CN102651537B - 基于有源波导光栅结构的有机半导体激光器的制作方法 - Google Patents

基于有源波导光栅结构的有机半导体激光器的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于有源波导光栅结构的有机半导体激光器的制作方法，属于纳米光电子材料及器件技术领域，包括以下步骤：1)制备荧光发射有机半导体材料的有机溶液；2)将荧光发射有机半导体溶液旋涂在基底上，获得厚度为50-500nm均匀的有机半导体薄膜；3)将记录介质旋涂在步骤2)中所制得的有机半导体薄膜上，获得厚度均匀的记录介质薄膜，薄膜的厚度为50-500nm；4)将激光干涉图案与记录介质薄膜作用，形成高质量的记录介质分布反馈式结构。本发明方法无需使用昂贵的设备，成本低，制备效率高，激光模式良好，阈值低，适合制作电泵浦半导体激光器。

Description

基于有源波导光栅结构的有机半导体激光器的制作方法
技术领域
本发明属于纳米光电子材料及器件技术领域，涉及依次把有机半导体和记录介质溶液旋涂在基板上，再利用激光干涉光刻技术在记录介质薄膜上制作纳米光栅，实现了一种新的有机半导体激光器的制备技术。
背景技术
作为实现电泵浦有机半导体激光器的前提，分布反馈式有机半导体激光器引起了国际上广泛的关注。但现有的分布反馈式有机半导体激光器都是由活性材料作为分布反馈腔，即需要把分布反馈式结构转印到活性材料上。转印过程不可避免地会在分布反馈腔中引入缺陷，且活性材料薄膜的厚度不均匀，导致激光模式差。减少活性材料薄膜的缺陷，改善分布反馈式有机半导体激光器模式具有重要的应用意义。
发明内容
本发明目的是提出依次把有机半导体和记录介质溶液旋涂在基板上，再利用激光干涉光刻技术在记录介质薄膜上制作纳米光栅，实现一种新的基于有源波导的分布反馈式有机半导体激光器的制备技术。
本发明中有机半导体激光器制备技术具体方案如下：
1)将荧光发射有机半导体材料溶解于有机溶剂中，制成浓度为10-60mg/ml的有机半导体溶液；
2)将荧光发射有机半导体溶液旋涂在基底上，旋涂速度为500-4000rpm，以转速为1800rpm时为最佳，获得厚度均匀的有机半导体薄膜，薄膜厚度为50-500nm。
3)将记录介质旋涂在步骤2)中所制得的有机半导体薄膜上，旋涂速度为500-4000rpm，以转速为2000rpm时为最佳，获得厚度均匀的记录介质薄膜，薄膜的厚度为50-500nm；
4)将激光干涉图案与记录介质薄膜作用，形成高质量的记录介质分布反馈式结构，激光干涉光刻技术制备记录介质分布反馈式结构的光路示意图见图1。
上述所述的荧光发射有机半导体材料为：9，9-二辛基芴-2，7)-交替共聚-(1，4-{2，1’，3}-苯并噻二唑)(F8BT)，(9，9-二辛基芴-2，7)-共聚-二(4-甲氧基苯基)-芴(F8DP)，(9，9-二辛基芴-2，7)-共聚-双-N，N’-(4-丁基苯基)-双-N，N’-苯基-1，4-苯二胺(PFB)等；所述的有机溶剂为二甲苯、甲苯、氯苯、二氯苯、苯、三氯甲烷、环己烷、戊烷、己烷或辛烷中的一种；基底选自玻璃、ITO玻璃、FTO玻璃、石英片或者硅片等；干涉灼蚀紫外激光光源为波长小于等于400nm的高能量脉冲激光。
本发明的优势特点：
1)本发明方法无需使用昂贵的设备，成本低，制备效率高，激光模式良好，阈值低。
2)本发明的结构适合用于制作电泵浦半导体激光器。
附图说明
图1、激光干涉光刻技术制备分布反馈式结构的光路示意图
其中，1为脉冲紫外激光器；2为扩束用透镜组；3为介质膜全反镜；4为分束镜；5为待加工的样品
图2、所获得的一维记录介质分布反馈式结构的原子力显微镜(AFM)照片
具体实施方式
实施例1：基于有源波导的一维有机半导体激光器的制备(一维结构)
1)将有机半导体F8BT溶解于甲苯、二甲苯、三氯甲烷、环己烷、戊烷、己烷或辛烷等有机溶剂中，制成浓度为15mg/ml的F8BT有机半导体溶液；
2)将F8BT有机半导体溶液旋涂在玻璃基底上。旋涂速度为1800rpm，相应的膜厚为150nm；
3)将记录介质S1805光刻胶旋涂在步骤2)中的有机半导体薄膜上。旋涂速度为2000rpm，相应的膜厚为500nm；
4)将上述制备的双层膜样品置于干涉光路中，如图1所示，其中，干涉光刻所用激光波长为355nm，即可在上层光刻胶薄膜上记录下干涉条纹，然后将光刻胶样品进行显影、定影，即可得到周期性的一维分布反馈式结构；
5)所制备的一维分布反馈式有机半导体激光器的原子力显微图像如图2所示，所制备的有机半导体光栅的周期为350nm。
实施例2：基于有源波导的一维有机半导体激光器的制备
1)将有机半导体F8BT溶解于甲苯、二甲苯、三氯甲烷、环己烷、戊烷、己烷或辛烷等有机溶剂中，制成浓度为25mg/ml的F8BT有机半导体溶液；
2)将F8BT有机半导体溶液旋涂在玻璃基底上。旋涂速度为2000rpm，相应的膜厚为150nm；
3)将记录介质S1805光刻胶旋涂在步骤2)中的有机半导体薄膜上。旋涂速度为2000rpm，相应的膜厚为500nm；
4)将上述制备的双层膜样品置于干涉光路中，如图1所示，其中，干涉光刻所用激光波长为355nm，即可在上层光刻胶薄膜上记录下干涉条纹，然后将光刻胶样品进行显影、定影，即可得到周期性的一维分布反馈式结构。
实施例3：基于有源波导的一维有机半导体激光器的制备
1)将有机半导体PFB溶解于甲苯、二甲苯、三氯甲烷、环己烷、戊烷、己烷或辛烷等有机溶剂中，制成浓度为15mg/ml的PFB有机半导体溶液；
2)将PFB有机半导体溶液旋涂在玻璃基底上。旋涂速度为1000rpm，相应的膜厚为200nm；
3)将记录介质S1805光刻胶旋涂在步骤2)中的有机半导体薄膜上。旋涂速度为2000rpm，相应的膜厚为500nm；
4)将上述制备的双层膜样品置于干涉光路中，如图1所示，其中，干涉光刻所用激光波长为355nm，即可在上层光刻胶薄膜上记录下干涉条纹，然后将光刻胶样品进行显影、定影，即可得到周期性的一维分布反馈式结构。
实施例4：基于有源波导的一维有机半导体激光器的制备
1)将有机半导体F8BT溶解于甲苯、二甲苯、三氯甲烷、环己烷、戊烷、己烷或辛烷等有机溶剂中，制成浓度为15mg/ml的F8BT有机半导体溶液；
2)将F8BT有机半导体溶液旋涂在硅片基底上。旋涂速度为2000rpm，相应的膜厚为150nm；
3)将记录介质S1805光刻胶旋涂在步骤2)中的有机半导体薄膜上。旋涂速度为2000rpm，相应的膜厚为500nm；
4)将上述制备的双层膜样品置于干涉光路中，如图1所示，其中，干涉光刻所用激光波长为355nm，即可在上层光刻胶薄膜上记录下干涉条纹，然后将光刻胶样品进行显影、定影，即可得到周期性的一维分布反馈式结构。
实施例5：基于有源波导的一维有机半导体激光器的制备
1)将有机半导体F8BT溶解于甲苯、二甲苯或三氯甲烷等有机溶剂中，制成浓度为15mg/ml的F8BT有机半导体溶液；
2)将F8BT有机半导体溶液旋涂在玻璃基底上。旋涂速度为1000rpm，相应的膜厚为200nm；
3)将记录介质S1805光刻胶旋涂在步骤2)中的有机半导体薄膜上。旋涂速度为2000rpm，相应的膜厚为500nm；
4)将上述制备的双层膜样品置于干涉光路中，如图1所示，其中，干涉光刻所用激光波长为355nm，即可在上层光刻胶薄膜上记录下干涉条纹，然后将光刻胶样品进行显影、定影，即可得到周期性的一维分布反馈式结构。
实施例6：基于有源波导的一维有机半导体激光器的制备
1)将有机半导体F8BT溶解于甲苯、二甲苯、三氯甲烷、环己烷、戊烷、己烷或辛烷等有机溶剂中，制成浓度为15mg/ml的F8BT有机半导体溶液；
2)将F8BT有机半导体溶液旋涂在玻璃基底上。旋涂速度为2000rpm，相应的膜厚为150nm；
3)将记录介质S1805光刻胶旋涂在步骤2)中的有机半导体薄膜上。旋涂速度为2000rpm，相应的膜厚为500nm；
4)将上述制备的双层膜样品置于干涉光路中，如图1所示，其中，干涉光刻所用激光波长为405nm，即可在上层光刻胶薄膜上记录下干涉条纹，然后将光刻胶样品进行显影、定影，即可得到周期性的一维分布反馈式结构。

Claims (3)

1.基于有源波导光栅结构的有机半导体激光器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将荧光发射有机半导体材料溶解于有机溶剂中，制成浓度为10-60mg/ml的有机半导体溶液；
2)将荧光发射有机半导体溶液旋涂在基底上，旋涂速度为500-4000rpm，转速为1800rpm，获得厚度均匀的有机半导体薄膜，薄膜厚度为50-500nm；
3)将记录介质S1805光刻胶旋涂在步骤2）中所制得的有机半导体薄膜上，旋涂速度为500-4000rpm，转速为2000rpm，获得厚度均匀的记录介质薄膜，薄膜的厚度为50-500nm；
4)将激光干涉图案与记录介质薄膜作用，形成高质量的记录介质分布反馈式结构；
所述荧光发射有机半导体材料为：9,9-二辛基芴-2，7)-交替共聚-（1，4-{2,1’,3}-苯并噻二唑）(F8BT)，(9,9-二辛基芴-2，7)-共聚-二（4-甲氧基苯基）-芴(F8DP)，(9,9-二辛基芴-2，7)-共聚-双-N，N’-（4-丁基苯基）-双-N，N’-苯基-1，4-苯二胺(PFB)；干涉灼蚀紫外激光光源为波长小于等于400nm的高能量脉冲激光。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，所述的有机溶剂为二甲苯、甲苯、氯苯、二氯苯、苯、三氯甲烷、环己烷、戊烷、己烷或辛烷中的一种。
3.按照权利要求1的方法，其特征在于，基底选自玻璃、ITO玻璃、FTO玻璃、石英片或者硅片。
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周进波.用于有机半导体激光器的新型聚合物光栅.《清华大学硕士学位论文》.2004,全文.
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