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

2002 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

本研究では、最近実用化が進められている電界発光(EL)素子を有機半導体レーザーダイオード(LD)へ発展させるため、発光性π共役系オリゴマーを分子配列した結晶性薄膜として自己組織化することにより、素子の電気特性(キャリア注入、輸送)を向上をさせるとともに、発光の偏光や指向性の付与による発光増幅の高効率化を行っている。今年度は、励起エネルギー閾値の低減をはかるため素子中に配向結晶やマイクロドット等の低次元秩序構造を導入することにより、励起子や光の閉じ込め効果を利用してレーザー発振の実現を目指して、下記の研究を行った。
(1)新規レーザー色素の検索(柳・谷口)
高電流注入下においても安定で高い発光効率をもつ新規レーザー色素分子として、ジスチリルベンゼン誘導体や、チオフェンとp-フェニレンニットが種々の数および順序で直鎖状に結合したπ共役系コオリゴマー分子を使用した。
(2)自己組織化低次元結晶の作製(柳)
(1)のオリゴマー分子を、真空蒸着法を用いて塩化カリウム(KC1)単結晶基板の(100)面上に成長させることにより、ジスチリルベンゼン誘導体が自己組継化したマイクロメートルスケールの0次元ドットや(チオフェン/フェニレン)コオリゴマーが配向結晶化した1次元ロッドの有機低次元結晶を作製することに成功した。
(3)自己組織化低次元結晶の素子特性の評価(柳・谷口)
(2)で作製した低次元結晶をパルスレーザーを用いて光励起しその発光スペクトルを測定した結果、発光がこれらの低次元構造中に閉じ込められ、その微小キャビティー効果や自己導波路効果によって狭線化した増幅発光を観察することができた。また、(チオフェン/フェニレン>コオリゴマー1次元配向結晶を用いてEL素子を作製し電界発光特性を測定した結果、注入キャリアが1次元構造中に閉じ込められることにより、配向結晶に局在化した電界発光を観察することができた。さらに、高密度のキャリア注入を目的として、(チオフェン/フェニレン)コオリゴマー1次元配向結晶を用いて電界効果方トランジスタ(FET)素子を作製し、そのキャリア輸送特性を測定した結果、10^<-1〜-2>オーダーの高い正孔移動度を得ることができた。

Research Products

• [Publications] Hisao Yanagi: "Electroluminescence from Low-Dimensionally Cofined Crystals of Thiophene/p-Phenylene Co-Oligomers"Applied Physics Letters. 81・8. 1512-1514 (2002)
• [Publications] Musubu Ichikawa: "Transport in Organic Field Effect transistors made by Epitaxially Grown Crystals of a (Thiophene/Phenylene) Co-oligomer"Advanced Materials. 14・18. 1272-1275 (2002)
• [Publications] Hisao Yanagi: "Orientation Dependent Phosphorescence from Nanocrystals of Platinum Tetraphenyl Porphyrin Grown on Alkali Halides"Thin Solid Films. (発表予定).
• [Publications] Atsutoshi Yoshiki: "Electroluminescence from Self-Organized Microdots of Distyrylbenzene Derivatives"Thin Solid Films. (発表予定).
• [Publications] Yoshio Taniguchi: "Organic Solid-State Laser"Extended Abstracts of the 21st Electronic Materials Symposium. 173-174 (2002)
• [Publications] Michifumi Nagawa: "Emission Gain Narrowing from Single Crystals of a Thiophene/Phenylene Co-oligomer"Applied Physics Letters. 80・4. 544-546 (2002)
• [Publications] 谷口彬雄編集代表: "ぶんしん出版"有機半導体エレクトロニクス. 180 (2002)