專利名稱：基于有源波導(dǎo)光柵結(jié)構(gòu)的有機(jī)半導(dǎo)體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米光電子材料及器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及依次把有機(jī)半導(dǎo)體和記錄介質(zhì)溶液旋涂在基板上，再利用激光干渉光刻技術(shù)在記錄介質(zhì)薄膜上制作納米光柵，實(shí)現(xiàn)了一種新的有機(jī)半導(dǎo)體激光器的制備技木。
背景技術(shù)：
作為實(shí)現(xiàn)電泵浦有機(jī)半導(dǎo)體激光器的前提，分布反饋式有機(jī)半導(dǎo)體激光器引起了國際上廣泛的關(guān)注。但現(xiàn)有的分布反饋式有機(jī)半導(dǎo)體激光器都是由活性材料作為分布反饋腔，即需要把分布反饋式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)印到活性材料上。轉(zhuǎn)印過程不可避免地會在分布反饋腔中引入缺陷，且活性材料薄膜的厚度不均勻，導(dǎo)致激光模式差。減少活性材料薄膜的缺陷，改善分布反饋式有機(jī)半導(dǎo)體激光器模式具有重要的應(yīng)用意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提出依次把有機(jī)半導(dǎo)體和記錄介質(zhì)溶液旋涂在基板上，再利用激光干渉光刻技術(shù)在記錄介質(zhì)薄膜上制作納米光柵，實(shí)現(xiàn)一種新的基于有源波導(dǎo)的分布反饋式有機(jī)半導(dǎo)體激光器的制備技術(shù)。本發(fā)明中有機(jī)半導(dǎo)體激光器制備技術(shù)具體方案如下I)將突光發(fā)射有機(jī)半導(dǎo)體材料溶解于有機(jī)溶劑中，制成濃度為10-60mg/ml的有機(jī)半導(dǎo)體溶液；2)將熒光發(fā)射有機(jī)半導(dǎo)體溶液旋涂在基底上，旋涂速度為500-4000rpm，以轉(zhuǎn)速為1800rpm時為最佳,獲得厚度均勻的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜,薄膜厚度為50_500nm。3)將記錄介質(zhì)旋涂在步驟2)中所制得的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜上，旋涂速度為500-4000rpm,以轉(zhuǎn)速為2000rpm時為最佳,獲得厚度均勻的記錄介質(zhì)薄膜，薄膜的厚度為50_500nm ；4)將激光干涉圖案與記錄介質(zhì)薄膜作用，形成高質(zhì)量的記錄介質(zhì)分布反饋式結(jié)構(gòu)，激光干渉光刻技術(shù)制備記錄介質(zhì)分布反饋式結(jié)構(gòu)的光路示意圖見圖I。上述所述的熒光發(fā)射有機(jī)半導(dǎo)體材料為9，9_ ニ辛基芴-2，7)_交替共聚-(1，4-{2，I’，3}-苯并噻ニ唑)(F8BT)，(9，9-ニ辛基芴-2，7)-共聚-ニ (4-甲氧基苯基)-芴(F8DP), (9,9- ニ辛基芴-2,7)-共聚-雙-N, N，- (4- 丁基苯基)-雙-N，N，-苯基-I，4-苯ニ胺(PFB)等；所述的有機(jī)溶劑為ニ甲苯、甲苯、氯苯、ニ氯苯、苯、三氯甲烷、環(huán)己烷、戊烷、己烷或辛烷中的ー種；基底選自玻璃、ITO玻璃、FTO玻璃、石英片或者硅片等；干涉灼蝕紫外激光光源為波長小于等于400nm的高能量脈沖激光。本發(fā)明的優(yōu)勢特點(diǎn)I)本發(fā)明方法無需使用昂貴的設(shè)備，成本低，制備效率高，激光模式良好，閾值低。2)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)適合用于制作電泵浦半導(dǎo)體激光器。


圖I、激光干渉光刻技術(shù)制備分布反饋式結(jié)構(gòu)的光路示意圖其中，I為脈沖紫外激光器；2為擴(kuò)束用透鏡組；3為介質(zhì)膜全反鏡；4為分束鏡；5為待加工的樣品圖2、所獲得的ー維記錄介質(zhì)分布反饋式結(jié)構(gòu)的原子力顯微鏡(AFM)照片
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :基于有源波導(dǎo)的ー維有機(jī)半導(dǎo)體激光器的制備(一維結(jié)構(gòu))I)將有機(jī)半導(dǎo)體F8BT溶解于甲苯、ニ甲苯、三氯甲烷、環(huán)己烷、戊烷、己烷或辛烷等有機(jī)溶劑中，制成濃度為15mg/ml的F8BT有機(jī)半導(dǎo)體溶液； 2)將F8BT有機(jī)半導(dǎo)體溶液旋涂在玻璃基底上。旋涂速度為1800rpm，相應(yīng)的膜厚為 150nm ；3)將記錄介質(zhì)S1805光刻膠旋涂在步驟2)中的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜上。旋涂速度為2000rpm，相應(yīng)的膜厚為500nm ；4)將上述制備的雙層膜樣品置于干涉光路中，如圖I所示，其中，干渉光刻所用激光波長為355nm，即可在上層光刻膠薄膜上記錄下干涉條紋，然后將光刻膠樣品進(jìn)行顯影、定影，即可得到周期性的ー維分布反饋式結(jié)構(gòu)；5)所制備的ー維分布反饋式有機(jī)半導(dǎo)體激光器的原子力顯微圖像如圖2所示，所制備的有機(jī)半導(dǎo)體光柵的周期為350nm。實(shí)施例2 :基于有源波導(dǎo)的ー維有機(jī)半導(dǎo)體激光器的制備I)將有機(jī)半導(dǎo)體F8BT溶解于甲苯、ニ甲苯、三氯甲烷、環(huán)己烷、戊烷、己烷或辛烷等有機(jī)溶劑中，制成濃度為25mg/ml的F8BT有機(jī)半導(dǎo)體溶液；2)將F8BT有機(jī)半導(dǎo)體溶液旋涂在玻璃基底上。旋涂速度為2000rpm，相應(yīng)的膜厚為 150nm ；3)將記錄介質(zhì)S1805光刻膠旋涂在步驟2)中的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜上。旋涂速度為2000rpm，相應(yīng)的膜厚為500nm ；4)將上述制備的雙層膜樣品置于干涉光路中，如圖I所示，其中，干渉光刻所用激光波長為355nm，即可在上層光刻膠薄膜上記錄下干涉條紋，然后將光刻膠樣品進(jìn)行顯影、定影，即可得到周期性的ー維分布反饋式結(jié)構(gòu)。實(shí)施例3 :基于有源波導(dǎo)的ー維有機(jī)半導(dǎo)體激光器的制備I)將有機(jī)半導(dǎo)體PFB溶解于甲苯、ニ甲苯、三氯甲烷、環(huán)己烷、戊烷、己烷或辛烷等有機(jī)溶劑中，制成濃度為15mg/ml的PFB有機(jī)半導(dǎo)體溶液；2)將PFB有機(jī)半導(dǎo)體溶液旋涂在玻璃基底上。旋涂速度為lOOOrpm，相應(yīng)的膜厚為 200nm ；3)將記錄介質(zhì)S1805光刻膠旋涂在步驟2)中的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜上。旋涂速度為2000rpm，相應(yīng)的膜厚為500nm ；4)將上述制備的雙層膜樣品置于干涉光路中，如圖I所示，其中，干渉光刻所用激光波長為355nm，即可在上層光刻膠薄膜上記錄下干涉條紋，然后將光刻膠樣品進(jìn)行顯影、定影，即可得到周期性的ー維分布反饋式結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例4 :基于有源波導(dǎo)的ー維有機(jī)半導(dǎo)體激光器的制備I)將有機(jī)半導(dǎo)體F8BT溶解于甲苯、ニ甲苯、三氯甲烷、環(huán)己烷、戊烷、己烷或辛烷等有機(jī)溶劑中，制成濃度為15mg/ml的F8BT有機(jī)半導(dǎo)體溶液；2)將F8BT有機(jī)半導(dǎo)體溶液旋涂在硅片基底上。旋涂速度為2000rpm，相應(yīng)的膜厚為 150nm ；3)將記錄介質(zhì)S1805光刻膠旋涂在步驟2)中的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜上。旋涂速度為2000rpm，相應(yīng)的膜厚為500nm ；4)將上述制備的雙層膜樣品置于干涉光路中，如圖I所示，其中，干渉光刻所用激光波長為355nm，即可在上層光刻膠薄膜上記錄下干涉條紋，然后將光刻膠樣品進(jìn)行顯影、定影，即可得到周期性的ー維分布反饋式結(jié)構(gòu)。實(shí)施例5 :基于有源波導(dǎo)的ー維有機(jī)半導(dǎo)體激光器的制備I)將有機(jī)半導(dǎo)體F8BT溶解于甲苯、ニ甲苯或三氯甲烷等有機(jī)溶劑中，制成濃度為15mg/ml的F8BT有機(jī)半導(dǎo)體溶液；2)將F8BT有機(jī)半導(dǎo)體溶液旋涂在玻璃基底上。旋涂速度為lOOOrpm，相應(yīng)的膜厚為 200nm ；3)將記錄介質(zhì)S1805光刻膠旋涂在步驟2)中的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜上。旋涂速度為2000rpm，相應(yīng)的膜厚為500nm ；4)將上述制備的雙層膜樣品置于干涉光路中，如圖I所示，其中，干渉光刻所用激光波長為355nm，即可在上層光刻膠薄膜上記錄下干涉條紋，然后將光刻膠樣品進(jìn)行顯影、定影，即可得到周期性的ー維分布反饋式結(jié)構(gòu)。實(shí)施例6 :基于有源波導(dǎo)的ー維有機(jī)半導(dǎo)體激光器的制備I)將有機(jī)半導(dǎo)體F8BT溶解于甲苯、ニ甲苯、三氯甲烷、環(huán)己烷、戊烷、己烷或辛烷等有機(jī)溶劑中，制成濃度為15mg/ml的F8BT有機(jī)半導(dǎo)體溶液；2)將F8BT有機(jī)半導(dǎo)體溶液旋涂在玻璃基底上。旋涂速度為2000rpm，相應(yīng)的膜厚為 150nm ；3)將記錄介質(zhì)S1805光刻膠旋涂在步驟2)中的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜上。旋涂速度為2000rpm，相應(yīng)的膜厚為500nm ；4)將上述制備的雙層膜樣品置于干涉光路中，如圖I所示，其中，干渉光刻所用激光波長為405nm，即可在上層光刻膠薄膜上記錄下干涉條紋，然后將光刻膠樣品進(jìn)行顯影、定影，即可得到周期性的ー維分布反饋式結(jié)構(gòu)。權(quán)利要求
1.基于有源波導(dǎo)光柵結(jié)構(gòu)的有機(jī)半導(dǎo)體激光器的制作方法，其特征在于，包括以下步驟 1)將突光發(fā)射有機(jī)半導(dǎo)體材料溶解于有機(jī)溶劑中，制成濃度為10-60mg/ml的有機(jī)半導(dǎo)體溶液； 2)將熒光發(fā)射有機(jī)半導(dǎo)體溶液旋涂在基底上，旋涂速度為500-4000rpm，獲得厚度均勻的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜，薄膜厚度為50-500nm ； 3)將記錄介質(zhì)旋涂在步驟2)中所制得的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜上，旋涂速度為500-4000rpm，獲得厚度均勻的記錄介質(zhì)薄膜，薄膜的厚度為50_500nm ； 4)將激光干涉圖案與記錄介質(zhì)薄膜作用，形成高質(zhì)量的記錄介質(zhì)分布反饋式結(jié)構(gòu)。
2.按照權(quán)利要求I的方法，其特征在于，所述熒光發(fā)射有機(jī)半導(dǎo)體材料為9，9_ニ辛基芴-2,7)-交替共聚-(1，4- {2，I，，3}-苯并噻ニ唑)(F8BT)，(9,9- ニ辛基芴_2，7)-共聚-ニ(4-甲氧基苯基)-芴(F8DP), (9,9- ニ辛基芴-2,7)-共聚-雙-N，N，- (4- 丁基苯基)-雙-N，N，-苯基-I，4-苯ニ胺(PFB)。
3.按照權(quán)利要求I的方法，其特征在于，所述的有機(jī)溶劑為ニ甲苯、甲苯、氯苯、ニ氯苯、苯、三氯甲烷、環(huán)己烷、戊烷、己烷或辛烷中的ー種。
4.按照權(quán)利要求I的方法，其特征在于，基底選自玻璃、ITO玻璃、FTO玻璃、石英片或者娃片。
5.按照權(quán)利要求I的方法，其特征在于，干涉灼蝕紫外激光光源為波長小于等于400nm的高能量脈沖激光。
6.按照權(quán)利要求I的方法，其特征在于，步驟2)的轉(zhuǎn)速優(yōu)選1800rpm。
7.按照權(quán)利要求I的方法，其特征在于，步驟3)的轉(zhuǎn)速為2000rpm。
全文摘要
本發(fā)明公開了基于有源波導(dǎo)光柵結(jié)構(gòu)的有機(jī)半導(dǎo)體激光器的制作方法，屬于納米光電子材料及器件技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟1)制備熒光發(fā)射有機(jī)半導(dǎo)體材料的有機(jī)溶液；2)將熒光發(fā)射有機(jī)半導(dǎo)體溶液旋涂在基底上，獲得厚度為50-500nm均勻的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜；3)將記錄介質(zhì)旋涂在步驟2)中所制得的有機(jī)半導(dǎo)體薄膜上，獲得厚度均勻的記錄介質(zhì)薄膜，薄膜的厚度為50-500nm；4)將激光干涉圖案與記錄介質(zhì)薄膜作用，形成高質(zhì)量的記錄介質(zhì)分布反饋式結(jié)構(gòu)。本發(fā)明方法無需使用昂貴的設(shè)備，成本低，制備效率高，激光模式良好，閾值低，適合制作電泵浦半導(dǎo)體激光器。
文檔編號H01S5/125GK102651537SQ201110043450
公開日2012年8月29日 申請日期2011年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月23日
發(fā)明者張新平, 王麗, 翟天瑞 申請人:北京工業(yè)大學(xué)