Разработчики из Центра исследования органической фотоники и электроники в Университете Кюсю продемонстрировали лазерный диод, построенный на базе органических полупроводников. О технологическом прорыве пишет «EurekAlert!».

Использование лазерных диодов позволит сделать очередной рывок в развитии таких технологий, как биосенсоры, дисплеи, здравоохранение и оптическая связь.

Долгое время органические лазерные диоды считались недостижимой целью в области светоизлучающих устройств. В них используют органические материалы для излучения света вместо неорганических полупроводников, таких как арсенид галлия и нитрид галлия, используемых в традиционных устройствах.

Лазерные диоды во многом похожи на органические светодиоды (OLED), в которых тонкий слой органических молекул излучает свет при подаче электроэнергии. OLED стали популярным выбором для дисплеев смартфонов из-за их высокой эффективности и ярких цветов, которые можно легко изменить, создав новые органические молекулы.

Органические лазерные диоды производят гораздо более чистый свет, но для достижения процесса генерации требуются токи, величины которых выше тех, что используются в светодиодах. Эти экстремальные условия приводили к тому, что ранее исследованные устройства выходили из строя задолго до того, как начиналась генерация излучения.

Ученые из Центра исследований органической фотоники и электроники в Университете Кюсю сообщили, что они реализовали органические полупроводниковые лазерные диоды.

«Я думаю, что многие люди в научном сообществе сомневались, увидим ли мы когда-нибудь реализацию органического лазерного диода, - говорит Атула С. Д. Санданаяка, ведущий автор статьи. - Но благодаря улучшенным материалам и новым устройствам мы наконец сделали это».

Важным шагом в генерации является подача большого количества электрического тока в органические слои для достижения состояния, называемого инверсией населенности. Однако высокое сопротивление многих органических материалов затрудняет получение достаточного количества электрических зарядов до того, как сами материалы нагреются и сгорят.

Вдобавок ко всему различные процессы потерь, присущие большинству органических материалов и устройств, работающих при высоких токах, снижают эффективность, повышая необходимый ток еще выше.

Чтобы преодолеть эти препятствия, исследовательская группа использовала высокоэффективный органический светоизлучающий материал (BSBCz) с относительно низким сопротивлением электричеству и небольшими потерями - даже при подаче большого количества электричества. Но одного правильного материала было недостаточно.

Схематическое представление органического полупроводника лазерного диода, производящего голубое лазерное излучение при электрическом возбуждении

Они также разработали конструкцию устройства с решеткой из изоляционного материала поверх одного из электродов, используемых для подачи электричества в тонкие органические пленки. Известно, что такие сетки - так называемые распределенные структуры обратной связи - создают оптические эффекты, необходимые для генерации, но исследователи сделали еще один шаг вперед.

«Оптимизируя эти сетки, мы смогли не только получить желаемые оптические свойства, но и контролировать поток электричества в устройствах и минимизировать количество электричества, необходимое для наблюдения генерации от органической тонкой пленки», - говорит Адачи.

Исследователи настолько уверены в обещании этих новых устройств, что основали начинающую компанию KOALA Tech Inc., чтобы ускорить исследования и преодолеть последние препятствия, оставшиеся для использование органических лазерных диодов в массовом производстве.