平行六角形有機単結晶からの単一モード・偏光発光レーザー発振

• 研究課題/領域番号: 20655041
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 機能材料・デバイス
• 研究機関: 京都工芸繊維大学
• 研究代表者: 山雄 健史 京都工芸繊維大学, 工芸科学研究科, 助教 (10397606)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2009
• 研究課題ステータス: 完了 (2009年度)
• 配分額: 3,000千円 (直接経費: 3,000千円); 2009年度: 800千円 (直接経費: 800千円); 2008年度: 2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
• キーワード: 高性能レーザー / 光物性 / 分子性固体 / 応用光学・量子光工学 / 有機結晶

研究概要

回折格子付有機結晶デバイスの作製:酸化膜付シリコン基板上に以下の2種類の方法を用いて、回折格子を配備した。
(1) フォトレジストを塗布して干渉露光によりフォトレジストに回折格子を構築した。
(2) 集束イオンビームにより、酸化膜表面に直接回折格子を構築した。
作製した回折格子付基板に、(1)昇華法で成長した有機半導体結晶を貼り付ける、(2)回折格子基板を有機半導体溶液に浸漬する、などの方法により有機半導体結晶を貼り付け、有機発光電界効果トランジスタを構築した。
光および電流励起による狭線化発光の実現:作製した有機発光電界効果トランジスタに水銀ランプによる紫外線を照射し、その発光の様子を調べると、半値全幅数nmの狭線化した光を検出した。そこで、このトランジスタデバイスのソースおよびドレイン電極に直流電圧を、ゲート電極に交流電圧を印加したところ、光励起と同様に、最高で～2nmの半値全幅まで狭線化した発光を観測することに成功した。光励起および電流励起の様々な条件における外部量子効率を詳細に検討した結果、狭線化発光が回折格子によるspectral filteringの結果であることを確認した。今回の回折格子を配備したデバイス(発光トランジスタ)は、レーザー素子実現に向けた強力な要素技術となる。

研究成果

• [雑誌論文] Grating-Assisted Spectrally-Narrowed Emissions from an Organic Slab Crystal Excited with a Mercury Lamp (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Hotta, Y.Sakurai, Y.Okuda, T.Miki, K.Matsunaga, F.Hirato, T.Yamao, H.Jinnai
  • 雑誌名: J.Nanosci.Nanotechnol. 10 ページ: 440-447
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improved Field-Effect Transistor Characteristics of an n-Type Semiconducting Thiophene/Phenylene Co-Oligomer (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Yamao, Y.Shimizu, H.Kuriki, T.Katagiri, S.Hotta
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 49
  • NAID: 210000067816
  • 査読あり
• [雑誌論文] Organic Light-Emitting Field-Effect Transistor with Channel Waveguide Structure (2010)
  • 著者名/発表者名: Y.Shigee, H.Yanagi, K.Terasaki, T.Yamao, S.Hotta
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 49
  • NAID: 210000067824
  • 査読あり
• [雑誌論文] Organic-Crystal Light-Emitting Field-Effect Transistors Driven by Square-Wave Gate Voltages (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Yamao, K.Terasaki, Y.Shimizu, S.Hotta
  • 雑誌名: J.Nanosci.Nanotechnol. 10 ページ: 1017-1020
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photogeneration of Charge Carrier Correlated with Amplified Spontaneous Emission in Single Crystals of Thiophene/Phenylene Co-Oligomer (2010)
  • 著者名/発表者名: A.Saeki, S.Seki, Y.Shimizu, T.Yamao., S.Hotta
  • 雑誌名: J.Chem.Phys. 132 ページ: 134509-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single Crystal Growth and Charge Transport Properties of an Alternating Co-Oligomer Composed of Thiophene and Phenylene Rings (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Yamao, Y.Nishimoto, K.Terasaki, H.Akagami, T.Katagiri, S.Hotta, M.Goto, R.Azumi, M.Inoue, M.Ichikawa, Y.Taniguchi
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 49
  • NAID: 210000068353
  • 査読あり
• [雑誌論文] Refractive Index along the Molecular Long Axis of an Orthorhombic Thiophene/Phenylene Co-Oligomer Crystal (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Yamao, K.Yamamoto, T.Inoue, Y.Okuda, Y.Taniguchi, S.Hotta
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 48
  • 査読あり
• [雑誌論文] High Mobility and Luminescent-Efficiency in Organic Single-Crystal Light-Emitting Transistors (2009)
  • 著者名/発表者名: S.Z.Bisri, T.Takenobu, Y.Yomogida, H.Shimotani, T.Yamao, S.Hotta, Y.Iwasa
  • 雑誌名: Adv.Funct.Mater. 19 ページ: 1728-1735
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gain-Narrowed Emissions from Oligomer Crystals Assisted by Interference Exposure (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Yamao, T.Inoue, Y.Okuda, T.Ishibashi, S.Hotta, N.Tsutsumi
  • 雑誌名: Synth.Met. 159 ページ: 889-892
  • 査読あり
• [雑誌論文] Field-Effect Transistors Based on Organic Single Crystals Grown by Improved Vapor Phase Method (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Yamao, K.Juri, A.Kamoi, S.Hotta
  • 雑誌名: Org.Electron. 10 ページ: 1241-1247
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improvements of Morphologies and Emission Characteristics of Highly Purified Organic Oligomer Semiconductors (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Yamao, T.Sakaguchi, K.Juri, H, Doi, A.Kamoi, N.Suganuma, S.Hotta
  • 雑誌名: Thin Solid Films 518 ページ: 489-492
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improved Device Performance of Organic Crystal Field-Effect Transistors Fabricated or Friction-Transferred Substrates (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Yamao, H.Akagami, Y.Nishimoto, S.Hotta, Y.Yoshida
  • 雑誌名: J.Nanosci.Nanotechnol. 9 ページ: 6271-6276
  • 査読あり
• [学会発表] Novel Structural Modifications for High Performance Light-Emitting Transistors and Its Spectrally Narrowed Emission (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Z.Bisri, K.Sawabe, T.Takenobu, T.Yamao, S.Hotta, Y.Iwasa
  • 学会等名: 日本物理学会 第65回年次大会
  • 発表場所: 岡山大学 津島キャンパス
  • 年月日: 2010-03-22
• [学会発表] 両極性単結晶発光トランジスタにおける高電流密度の実現 (2010)
  • 著者名/発表者名: 澤部宏輔, S.Bisri, 竹延大志, 山雄健史, 堀田収, 岩佐義宏
  • 学会等名: 応用物理学会 第57回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 東海大学 湘南キャンパス
  • 年月日: 2010-03-20
• [学会発表] 両極性単結晶発光トランジスタにおける発光の先鋭化 (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Bisri, 竹延大志, 澤部宏輔, 奥田祐樹, 山雄健史, 堀田収, 岩佐義宏
  • 学会等名: 応用物理学会 第57回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 東海大学 湘南キャンパス
  • 年月日: 2010-03-20
• [学会発表] pn接合有機発光トランジスタ (2010)
  • 著者名/発表者名: 寺崎皓平, 仙石倫章, 山雄健史, 堀田収
  • 学会等名: 応用物理学会 第57回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 東海大学 湘南キャンパス
  • 年月日: 2010-03-18
• [学会発表] 有機トランジスタからの電流励起狭線化発光 (I) -有機蒸着膜と結晶の積層構造- (2010)
  • 著者名/発表者名: 岡田哲周, 寺崎皓平, 山雄健史, 堀田収
  • 学会等名: 応用物理学会 第57回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 東海大学 湘南キャンパス
  • 年月日: 2010-03-18
• [学会発表] 有機トランジスタからの電流励起狭線化発光 (II) -DFBをもつ有機積層超構造- (2010)
  • 著者名/発表者名: 牧野吉剛, 日野出大輝, 寺崎皓平, 岡田哲周, 山雄健史, 堤直人, 堀田収
  • 学会等名: 応用物理学会 第57回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 東海大学 湘南キャンパス
  • 年月日: 2010-03-18
• [学会発表] 有機トランジスタからの電流励起狭線化発光 (III) -回折格子を備えたゲート絶縁膜- (2010)
  • 著者名/発表者名: 山雄健史, 櫻井陽一, 寺崎皓平, 清水康弘, 陣内浩司, 堀田収
  • 学会等名: 応用物理学会 第57回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 東海大学 湘南キャンパス
  • 年月日: 2010-03-18
• [学会発表] Liquid Phase Crystal Growth of an Alternating Co-Oligomer Composed of Thiophene and Phenylene Rings (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Yamao, Y.Nishimoto, H.Akagami, T.Katagiri, S.Hotta
  • 学会等名: 2009 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2009)
  • 発表場所: Sendai Kokusai Hotel, Miyagi, Japan
  • 年月日: 2009-10-09
• [学会発表] Melt-molding of Uniaxially-Oriented Crystal Domains onto a Substrate (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Yamao, K.Juri, T.Sakaguchi, H.Kuriki, A.Kamoi, S.Hotta
  • 学会等名: The 31st International Symposium oon Dry (DPS2009) Process
  • 発表場所: Busan Exhibition & Convention Center, Busan, Korea
  • 年月日: 2009-09-24
• [学会発表] アルキル置換 (チオフェン/フェニレン) コオリゴマーの物性とトランジスタ特性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 片桐敏文, 坂東誠二, 宮田真良, 平瀬龍二, 石原マリ, 山雄健史, 堀田収
  • 学会等名: 高分子学会 第58回高分子討論会
  • 発表場所: 熊本大学 黒髪キャンパス
  • 年月日: 2009-09-17
• [学会発表] ナノキャビティーを備えた有機半導体結晶薄膜の蛍光特性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 櫻井陽一, 杉森秀一, 赤神博, 松永和之, 山雄健史, 堀田収, 陣内浩司
  • 学会等名: 高分子学会 第58回高分子討論会
  • 発表場所: 熊本大学 黒髪キャンパス
  • 年月日: 2009-09-17
• [学会発表] レーザー光励起による有機半導体結晶のレーザー発振と光学特性評価 (2009)
  • 著者名/発表者名: 奥田裕貴, 山本一統, 山雄健史, 堀田収
  • 学会等名: 高分子学会 第58回高分子討論会
  • 発表場所: 熊本大学 黒髪キャンパス
  • 年月日: 2009-09-17
• [学会発表] 有機発光トランジスタのデバイス形態制御 (2009)
  • 著者名/発表者名: 梶原健太郎, 寺崎皓平, 清水康弘, 山雄健史, 堀田収
  • 学会等名: 高分子学会 第59回高分子討論会
  • 発表場所: 熊本大学 黒髪キャンパス
  • 年月日: 2009-09-17
• [学会発表] 有機半導体結晶を用いた高性能発光トランジスタの開発 (2009)
  • 著者名/発表者名: 寺崎皓平, 清水康弘, 山雄健史, 堀田収
  • 学会等名: 高分子学会 第60回高分子討論会
  • 発表場所: 熊本大学 黒髪キャンパス
  • 年月日: 2009-09-17
• [学会発表] 干渉露光で作製した一次元周期構造を利用した有機分子結晶の光学特性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 牧野吉剛, 日野出大輝, 井上丈嗣, 山雄健史, 堀田収, 堤直人
  • 学会等名: 高分子学会 第58回高分子討論会
  • 発表場所: 熊本大学 黒髪キャンパス
  • 年月日: 2009-09-16
• [学会発表] 交互 (チオフェン/フェニレン) コオリゴマー 結晶の光学特性評価 (2009)
  • 著者名/発表者名: 山雄健史, 奥田裕貴, 堀田収
  • 学会等名: 応用物理学会 第70回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 富山大学 五福キャンパス
  • 年月日: 2009-09-09
• [学会発表] Photopumped Laser Oscillations of Alternating Thiophene/Phenylene Co-Oligomer Crystals (2009)
  • 著者名/発表者名: 山雄健史, 奥田裕貴, 堀田収
  • 学会等名: The 1st Asian Conference on Organic Electronics (A-COE)
  • 発表場所: Luigans hotel, Fukuoka, Japan
  • 年月日: 2009-09-04
• [学会発表] 有機半導体結晶トランジスタからの電流注入狭線化発光 (2009)
  • 著者名/発表者名: 山雄健史, 寺崎皓平, 清水康弘, 堀田収
  • 学会等名: 応用物理学会 第56回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 筑波大学 筑波キャンパス
  • 年月日: 2009-04-01
• [学会発表] フッ素系絶縁膜を用いた両極性単結晶トランジスタ (2009)
  • 著者名/発表者名: 蓬田陽平, 竹延大志, サトリア・ズルカルナェン・ビスリ, 山雄健史, 堀田収, 八尋正幸, 安達千波矢, 岩佐義宏
  • 学会等名: 日本物理学会 第64回年次大会
  • 発表場所: 立教大学 池袋キャンパス
  • 年月日: 2009-03-30
• [産業財産権] 有機積層体を含む発光トランジスタ (2010)
  • 発明者名: 堀田収, 山雄健史, 寺崎皓平, 岡田哲周
  • 権利者名: 国立大学法人京都工芸繊維大学
  • 産業財産権番号: 2010-028602
  • 出願年月日: 2010-02-12
• [産業財産権] 発光トランジスタ、その製造方法、及び増幅又は狭線化した光を発する方法 (2010)
  • 発明者名: 山雄健史, 堀田収, 櫻井陽一, 牧野吉剛, 寺崎皓平
  • 権利者名: 国立大学法人京都工芸繊維大学
  • 産業財産権番号: 2010-028600
  • 出願年月日: 2010-02-12
• [産業財産権] 有機光学デバイス、その製造方法、及び増幅又は狭線化した光を発する方法 (2008)
  • 発明者名: 堀田収, 山雄健史, 陣内浩司, 櫻井陽一, 松永和之, 三木智晴, 平等文雄
  • 権利者名: 京都工芸繊維大学
  • 産業財産権番号: 2008-175782
  • 出願年月日: 2008-07-04