电泵浦有机半导体激光器及其特性研究

【摘要】： 有机半导体激光具有易于加工,成本较低,波长可调谐等优点,目前,已经报导了采用固体激光器、无机半导体激光器及高亮度发光二极管为泵浦源的各种光泵浦有机半导体激光器。电泵浦的有机激光器由于不需要额外的泵浦光源,可以进一步降低系统成本,因而具有广泛应用前景。 本论文探讨了电注入下有机半导体材料内的各种光损耗机制,尤其是对实现电泵浦有机激光二极管至关重要的高电流密度下的各种损耗机制。波导损耗低、高电流密度下效率高的结构,将有利于电泵浦有机半导体激光器的实现。我们分析了目前为了达到这两个目标而提出的各种器件结构设计。 尽管目前OLED的效率已经很高,但是,随着电流密度的增加,器件内的各种损耗机制会逐渐严重,这将阻碍有机电泵浦激光器的实现。由外量子效率与电流乘积值(ηext J)可以宏观验证器件内非辐射损耗的程度。由此,我们研制了一系列在高电流密度下具有较高外量子效率的OLED。 首先,我们提出了一种简单的办法提高器件在高电流密度下的外量子效率,即在激子复合区与电子传输层之间插入一层超薄的氟化锂绝缘层,使器件在很广的注入电流密度范围内具有很高的外量子效率,且超过了荧光小分子OLED器件的外量子效率极限值,同时,我们还观察到了器件外量子效率随电流密度的非线性增加现象。其次,由于耦合腔(CMC)结构可以抑制微腔横泄漏模式,我们研究了耦合腔结构OLED的电致发光特性。再次,我们以高功函数阳极AZO为阳极、采用P-I-N结构、采用叠层结构分别制备了高效率的OLED。 我们设计了微腔结构有机半导体激光器,设计原则简单概括如下: 发光区采用主客体掺杂体系以降低材料自吸收损耗;注入电子空穴尽量保持平衡以使器件内的过剩载流子较少,降低损耗。将阳极作为底部DBR的最后一层高折射率层,同时将较薄的导电金属阴极与顶部DBR结合,可以降低器件在电极接触处的损耗。 在由两个高反射DBR构成的高品质因子(Q=237)的微腔内,我们获得了621.7nm腔模式处的激光发射,在室温脉冲电激发下,观察到阈值电流密度为860mA/cm2。