| 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, 名誉教授 (60305612)
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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 / 両極性キャリヤ / 電界発光素子 / レーザ発振 / 電界効果トランジスタ |
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| 研究実績の概要 |
電場駆動型の有機半導体レーザは、2000年にBell研究所によりScience誌に報告されたが、その後研究は捏造として科学会のスキャンダルになった経緯がある。その後、実現に向けてさまざまな挑戦が試みられたが、成功に至らなかった困難な研究である。本研究では実現できる可能性を示し、有機半導体レーザ発振を電流駆動で実現する事を目標とした。電界効果トランジスタ構造で有機半導体発光素子を電子と光学の両方の観点から詳細に検討して、発振の確認と高性能化に向けた研究を遂行する。
電場駆動の有機半導体レーザ（el-OSCL)実現のためには、従来とは異なる技術革新が必要である。また、電界発光素子（Electroluminescence：EL)がレーザー（Electroluminescence Laser: ELL)として確認されるためには、3つの基本的な実験データを示す必要がある。(1)レーザの閾値---注入された電荷粒子数(N)と発光強度(I)との関係に明確な閾値が存在して、閾値を境として非線形に発光強度が増加する事。(2)急峻な発光スペクトラム精鋭化---閾値を越えると一つの発光波長が選択されて、発光スペクトル幅が急激に狭窄化する現象。(3)共振器増幅---共振器構造で反復増幅されている事。
本研究では、このような電界駆動レーザー発振の実験的証拠を得る事を目的に詳細な実験を遂行して、仕事関数の小さいCa/CsF（電子注入電極）と大きいAu（ホール注入電極）のヘテロ電極を用いてレーザ発振に必要な閾値電流の存在を確認した。また、両極性キャリヤ（電子と正孔）注入/伝達機能および高発光機能を有する有機半導体（BP3T)を光学媒体として選択して、電場駆動有機半導体レーザの可能性を示した。
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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
これまで実行した研究により、重要な結果を得ている。（1)仕事関数の小さいCa/CsF（電子注入電極）と大きいAu（ホール注入電極）のヘテロ電極を用いて、さらに有機半導体表面を単分散のポリスチレン層を積層する事により、レーザ発振に必要な閾値電流の存在を確認した。この状態で、種々のトランジスタ作製条件を変化させる事により、良い条件を設定できると考えられる。実験は、良好な方向へ向けて行なわれている。(2)両極性キャリヤ（電子と正孔）注入/伝達機能および高発光機能を有する有機半導体（BP3T)を光学媒体として選択して、電場駆動有機半導体レーザの可能性を示す事ができている。今後、実験条件を変化させる事により、有機半導体BP3Tの性能を最適な条件で引き出す事ができる状況にある。(3)BP3Tを光媒体として、分布帰還型（Distributed Feed back: DFB）レーザの作製条件を検討して、低閾値でレーザ発振する初期的な実験結果を得ている。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後、研究の再現実験を遂行して実験の精度を向上させる事により、現象の基礎理解を深める。電流励起レーザ発振状況をより本質的な観点から考察する。また、(1)有機半導体レーザ構造の改善、(2)レーザ発振確認のための高精度の改善実験、(3)光励起と電流励起の比較検討実験、(4)レーザ発振専門研究者との議論を基礎として、研究の最終年度までに、レーザ発振の最終証拠を提出するための実験、レーザ発振の論文投稿のための高精度実験などを行う方針である。
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