有機結晶ｐｎ積層による固体レーザーの創製と発光メカニズムの解明

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23550208
• 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, 准教授 (10397606)
• キーワード: 高性能レーザー / 先端機能デバイス / 有機半導体 / 有機結晶 / 酸化物半導体 / 駆動方法

研究概要

H25年度実施：
①　p型、n型、両極性を示す有機半導体結晶の屈折率分散を評価した。これらの結晶は光励起レーザー発振を示し、電流注入発振レーザーの媒体へ利用できる。②　レーザー発振に不可欠な光共振器として、波型の溝をもつ回折格子を光反応や蒸着重合する樹脂で作製した。光学系の改善、薬品の厳選により、従来約50 nm程度の格子溝を倍以上に深めた。回折格子に有機結晶を貼付し、それを光励起すると、半値全幅10 nm以下の狭線化発光を得た。③　電子を多く含む酸化物半導体をp型の有機結晶と積層した素子を試作した。結晶をマスクに酸化物半導体をエッチングし、理想的なp-nハイブリッド構造を構築した。これを用いた発光トランジスタで電流注入発光を実現した。
研究期間全体：
①　素子の電流と発光の時間変化を詳細に観測するシステムを構築した。このシステムは、数kHz以上の交流電圧印加時の時間変化の観測を可能にした。②　様々なp型とn型の有機材料を組合せ、薄膜発光デバイスを作製した。発光輝度や外部量子効率を比較し、最適な組み合わせを決定した。電極金属を有機半導体で修飾し、電荷注入効率や発光輝度を向上させた。③　2種類の有機半導体でハイブリッド結晶を成長した。この結晶は、両者単独の結晶の中間の発光色を示し、結晶構造や移動度の値は片方の結晶に近い。一方の半導体分子が他方の結晶中に分散した構造をもつことを示した。④　回折格子をもつ有機結晶発光トランジスタで、半値全幅が3 nm程の狭線化発光を観測した。⑤　ゲート電極を二つもつ発光トランジスタを作製した。両方のゲート電極を同時に用いた場合、片側のゲート電極のみを用いたのに比べ、同じ電圧印加条件で約２倍のドレイン電流が流れ、半分のゲート電圧の大きさで同等以上の強さの電流励起発光が観測された。

研究成果

• [雑誌論文] Light-emitting field-effect transistors combining organic and metal oxide layers with partitioned heterogeneous source and drain electrodes (2014)
  • 著者名/発表者名: Shohei Higashihara, Keisei Yamada, Takeshi Yamao, and Shu Hotta
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: Vol. 53, No. 5S1 ページ: 05FT01/7
  • DOI: 10.7567/JJAP.53.05FT01
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phase refractive index dispersions of organic oligomer crystals with different molecular alignments (2014)
  • 著者名/発表者名: Yusaku Sakurai, Waka Hayashi, Takeshi Yamao, and Shu Hotta
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: Vol. 53, No. 2S ページ: 02BB01/6
  • DOI: 10.7567/JJAP.53.02BB01
  • 査読あり
• [雑誌論文] Light emissions from organic crystal field-effect transistors with dual-gate contacts (2014)
  • 著者名/発表者名: Takenori Kitazawa, Yoshihide Fukaya, Shu Hotta, and Takeshi Yamao
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 53 ページ: 05HB05/4 pages
  • DOI: 10.7567/JJAP.53.05HB05
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spectrally narrowed emissions from organic crystals mounted on transfer-printed parylene diffraction gratings (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshihide Fukaya, Yuki Obama, Shu Hotta, and Takeshi Yamao
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 53 ページ: 01AD08/5 pages
  • DOI: 10.7567/JJAP.53.01AD08
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hybrid crystals based on thiophene/phenylene co-oligomers (2013)
  • 著者名/発表者名: Munetaka Maruyama, Takeshi Yamao, Shu Hotta, and Hisao Yanagi
  • 雑誌名: Displays 巻: Vol. 34, No. 5 ページ: 442–446
  • DOI: 10.1016/j.displa.2013.08.010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Refractive index dispersion and anisotropic group refractive indices of rubrene crystals (2013)
  • 著者名/発表者名: Satoru Sugimoto, Yuya Fukunishi, Yoshihide Fukaya, Takeshi Yamao, and Shu Hotta
  • 雑誌名: Transactions of the Materials Research Society of Japan 巻: 38 ページ: 301－304
  • DOI: 10.14723/tmrsj.38.301
  • 査読あり
• [雑誌論文] Emission and charge transport properties of thiophene-terminated thiophene/phenylene co-oligomer crystals (2013)
  • 著者名/発表者名: Yusaku Sakurai, Junichi Yamamoto, Takeshi Yamao, and Shu Hotta
  • 雑誌名: Displays 巻: 34 ページ: 406－412
  • DOI: 10.1016/j.displa.2013.08.004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Large pentacene and fullerene crystals having a well-defined polygon (2013)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Yamao, Takao Nakagawa, Kenji Ogino, Norihiro Noguchi, and Shu Hotta
  • 雑誌名: Molecular Crystals and Liquid Crystals 巻: 581 ページ: 1－6
  • DOI: 10.1080/15421406.2013.808126
  • 査読あり
• [雑誌論文] Organic-crystal field-effect transistors based on terminal-substituted sexithiophenes (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshihide Fukaya, Atsushi Inoue, Yuya Fukunishi, Shu Hotta, and Takeshi Yamao
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 52 ページ: 05DC09/6 pages
  • DOI: 10.7567/JJAP.52.05DC09
  • 査読あり
• [雑誌論文] Light-emitting field-effect transistors having combined organic semiconductor and metal oxide layers (2013)
  • 著者名/発表者名: Keisei Yamada, Takeshi Yamao, and Shu Hotta
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: 25 ページ: 2860-2866
  • DOI: 10.1002/adma.201300456
  • 査読あり
• [学会発表] 面発光性TPCO 結晶を用いたマイクロキャビティの作製 (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中庸介，水野斎，柳久雄，早川昂志，中畑拓也，山下謙一，山雄健史，堀田収，佐々木史雄
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス
  • 年月日: 20140317-20140320
• [学会発表] 有機結晶からなるマイクロディスク共振器のパーセル効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐々木史雄，望月博孝，原市聡，柳久雄，山雄健史，堀田収
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス
  • 年月日: 20140317-20140320
• [学会発表] デュアル・ゲート構造を有する有機発光電界効果トランジスタ (2014)
  • 著者名/発表者名: 深谷佳秀,北澤武範,山雄健史,堀田収
  • 学会等名: 第61回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 青山学院大学相模原キャンパス
  • 年月日: 2014-03-19
• [学会発表] Light-emitting field-effect transistors combining organic and metal oxide layers with partitioned heterogeneous source and drain electrodes (2013)
  • 著者名/発表者名: Shohei Higashihara, Keisei Yamada, Yoshihide Fukaya, Shu Hotta, and Takeshi Yamao
  • 学会等名: 2013 JSAP-MRS Joint Symposia
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス
  • 年月日: 20130916-20130920
• [学会発表] (チオフェン/フェニレン)コオリゴマーを活性層に用いた微小共振器の作製 (2013)
  • 著者名/発表者名: 早川昂志，山下兼一，山雄健史，堀田収，柳久雄
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス
  • 年月日: 20130916-20130920
• [学会発表] (チオフェン/フェニレン)コオリゴマーからなるダブルヘテロ構造有機発光素子 (2013)
  • 著者名/発表者名: 佐々木史雄，望月博孝，原市聡，柳久雄，山雄健史，堀田収
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス
  • 年月日: 20130916-20130920
• [学会発表] ヘテロ構造をもつ(チオフェン/フェニレン)コオリゴマー薄膜の電界効果型トランジスタ特性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 橋本和昌，柳久雄，佐々木史雄，山雄健史，堀田収
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス
  • 年月日: 20130916-20130920
• [学会発表] 金属酸化物半導体層をもつ有機薄膜発光トランジスタ (2013)
  • 著者名/発表者名: 山田経世，山雄健史，堀田収
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス
  • 年月日: 20130916-20130920
• [学会発表] Light emissions from organic crystal field-effect transistors with dual gate contacts (2013)
  • 著者名/発表者名: Takenori Kitazawa, Yoshihide Fukaya, Shu Hotta, and Takeshi Yamao
  • 学会等名: 2013 International Conference on Flexible and Printed Electronics (ICFPE 2013)
  • 発表場所: The Shilla Hotel in Jeju Island, Korea
  • 年月日: 20130911-20130913
• [学会発表] Development and evaluation of organic light-emitting transistors with multi-layered structure (2013)
  • 著者名/発表者名: Keisei Yamada, Takeshi Yamao, and Shu Hotta
  • 学会等名: 第62回高分子討論会
  • 発表場所: 金沢大学角間キャンパス
  • 年月日: 20130911-20130913
• [学会発表] Fabrication of light-emitting transistors having a layered organic semiconductor and inorganic semiconductor (2013)
  • 著者名/発表者名: Shohei Higashihara, Takeshi Yamao, and Shu Hotta
  • 学会等名: 第62回高分子討論会
  • 発表場所: 金沢大学角間キャンパス
  • 年月日: 20130911-20130913
• [学会発表] Fabrication of organic semiconductor crystal thin films composed of asymmetric molecules (2013)
  • 著者名/発表者名: Munetaka Maruyama, Takeshi Yamao, Ryuji Hirase, Toshifumi Katagiri, and Shu Hotta
  • 学会等名: 第62回高分子討論会
  • 発表場所: 金沢大学角間キャンパス
  • 年月日: 20130911-20130913
• [学会発表] Fabrication of diffraction gratings using transfer-printed parylene films and their organic light-emitting device application (2013)
  • 著者名/発表者名: Yuki Obama, Takeshi Yamao, and Shu Hotta
  • 学会等名: 第62回高分子討論会
  • 発表場所: 金沢大学角間キャンパス
  • 年月日: 20130911-20130913
• [学会発表] ２次元回折格子を用いた有機半導体結晶発光トランジスタ (2013)
  • 著者名/発表者名: 坂本直紀，山雄健史，堀田収
  • 学会等名: 第62回高分子討論会
  • 発表場所: 金沢大学角間キャンパス
  • 年月日: 20130911-20130913
• [学会発表] Determination of refractive indices of alternating thiophene/phenylene co-oligomer crystals (2013)
  • 著者名/発表者名: Yusaku Sakurai, Takeshi Yamao, and Shu Hotta
  • 学会等名: 第62回高分子討論会
  • 発表場所: 金沢大学角間キャンパス
  • 年月日: 20130911-20130913
• [学会発表] Phase refractive index dispersions of organic oligomer crystals with different molecular alignments (2013)
  • 著者名/発表者名: Yusaku Sakurai, Waka Hayashi, Takeshi Yamao, and Shu Hotta
  • 学会等名: The 4th International Symposium on Organic and Inorganic Electronic Materials and Related Nanotechnologies (EM-NANO 2013)
  • 発表場所: 石川県立音楽堂
  • 年月日: 20130617-20130620
• [学会発表] Narrow linewidth emissions from light-emitting transistors combining organic semiconductor crystals and diffraction gratings (2013)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Yamao and Shu Hotta
  • 学会等名: 2013 MRS Fall Meeting & Exhibit
  • 発表場所: Hynes Convention Center, Boston, MA, USA
  • 年月日: 2013-12-05
  • 招待講演