提供一种在电介质叠层具有蚀刻区域的有机垂直腔激光阵列装置制造方法及图纸

制造有机垂直腔激光阵列装置的方法，该方法包括提供基质和底部电介质叠层的第一部分，该底部电介质叠层反射跨越预定波长范围的光，并且被布置于基质上；为限定一系列被间隔的激光象元阵列，其比象元间区域具有更高反射比以便阵列发射激光，在底部电介质叠层的第一部分的上表面形成蚀刻区域；在被蚀刻的第一部分上形成底部电介质叠层的第二部分。该方法也包括为产生激光在底部电介质叠层的第二部分上形成活性区，并且在活性区上形成顶部电介质叠层，其被从底部电介质叠层隔开且反射预定波长范围的光。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制造有机垂直腔激光产生装置的方法。自80年代中期(K.Kinoshita等人，IEEE J.Quant.Electron.QE-23，882)已经开发出基于无机半导体(比如，ALGaAs)的垂直腔表面发射激光器(VCSELs)。他们已经达到这样的进度，其中许多公司已经制造出基于AlGaAs的VCSELs，其在850纳米发出激光，而该激光装置的使用年限已经超过100年(K.D.Choquette等人，Proc.IEEE 85，1730)。随着近年来这些近红外激光器的成功，注意力已经转向制造在可见光波长范围(C.Wilmsen等人，垂直腔表面发射激光器，剑桥大学出版社，剑桥，2001)发射激光的VCSELs的其他无机材料系统。对于可见光激光器有许多有成效的应用，诸如显示器，可读/写光存储器，激光印刷，和使用塑料光纤(T.Ishigure等人，Electron.Lett.31，467)的短程无线电通讯。尽管有全世界的许多工业和高等院校实验室的努力，为创制跨越可见光谱的可见激光二极管(两者之中任一边缘的激光发射器或者VCSELs)的许多工作仍留待去做。在制造可见光波长VCSELs的工作中，放弃基于无机的系统而集中于基于有机的激光系统是有益的，这是因为基于有机的增益材料可以获得低的未泵浦的散射/吸收损耗和高量子效应。与无机激光系统相比，有机激光器的制造相对便宜，其可以被制造出发射跨越全部可见光谱区的激光，也可以任意大小排列，而最重要地是其能够以单晶片发射多种波长(诸如红色，绿色和蓝色)。对于制造可制造的激光二极管系统，为在装置的活性区产生必要的粒子数反转通常的方法是使用电注射而不是光泵浦。对于无机系统这是事实，因为对于大面积装置它们的光学泵浦阈值(P.L.Gourley等人，Appl.Phys.Lett.54，1209)近似于104W/cm2数量级。如此高的功率密度只能由使用其他激光器作为泵源而获得，从而排除了无机激光器腔的方法。在发射激光波长未泵浦的有机激光器系统已经大大减少组合散射和吸收损失(约0.5cm-1)，尤其当其使用晶核掺杂剂组合物作为激活媒质时。因此，将可得到低于1W/cm2的光学泵浦功率密度阈值，尤其是为使有效容积(其导致较低阀值)最小化而使用基于显微孔隙设计的VCSEL时。功率密度阈值低于1W/cm2重要性在于以便宜且现货供应的非相干发光二极管来光学泵浦激光器腔成为可能。为通过有机VCSEL装置制造单模(或多模)毫瓦输出功率，典型地发射面积的直径近似为10微米是必须的。因此，1毫瓦的输出功率将要求由具有产生约6000W/cm2(假定25％的功率转换效率)的泵源装置来光学泵浦。该功率密度水平(和象元大小)远超过LED的容量，此外如果它们以连续波驱动，很可能导致有机材料的老化问题。围绕那些问题的解决路径是增加有机激光器发射面积的直径到约350微米，这将减少泵浦功率密度水平到4 W/cm2(为产生1毫瓦的输出功率)。该功率密度水平和象元大小由现成的400纳米无机LED来获得。可惜发射面积直径为350微米的大面积激光装置将导致高度的多模输出以及低功率转换效率(成丝作用的结果)。因此制造大面积有机VCSEL装置是非常有利的，其具有优良的功率转换效率和单一峰值(或几个峰值)输出。本专利技术的目的是提供一种制造有机表面发射激光器阵列的方法，该阵列特别适于允许从二维阵列的微米级的有机激光器象元发射激光。这些目的是由制造有机垂直腔激光阵列装置的方法达到的，包括a)提供一种基质；b)提供反射跨越预定波长范围光的底部电介质叠层的第一部分和将其布置于基质上；c)在底部电介质叠层第一部分的顶面形成蚀刻区域，该底部电介质叠层被限定为一排间隔的激光器象元，其具有比象元间区域更高的反射比以便阵列发射激光。d)在蚀刻的第一部分上形成底部电介质叠层的第二部分；e)为产生激光在底部电介质叠层的第二部分上形成有机活性区；和f)在活性区上形成顶部电介质叠层，其从底部电介质叠层隔开，且反射跨越预定波长范围的光。本专利技术的优点是提供一种制造二维有机激光器阵列装置的方法，该装置使用微米级的激光器象元，其可以由大面积光源来光学驱动，并且产生不是单模就是多模的激光输出，因此减少了散射损失且增加功率转换效率。该装置使用显微孔隙设计并结合对于顶部和底部反射镜两者均为高反射比的电介质叠层；而且具有包括有机材料的增益媒介。通过有选择地调整底部叠层的反射比，提供该装置微米级的激光器象元。反射比的调整借助于多步骤过程获得，该过程包括形成底部电介质叠层的第一部分，在第一部分表面蚀刻微米级的激光器象元，接着在该蚀刻面上沉积底部电介质叠层的第二部分。由于将蚀刻面深埋于底部电介质叠层之内(并且远离增益区域)，所以对于二维有机激光器阵列装置减少了散射损失并且增加功率转换效率。附图说明图1表示按照本专利技术制造的光学泵浦二维有机垂直腔激光阵列的侧视图。图2表示按照本专利技术制造的光学泵浦二维有机垂直腔激光阵列的上视图。图3表示按照本专利技术制造的光学泵浦二维有机垂直腔激光阵列的侧视图，其包括平面化层；和图4表示密度对波长的示意图，其描述按照本专利技术制造的光学泵浦二维有机垂直腔激光阵列的激光发射光谱。为使发射单模(或多模)的大面积激光器结构成为可能，按照本专利技术必须构造如图1图解所示的二维激光阵列装置100。图2表示二维激光阵列装置100的上视图，其中VCSEL表面上需要被限定为发射激光的象元200，其由象元间区域210分隔。如果想要单模发射激光行为，则从各种象元的发射需要相位同步，那就是说，密度和相位信息必须在象元间交换。通过由少量的内部指数或者增益控制使激光发射微弱地限制在象元区以及在一个周期的二维阵列内排列象元从而获得最佳。对于排列在正方形二维阵列中的激光器象元200，相位同步的运行导致各元件与其四个最近邻不同相180度(E.Kapon和M.Orenstein，US-A-5,086,430)。当被应用于二维无机激光阵列时，获得使激光发射微弱限制于激光器象元的有效方法是通过增加金属(E.Kapon和M.Orenstein，US-A-5,086,430)调整顶部电介质叠层的反射比或者由在顶端电介质叠层上深蚀刻调整顶部电介质叠层的反射比(P.L.Gourley和他人，Appl.Phys.Lett.58，890)。在两个无机激光阵列方案中，激光器象元大约3-5微米宽(以便单模行为成为可能)并且象元间间隔是1-2微米。将这些结果应用到有机激光器系统需要注意，因为一旦有机层已经沉积在激光器结构上运用微尺度图形是非常困难的，所以最优方案中需要调整底部电介质叠层的反射比。已经发现由增加金属调整反射比很难控制，这是因为调整仅在跨越很狭窄的(＜1纳米)波长范围内有效。因此，在这些实施方式中通过运用底部电介质叠层的二维组成图形的蚀刻得以调整，而未蚀刻区域210相应于底部电解质叠层的刻蚀区域，其中未刻蚀区域相应于激光器象元200。形成激光器象元200的线性排列是可能的，虽然在大多数情况下其并非优选，这是因为其导致输入的光泵波束功率的更差转化。虽然借助于反射比调整对于激光发射的微弱限制可以导致在最佳情形下相位同步单模发射激光行为，但是如果相位同步仅仅是局部的或如果高阶波型占本文档来自技高网...

【技术保护点】
制造有机垂直腔激光阵列装置的方法，包括：ａ）提供一种基质；ｂ）提供反射跨越预定波长范围光的底部电介质叠层的第一部分和将其布置于基质上；ｃ）在底部电介质叠层的第一部分的顶面形成蚀刻区域，该底部电介质叠层被限定为一排间隔 的激光器象元，其具有比象元间区域更高的反射比以便阵列发射激光；ｄ）在蚀刻的第一部分上形成底部电介质叠层的第二部分；ｅ）为产生激光在底部电介质叠层的第二部分上形成有机活性区；和ｆ）在活性区上形成顶部电介质叠层，其从底部 电介质叠层隔开，且反射跨越预定波长范围的光。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：KB卡亨，
申请(专利权)人：伊斯曼柯达公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]