[发明专利]驱动垂直激光腔用非相干发光器件

说明书

技术领域

本发明涉及发光器件领域，尤其是基于有机材料的固体激光器。

发明背景

过去这些年来，对制造有机材料基固体激光器的兴趣正与日俱增。激光材料分为聚合物或小分子的，并采用多种不同共振腔结构，例如微型腔(US-A 6,160,828)、波导管、环形微型激光器以及分布式反馈(例如，还可参见G.Kranzelbinder等人，Rep.Prog.Phys.63，729[2000]和M.Diaz-Garcia等人，US-A-5,881,083)。所有这些结构所存在的一个问题是，为获得激光，必须通过采用另一个激光源进行光泵浦来激发该腔。电泵浦激光腔非常受青睐，因为这通常使得结构较为紧凑并更容易调制。

实现电泵浦有机激光器的主要障碍是有机材料的载体迁移率小，通常在10^-5cm²/(V-s)数量级。如此低的载体迁移率带来许多问题。低载体迁移率器件一般局限于采用薄层，以避免大电压降和电阻发热。此种薄层使得产生激光的模式渗入到高损耗的阴极和阳极，从而导致激光阈值大幅增加(V.G.Kozlov等人，J.Appl.Phys.(应用物理杂志)84，4096[1998])。由于电子-空穴在有机材料中的复合遵守Langevin(郎之万)复合(其速率与载体迁移率成比例)，低载体迁移率导致电荷载体数目比单激子多若干数量级；其后果之一是，电荷诱导的(极化子)吸收可以成为显著损耗机理(N.Tessler等人，Appl.Phys.Lett.(应用物理通讯)74，2764[1999])。假定激光器件具有5％的内部光量子产额，采用迄今报道的最低激光阈值～100W/cm²(M.Berggren等人，Nature.(自然).389，466[1997])，并忽略上面提到的损耗机理，则推出电泵浦激光阈值的下限为1000A/cm²。若将这些损耗机理包括在内，则激光阈值将远高于1000A/cm²，这是迄今所报道的有机器件能承受的最高电流密度(N.Tessler，Adv.Mater.(先进材料)19，64[1998])。

避免这些困难的途径之一是用结晶有机材料代替无定形有机材料作激光介质。此种做法最近已有人采用(J.H.Schon，Science(科学)，289，599[2000])，其中采用单晶并四苯制作一种Fabry-Perot共振器。采用结晶并四苯可获得较大电流密度，还可使用较厚的层，因为载体迁移率已达到2cm²/(V-s)的数量级，并且极化子吸收也低得多。这导致室温电流密度阈值达到约1500A/cm²。有机材料基激光器的优点之一是，由于材料一般为无定形的，因此器件制作成本低，并且它们可在任何类型基材上生长。而单晶有机激光器方法使这两个优点打了折扣。

另外一些人建议用发光二极管(LED)来泵浦有机激光器，LED可以是无机的(M.D.McGehee等人，Appl.Phys.Lett.(应用物理通讯)72，1536[1998])或者是有机的(US-A-5,881,089)。McGehee等人(M.D.McGehee等人，Appl.Phys.Lett.(应用物理通讯)72，1536[1998])提到，为尝试用InGaN LED实现激光泵浦，他们需要降低其阈值至少一个数量级。Berggren等人(US-A-5,881,089)建议制作一种全有机整体激光器，其中器件的一部分(有机LED部件)提供非相干辐射，而相邻部分(激光腔)则提供光下行(optical down)转换、增益和光反馈。Berggren等人提到，激光腔应该或者是一种带有多个表面的波导腔、分布式反馈波导腔、分布式布拉格反射器波导腔，或者是一种光子点阵腔。Berggren等人仅给出了器件的有机发光二极管部分(OLED)的数据(其电流-电压和电压-亮度特性)。至于器件的光激射特性，他们仅提到，它在~620nm处产生相干辐射。鉴于Berggren等人根本未给出任何有关该器件光激射操作的进一步细节，因此很难确定该器件的光激射是否由器件的OLED部分激发所致。

发明概述

本发明的目的是提供一种利用由非相干发光器件产生的光作为激光腔结构的输入来产生激光的改良安排。现已发现，垂直激光腔尤其适合接受该非相干发光器件发出的非相干光。

通过一种激光发射设备实现此目的，它包括：

a)非相干发光器件，具有发光层和横跨发光层施加电场的装置以产生从非相干发光器件发射出的光；