| 研究課題/領域番号 |
18H03883
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
谷垣 勝己 東北大学, 材料科学高等研究所, 教授 (60305612)
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| 研究分担者 |
下谷 秀和 東北大学, 理学研究科, 准教授 (60418613)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 有機半導体 / 電界発光素子 / 電界効果トランジスタ / レーザ |
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| 研究実績の概要 |
本研究申請は、有機半導体を用いた電界効果トランジスタ構造(OSC-FET)において、電場駆動有機半導体レーザ(el-OSCL)の発振に世界で初めて実現する事を目指す研究である。el-OSCLの実現は、2000年にBell研究所のSchon、Kloc、Batloggの3研究者によりScience誌に報告されたが、その後研究は捏造として科学会の大きな問題となった経緯がある。しかし、この研究の概念は斬新で、その後世界中の研究者により実現に向けてさまざまな挑戦が試みられたが、20年近く経過して成功に至らなかった非常に困難な研究である。
この研究を、本研究グループが実際に実現できる可能性を示す実験結果を示していた（物理学会、応用物理学会発表）。本研究は、電場駆動有機半導体レーザの実現へ向けて、研究の現状を電子状態と光学的な両方の観点から詳細に検討する事により、実現の状況を正確に理解し、今後の発展に向けた研究を遂行する事を目的とするものである。
今年度は、これまで行なってきたファブリペロ-型共振器構造デバイス（FPR-OSCL）と共に、帰還分布型（DFB-OSCL)構造のデバイスを作製して、二つの異なるタイプのデバイスにおいて光励起および電流励起の実験比較をする事でより詳細な議論をした。その結果、光励起のop-DFB-OSCLデバイスでは、フィードバック機構を示すスペクトルの窪み構造がレーザ発振の直前に観測され、光強度を増加させるに従いバックグラウンドの発光はレーザ発光に比較して減少していき、5x10-6Jでは完全なレーザー発振モードに移行する事が確認された。同様の現象は、電流駆動モードのel-DFB-OSCLでも観測される。しかし、レーザ発振状態には入る事は確認されたが、現状では電流密度がまだ十分ではなく、光と同様の品質のレーザー発振には至っていない。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
ファブリペロー型共振器（FPR)構造を有する、有機半導体発光デバイスを電界効果トランジスタ構造で作製して、種々の発光特性とトランジスタ構造における関係を得る事に成功している。研究は順調に推移していると考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後、次の研究方針で研究を進める。[1]高効率のel-OSCLの実現のためには、発光量子効率と両極性キャリヤ（電子と正孔）の高効率注入と高移動度を示す有機半導体を探索する。[2]高品質の自己形成型のファブリペロー型レーザ共振器を作製するために、光学反射に優れた端面を有する高品質な単結晶を成膜する。[3]高品質かつ高効率のel-OSCL素子構造を実現するために、FET素子構造を改良してさらに優れた性能を示すel-OSCLを開拓する。[4」新しい素子構造探求して]el-OSCLの閾値電圧の低減下をはかる。[5]レーザ光の品質の尺度となる位相およびビームプロファイルを含めた向上をはかる。
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