科學研究 - 九州大學實施電流激發型有機半導體雷射二極體

日本九州大學最先端有機光電子研究中心的特聘教授A.S.D.Sandanayaka與該中心主任安達千波矢等人組成的研究小組，全球首次採用有機材料的半導體雷射二極體（OSLD：Organic Semiconductor Laser Diode）成功實施了電流激發振盪。該技術將由九州大學2019年3月22日成立的初創企業KOALA Tech推進實用化。

研究要點：

● 全球首次證實，以有機發光器件OLED器件爲基本結構，透過嵌入具有光侷限效應的DFB型光學諧振器結構，可進行雷射振盪。

● 有機材料的特點是能實施無機半導體雷射難以實施的任意振盪波長（從可見光範圍到紅外光範圍）、工藝成本相對較低且易於製造、可實施柔性基底層及透明元件等，透過本次研究證實，有望將其廣泛應用於各種使用雷射光源的元器件。

相關研究論文已於2019年5月31日發表在國際科學期刊《應用物理可用能快訊》（Applied Physics Express）的網路速報版上。

此前作爲雷射光源使用的是利用無機材料構成的半導體雷射，但由無機材料的種類決定的雷射振盪波長是有限的，難以獲得任意的振盪波長。另外，作爲雷射介質使用的無機材料爲晶體形態，存在製作工藝複雜、難以在曲面或彈性基底層上安裝等課題。

本研究的目的是實施此前難以實施的「電流激發型有機半導體雷射二極體」。阻礙OSLD實施的主要原因是，難以開發出能承受高電流密度的有機材料和元器件構造，以及在高電流密度下發生的三重態和極化吸收能量所產生的有效能損失。

在本次研究中，有機雷射材料採用低閾值雷射振盪材料BSBCz，堆疊結構採用圖1所示的反向堆疊型OLED結構，光學諧振器採用1階2階混合型DFB結構，由此成功開發出了OSLD。試驗發現，在約650Acm^-2以上的高電流密度下，於480.3nm處達到振盪峰值的強光譜出現變窄現象。另外，由於具有振盪特性明確的閾值動作、振盪光譜的半寬度還不到0.2nm、具備偏振和相關特性，因此應答產生了雷射振盪。