2層は、厚さが９２nmで、ＴｉＯ2層は、５６nmである。図１のＡにおいては、５つの１／４波長積層誘電体層１５ａ．．．１５ｅが示されている。ＳｉxＮyもまた、ＳｉＯ2と共に１／４波長積層誘電体層１５用に用いることができる。
【００１６】
発光層２３は、好ましくは４個の有機層２３ａ．．．２３ｄを有し、層２３ａは１５nm厚の銅フタロシアニン製（copper phthalocyanine）で、層２３ｂは５０nm厚で、ＴＡＤ製で、層２３ｃは４０nm厚で、Ｎ，Ｎ’−ビス（bis）（３−メチルフェニル（methylphenyl））−（１，１’−ビフェニル（biphenyl））−４，４’−ディアミン（diamine）と、層２３ｄは２０nm厚で、Ａｌｑである。カソードは、好ましくは薄い（約１nm）ＬｉＦ2製の層２２ａと、比較的厚い（２００nm）アルミ製の層２２ｂを有し、これが発光ダイオードの上部ミラーを規定する。Ａｌｑは、従来の８−ヒドロキシクイノリナトアルミ（hydroxyquinolinato aluminum）と、ＴＡＤは従来のトゥリフェニル／ディアミン（triphenyl/diamine）である。他の材料あるいは他の材料の組合せも、発光ダイオードを製造するのに用いることができる。
【００１７】
発光ダイオードから放射された光は、基板が受光し、基板の本体内からレーザまで透過される。本発明によれば、発光は、第１側１１から第２側１２に基板の本体内をガイドされるよう集光される。その後レーザは、この集中された光を受光し、レーザ発振用の低しきい値でもって光ビームを生成する。本発明の一実施例においては、光の集中は、マイクロキャビティ発光ダイオードを有する発光ダイオードで達成できる。本発明の他の実施例においては光の集中は、内部反射、フォーカッシングおよび／または光の集中用に例えば異なる領域の光集中機能を有する基板でもって達成できる。本発明の一実施例においては、平面状のマイクロキャビティ発光ダイオードが、集光機能を有する基板と共に用いられる。
【００１８】
光の集中機能は、少なくとも２つの異なる領域１４、１７と、それらの接合部により規定されたあるいはその近傍に形成されたインタフェース１６を有し、そして光が基板の第１側と第２側との間を伝搬する際に内部反射を引き起こさせるような基板１０により、基板内に組み込むことができる。本発明の一実施例においては、内部反射は、２つの領域１４、１７の間のインタフェース１６の上の反射コーティングにより生成される。本発明の他の実施例においては、少なくとも第２領域は、マイクロレンズ、マイクロレンズ列、あるいは光を内部反射させたり、焦点を合わせるようにするために、基板内に組み込まれたグレーティングを含む。本発明の他の実施例においては、反射表面は、少なくとも２つの領域１４、１７の屈折率の変化により生成できる。
【００１９】
この２つの領域の構造は、発光ダイオードにより放射された光が、２つの領域の一方（例、受光領域１７）により受光され、その領域内を反射されて、第２側に伝搬して導波路レーザ３０に入射する前に集中されるよう構成される。光の集中は、少なくとも１つのマイクロレンズ、あるいは少なくとも第２領域を有するグレーティングにより達成できる。別の方法として、レーザ上の光の集中は、テーパ状の側を有するほぼ環状の断面を有する受光領域で達成できる。受光領域１７（ハッチングで示す）は、第１側１１に隣接する広い端部Ｂから、第２側１２に隣接する狭い端部Ｎとなるように、テーパ状で形成されている。本発明の一実施例においては、受光領域１７は、図１に示すようなアキシコン（axicon）すなわち逆コーン形状を構成する。
【００２０】
好ましくは基板１０の厚さは約２mmで、広い端部Ｂにおける受光領域１７の直径は、約０．５mmで、狭い端部Ｎの直径は、約３０μmである。発光ダイオードの長さあるいは直径は、発光ダイオードから放射された光の大部分がアキシコンに向けられるようにし、光が捉えられて導波路レーザ３０の方向に集中するような寸法である。このことは、発光ダイオードの直径が受光領域１７の広い方の端部Ｂの直径（あるいは長さ）に等しくさせることにより達成できる。基板１０は、屈折率が１．４６のガラスから形成される。ドーパントを用いて、受光領域１７と周囲の領域１４との屈折率を制御することができる。前述したように、本発明の一実施例においては光の反射は、インタフェース１６における高反射コーティングにより行われる。屈折率の変化により光の反射を達成するために、受光領域１７は、屈折率１．７を有するよう形成される。
【００２１】
レーザ３０は、前掲の特許に開示されたように、クラッド層３３、３５とそれらの間に、コア層３４を有する。レーザ３０は、レーザ基板に形成された活性層あるいはグレーティングを有する一方向性の光学結晶導波路レーザを含み、これは、分布帰還型レーザあるいは分布ブラグ反射レーザと同様である。欠陥（defect）を具備する一方向性の分布帰還型レーザが好ましい。グレーティングは、共鳴構造をナノモールドし、レーザ色素ＤＣＭＩＩＩを、０．５〜５．０重量％ドーピングしたＡｌｑのフィルムを共鳴器に形成することにより形成される。これは、米国特許出願第０９／３２２４７１号に開示されている。前掲の特許出願で議論されているように、新たなマイクロプリント技術が開発され、これらを用いて導波路グレーティングを形成することもできる。これに関しては、J. A. Rogers et al., 著の“Using Printing and Molding Techniques to Produce Distributed Feedback and Bragg Reflector Resonators for Plastic Lasers,”J. APPL. PHYSICS, Vol. 73, No. 13 (1998), at pp. 1766-1767, を参照のこと。
【００２２】
レーザグレーティングは、好ましくは一方向性で、その周期は１８２nmである。欠陥をグレーティング（一方向性の光学結晶）内に導入するには、グレーティングを規定する複数の溝のうちの少なくとも１つの溝を他の溝とは異なる幅に形成することにより導入される。好ましくは、溝は、深さが５０nmで幅が９１nmである。欠陥は１８２nmの幅を有する溝を含む。レーザグレーティングの全体寸法は、１０μｍ×１０μｍ以上でなければならず、これは発光ダイオードを基板により生成された電磁界とグレーティングとの間の十分な結合を確保するためである。レーザデバイスを形成する層の基板への格子の適合性は、必ずしも必要ではなく、これは、無機半導体レーザと比べると、大きな利点である。
【００２３】
出力カプラ３２は、完全なバンドギャップのない２次元のスラブフォトニック結晶である。この点に関しては、本発明のレーザ構造は、２次元のフォトニック結晶に対し独自のアプリケーションを提供する。一方向性一次グレーティング（欠陥の有無に関わらず）をレーザに用いると、出力カプラは、一次グレーティングの２倍の周期性を有する２次グレーティングを有する。この構造が位相マッチングの状態となり、導波路の面で生成されるレーザ放射の大部分（５０％以上）が、直角で、回折的に面から結合されて取り出される。したがってレーザは、表面放射となる。
【００２４】
導波路レーザ３０と出力カプラ４０は、同一の導波路の一部を含み、そして同時に形成される。レーザのグレーティング、あるいは出力カプラを形成するためにナノモールドのプリント技術が用いられる。ポリウレタンのプレポリマの層が、それに接触して配置されるモールドと共に用いられ、プレポリマの上にモールドの特徴をプリントする。出力カプラ用のレリーフパターンは、ホールの三角形の格子を含む。好ましい格子は、各ホールが１６０nmの直径を有するような、約４３３nmの格子状数を有するものである。ホールの深さは、約５０nmである。
【００２５】
レーザゲイン媒体は、小さな分子の組合せと、共役ポリマ（conjugated polymers）を含むポリマの組合せを含む。例えば、共役ポリ（conjugated poly）（フェニレン（phenylene）、ビニレン（vinylene））（ＰＰＶ７）の１０重量％の約２５０nmを、ポリスチレン、または２−（４−バイフェニリル（biphenylyl）−５−（４−テルト（tert）−ブチルフェニル（butylphenyl））−１，３，４−オキサディアゾール（oxadiazole）（ＰＢＤ）のマトリックス内に分散させる。Ａｌｑまたは２−ナプチル（napthyl）−４，５−ビス（bis）（４−メトキシフェニル（methoxyphenyl））−１，３オキサゾール（oxazole）（ＮＡＰＯＸＡ）のようなドープした少分子も用いることができる。ゲイン媒体として用いられる、適宜の化合物、あるいは混合物は、A. Dodabalapur, 著の“Resonators and Materials for Organic Laser Based on Energy Transfer,”IEEE J. OF SELECTED TOPICS IN QUAN. ELEC., Vol. 4, No. 1 (Jan./Feb. 1998), を参照のこと。
【００２６】
次に動作について述べると、光は発光ダイオード２０から基板１０の受光領域１７に放射される。アキシコンの反射性の周囲により光は、アキシコンに形状をした受光領域１７内に閉じこめられる。好ましくは発光ダイオード２０は、発光ダイオードにより生成された光子の大部分（２５％以上）が、基板の受光領域１７に閉じこめられるようにする。平面状のキャビティ発光ダイオードを用いることは、非キャビティ発光ダイオードを用いるよりも好ましく、その理由は、前者は発光ダイオードから放射された光子の大部分が、アキシコン形状をした受光領域１７内で捉えられるからである。これによりデバイスの効率が改善され、レーザに対ししきい値パワーが低くなる（１５０W/cm2以下、さらにはまた１００W/cm2以下である）。光が受光領域１７の狭い端部に近づくにつれて、その強度が増加する。
【００２７】
受光領域１７の狭い端部Ｎで、導波路レーザ３０に入る光は、光学結晶の導波路レーザ３０内のゲイン媒体を光り励起する。ポンプパワーが、しきい値よりも大きいときに、レーザ発振動作が行われる。その後このレーザは、出力カプラ４０により結合された導波路の面で、所望の角度で光を放射する。好ましくはレーザは、低いしきい値ポンプパワーで低損失である。カプラは、コリメートビームを生成する。図２は、本発明で使用されるのに好ましいキャビティ発光ダイオードからの電子ルミネセンススペクトラムを、非キャビティのＬＥＤと比較したものである。図３は、ナノモールドされた一次グレーティング構造を有する、本発明のレーザ構造からのエレクトロルミネセンススペクトラムを表す。図３のレーザのゲイン媒体は、１％のＤＣＭでもってドープしたＡｌｑのパターン化層を含む（レーザダイ（色素）は、オハイオ州デイトンのExciton, Inc., から入手可能である）。図２−３から分かるように、発光ダイオードから基板に注入された光は、長波長の光子に変換される。これらの材料により、８５−１５０W/cm2の範囲のしきい値ポンプパワーが達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレーザ構造の断面図。Ａ：本発明のレーザ構造に用いられる、マイクロキャビティ発光ダイオードの好ましい構造を表す図。
【図２】本発明で用いられるマイクロキャビティ発光ダイオードと、キャビティを具備しない発光ダイオードとを比較した、エレクトロルミネセンススペクトラムを表す図。
【図３】ナノモールドの一時グレーティング構造を有する、本発明のレーザ構造からのエレクトロルミネセンスのスペクトラムを表す図。
【符号の説明】
１０  基板
１１  第１側
１２  第２側
１４  領域
１５  １／４波長積層誘電体層
１６  インタフェース
１７  受光領域
２０  発光ダイオード
２２  第１導電（カソード）層
２３  発光層
２３ａ〜２３ｄ  有機層
２４  導電（アノード）層
３０  導波路レーザ
４０  出力カプラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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