近日，日本九州大學（Kyushu University）有機光子與(yu) 電子研究中心（OPERA）的科學家們(men) 在《應用物理快報（Applied Physics Express ）》期刊上報告稱，他們(men) 通過足夠多的數據令人信服地表明，有機半導體(ti) 激光二極管終於(yu) 實現了。論文領導作者 Atula S. D. Sandanayaka 表示：“我認為(wei) 業(ye) 界中許多人都在懷疑，我們(men) 是否真正有一天能實現有機激光二極管。但是，通過改進材料和創新器件結構，慢慢突破各項性能極限，我們(men) 最終還是做到了。”

半導體(ti) 激光器，具有體(ti) 積小、重量輕、壽命長、運轉可靠、能耗低、電光轉換效率高、易於(yu) 大規模生產(chan) 以及價(jia) 格低廉等優(you) 勢。

封裝好的半導體(ti) 激光二極管（圖片來源：維基百科）

有機激光二極管，被認為(wei) 是發光器件領域長期以來的一個(ge) 夢想。它的發光是采用碳基有機材料，而不是傳(chuan) 統器件中使用的無機半導體(ti) ，例如砷化镓和氮化镓。這種激光器，在許多方麵類似於(yu) 有機發光二極管（OLED）。在有機發光二極管中，一層薄薄的有機分子在通電時發光。由於(yu) 效率高和色彩鮮明，OLED 成為(wei) 了智能手機顯示屏最受歡迎的選擇之一，而這些顏色很容易通過設計新的有機分子來改變。

基於(yu) OLED技術的顯示器（圖片來源：Fraunhofer FEP）

有機激光二極管能產(chan) 生更純淨的光線，以實現更多的應用。但是，為(wei) 了激發激光，它們(men) 需要的電流比OLED中所使用的電流高得多。這些極端條件導致之前研究的器件，在激光被觀察到之前就被破壞了。

更進一步的複雜進展是，之前聲稱由有機材料產(chan) 生的電致激光的說法，在某些情況下是錯誤的。由於(yu) 沒有充分的表征，其他現象被誤認為(wei) 是激光。

發射激光的一個(ge) 關(guan) 鍵步驟，就是向有機層中注入大量電流，以達到一種稱為(wei) “粒子數反轉（population inversion）”的條件。然而，許多有機材料的高電阻，使得它們(men) 在加熱和燃燒之前，難以在材料中獲取足夠的電荷。

有機激光二極管在電激下產(chan) 生藍色激光發射的原理圖（圖片來源：九州大學）

最重要的是，在高電流的情況下，大多數有機材料與(yu) 器件所固有的各種損耗過程會(hui) 降低效率，使得必要的電流變更高。

為(wei) 了克服這些障礙，Chihaya Adachi 教授領導的研究小組使用了一種高效的有機發光材料（BSBCz）。即使在注入大量電流的情況下，它還是具有相對較低的電阻以及較少量的損耗。但是僅(jin) 僅(jin) 擁有正確的材料還是不夠的。

他們(men) 也設計了一種器件結構，其中一個(ge) 電極頂部有一個(ge) 絕緣材料網格，用於(yu) 將電流注入到有機薄膜中。這種網格也稱為(wei) “分布式反饋結構”，可以產(chan) 生發射激光所需的光學效應。但是，研究人員又更進了一步。

Adachi 表示：“通過優(you) 化這些網格，我們(men) 不僅(jin) 可以獲取期望的光學特性，而且可以控製器件中的電流，並將觀察有機薄膜發射激光所需的電量最小化。”

這項研究為(wei) 進一步拓展激光器在生物傳(chuan) 感、顯示器、醫療保健和光學通信領域的應用鋪平了道路。研究人員對這些新器件的前景感到很有信心，因此，2019年3月22日，他們(men) 創立了一家初創公司（KOALA Tech Inc.），以加速研究和克服有機激光二極管商用的最後障礙。該公司的創始成員 Chihaya Adachi 教授、Jean-Charles Ribierre 博士、Fatima Bencheikh 博士、Takashi Fujihara 博士，目前正在努力改善他們(men) 的有機激光二極管，從(cong) 而將這一最先進的有機發光技術帶給全世界。