(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
π共役系オリゴマーを用い、ホット・ウォール・エピタキシー法を有機半導体結晶の配向成長に適合することにより、π共役系オリゴマー分子を用いて、分子配列を制御した有機半導体配向結晶を基板上に自己組織化するとともに、結晶自身が低損失の導波路や共振器構造を構成することにより、レーザー発振を可能とする有機半導体結晶の配向成長を行わせる有機半導体結晶の配向成長方法であって、前記π共役系オリゴマーが青色発光を示すｐ−セキシフェニル（ｐ−６Ｐ）分子であり、温度制御したウォールで閉じられた空間に前記ｐ−セキシフェニル（ｐ−６Ｐ）分子を昇華させるため、熱力学的平衡に近い条件下で結晶成長を行うことを特徴とする有機半導体結晶の配向成長方法。
【請求項２】
π共役系オリゴマーを用い、ホット・ウォール・エピタキシー法を有機半導体結晶の配向成長に適合することにより、π共役系オリゴマー分子を用いて、分子配列を制御した有機半導体配向結晶を基板上に自己組織化するとともに、結晶自身が低損失の導波路や共振器構造を構成することにより、レーザー発振を可能とする有機半導体結晶の配向成長を行わせ、該有機半導体結晶の自己導波路効果を利用した発光増幅機能を有する有機レーザーデバイスであって、前記有機半導体結晶を適当な励起用レーザー光でポンピングすると、発光した光が結晶中に閉じ込められ、ロッド状結晶軸に沿って伝搬する自己導波路効果を呈することを特徴とする有機レーザーデバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有機半導体結晶の配向成長方法とそれを利用した有機レーザーデバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
0004873515.tif 000002
【０００３】
今後、この有機固体レーザーの実現に向けて、さらに安定な分子材料の探索と並んで、より低電流エネルギー閾値でのレーザー発振を可能にする低損失の導波路や共振器構造の導入が必要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来技術では、有機結晶成長法として一般的な気相法により有機半導体結晶を成長させ、サイズの大きな個々の結晶（数ｍｍ2 、厚さ１〜１０μｍ）に電流注入電極を設けてレーザーデバイスとしている。
しかし、今後、光デバイスへの複合集積化を目指す上では、このような結晶の微細化や基板への自己組織化といった技術が必要となる。また、結晶材料においては結晶中での分子配向が発光の偏光指向性や増幅効率に影響を及ぼすが、従来技術では結晶中での分子配向については考慮されておらず、また、有機半導体結晶の劈開端面を共振器ミラーとして用いるため、その発振特性について改良の余地がある。
【０００５】
そこで、本発明は、安定な発光特性を有する、π共役系オリゴマー分子を用いて、分子配列を制御した有機半導体配向結晶を基板上に自己組織化するとともに、結晶自身が低損失の導波路や共振器構造を構成することにより、レーザー発振を可能とする有機半導体結晶の配向成長方法とそれを利用した有機レーザーデバイスを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕π共役系オリゴマーを用い、ホット・ウォール・エピタキシー法を有機半導体結晶の配向成長に適合することにより、π共役系オリゴマー分子を用いて、分子配列を制御した有機半導体配向結晶を基板上に自己組織化するとともに、結晶自身が低損失の導波路や共振器構造を構成することにより、レーザー発振を可能とする有機半導体結晶の配向成長を行わせる有機半導体結晶の配向成長方法であって、前記π共役系オリゴマーが青色発光を示すｐ−セキシフェニル（ｐ−６Ｐ）分子であり、温度制御したウォールで閉じられた空間に前記ｐ−セキシフェニル（ｐ−６Ｐ）分子を昇華させるため、熱力学的平衡に近い条件下で結晶成長を行うことを特徴とする。
【０００７】
〔２〕π共役系オリゴマーを用い、ホット・ウォール・エピタキシー法を有機半導体結晶の配向成長に適合することにより、π共役系オリゴマー分子を用いて、分子配列を制御した有機半導体配向結晶を基板上に自己組織化するとともに、結晶自身が低損失の導波路や共振器構造を構成することにより、レーザー発振を可能とする有機半導体結晶の配向成長を行わせ、その有機半導体結晶の自己導波路効果を利用した発光増幅機能を有する有機レーザーデバイスであって、前記有機半導体結晶を適当な励起用レーザー光でポンピングすると、発光した光が結晶中に閉じ込められ、ロッド状結晶軸に沿って伝搬する自己導波路効果を呈することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明の実施例を示すホット・ウォール・エピタキシー（Ｈｏｔ  Ｗａｌｌ  Ｅｐｉｔａｘｙ）装置の構成図である。
図１において、１は石英セルであり、その石英セル１内には、青色発光を示すｐ−セキシフェニル（ｐ−６Ｐ）分子原料２が入れられている。また、その石英セル１はサーモカップル３を有しており、さらに、石英セル１の外周部にはヒータ４が配置されている。５は石英管であり、ＫＣｌ（００１）面基板６が入れられており、石英管５はサーモカップル７を有している。また、その石英管５の外周部にはヒータ８が配置され、それらは真空雰囲気９下にある。１０は石英セル１より昇華しＫＣｌ（００１）面基板６上に有機半導体配向結晶の成長を行うｐ−６Ｐ分子である。
【０００９】
このように、青色発光を示すｐ−セキシフェニル（ｐ−６Ｐ）分子原料２を、石英管５を用いたホット・ウォール（Ｈｏｔ  Ｗａｌｌ）（１４０〜１５０℃）中に設置したＫＣｌ（００１）面基板６上に昇華成長させることにより、図２に示すように、エピタキシャル配向したｐ−６Ｐロッド状単結晶１１を作製することに成功した。このｐ−６Ｐロッド状単結晶１１は長さが１００μｍ以上、幅３００〜８００ｎｍ、高さ８０〜１５０ｎｍの一次元形態を持ち、紫外線励起下で非常に安定な青色発光を示した。
【００１０】
このｐ−６Ｐロッド状単結晶１１をＹＡＧパルスレーザー（λ＝３５５ｎｍ）励起光１２（図４参照）で励起してその発光スペクトルを測定した結果、図３に示すように、数１０μＪ／ｃｍ2 のエネルギー閾値以上でスペクトルのＧａｉｎ−Ｎａｒｒｏｗｉｎｇが観察された。図３において、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は発光強度（ｃｐｓ：ｃｏｕｎｔｓ  ｐｅｒ  ｓｅｃｏｎｄ）を示している。
【００１１】
ｐ−６Ｐロッド状単結晶１１では、図４に示すようにｐ−６Ｐ分子軸はＫＣｌ面基板６に平行に、かつｐ−６Ｐロッド状単結晶１１の長軸に対して垂直に配向しているため、ロッド末端から放射するロッド軸に沿って伝搬する自己導波路効果によるＡｍｐｌｉｆｉｅｄ  Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ（ＡＳＥ）発光１３は、ＫＣｌ面基板６に平行に偏光したモードで伝搬していることが確認された。
【００１２】
このように、本発明では、高効率の発光を示すπ共役系オリゴマー分子を用い、化合物半導体の薄膜成長に利用されているホット・ウォール・エピタキシー法を有機半導体結晶の配向成長に最適化することにより、基板６上に発光増幅が可能なπ共役系オリゴマー結晶を成長させることができる。
そして、π共役系オリゴマー分子を用いて、分子配列を制御した有機半導体配向結晶を基板上に自己組織化するとともに、結晶自身が低損失の導波路や共振器構造を構成することにより、レーザー発振を可能とする有機半導体配向結晶の成長を行わせることができる。
【００１３】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００１４】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、
（Ａ）ホット・ウォール・エピタキシー法では、温度制御したウォールで閉じられた空間に分子を昇華させるため、熱力学的平行に近い条件下で結晶成長を行うことが可能であり、欠陥の少ない良質な単結晶を基板上にエピタキシャル成長させることができる。
【００１５】
（Ｂ）上記（Ａ）で作製した結晶は、一次元のロッド状形態を持ち、この結晶を適当な励起用レーザー光でポンピングし、その発光スペクトルを測定すると、あるエネルギー閾値以上で顕著なスペクトルのＧａｉｎ−Ｎａｒｒｏｗｉｎｇが観察される。これは、発光した光が結晶中に閉じ込められ、ロッド軸に沿って伝搬する自己導波路効果によるＡＳＥである。
【００１６】
以上の結果より、最適化したホット・ウォール・エピタキシー法により成長したπ共役系オリゴマー結晶は、安定な発光増幅を示し、今後、微小共振器構造や電流注入電極の導入により、有機青色レーザー材料として有望である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例を示すホット・ウォール・エピタキシー（Ｈｏｔ  Ｗａｌｌ  Ｅｐｉｔａｘｙ）装置の構成図である。
【図２】  本発明の実施例を示すエピタキシャル配向したロッド状単結晶を示す図である。
【図３】  本発明の実施例を示すエピタキシャル配向したロッド状単結晶をＹＡＧパルスレーザー励起光（λ＝３５５ｎｍ）で励起してその発光スペクトルを測定した結果を示す図である。
【図４】  本発明の実施例を示す有機レーザーデバイスとしての機能を示す説明図である。
【符号の説明】
１    石英セル
２    青色発光を示すｐ−セキシフェニル（ｐ−６Ｐ）分子原料
３，７    サーモカップル
４，８    ヒータ
５    石英管
６    ＫＣｌ（００１）面基板
９    真空雰囲気
１０    ホットウォール中に昇華したｐ−６Ｐ分子
１１    ｐ−６Ｐロッド状単結晶
１２    ＹＡＧパルスレーザー励起光
１３    ＡＳＥ発光
【図１】
0004873515.tif 000003
【図２】
0004873515.tif 000004
【図３】
0004873515.tif 000005
【図４】
0004873515.tif 000006