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《Advanced Materials：中国台湾大学实现室温电驱动二维半导体微腔激光器》

  • 来源专题：集成电路与量子信息
  • 发布时间：2025-08-07

  • 二维单层过渡金属硫族化合物（TMDCs）是实现超紧凑、低阈值半导体激光器极具前景的材料。开发电驱动TMDC器件对于提升实用光电系统的集成度至关重要。然而，迄今为止，电驱动的二维TMDC激光器尚未实现。

    中国台湾大学首次研制出电驱动的二维TMDC微腔激光器。该器件利用交流（AC）电流，在悬浮于微盘腔上的单层WSe?中产生了电致激光发射现象。研究人员通过对输入-输出曲线、线宽压缩以及二阶相干特性的分析，在室温下确认了激光行为。室温交流驱动的二维TMDC激光器的实现，开辟了电泵浦紧凑型激光器研究的新领域，并有望推动多种基于TMDC的实用光子器件在未来落地应用。

    论文下载链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202509861

  • 原文来源：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202509861
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  • 《新型半导体激光器研究获进展》
    • 来源专题：光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者：husisi
    • 发布时间：2020-09-14
    • 近期，中国科学院长春应用化学研究所秦川江课题组、日本九州大学安达千波矢研究室合作，开发出一种基于新型低成本半导体材料钙钛矿的激光器，突破了其以往仅能在低温下连续稳定工作的瓶颈，实现室温可连续激光输出的钙钛矿激光器。 激光器是将输入的光或电能量转换成光的器件，由于发光高度均匀，被广泛应用于工业、医疗、信息、科研等领域。钙钛矿半导体材料具有可低成本溶液加工、发光波长可调、发射光谱稳定等优点，作为工作物质在激光方面具有广阔应用前景。然而，室温下连续激发工作数分钟后钙钛矿激光将会消失，且原因未明，限制了进一步发展。 在有机半导体器件中，正负电荷结合后，可先形成激子再释放能量，其激子行为与特性已得到广泛深入研究。激子通常分为单重态激子和三重态激子，其中，三重态激子直接发光效率低。已有研究证实，阻碍有机半导体连续激光的因素主要是其固有的三重态激子特性。但关于准二维钙钛矿激光器，人们还没有认识到三重态激子在其中的影响。 准二维钙钛矿是一类将相同重复单元的无机骨架夹在有机层之间的材料。近期，科研人员发现这种材料中的三重态激子寿命可长达1微秒，进而猜测其可能是导致激光消失的原因；三重态激子虽然不发光，但能与发光的单重态激子相互作用，导致它们均以不发光的形式失去能量。因此，如果钙钛矿中存在长寿命三重态激子，可能需要将其除去，以免干扰激光。 基于以上考虑，该研究在准二维钙钛矿中引入具有较低三重态能级的有机层，使钙钛矿中产生的长寿命激子可自发转移至有机层，从而减少单重态激子能量损失，实现光激发下连续的激光产生。将钙钛矿激光器置于空气中，使三重态激子被氧气淬灭，也可实现连续激光，进一步证明三重态激子是造成激光消失的原因之一。此外，激光器在相对湿度为55%的空气中连续工作1小时后，激光强度基本没有变化，发射光谱也没有移动。 该研究证实了三重态激子在钙钛矿激光工作过程中的关键作用，以及调控三重态激子对实现连续激光的重要性，有助于开发低成本、可溶液加工和超小型化的电致钙钛矿激光器件，应用于光通信、光信息处理、光存储以及通过大规模集成电路平面工艺组成的光电子系统。 相关成果发表在《自然》上，研究员秦川江是论文的第一作者、第一通讯联系人，长春应化所为第一完成单位。研究得到中国科学院、长春应化所的支持。 溶液旋涂制备低成本钙钛矿半导体激光器过程及工作示意图 工作条件下的室温连续激发准二维钙钛矿激光器（蓝色为光泵浦源488nm固体激光器光路，绿色为钙钛矿激光器及激光）
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  • 《Nature重磅: 电驱动有机激光器！》
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    • 编译者：李丹
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    • 来自材料牛 【导读】 有机半导体由共轭分子组成，可以通过简单的蒸发或溶液沉积，制成一系列电子和光电器件。有机半导体的性质可以通过改变其化学结构来进行调控，并且它们与各种衬底兼容。目前，有机发光二极管（OLED）、太阳能电池、晶体管和传感器等。然而，制造电驱动的有机半导体激光器是非常具有挑战性的，因为有机半导体通常只支持低电流密度，受到注入电荷和三重态的大量吸收，并由于接触而产生额外的损失。 【成果掠影】 基于以上研究背景，英国圣安德鲁斯大学Graham A. Turnbull 和Ifor D. W. Samuel教授（共同通讯作者）等人通过开发一种集成设备有效的将OLED与激光器耦合起来来实现电荷注入和激光的空间分离，从而大大降低了损耗。相关研究成果2023年9月27日以“Electrically driven organic laser using integrated OLED pumping”为题发表在最新一期Nature期刊上。 【核心创新点】 开发了一种集成的器件结构，有效耦合OLED与激光器。 在集成结构的电驱动下，光输出与驱动电流间存在阈值，并形成了高于阈值的激光光束。 【成果启示】 本工作展示了一种集成器件方法，在有机半导体中实现电驱动激光作用，从而解决了有机光电子学中的一个重要挑战。这种方法克服了直接电注入有机或混合钙钛矿激光器中普遍面临的主要困难，同时保持了操作优势。在本文的研究中，有机激光器要求OLED在极强的电流注入下工作，在强烈的短脉冲操作下，OLED的微观物理还未得到充分的探索。未来这方面的研究，有助于进一步了解有机半导体在这一机制下的动力学，会促进器件性能的显著提升，并使得超快有机光电的进一步应用成为可能。 原文详情： Electrically driven organic laser using integrated OLED pumping. Nature 621, 746–752 (2023). https://www.nature.com/articles/s41586-023-06488-5。
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