有機激光二極體從夢想變為現實

日本的研究人員已經證明，一種基於有機半導體的長期難以捉摸的激光二極體確實是可行的，為激光在生物感測、顯示器、醫療保健和光通信等應用領域的進一步擴展鋪平了道路。

有機激光二極體長期以來被認為是發光器件領域的聖杯，它使用碳基有機材料來發光，而不是傳統器件中使用的無機半導體，如砷化鎵和氮化鎵。

激光器在許多方面與有機發光二極體（OLED）相似，在有機發光二極體中，一層薄的有機分子在通電時發光。有機發光二極體（OLED）因其高效率和鮮艷的色彩而成為智能手機顯示器的熱門選擇，這種色彩很容易通過設計新的有機分子而改變。在電激勵下產生藍色激光發射的有機半導體激光二極體的示意圖。

有機激光二極體可以產生更純凈的光，從而實現更多的應用，但它們需要比OLED中使用的電流更大的電流來實現激光發射過程。這些極端的條件導致了先前研究的器件在觀察到激光之前發生了故障。

進一步複雜化的進展是，先前關於有機材料電產生激光的說法在一些場合被證明是錯誤的，其他現象由於表徵不充分而被誤認為是激光。

但是現在，九州大學有機光電子學研究中心（OPERA）的科學家們在《Applied Physics Express》（「Indication of current-injection lasing from an organic semiconductor」）上報告說，他們有足夠的數據令人信服地證明有機半導體激光二極體終於實現了。

該論文的主要作者Atula S. D. Sandanayaka說：「我認為許多人都在懷疑，有一天我們是否真的會看到有機激光二極體的實現，但是通過改進材料和新設備結構，減緩各種性能限制，我們最終做到了。」

激光的一個關鍵步驟是向有機層注入大量電流，以達到一種稱為粒子數反轉的狀態。然而，許多有機材料的高電阻使其很難在加熱和燃燒前獲得足夠的電荷。

除此之外，大多數有機材料和設備在大電流下運行所固有的各種損耗過程都會降低效率，使必要的電流上升得更高。

為了克服這些問題，由Chihaya Adachi教授領導的研究小組使用了一種高效有機發光材料（BSBCZ），這種材料具有相對較低的抗電性和較低的損耗，即使注入了大量的電。但僅僅擁有合適的材料是不夠的。

他們還設計了一種器件結構，其中一個電極上有一個絕緣材料網格，用於向有機薄膜中注入電能。眾所周知，這種網格——稱為分散式反饋結構——能產生激光所需的光學效應，但研究人員更進了一步。

Adachi說：「通過優化這些網格，我們不僅可以獲得所需的光學特性，還可以控制器件中的電流，並將觀察有機薄膜激光所需的電量降到最低。」

研究人員對這些新設備的前景充滿了信心，他們於2019年3月22日成立了創業公司Koala Tech Inc.——九州有機激光科技公司的簡稱，以加速研究並克服在商業應用中使用有機激光二極體的最終障礙。

KOALA Tech Inc.的創始成員，Chihaya Adachi教授，Jean-Charles Ribierre博士，Fatima Bencheikh博士和Takashi Fujihara博士，現在正在努力提高他們的有機激光二極體的性能，將這項最先進的有機發光技術帶到世界上。

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