有機半導体レーザーの実現 〜高効率電荷注入・輸送機構の構築と解明〜

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私たちは有機半導体レーザーの構築を目指している。これを実現させるためには、有機LEDの特徴である積層薄膜構造を生かし、光を有機薄膜で導波させる方法が有効であると考えられる。しかしながら、通常の厚さ100nm程度の有機LEDでは、陰極によって光が吸収されてしまう問題点がある。そこで、陰極による光の伝播ロスを回避するために、厚膜有機LED素子を作成する必要がある。しかしながら、膜厚の増加に伴い、駆動電圧が上昇してしまう問題点がある。このため、厚膜素子を作成するためには効率的な電荷注入と電荷輸送機構の構築が不可欠である。これまで、電子輸送層に仕事関数が低いセシウム(Cs)とphenyldipyrenylphosphine oxide(POPy_2)の共蒸着膜を用い、駆動電圧4Vで115mA/cm^2に達する高電流密度が得られた。また、厚さ200nmのCs:POPy_2共蒸着層はCs:Alq_3共蒸着膜を用いた素子と比較して駆動電圧が低く、駆動電圧4Vで11mA/cm^2に達する高電流密度が得られた。そこで、更なる駆動電圧の低減化とホール輸送層の厚膜化について検討した。私たちは様々な有機材料、金属及び酸化物を検討した結果、モリブデン酸化物(MoO_2)とホール輸送材料は良好な電荷移動錯体を形成し、効率良いホール注入及び輸送が可能であることが分かった。特に、MoO_2:4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl(,-NPD)共蒸着膜は厚さ50nmの,-NPD単独層に比べ、厚さ50nm,から200nmのどの膜厚においても駆動電圧が低下することが分かった。本研究において、膜厚増加に伴う駆動電圧の増加を回避することに成功した。今後、有機半導体レーザーの構築を行うため、光を導波させる最適な膜厚の検討を行う。