自己組織化π共役系オリゴマー低次元結晶を用いた有機半導体レーザーの開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14350498
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 柳 久雄 神戸大学, 工学部, 助手 (00220179)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 谷口 彬雄 信州大学, 繊維学部, 教授 (00283242)
• Keywords: 自己組織化 / π共役系オリゴマー / 低次元結晶 / 有機半導体レーザー / 有機電界発光 / 電界効果型トランジスタ

Research Abstract

発光性π共役系オリゴマーが自己組織化した低次元結晶がもつ励起子や光の閉じ込め効果を利用したレーザー発振の実現を目指して、以下の光励起増幅発光と電流注入特性の評価を行った。
(1)自己組織化低次元結晶の光励起発光増幅現象の評価(柳)
分子配列制御低次元結晶を波長可変パルスレーザーを用いて光ポンピングした結果、特定の波長領域で発光の線幅が0.5nm以下に狭線化した増幅発光が観察された。このレーザー作用は共鳴ラマン散乱が関与したもので、特にASEバンドの波長領域でのみ強く現れていることから、ラマン準位に局在化した励起子が関与した誘導共鳴ラマン散乱であると考えられる。この現象は励起子と光が結合した励起子ポラリトンとして捉えることもでき、レーザー波長変換材料等の新しい光・電子融合素子への発展に期待がもたれる。
(2)自己組織化低次元結晶を用いた電界効果型素子の作成と電流注入特性評価(柳・谷口)
発光性π共役系オリゴマーをSi/SiO_2ゲート基板上に真空蒸着した薄板状結晶とエピタキシャル成長させたニードル状結晶を用いて電界効果型トランジスター(FET)を作製し、キャリア注入・輸送特性を比較評価した。薄板状結晶では蒸着時の基板温度が高いほどグレインサイズが大きく成長し、キャリア移動度が最大0.17cm^2V^<-1>s^<-1>まで上昇した。ニードル状結晶では、電極間をニードル軸が橋渡しするように配向させた場合、最大0.015cm^2V^<-1>s^<-1>の正孔移動度が得られた。この値は、同種オリゴマーで比較すると粒界を含んだ薄板状結晶膜よりも一桁高く、単結晶配向化の効果が現れた。
(3)研究の総括(柳・谷口)
自己組織化低次元結晶を用いることにより光励起下でレーザー作用を実現することができた。今後、電流注入発光を実現するためにはnチャンネル駆動材料の探索とp/n接合素子の開発が課題である。

Research Products

• [Publications] Atsutoshi Yoshiki: "Electroluminescence from Self-Organized Microdots of Distyrylbenzene Derivatives"Thin Solid Films. 438-439巻. 308-312 (2003)
• [Publications] Hisao Yanagi: "Stimulated Resonance Raman Scattering from Single Crystals of a Thiophene/Phenylene Co-Oligomer"Applied Physics Letters. 83巻・10号. 1941-1943 (2003)
• [Publications] Hisao Yanagi: "Comparative Carrier Transport Characteristics in Organic Field Effect Transistors with Vapor-Deposited Thin Films and Epitaxially Grown Crystals of Biphenyl-Capped Thiophene Oligomers"Advanced Functional Materials. 13巻・10号. 767-773 (2003)
• [Publications] Hisao Yanagi: "Fluorescent Crystallization of Isomeric Quinolyne-Capped Thiophene Oligomer in Thin Films Grown by Hot-Wall Epitaxy"The Journal of Physical Chemistry B. 107巻・44号. 12201-12205 (2003)
• [Publications] Musubu Ichikawa: "Low-Threshold Photopumped Distributed Feedback Plastic Laser Made by Replica Molding"Japanese Journal of Applied Physics, Part 1. 42巻・9A号. 5590-5593 (2003)
• [Publications] Musubu Ichikawa: "Gain-Narrowing Characteristics of Fluorescent Organic Molecules with Symmetrical or Asymmetrical Structures in a Neat Thin-Film Optical Waveguide"Journal of Photochemistry and Photobiology, A. 158巻・2-3号. 219-221 (2003)
• [Publications] 谷口彬雄 監修: "シーエムシー出版"有機半導体の応用展開. 283 (2003)