專利名稱：提供一種在電介質(zhì)疊層具有蝕刻區(qū)域的有機(jī)垂直腔激光陣列裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造有機(jī)垂直腔激光產(chǎn)生裝置的方法。
自80年代中期(K.Kinoshita等人，IEEE J.Quant.Electron.QE-23，882)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出基于無(wú)機(jī)半導(dǎo)體(比如，ALGaAs)的垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSELs)。他們已經(jīng)達(dá)到這樣的進(jìn)度，其中許多公司已經(jīng)制造出基于AlGaAs的VCSELs，其在850納米發(fā)出激光，而該激光裝置的使用年限已經(jīng)超過(guò)100年(K.D.Choquette等人，Proc.IEEE 85，1730)。隨著近年來(lái)這些近紅外激光器的成功，注意力已經(jīng)轉(zhuǎn)向制造在可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍(C.Wilmsen等人，垂直腔表面發(fā)射激光器，劍橋大學(xué)出版社，劍橋，2001)發(fā)射激光的VCSELs的其他無(wú)機(jī)材料系統(tǒng)。對(duì)于可見(jiàn)光激光器有許多有成效的應(yīng)用，諸如顯示器，可讀/寫光存儲(chǔ)器，激光印刷，和使用塑料光纖(T.Ishigure等人，Electron.Lett.31，467)的短程無(wú)線電通訊。盡管有全世界的許多工業(yè)和高等院校實(shí)驗(yàn)室的努力，為創(chuàng)制跨越可見(jiàn)光譜的可見(jiàn)激光二極管(兩者之中任一邊緣的激光發(fā)射器或者VCSELs)的許多工作仍留待去做。
在制造可見(jiàn)光波長(zhǎng)VCSELs的工作中，放棄基于無(wú)機(jī)的系統(tǒng)而集中于基于有機(jī)的激光系統(tǒng)是有益的，這是因?yàn)榛谟袡C(jī)的增益材料可以獲得低的未泵浦的散射/吸收損耗和高量子效應(yīng)。與無(wú)機(jī)激光系統(tǒng)相比，有機(jī)激光器的制造相對(duì)便宜，其可以被制造出發(fā)射跨越全部可見(jiàn)光譜區(qū)的激光，也可以任意大小排列，而最重要地是其能夠以單晶片發(fā)射多種波長(zhǎng)(諸如紅色，綠色和藍(lán)色)。
對(duì)于制造可制造的激光二極管系統(tǒng)，為在裝置的活性區(qū)產(chǎn)生必要的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)通常的方法是使用電注射而不是光泵浦。對(duì)于無(wú)機(jī)系統(tǒng)這是事實(shí)，因?yàn)閷?duì)于大面積裝置它們的光學(xué)泵浦閾值(P.L.Gourley等人，Appl.Phys.Lett.54，1209)近似于104W/cm2數(shù)量級(jí)。如此高的功率密度只能由使用其他激光器作為泵源而獲得，從而排除了無(wú)機(jī)激光器腔的方法。在發(fā)射激光波長(zhǎng)未泵浦的有機(jī)激光器系統(tǒng)已經(jīng)大大減少組合散射和吸收損失(約0.5cm-1)，尤其當(dāng)其使用晶核摻雜劑組合物作為激活媒質(zhì)時(shí)。因此，將可得到低于1W/cm2的光學(xué)泵浦功率密度閾值，尤其是為使有效容積(其導(dǎo)致較低閥值)最小化而使用基于顯微孔隙設(shè)計(jì)的VCSEL時(shí)。功率密度閾值低于1W/cm2重要性在于以便宜且現(xiàn)貨供應(yīng)的非相干發(fā)光二極管來(lái)光學(xué)泵浦激光器腔成為可能。
為通過(guò)有機(jī)VCSEL裝置制造單模(或多模)毫瓦輸出功率，典型地發(fā)射面積的直徑近似為10微米是必須的。因此，1毫瓦的輸出功率將要求由具有產(chǎn)生約6000W/cm2(假定25％的功率轉(zhuǎn)換效率)的泵源裝置來(lái)光學(xué)泵浦。該功率密度水平(和象元大小)遠(yuǎn)超過(guò)LED的容量，此外如果它們以連續(xù)波驅(qū)動(dòng)，很可能導(dǎo)致有機(jī)材料的老化問(wèn)題。圍繞那些問(wèn)題的解決路徑是增加有機(jī)激光器發(fā)射面積的直徑到約350微米，這將減少泵浦功率密度水平到4 W/cm2(為產(chǎn)生1毫瓦的輸出功率)。該功率密度水平和象元大小由現(xiàn)成的400納米無(wú)機(jī)LED來(lái)獲得?？上Оl(fā)射面積直徑為350微米的大面積激光裝置將導(dǎo)致高度的多模輸出以及低功率轉(zhuǎn)換效率(成絲作用的結(jié)果)。因此制造大面積有機(jī)VCSEL裝置是非常有利的，其具有優(yōu)良的功率轉(zhuǎn)換效率和單一峰值(或幾個(gè)峰值)輸出。
本發(fā)明的目的是提供一種制造有機(jī)表面發(fā)射激光器陣列的方法，該陣列特別適于允許從二維陣列的微米級(jí)的有機(jī)激光器象元發(fā)射激光。
這些目的是由制造有機(jī)垂直腔激光陣列裝置的方法達(dá)到的，包括a)提供一種基質(zhì)；b)提供反射跨越預(yù)定波長(zhǎng)范圍光的底部電介質(zhì)疊層的第一部分和將其布置于基質(zhì)上；c)在底部電介質(zhì)疊層第一部分的頂面形成蝕刻區(qū)域，該底部電介質(zhì)疊層被限定為一排間隔的激光器象元，其具有比象元間區(qū)域更高的反射比以便陣列發(fā)射激光。
d)在蝕刻的第一部分上形成底部電介質(zhì)疊層的第二部分；e)為產(chǎn)生激光在底部電介質(zhì)疊層的第二部分上形成有機(jī)活性區(qū)；和f)在活性區(qū)上形成頂部電介質(zhì)疊層，其從底部電介質(zhì)疊層隔開(kāi)，且反射跨越預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是提供一種制造二維有機(jī)激光器陣列裝置的方法，該裝置使用微米級(jí)的激光器象元，其可以由大面積光源來(lái)光學(xué)驅(qū)動(dòng)，并且產(chǎn)生不是單模就是多模的激光輸出，因此減少了散射損失且增加功率轉(zhuǎn)換效率。該裝置使用顯微孔隙設(shè)計(jì)并結(jié)合對(duì)于頂部和底部反射鏡兩者均為高反射比的電介質(zhì)疊層；而且具有包括有機(jī)材料的增益媒介。通過(guò)有選擇地調(diào)整底部疊層的反射比，提供該裝置微米級(jí)的激光器象元。反射比的調(diào)整借助于多步驟過(guò)程獲得，該過(guò)程包括形成底部電介質(zhì)疊層的第一部分，在第一部分表面蝕刻微米級(jí)的激光器象元，接著在該蝕刻面上沉積底部電介質(zhì)疊層的第二部分。由于將蝕刻面深埋于底部電介質(zhì)疊層之內(nèi)(并且遠(yuǎn)離增益區(qū)域)，所以對(duì)于二維有機(jī)激光器陣列裝置減少了散射損失并且增加功率轉(zhuǎn)換效率。


圖1表示按照本發(fā)明制造的光學(xué)泵浦二維有機(jī)垂直腔激光陣列的側(cè)視圖。
圖2表示按照本發(fā)明制造的光學(xué)泵浦二維有機(jī)垂直腔激光陣列的上視圖。
圖3表示按照本發(fā)明制造的光學(xué)泵浦二維有機(jī)垂直腔激光陣列的側(cè)視圖，其包括平面化層；和圖4表示密度對(duì)波長(zhǎng)的示意圖，其描述按照本發(fā)明制造的光學(xué)泵浦二維有機(jī)垂直腔激光陣列的激光發(fā)射光譜。
為使發(fā)射單模(或多模)的大面積激光器結(jié)構(gòu)成為可能，按照本發(fā)明必須構(gòu)造如圖1圖解所示的二維激光陣列裝置100。圖2表示二維激光陣列裝置100的上視圖，其中VCSEL表面上需要被限定為發(fā)射激光的象元200，其由象元間區(qū)域210分隔。如果想要單模發(fā)射激光行為，則從各種象元的發(fā)射需要相位同步，那就是說(shuō)，密度和相位信息必須在象元間交換。通過(guò)由少量的內(nèi)部指數(shù)或者增益控制使激光發(fā)射微弱地限制在象元區(qū)以及在一個(gè)周期的二維陣列內(nèi)排列象元從而獲得最佳。對(duì)于排列在正方形二維陣列中的激光器象元200，相位同步的運(yùn)行導(dǎo)致各元件與其四個(gè)最近鄰不同相180度(E.Kapon和M.Orenstein，US-A-5,086,430)。當(dāng)被應(yīng)用于二維無(wú)機(jī)激光陣列時(shí)，獲得使激光發(fā)射微弱限制于激光器象元的有效方法是通過(guò)增加金屬(E.Kapon和M.Orenstein，US-A-5,086,430)調(diào)整頂部電介質(zhì)疊層的反射比或者由在頂端電介質(zhì)疊層上深蝕刻調(diào)整頂部電介質(zhì)疊層的反射比(P.L.Gourley和他人，Appl.Phys.Lett.58，890)。在兩個(gè)無(wú)機(jī)激光陣列方案中，激光器象元大約3-5微米寬(以便單模行為成為可能)并且象元間間隔是1-2微米。將這些結(jié)果應(yīng)用到有機(jī)激光器系統(tǒng)需要注意，因?yàn)橐坏┯袡C(jī)層已經(jīng)沉積在激光器結(jié)構(gòu)上運(yùn)用微尺度圖形是非常困難的，所以最優(yōu)方案中需要調(diào)整底部電介質(zhì)疊層的反射比。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)由增加金屬調(diào)整反射比很難控制，這是因?yàn)檎{(diào)整僅在跨越很狹窄的(＜1納米)波長(zhǎng)范圍內(nèi)有效。因此，在這些實(shí)施方式中通過(guò)運(yùn)用底部電介質(zhì)疊層的二維組成圖形的蝕刻得以調(diào)整，而未蝕刻區(qū)域210相應(yīng)于底部電解質(zhì)疊層的刻蝕區(qū)域，其中未刻蝕區(qū)域相應(yīng)于激光器象元200。形成激光器象元200的線性排列是可能的，雖然在大多數(shù)情況下其并非優(yōu)選，這是因?yàn)槠鋵?dǎo)致輸入的光泵波束功率的更差轉(zhuǎn)化。雖然借助于反射比調(diào)整對(duì)于激光發(fā)射的微弱限制可以導(dǎo)致在最佳情形下相位同步單模發(fā)射激光行為，但是如果相位同步僅僅是局部的或如果高階波型占優(yōu)勢(shì)，則多模發(fā)射激光行為將發(fā)生。在實(shí)例中光斑的減少是重要的，比如顯示應(yīng)用，而多模發(fā)射激光行為是優(yōu)選的。在此情況下，為破壞均勻的局部相位同步，激光器象元200可以隨機(jī)地被放入平面中。
回來(lái)參考圖1，基質(zhì)110可以是光透射的或者不透明的，這取決于光泵浦以及激光發(fā)射的預(yù)定方向。該基質(zhì)110可以是透明玻璃或塑料。換句話說(shuō)，不透明基質(zhì)包括但不限于半導(dǎo)體材料(比如，硅)或陶瓷材料，其可被用于這樣的情形，即其中光泵浦以及激光發(fā)射由相同表面發(fā)生。沉積底部電介質(zhì)疊層于基質(zhì)110上，該疊層由折射率高低交替的電介質(zhì)材料組成。通常，底部電介質(zhì)疊層設(shè)計(jì)成能反射跨越預(yù)定波長(zhǎng)范圍的激光。典型的高低折射率材料分別是TiO2以及SiO2。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電子束沉積作用，沉積底部電介質(zhì)疊層，其中典型的沉積溫度是240℃。為最小化散射損失以及相應(yīng)地促進(jìn)功率轉(zhuǎn)換效率，最好底部電介質(zhì)疊層的蝕刻面從活性區(qū)130移去，其中固定電磁場(chǎng)(e-field)的密度最高。因此底部電介質(zhì)疊層在兩部分間沉積，即第一部分120和第二部分125間，借此通過(guò)在底部電介質(zhì)疊層120的第一部分表面形成蝕刻區(qū)域150從而獲得反射比的調(diào)整。為從活性區(qū)130隔開(kāi)蝕刻區(qū)域150，最好是底部電介質(zhì)疊層120的第一部分最多包含3到5個(gè)介質(zhì)層，而介質(zhì)層反射激光。對(duì)于添加到底部疊層用于反射泵浦束180使其回入活性區(qū)130附加的介質(zhì)層情況，這些層將被首先沉積入底部電介質(zhì)疊層120的第一部分。
圖形蝕刻區(qū)域150由使用標(biāo)準(zhǔn)照相平版印刷和蝕刻技術(shù)形成于底部電介質(zhì)疊層120的第一部分，從而形成在底部電介質(zhì)疊層120第一部分表面上的圓形柱二維陣列。在優(yōu)選實(shí)施方式中，激光器象元的形狀為圓形；然而其他象元形狀也是可能的，比如矩形。象元間的間隔其范圍為0.25至4微米。借助實(shí)驗(yàn)已經(jīng)確定應(yīng)該移動(dòng)底部電介質(zhì)疊層120第一部分的任一或兩個(gè)節(jié)段以產(chǎn)生蝕刻區(qū)域150。比這更深的蝕刻一般導(dǎo)致激光陣列性能差。在形成蝕刻區(qū)域150之后，底部電介質(zhì)疊層125的第二部分沉積在底部電介質(zhì)疊層120第一部分的上方。如圖1大致所示，底部電介質(zhì)疊層125的第二部分填滿蝕刻區(qū)域150。正如以上的討論，底部電介質(zhì)疊層125的第二部分由高低折射率電介質(zhì)材料的交替層組成，比如分別是TiO2和SiO2。至于第一部分和第二部分一般由電子束在240℃下被沉積。
活性區(qū)130沉積在底部電介質(zhì)125第二部分上方。圖1顯示活性區(qū)130不是整體層而是多層復(fù)合體。遵循Brueck等人(US-A-4,88 1,236)的建議，對(duì)于無(wú)機(jī)激光器活性區(qū)130包含一個(gè)或多個(gè)循環(huán)的增益區(qū)域160，其由間隔層170隔開(kāi)。循環(huán)增益區(qū)域160的厚度一般少于50納米，優(yōu)選厚度為5到30納米。間隔層170的厚度是可選擇的，因此循環(huán)的增益區(qū)域(s)與激光腔的固定電場(chǎng)相匹配。在活性區(qū)使用循環(huán)增益區(qū)域(s)導(dǎo)致更大的功率轉(zhuǎn)換效率和大量減少不需要的自發(fā)發(fā)射。總之，活性區(qū)130包括一個(gè)或多個(gè)循環(huán)的增益區(qū)域160和間隔層170，該間隔層布置于循環(huán)增益區(qū)域(s)任何一邊并且以便于循環(huán)增益區(qū)域(s)與裝置的定波電磁場(chǎng)的波腹相匹配的方式排列。
循環(huán)增益區(qū)域(s)160由小分子量有機(jī)材料或聚合有機(jī)材料組成，其以高量子效率發(fā)熒光。小分子量有機(jī)材料一般由高真空(10-6Torr)熱蒸發(fā)沉積，而共軛聚合物通常由離心澆鑄形成。
除非明確說(shuō)明，術(shù)語(yǔ)“取代的”或“取代基”其意思是除了氫的任何基團(tuán)或原子。另外，當(dāng)使用術(shù)語(yǔ)“基團(tuán)”時(shí)，意指當(dāng)取代基包含一個(gè)可替換的氫時(shí)，意味著不僅包括取代基的未被取代的形式，也包括其由在此提及的任何取代基或基團(tuán)進(jìn)一步取代的形式，只要取代基不破壞裝置效用所必須的特性。適宜地，取代基可以是鹵素或取代基可以由碳、硅、氧、氮、磷、硫、硒或硼原子鍵合到該分子的殘余部分。取代基比如可以是鹵素，例如氯、溴基或氟代；硝基；羥基；氰基；羧基；或可以進(jìn)一步取代的基團(tuán)比如烷基，包括直鏈、支鏈或環(huán)烷基，比如甲基、三氟甲基、乙基、叔丁基、3-(2，4-二-叔戊基苯氧基)丙基和十四烷基；鏈烯基比如乙烯、2-丁烯；烷氧基比如甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、2-甲氧基乙氧基、仲丁氧基、己氧基、2-乙基乙氧基、十四烷氧基、2-(2，4-二-叔戊基苯氧基)乙氧基和2-十二烷氧基乙氧基；芳基比如苯基、4-叔丁基苯基、2，4，6-三甲基苯基、萘基；芳氧基比如苯氧基、2-甲基苯氧基、α-或β-萘氧基和4-甲苯氧基；酰胺基比如乙酰氨基、苯甲酰氨基、丁酰氨基、十四酰氨基、α-(2，4-二-叔戊基苯氧基)乙酰氨基、α-(2，4-二-叔戊基苯氧基)丁酰氨基、α-(3-十五烷基苯氧基)-己酰氨基、α-(4-羥基-3-叔丁基苯氧基)-十四酰氨基、2-氧代-四氫化吡咯-1-基、2-氧代-5-十四烷基吡咯啉-1-基、N-甲基十四酰氨基、N-琥珀酰氨基、N-苯二甲酰亞氨基、2，5-二氧代-1-噁唑烷基、3-十二烷基-2，5-二氧代-1-咪唑基和N-乙酰-N-十二酰氨基、乙氧甲酰氨基、苯氧基酰氨基、卞氧基酰氨基、十六烷氧基酰氨基、2，4-二-叔丁基苯氧基酰氨基、苯基酰氨基、2，5-(二-叔戊基苯基)酰氨基、對(duì)-十二烷基苯基酰氨基、對(duì)-甲苯酰氨基、N-甲基脲基、N，N-二甲基脲基、N-甲基-N-十二烷基脲基、N-十六烷基脲基、N，N-二-十八烷基脲基、N，N-二辛基-N′-乙基脲基、N-苯基脲基、N，N-二苯基脲基、N-苯基-N-對(duì)-甲苯基脲基、N-(間-十六烷基苯基)脲基、N，N-(2，5-二-叔戊基苯基)-N′-乙基脲基和叔丁酰氨基；磺酰胺比如甲基磺酰氨、苯磺酰氨、對(duì)-甲苯磺酰氨、對(duì)-十二烷基苯磺酰氨、N-甲基十四烷基磺酰氨、N，N-二丙基-磺酰氨和十六烷基磺酰氨；氨磺酰比如N-甲基氨磺酰、N-乙基氨磺酰、N，N-二丙基氨磺酰、N-十六烷基氨磺酰、N，N-二甲基氨磺酰、N-[3-(十二烷氧基)丙基]-氨磺酰、N-[4-(2，4-二-叔-戊基苯氧基)丁基]氨磺酰、N-甲基-N-十四氨磺酰和N-十二氨磺酰；氨基甲?；热鏝-甲基氨基甲酰基、N，N-二丁基氨基甲?；?、N-十八烷基氨基甲?；?、N-[4-(2，4-二-叔戊基苯氧基)丁基]氨基甲?；?、N-甲基-N-十四烷基氨基甲?；蚇，N-二辛基氨基甲?；?；?；热缫阴；?、(2，4-二-叔戊基苯氧基)乙?；?、苯氧基碳?；?duì)-十二烷氧基苯氧基碳?；籽豸术；?、丁氧基碳?；⑹耐檠趸减；?、乙氧甲酰、芐氧基碳酰基、3-十五烷氧基碳?；褪檠趸减；?；磺酰基比如甲氧基磺酰、辛氧基磺酰、十四烷氧基磺酰、2-乙基己氧基磺酰、苯氧基磺酰、2，4-二-叔戊基苯氧基磺酰、甲磺酰、辛磺酰、2-乙基己基磺酰、十二烷基磺酰、十六烷基磺酰、苯磺酰、4-壬基苯基磺酰和對(duì)-甲苯磺酰；磺酰氧基比如十二磺酰氧基和十六磺酰氧基；亞磺?；热缂谆鶃喕酋；?、辛基亞磺?；?-乙基己基亞磺?；?、十二亞磺?；?、十六亞磺?；?、苯亞磺酰基、4-壬基苯亞磺酰和對(duì)-甲苯基亞磺?；涣蚧热缫伊蚧?、辛硫基、苯甲硫基、十四硫基、2-(2，4-二-叔戊基苯氧基)乙硫基、苯硫基、2-丁氧基-5-叔辛基苯硫基和對(duì)-甲苯基硫基；酸基比如乙酸基、苯甲酸基、十八酸基、對(duì)-十二烷基氨基苯甲酸基、N-苯基氨基甲酸基、N-乙基氨基甲酸基和環(huán)己基羧酸基；胺比如聯(lián)苯氨基、2-氯苯胺基、二乙胺、十二烷胺；亞氨基比如1(N-苯基亞氨基)乙基、N-琥珀酰亞胺基或3-卞基乙內(nèi)酰脲；磷酸鹽比如二甲基磷酸鹽和乙基丁基磷酸鹽；亞磷酸鹽比如二乙基亞磷酸鹽和二己基亞磷酸鹽；雜環(huán)基團(tuán)、雜環(huán)基氧基基團(tuán)或雜環(huán)硫基基團(tuán)，其中每一個(gè)可以被取代并且其包含3至7元雜環(huán)，雜環(huán)由碳原子和至少一個(gè)選自在基團(tuán)中含有氧、氮、硫、磷或硼的雜原子組成。例如2-呋喃基、2-噻吩基、2-苯并咪唑氧基或2-苯并噻唑基；季銨比如三乙基銨；季磷比如三苯基磷；和甲硅烷基氧基比如三甲基甲硅烷基氧基。
如果需要，取代基本身可以進(jìn)一步以所述取代基被取代一次或以上?？梢杂赡切┍绢I(lǐng)域熟練技術(shù)人員挑選特定的取代基以獲得對(duì)于專門應(yīng)用的所需特性，并且可以包括例如吸電子基團(tuán)、供電子基團(tuán)以及立體基團(tuán)。當(dāng)分子可以具有兩或以上取代基時(shí)，除非另有規(guī)定取代基可以被連接在一起以形成環(huán)比如稠環(huán)。通常上述基團(tuán)以及取代基可以包括具有48個(gè)之多的碳原子，典型地為1至36個(gè)碳原子，而通常少于24個(gè)碳原子，但是更大數(shù)目也是可能的，而這取決于所選的特定取代基。取代可以包括稠環(huán)衍生物比如苯并、二苯并、石腦油或二萘并稠合衍生物，但是并不限于此。這些稠環(huán)衍生物也可以被進(jìn)一步取代。
循環(huán)增益區(qū)域(s)160(或發(fā)射材料)可以由單基質(zhì)材料組成，但是更為通常地包括基質(zhì)和摻雜于上的客體化合物(摻雜劑)或發(fā)光主要是來(lái)自摻雜劑并且可以是任何顏色的化合物。這些基質(zhì)摻雜劑組合物是有利的，因?yàn)閷?duì)于該增益媒介(可以少于1cm-1)它們導(dǎo)致很小的未泵浦散射/吸收損耗。摻雜劑通常選自高熒光染料，而不是磷光質(zhì)化合物，例如在WO 98/55561，WO 00/18851，WO 00/57676和WO 0070655中所述應(yīng)用于OLED的過(guò)渡金屬絡(luò)合物也是有用的。一般地?fù)诫s劑以0.01至10重量％涂敷于基質(zhì)材料，其中它們可以被挑選用以提供具有紅、綠色或者藍(lán)色之一色彩的發(fā)射光，對(duì)于紅色發(fā)光層的基質(zhì)摻雜劑組合物的有用實(shí)施例是Alq作為基質(zhì)材料而1％的L39[4-(二氰亞甲基-2-叔丁基-6-(1，1，7，7-四甲基久洛尼定-9-烯基-4H-吡喃作為摻雜劑。
對(duì)于選擇染料作為摻雜劑的重要相互關(guān)系是摻雜材料的吸收和基質(zhì)的發(fā)射的對(duì)比。對(duì)于從基質(zhì)到摻雜劑分子的有效能量傳遞(借助于Forster能量傳遞)，必要條件是摻雜劑的吸收疊覆基質(zhì)材料的發(fā)射。本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員熟悉Forster能量傳遞的概念，其基質(zhì)和摻雜劑分子間的能量無(wú)輻射變換。對(duì)于選擇基質(zhì)材料的重要相互關(guān)系是基質(zhì)材料的吸收顯著地疊覆泵浦-束180光的發(fā)射光譜。此外最好是基質(zhì)材料或基質(zhì)材料加摻雜劑的吸收在裝置100的激光發(fā)射波長(zhǎng)下是小的。吸收的可接受的程度是在激光發(fā)射波長(zhǎng)下基質(zhì)加摻雜劑組合物的吸收系數(shù)少于10cm-1。
有用的熒光發(fā)射材料包括如I.B.Berlman，“Handbook ofFluorescence Spectra of Aromatic Molecules，”Academic Press，NewYork，1971和EP 1 009 041中所述的多環(huán)芳香烴化合物。可以使用具有兩個(gè)以上胺基的三芳族胺包括寡聚材料。
另一類有用的發(fā)射材料(用于基質(zhì)或摻雜劑)包括芳族叔胺，其中應(yīng)當(dāng)理解后者是包含至少一個(gè)三價(jià)氮原子的化合物，氮原子僅僅與碳原子鍵合，至少其中之一是一元芳環(huán)。形式之一的芳族叔胺可以是芳基胺類比如單芳基胺類、二芳基胺、三芳基胺或寡聚芳基胺類。Klupfel等人在US-A-3 180,730中闡明了典型的單體三芳基胺。其他適宜的三芳基胺被以一個(gè)或以上的乙烯基基團(tuán)取代和/或包括至少一個(gè)活性氫的基團(tuán)，而這些已經(jīng)由Brantley等人在US-A-3,567,450和US-A-3,658,520中披露。
如在US-A-4,720,432和US-A-5,061,569中說(shuō)明了更加優(yōu)選的芳族叔胺是那些包括至少兩個(gè)芳族叔胺部分。諸如此類的化合物包括由結(jié)構(gòu)式A表示的化合物。
其中Q1和Q2分別選自芳族叔胺部分；而G是一個(gè)聯(lián)結(jié)基比如亞芳香基、環(huán)亞烴基或碳碳鍵的亞烴基在一個(gè)實(shí)施方式中，Q1或Q2的至少一個(gè)包含多環(huán)稠環(huán)結(jié)構(gòu)，例如萘。當(dāng)G是芳基時(shí)，其合適的是亞苯基、亞聯(lián)苯基或萘的部分。
三芳基胺的有用種類滿足結(jié)構(gòu)式A并且包含兩個(gè)三芳基胺部分，其由結(jié)構(gòu)式B表示。
其中R1和R2各自分別代表氫原子、芳基或烷基，或R1與R2共同代表構(gòu)成環(huán)烷基的原子。以及R3和R4各自分別代表芳基，其依次由胺基取代的二芳基取代，并由結(jié)構(gòu)式C表示。
其中R5和R6分別選自芳基。在一種實(shí)施方式中，R5或R6的至少一個(gè)包含多環(huán)稠環(huán)結(jié)構(gòu)，例如萘。
基質(zhì)材料可以包含取代的或未取代的三芳基胺化合物。另一類的芳族叔胺是四芳基二胺。所需的四芳基胺包括兩個(gè)二芳基氨基基團(tuán)，比如由分子式C表示并通過(guò)亞芳基被連接。有用的四芳基胺是那些由分子式D所代表的。
其中每個(gè)Are分別選自亞芳香基比如亞苯基或蒽的部分；n代表1到4的整數(shù)；并且Ar、R7、R8和R9分別選自芳基。
在一個(gè)典型實(shí)施方式中，Ar、R7、R8和R9的至少一個(gè)是多環(huán)稠環(huán)結(jié)構(gòu)例如萘。
上述結(jié)構(gòu)式A、B、C、D的各種烷基、亞烷基、芳基和亞芳香基的部分每個(gè)均可以依次被取代。典型的取代基包括烷基、烷氧基、芳基、芳氧基和鹵素比如氟化物、氯化物和溴化物。各種的烷基和亞烷基的部分一般包含1到大約6個(gè)碳原子。環(huán)烷基的部分可以包含3到大約10個(gè)碳原子，但是一般包含五、六或七個(gè)碳原子。例如環(huán)戊基、環(huán)己基和環(huán)庚基的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。芳基和亞芳香基的部分是苯基和亞苯基的部分。
發(fā)射材料可以由單一芳族叔胺化合物或者其混合物形成。具體地說(shuō)，發(fā)射材料可以使用比如滿足分子式B的三芳基胺與比如由分子式D表示的四芳基二胺的組合物?；|(zhì)材料可以包括取代或未被取代的二咔唑-聯(lián)苯化合物。有用的芳族叔胺的由下列說(shuō)明4，4′-N，N′-二-咔唑-1，1′-聯(lián)苯(CBP)(D1)4，4′-二[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]聯(lián)苯(D2)4，4′-二[N-(1-萘基)-N-(2-萘基)氨基]聯(lián)苯基(D3)4，4′-二[N-(2-萘基)-N-對(duì)-甲苯基氨基]聯(lián)苯(D4)1，1-二(4-二-對(duì)-甲苯基氨基苯基)環(huán)己烷1，1-二(4-二-對(duì)-甲苯基氨基苯基)-4-苯基環(huán)己烷4，4′-二(二苯胺)四苯基二(4-二甲基氨基-2-甲基苯基)-苯基甲烷N，N，N-三(對(duì)-甲苯基)胺4-(二-對(duì)-甲苯基氨基)-4′-[4-(二-對(duì)-甲苯基氨基)-苯乙烯基]芪N，N，N′，N′-四-對(duì)-甲苯基-4-4′-二氨基聯(lián)苯N，N，N′，N′-四苯基-4-4′-二氨基聯(lián)苯N，N，N′，N′-四-1-萘基-4-4′-二氨基聯(lián)苯N，N，N′N′-四-2-萘基-4，4′-二氨基聯(lián)苯N-苯基咔唑4，4″-二[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]對(duì)-三聯(lián)苯4，4′二[N-(2-萘基)-N-苯基氨基]聯(lián)苯4，4′二-[N-(3-苊基)-N-苯基氨基]聯(lián)苯1，5-二[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]萘4，4′-二[N-(9-蒽基)-N-苯基氨基]聯(lián)苯4，4″-二[N-(1-蒽基)-N-苯基氨基]對(duì)-三聯(lián)苯4，4′-二[N-(2-菲基)-N-苯基胺基]聯(lián)苯4，4′-二[N-(8-熒蒽基)-N-苯基氨基]聯(lián)苯4，4′-二[N-(2-芘基)-N-苯基氨基]聯(lián)苯4，4′-二[N-(2-萘并萘基)-N-苯基氨基]聯(lián)苯4，4′-二[N-(2-苝)-N-苯基氨基]聯(lián)苯
4，4′-二[N-(1-蔻基)-N-苯基氨基]聯(lián)苯2，6-二(二-對(duì)-甲苯基氨基)萘2，6-二[二(1-萘基)氨基]萘2，6-二[N-(1-萘基)-N-(2-萘基)氨基的]萘N，N，N N′-四(2-萘基)-4，4″-二氨基-對(duì)-三聯(lián)苯4，4′-二{{N-苯基-N-[4-(1-萘基)-苯基]氨基}聯(lián)苯，4，4′-二[N-苯基-N-(2-芘基)氨基]聯(lián)苯2，6-二[N，N-二(2-萘基)胺]芴1，5-二[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]萘4，4′，4″-三[(3-甲基苯基)苯基氨基]三苯胺。
基質(zhì)材料可以包含取代或未被取代的氮雜芳族化合物。例如基質(zhì)材料可以包含取代或未被取代的吖啶、喹啉、嘌呤、吩嗪、吩噁嗪或菲咯啉化合物。咔唑衍生物是有用的基質(zhì)。菲咯啉材料的有用材料包括2，9-二甲基-4，7-聯(lián)苯-1，10-菲咯啉和4，7-聯(lián)苯-1，10-菲咯啉。
基質(zhì)和摻雜劑分子包括但并不局限于在US-A-4,768,292；US-A-5,141,671；US-A-5,150,006；US-A-5,151,629；US-A-5,405,709；US-A-5,484,922；US-A-5,593,788；US-A-5,645,948；US-A-5,683,823；US-A-5,755,999；US-A-5,928,802；US-A-5,935,720；US-A-5,935,721；和US-A-6,020,078所公開(kāi)的分子。
8-羥基喹啉及其類似衍生物(分子式E)的金屬絡(luò)合物形成一種有用的基質(zhì)材料其能夠支持電致發(fā)光，并且特別適于比500納米波長(zhǎng)更長(zhǎng)的發(fā)光，例如綠、黃、橙和紅。
其中M代表金屬n是1至3的整數(shù)；和Z在每一種情況下獨(dú)立地代表這樣一種原子，即該原子形成至少具有兩個(gè)稠芳環(huán)的母核。
如上所述，顯而易見(jiàn)金屬可以是單價(jià)、二價(jià)、三價(jià)或四價(jià)金屬。金屬例如是堿金屬，比如鋰、鈉或鉀；堿土金屬比如鎂或鈣；土金屬比如鋁或鎵；或過(guò)渡金屬比如鋅或鋯。通?？梢允褂靡阎魏螁蝺r(jià)、二價(jià)、三價(jià)或四價(jià)金屬，該金屬是有效的螯合金屬。
Z形成雜環(huán)母核，該雜環(huán)母核包含至少兩個(gè)稠芳環(huán)，至少其中之一是吡咯或吖嗪環(huán)。附加的環(huán)既包括脂肪族環(huán)又包括芳環(huán)，如果需要其可以由兩個(gè)所需的環(huán)稠合。為避免增加分子的尺寸而沒(méi)有改進(jìn)功能，環(huán)原子的數(shù)目通常維持在18或以下。
基質(zhì)材料可以包含取代或未被取代的螯合喔星化合物。
有用的螯合喔星化合物如下所述CO-1鋁三喔星[別名，三(8-羥基喹啉)鋁(III)]CO-2鎂二喔星[別名，二(8-羥基喹啉)鎂(II)]CO-3二[苯并{f}-8-羥基喹啉]鋅(II)CO-4二(2-甲基-8-羥基喹啉)鋁(III)-μ-氧代-二(2-甲基-8-羥基喹啉)鋁(III)CO-5銦三喔星[別名，三(8-羥基喹啉)銦(III)]CO-6鋁三(5-甲基喔星)[別名，三(5-甲基-8-羥基喹啉)鋁(III)]CO-7鋰喔星[別名，(8-羥基喹啉)鋰(I)]CO-8鎵喔星[別名，三(8-羥基喹啉)鎵(III)]CO-9鋯喔星[別名，四(8-羥基喹啉)鋯(IV)]。
基質(zhì)材料可以包括取代或未取代的蒽化合物。
9，10-二(2-萘基)蒽(分子式F)的衍生物形成一種有用的基質(zhì)材料其能夠支持光致發(fā)光，并且特別適于比400納米波長(zhǎng)更長(zhǎng)的發(fā)光，例如藍(lán)、綠、黃、橙或紅。

其中R1、R2、R3、R4、R5和R6代表在每個(gè)環(huán)上的一個(gè)或以上的取代基，其中每個(gè)取代基分別選自下列基團(tuán)基團(tuán)1氫或從1到24個(gè)碳原子的烷基；基團(tuán)2芳基或5到20個(gè)碳原子的被取代的芳基的；基團(tuán)3碳原子數(shù)為4到24，其為形成蒽基、芘基或苝基的稠芳環(huán)所必需的原子數(shù)。
基團(tuán)4碳原子數(shù)為5至24個(gè)的雜芳基或被取代的雜芳基，其碳原子數(shù)為形成呋喃基、噻吩基、吡啶基、喹啉基或其他雜環(huán)體系的稠合的雜芳環(huán)所必需；基團(tuán)5碳原子數(shù)為1到24的烷氧基氨基、烷基氨基或芳基氨基；和基團(tuán)6氟、氯、溴或氰基。
說(shuō)明的例子包括9，10-二(2-萘基)蒽(F1)和2-叔-丁基-9，10-二-(2-萘基)蒽(F2)。其他蒽衍生物也可以被用作基質(zhì)，包括9，10-二(4-(2，2′-二苯乙烯基)苯基)蒽。
吲哚衍生物(分子式G)的衍生物形成另一種有用基質(zhì)材料其能夠支持光致發(fā)光，并且特別適于比400納米波長(zhǎng)更長(zhǎng)的發(fā)光，例如藍(lán)、綠、黃、橙或紅。
其中n是3到8的整數(shù)；Z是O，NR或S；和R和R′分別是氫；碳原子數(shù)1至24的烷基例如丙基、叔丁基、庚基等等；芳基或碳原子數(shù)5到20的被雜原子取代的芳基例如苯基和萘基、呋喃基、噻吩基、吡啶基、喹啉基及其他雜環(huán)體系；或鹵素比如氯代、氟代；或形成稠合芳環(huán)所必需的原子；和L是連接單元包括烷基、芳基、被取代的烷基或被取代的芳基，其將數(shù)個(gè)吲哚以共軛或非共軛連接在一起。有用的吲哚實(shí)施例是2，2′，2″-(1，3，5-亞苯基)三[1-苯基-1H-苯并咪唑]。
基質(zhì)材料可以包含取代或未被取代的苯并噁唑化合物、取代或未被取代的苯基噻唑化合物，或取代或未被取代的苯并咪唑化合物。基質(zhì)材料可以包含取代或未被取代的噁唑化合物、取代或未被取代的三唑化合物，或取代或未被取代的噁二唑化合物。噁唑化合物的有用實(shí)施例包括1，4-二(5-苯基噁唑-2-基)苯、1，4-二(4-甲基-5-苯基噁唑-2-基)苯，和1，4-二(5-(對(duì)-聯(lián)苯)噁唑-2-基)苯。噁二唑化合物的有用實(shí)施例包括2-(4-聯(lián)苯基)-5-苯基-1，3，4-噁二唑和2-(4-聯(lián)苯基)-5-(4-叔-丁基苯基)-1，3，4-噁二唑。三唑化合物的有用實(shí)施例包括3-(4-聯(lián)苯基)-4-苯基-5-叔-丁基苯基-1，2，4-三唑。
聯(lián)苯乙烯芳烯衍生物作為基質(zhì)材料或摻雜劑材料也是有用的，在US-A-5,121,029記述了許多實(shí)施例。有用的發(fā)射材料(基質(zhì)和摻雜劑)可以具有通式(H)或(I)X-CH＝CH-Y-CH＝CH-Z (H)X-(CH＝CH)n-Z (I)其中X和Z分別是取代或未被取代的芳基或取代或未被取代的具有一個(gè)氮原子芳族多元環(huán)基團(tuán)；n等于1，2或3；和Y是二價(jià)芳基或具有一個(gè)氮原子的二價(jià)芳族多元環(huán)基團(tuán)。有用的實(shí)施例包括1，4-二(2-甲基苯乙烯基)-苯、4，4′-(9，10-蒽二基二-2，1-乙烯二基)二(N，N-二(4-甲基苯基)-苯胺、4，4′-(1，4-萘二基二-2，1-乙烯二基)二(N，N-二(4-甲基苯基)苯胺和4，4′-(1，4-苯撐-2，1-乙烯二基)二(N，N-(4-甲苯基))苯胺。
所選擇的摻雜劑用以提供300-1700納米的發(fā)射。摻雜劑可以選自熒光或磷光的染料。有用的熒光摻雜劑包括如上所述的基質(zhì)材料。其他有用的熒光摻雜劑包括，但并不限于取代或未被取代的蒽、并四苯、氧雜蒽、苝、紅熒烯、香豆素、玫瑰精和喹吖啶酮、二氰基亞甲基吡喃化合物、噻喃化合物、聚甲炔化合物、吡喃嗡和噻喃嗡化合物、芴衍生物、periflanthene衍生物、茚苝衍生物、二(吖嗪基)胺硼化合物、二(吖嗪基)甲烷化合物、二氮雜萘、熒蒽、呋喃、吲哚、硫苯、苯并咕噸、芘、靴二蒽、三聯(lián)苯、四聯(lián)苯、五聯(lián)苯、聯(lián)六苯、蒽嵌蒽、二蒽烯化合物、N，N，N′，N′-四取代苯胺衍生物、N，N，N′，N′-四芳基苯胺衍生物和羰基苯乙烯基化合物，或其組合物。這些類型的材料的衍生物還可以充當(dāng)有用的基質(zhì)材料或其組合物，或結(jié)合其基質(zhì)材料經(jīng)常是包含至少三亞苯基的部分的化合物。
對(duì)有用摻雜劑的例子如下所述，但是并不限于此




其他發(fā)射材料包括如US-A-4,539,507所描述的各種雜環(huán)熒光增白劑。
發(fā)射材料還可以是聚合材料、兩個(gè)或以上聚合材料的混合物或摻雜的聚合物或共混聚合物。發(fā)射材料還可以是在有或者沒(méi)有摻雜劑下一個(gè)以上非聚合和聚合材料的組合。典型的摻雜劑早先被列出的是非聚合分子。非聚合摻雜劑可以是以分子形式分散入聚合基質(zhì)，或摻雜劑可以是通過(guò)共聚合微量組分從而被添加到基質(zhì)聚合物。典型的聚合材料包括但并不局限于取代和未被取代的聚(對(duì)-亞苯基乙烯撐)(PPV)衍生物、取代和未被取代的聚(對(duì)亞苯基)(PPP)衍生物、取代和未被取代的聚芴(PF)衍生物、取代和未被取代的聚(對(duì)-吡啶)、取代和未被取代的聚(對(duì)-噠嗪基亞乙烯基)衍生物、和取代、未被取代的聚(對(duì)-亞苯基)梯型聚合物和階梯型聚合物、和如Diaz-Garcia等在US-A-5,881,083及其參考文獻(xiàn)中所教導(dǎo)的共聚物。取代基包括當(dāng)并不局限于烷基、環(huán)烷基、鏈烯基、芳基、雜芳基、烷氧基、芳氧基、氨基、硝基、硫基、鹵素、羥基和氰基。典型的聚合物是聚(對(duì)-亞苯基亞乙烯基)；二烷基-、二芳基-、二氨基-或二烷氧基-取代的PPV；單烷基-、單烷氧基-取代的PPV；單芳基-取代的PPV；9，9′-二烷基或二芳基-取代的PF，9，9′-單乙醇(alky)-單芳基取代的PF；9-單乙醇或芳基取代的PF、PPP；二烷基-、二氨基、二芳基-或二烷氧基取代的PPP；單烷基-、芳基-、烷氧基-或氨基-取代的PPP。此外能被使用的聚合材料比如是聚(N-乙烯基咔唑)(PVK)、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺和共聚物比如聚(3，4-乙烯二氧噻吩)/聚(4-苯乙烯磺酸鹽)其也被稱為PEDOT/PSS。
PBDOT/PSS.
如上所述的有機(jī)材料適宜經(jīng)由升華而被沉積，但是也可以從溶劑中被沉積，該溶劑具有用以改善成膜的任選結(jié)合劑。如果材料是聚合物，通常優(yōu)選溶劑沉積。如US-A-6,237,529所述通過(guò)升華用以沉積的材料可以從升華器“蒸發(fā)皿”中蒸發(fā)，該“蒸發(fā)皿”由鉭材料組成，或可以首先被涂覆于供體片材上然后非常接近于基質(zhì)被升華。具有混合物材料的層可以利用分開(kāi)的升華器蒸發(fā)皿或可以預(yù)混合材料然后由單個(gè)蒸發(fā)皿或供體片材被涂覆。圖形沉積可以通過(guò)使用遮光板、整體遮光板(US-A-5,294,870)、由供體片材以空間限定熱染料轉(zhuǎn)印(US-A-5,688,551；US-A-5,851,709；US-A-6,066,357)和噴墨方法(US-A-6,066,357)獲得。
大多數(shù)有機(jī)激光器裝置對(duì)水分或氧或兩者敏感，所以通常以惰性氣氛比如氮或氬，封閉它們。干燥劑比如礬土、鐵鋁氧石、硫酸鈣、粘土、硅膠、沸石、堿金屬氧化物、堿土金屬氧化物、硫酸鹽、或金屬鹵化物和高氯酸鹽可以放置于密封裝置內(nèi)。密封和干燥方法包括但并不局限于如US-A-6,226,890所述的方法。此外，屏障層比如SiOx、聚四氟乙烯和交替的無(wú)機(jī)/聚合物層本領(lǐng)域已公知用于密封。
對(duì)于隔離層170優(yōu)選使用這樣一種材料，即其對(duì)激光發(fā)射190和泵浦-橫梁180兩者是高透明的。在這些實(shí)施方式中，挑選1，1-二(4-二(4-甲基-苯基)-氨基-苯基)-環(huán)己烷(TAPC)作為隔離材料，因?yàn)樵谡麄€(gè)可見(jiàn)光和近紫外光譜其具有極低吸收同時(shí)它的折射指數(shù)比大多數(shù)有機(jī)基質(zhì)材料稍微低一些。這些折射指數(shù)的差異是有用的，因?yàn)樗龠M(jìn)恒定電磁場(chǎng)波腹和循環(huán)增益區(qū)域(s)160間的疊加的最大化。除有機(jī)隔離材料之外，隔離層170還可以由無(wú)機(jī)材料比如SiO2組成，因?yàn)槠渚哂械臀胀瑫r(shí)其折射指數(shù)少于那些有機(jī)基質(zhì)材料。當(dāng)使用基于無(wú)機(jī)的隔離層時(shí)，材料可以由熱蒸發(fā)或者在低沉積溫度下通過(guò)電子束被沉積。
接著活性區(qū)130沉積在頂部的電介質(zhì)疊層140。頂部電介質(zhì)疊層140，其從底部電介質(zhì)疊層隔開(kāi)，且反射跨越預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光。其成分類似于底部電介質(zhì)疊層。因?yàn)轫敳侩娊橘|(zhì)疊層140沉積在活性區(qū)的上方，該活性區(qū)包含有機(jī)物，必須保持其低沉積溫度以免熔融有機(jī)物。因此，對(duì)于頂部的電介質(zhì)疊層140典型的沉積溫度是70℃。為獲得優(yōu)良的發(fā)射激光性能，優(yōu)選頂部和底部的峰值反射率大于99％，其中較小的數(shù)值導(dǎo)致較大的發(fā)射激光的行距。
二維激光陣列裝置100由入射泵浦-束源180光學(xué)驅(qū)動(dòng)并發(fā)射激光輻射190。依靠有機(jī)激光器腔發(fā)射激光的功率密度閾值，泵浦-束既可以是聚焦激光也可以是非相干的LED光。圖1表示穿過(guò)基質(zhì)110的激光輻射190。或者，靠電介質(zhì)疊層反射比特性的恰當(dāng)設(shè)計(jì)，隨著激光輻射190穿過(guò)頂部電介質(zhì)疊層140，通過(guò)基質(zhì)110可以光學(xué)泵浦激光器構(gòu)件。就不透明基質(zhì)(例如硅)來(lái)說(shuō)，光泵浦和激光輻射兩者都通過(guò)頂部的電介質(zhì)疊層140發(fā)生。光學(xué)泵浦有機(jī)激光器陣列裝置由下列方法進(jìn)行操作。泵浦-束180透射通過(guò)頂部的電介質(zhì)疊層140，然后為循環(huán)增益區(qū)域(s)160所吸收，其中泵浦-束能量的一些部分作為較長(zhǎng)波長(zhǎng)激光被再發(fā)射。當(dāng)泵浦-束180通過(guò)頂部的電介質(zhì)疊層140進(jìn)入時(shí)，為保證激光輸出190主要通過(guò)基質(zhì)110出射，選擇頂部電介質(zhì)疊層峰值反射比大于底部電介質(zhì)疊層峰值反射比是必須的。為改善裝置的功率轉(zhuǎn)換效率，通常的做法是對(duì)兩個(gè)電介質(zhì)疊層都增加額外介質(zhì)層，因此底部電介質(zhì)疊層120的第一部分高反射泵浦-束180并且頂部電介質(zhì)疊層140對(duì)泵浦-束高透射。由激光器象元200發(fā)射激光。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，通過(guò)反射金屬鏡層的沉積作用替代頂部電介質(zhì)疊層140。典型的金屬是銀或鋁，其具有超過(guò)90％的反射率。為避免對(duì)下層有機(jī)層導(dǎo)致的破壞，優(yōu)選由真空熱蒸發(fā)沉積金屬。在此實(shí)施方式中，泵浦-束180和激光輻射190兩者都通過(guò)基質(zhì)110發(fā)出。除此變動(dòng)之外，激光陣列裝置的層狀結(jié)構(gòu)與操作類似于這樣的情況，即在該情況下兩反射面都由多層電介質(zhì)組成。
圖3表示本發(fā)明另一實(shí)施方式。該裝置是圖1中圖解裝置的一種變異。在圖1中底部電介質(zhì)疊層125的第二部分是直接在蝕刻區(qū)域150形成。因此，疊層被沉積在非平面(波紋的)表面。對(duì)于某種多層疊層組合，比如TiO2-SiO2，在波紋表面上的沉積作用可以導(dǎo)致疊層圓柱的形成。因此在底部電介質(zhì)疊層125的第二部分具有提高的散射損失。為克服此問(wèn)題，由平面化層155在底部電介質(zhì)疊層125的第二部分沉積之前使底部電介質(zhì)疊層120第一部分的蝕刻面平面化。平面化層155的一個(gè)實(shí)施方式是聚酰亞胺，其用于Ta2O5-SiO2或TiO2-SiO2多層疊層體系。隨蝕刻區(qū)域150的形成，由離心澆鑄2到3微米的聚酰亞胺沉積在電介質(zhì)疊層120的第一部分表面上，然后在溫度范圍180到250℃通過(guò)烘干使其硬化。緊接著，使用本領(lǐng)域?yàn)榇蠹宜熘幕瘜W(xué)機(jī)械拋光(CMP)方法，拋光聚酰亞胺直到其與底部電介質(zhì)疊層120的第一部分的上表面在激光器象元200的位置齊平(或在幾十納米之內(nèi))。因?yàn)榫埘啺芳捌溲趸镌跇?biāo)準(zhǔn)CMP漿液中拋光比率的很大差異，所以正當(dāng)在激光器象元200的位置開(kāi)始拋光氧化層時(shí)直接停止拋光。平面化層155的第二個(gè)實(shí)施方式是SiO2，其為用于Ta2O5-SiO2多層疊層體系的SiO2。在該情況下，底部電介質(zhì)疊層120的第一部分的頂層是Si3N4薄層?？梢酝ㄟ^(guò)化學(xué)氣相淀積(CVD)在300-400℃溫度范圍和10到200納米的厚度范圍內(nèi)沉積Si3N4。隨蝕刻區(qū)域150(其中蝕刻通過(guò)氮化物層以及底部電介質(zhì)疊層120第一部分的1到2的節(jié)段)的形成，SiO2平面化層155通過(guò)化學(xué)汽相沉積或熱蒸發(fā)在厚度范圍0.75到2.0微米范圍內(nèi)被沉積。就聚酰亞胺實(shí)施方式而言，用CMP與另一通用漿液來(lái)拋光SiO2直到其與Si3N4層的頂部齊平(或在數(shù)十納米之內(nèi))。由于拋光選擇度大于3.5∶1，所以當(dāng)開(kāi)始拋光Si3N4層頂部時(shí)直接停止拋光。平面化層155的第三實(shí)施方式是聚甲基-丙烯酸甲酯(PMMA)，其用于任何多層電介質(zhì)疊層體系。在這種情況下在底部電介質(zhì)疊層120的蝕刻面上離心澆鑄聚甲基丙烯酸甲酯其厚度范圍為0.5到3.0微米，接著以150到220℃進(jìn)行常規(guī)的焙干。掃描電子顯微鏡(SEM)圖象顯示PMMA厚度與蝕刻深度比率為3∶1或4∶1時(shí)一般導(dǎo)致PMMA表面的平面化。除用于平面化的這三個(gè)實(shí)施方式之外，由本領(lǐng)域技術(shù)人員實(shí)行其他方法也是可能的?？傊S蝕刻區(qū)域150的形成和在底部電介質(zhì)疊層125第二部分的沉積之前，添加平面化層155導(dǎo)致在活性區(qū)130和底部以及頂部電介質(zhì)疊層較少散射損失，以及導(dǎo)致更高的功率轉(zhuǎn)換效率。
提供下列實(shí)施例用以進(jìn)一步理解本發(fā)明，而不應(yīng)該被看作是對(duì)其的限制。
實(shí)施例1為測(cè)定圖1和2的二維激光陣列發(fā)射激光的特性，激光器構(gòu)件在預(yù)清洗的6英寸石英基質(zhì)上形成。由常規(guī)電子束的沉積作用，在基質(zhì)上沉積底部電介質(zhì)疊層120的第一部分，其分別由TiO2和SiO2(共5層)交替的高低折射指數(shù)層組成。將TiO2和SiO2的四分之一波長(zhǎng)層設(shè)計(jì)成具有560納米的發(fā)射激光波長(zhǎng)。接著使用標(biāo)準(zhǔn)照相平版印刷法仿造底部電介質(zhì)疊層120的第一部分，以便產(chǎn)生3微米圓柱二維方陣列，其具有0.6微米的邊到邊間隔。使用常規(guī)的基于氟的干蝕刻劑在象元間區(qū)域210蝕刻155納米深。蝕刻之后，由電子束沉積底部電介質(zhì)疊層125的第二部分，其又由TiO2和SiO2的交替的四分之一波長(zhǎng)層組成。底部電介質(zhì)疊層組合的第一和第二部分在560納米測(cè)量具有大約99.4％的峰值反射比。由高真空熱蒸發(fā)在底部電介質(zhì)疊層125的第二部分頂部沉積活性區(qū)130，其中用0.5％的[10-(2-苯并噻唑基)-2，3，6，7-四氫化-1，1，7，7-四甲基-1H，5H，11H-[1]苯基吡喃[6，7，8-ij]喹嗪-11-酮)(C545T)依次形成153納米的TAPC、25納米的Alq，用0.5％的C545T和153納米的TAPC依次形成140納米的TAPC、25納米的Alq。最后由低溫電子束沉積頂部的電介質(zhì)疊層140，以便保持石英基質(zhì)的測(cè)量溫度低于72℃。其分別由TiO2和SiO2交替的高低折射指數(shù)層組成。最終的頂部的疊層電介質(zhì)鏡面在560納米測(cè)量具有約99.98％的峰值反射比。
為測(cè)試裝置的光譜特性，如在圖1(以向頂部電介質(zhì)疊層140垂直入射)中所闡明，從5毫瓦Nichia激光二極管使用405納米輸出，光學(xué)泵浦激光陣列。泵浦激光器以50KHz的重復(fù)頻率產(chǎn)生50毫微秒激光脈沖。通過(guò)組合兩個(gè)中性的泵浦-光束密度輪調(diào)整光束強(qiáng)度，然后使用1000毫米焦距透鏡使其聚焦在激光腔表面上。最終測(cè)量的泵浦-束180在裝置表面的點(diǎn)尺寸是177×243微米。來(lái)自腔的激光輸出190，通過(guò)35mmf1.4透鏡和接近狹縫的100mmf4透鏡組合，聚焦于JY-Horiba雙單色儀(0.55m)的入口狹縫(產(chǎn)生放大2.9倍的激光近場(chǎng)圖像)。單色儀的分辨率大約是0.08納米；通過(guò)冷卻的Hamamatsu光電倍增管探測(cè)其輸出。
圖4表示由0.36鏡口率透鏡收集的激光光譜，其中調(diào)整兩個(gè)中性的密度輪從而在裝置表面產(chǎn)生0.042 W/cm2的功率密度。裝置具有兩個(gè)主激光峰值，在556.3納米的第一峰值和在552.5納米的次級(jí)峰值，其在二分之一最高值(半寬度)時(shí)的全寬度是0.46和0.52納米。還有在547.4、545.2、541.9、和539.1納米的次要的高次發(fā)射激光峰值。發(fā)射激光峰值間的噪聲級(jí)是低的(低于第一發(fā)射激光峰值的峰值強(qiáng)度23 dB)。分析顯示第一峰值是由在相同象元之內(nèi)產(chǎn)生的，而對(duì)于次級(jí)(和高次)峰值，由于發(fā)射激光峰值輸送穿過(guò)構(gòu)件和許多鄰近象元的反射隔斷，發(fā)射激光峰值成一定角度射出裝置。與類似裝置相比，其中蝕刻區(qū)域150接近活性區(qū)130，從圖4的發(fā)射激光峰值，總和功率提高大約2.2倍。因此，將蝕刻區(qū)域150埋沒(méi)于底部電介質(zhì)疊層的內(nèi)部導(dǎo)致散射損失的減少并且提高功率轉(zhuǎn)換效率。
本發(fā)明的其他特點(diǎn)包括以下方面。
間隔層包括SiO2的方法象元間的間隔范圍為0.25到4微米的方法活性區(qū)包括聚合材料的方法。
以線性陣列排列象元的方法。
以循環(huán)二維陣列排列象元的方法。
制造有機(jī)垂直腔激光陣列裝置的方法，包括提供一種基質(zhì)
a)提供反射跨越預(yù)定波長(zhǎng)范圍光的底部電介質(zhì)疊層的第一部分和將其布置于基質(zhì)上；b)在底部電介質(zhì)疊層的第一部分的頂面形成蝕刻區(qū)域，該底部電介質(zhì)疊層被限定為一排間隔的激光器象元，其具有比象元間區(qū)域更高的反射比以便陣列發(fā)射激光。
c)在蝕刻的第一部分上形成底部電介質(zhì)疊層的第二部分；d)為產(chǎn)生激光在底部電介質(zhì)疊層的第二部分上形成有機(jī)活性區(qū)；和e)在活性區(qū)上提供金屬層，其從底部電介質(zhì)疊層被隔開(kāi)，并且反射激光。
包括在底部電介質(zhì)疊層的第一部分和第二部分間形成平面化層的方法。
平面化層包括聚酰亞胺或SiO2的方法，并且以化學(xué)機(jī)械拋光系統(tǒng)使平面化層變薄。
平面化層包括聚甲基-丙烯酸甲酯的方法。
總之，活性區(qū)包括一個(gè)或多個(gè)循環(huán)的增益區(qū)域和間隔層，該間隔層布置于循環(huán)增益區(qū)域(s)任何一邊并且以便于循環(huán)增益區(qū)域(s)與裝置的定波電磁場(chǎng)的波腹相匹配的方式排列。
通過(guò)至少電介質(zhì)疊層之一，發(fā)射泵浦-束光并且將其引入活性區(qū)的方法。
循環(huán)增益(s)區(qū)域?yàn)榛|(zhì)材料和摻雜劑的組合并且對(duì)泵浦-束光和激光大體上透明的間隔層的方法。
基質(zhì)材料是鋁三(8-羥基喹啉)以及摻雜劑是[4-(二氰基亞甲基)-2-叔-丁基-6-(1，1，7，7-四甲基久洛尼定基-9-烯基)-4H-吡喃]的方法。
間隔層包括1，1-二-(4-二(4-甲基-苯基)-氨基-苯基)-環(huán)己烷的方法。
間隔層包括SiO2的方法象元間的間隔范圍為0.25到4微米的方法。
活性區(qū)包括聚合材料的方法。
以線性陣列排列象元的方法。
以循環(huán)二維陣列排列象元的方法。
以二維陣列隨機(jī)排列象元的方法。
權(quán)利要求
1.制造有機(jī)垂直腔激光陣列裝置的方法，包括a)提供一種基質(zhì)；b)提供反射跨越預(yù)定波長(zhǎng)范圍光的底部電介質(zhì)疊層的第一部分和將其布置于基質(zhì)上；c)在底部電介質(zhì)疊層的第一部分的頂面形成蝕刻區(qū)域，該底部電介質(zhì)疊層被限定為一排間隔的激光器象元，其具有比象元間區(qū)域更高的反射比以便陣列發(fā)射激光；d)在蝕刻的第一部分上形成底部電介質(zhì)疊層的第二部分；e)為產(chǎn)生激光在底部電介質(zhì)疊層的第二部分上形成有機(jī)活性區(qū)；和f)在活性區(qū)上形成頂部電介質(zhì)疊層，其從底部電介質(zhì)疊層隔開(kāi)，且反射跨越預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其包括在底部電介質(zhì)疊層的第一和第二部分之間形成平面化層
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中平面化層包括聚酰亞胺或SiO2并且以化學(xué)機(jī)械拋光系統(tǒng)使平面化層變薄。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中平面化層包括聚甲基-丙烯酸甲酯的方法。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中活性區(qū)包括一個(gè)或多個(gè)循環(huán)的增益區(qū)域和間隔層，該間隔層布置于循環(huán)增益區(qū)域(s)任何一邊并且以便于循環(huán)增益區(qū)域(s)與裝置的定波電磁場(chǎng)的波腹相匹配的方式排列。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過(guò)至少電介質(zhì)疊層之一，發(fā)射泵浦-束光并且將其引入活性區(qū)。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中循環(huán)增益區(qū)域(s)為基質(zhì)材料和摻雜劑的組合并且間隔層對(duì)泵浦-束光和激光大體上是透明的。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中基質(zhì)材料是鋁三(8-羥基喹啉)以及摻雜劑是[4-(二氰基亞甲基)-2-叔-丁基-6-(1，1-四甲基久洛尼定基-9-烯基)-4H-吡喃]。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中間隔層包括1，1-二-(4-二(4-甲基苯基)-氨基-苯基)-環(huán)己烷。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中以二維陣列隨機(jī)排列象元。
全文摘要
制造有機(jī)垂直腔激光陣列裝置的方法，該方法包括提供基質(zhì)和底部電介質(zhì)疊層的第一部分，該底部電介質(zhì)疊層反射跨越預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光，并且被布置于基質(zhì)上；為限定一系列被間隔的激光象元陣列，其比象元間區(qū)域具有更高反射比以便陣列發(fā)射激光，在底部電介質(zhì)疊層的第一部分的上表面形成蝕刻區(qū)域；在被蝕刻的第一部分上形成底部電介質(zhì)疊層的第二部分。該方法也包括為產(chǎn)生激光在底部電介質(zhì)疊層的第二部分上形成活性區(qū)，并且在活性區(qū)上形成頂部電介質(zhì)疊層，其被從底部電介質(zhì)疊層隔開(kāi)且反射預(yù)定波長(zhǎng)范圍的光。
文檔編號(hào)H01S5/183GK1610198SQ20041006174
公開(kāi)日2005年4月27日 申請(qǐng)日期2004年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月30日
發(fā)明者K·B·卡亨 申請(qǐng)人:伊斯曼柯達(dá)公司