유기 반도체 의 직접 전기 펌핑 ( electric pumping ) 에 의한 발진 ( lasing ) 을 가로막 는 장애물 은 , 대체 적 으로 전기 접촉 에 의한 광 손실 , 아울러 고전 류 밀도 에서 발생 하 는 삼 중항 폴라론 손실 ( triplet and polaron loss ) 에 기인 하 는 것 이 다 4 , 5 , 7 - 9 . 이러 한 기본 적 손실 을 해결 하 기 위한 수단 으로서 , 삼 중항 흡수 소실 을 억제 하 는 삼 중항 소광 자 ( triplet quencher ) 10 - 12 의 이용 , 일 중항 - 삼 중항 여기자 소멸 에 의한 일 중항 소광 ( singlet quenching ) , 디바이스 활성 영역 13 저감 에 따른 여기자 형성 영역 과 여기자 방사 감쇄 ( radiative decay ) 영역 의 공간 적 분리 및 폴라론 소광 공정 의 최소 화 등 의 수법 이 제안 되 었 다 . 그러나 유기 발광 다이오드 ( OLED ) 와 광학 펌프 유기 반도체 DFB 레이저 5 를 개발 할 정도 로 기술 이 진보 했 음 에 도 불구 하 고 , 연구자 들 은 전류 주입 형 OSLD 를 아직 완전 한 형태 로 실증 하 지 못하 고 있 다 . 선행 연구 에 따르 면 전기 펌핑 에 따른 추가 손실 율 을 완벽 하 게 억제 했 을 때 , OSLD 로부터 의 발산 ( lasing ) 은 수 kA / cm 2 가량 의 전류 밀도 를 필요 로 할 가능 성 이 있 다 14 . OSLD 의 구현 화 에 가장 유망 한 분자 는 4 , 4 ’- 비스 [ ( N - 카바졸 ) 스티 릴 ] 비페닐 ( BSBCz ) ( 도 1 ( a ) 도시 의 화학 구조 ) 15 을 들 수 있 는데 , 박막 에서 의 낮 은 증폭 자발 방출 ( ASE ) 역치 ( 800 - ps 펄스 광 여기 에서 0 . 30 μ J cm - 2 ) 16 및 최대 전계 발광 ( EL ) 외부 양자 효율 ( η EQE ) 이 2 % 13 가 넘 는 OLED 의 5 - μ s 펄스 운전 에서 의 2 . 8 kA cm - 2 가량 의 높 은 전류 밀도 주입 에 견디 는 능력 과 같 은 , 광학 적 및 전기 적 성질 의 조합 이 매우 양호 하 기 때문 이 다 . 나아가 , 아울러 80 MHz 의 높 은 반복 율 ( repetition rate ) 과 30 ms 의 긴 펄스 광 여기 에서 의 발진 ( lasing ) 은 근년 에 광펌핑 BSBC 계 DFB 레이저 17 에서 실증 되 었 는데 , BSBCz 필름 은 발진 파장 ( lasing wavelength ) 에서 의 삼 중항 흡수 손실 이 지극히 적 기 때문 일 가능 성 이 매우 높 다 . 여기 에서 발명자 들 은 개발 ( development ) 의 결과 , 전기 로 직접 여기 한 유기 반도체 필름 으로부터 의 발산 ( lasing ) 을 나타내 는 제 1 예시 , 아울러 디바이스 의 활성 영역 과 일체 화 한 혼합 차수 DFB SiO 2 격자 를 가지 는 도치 형 ( Inverted ) OLED 의 구조 에 있 어서 BSBCz 박막 에 근거 한 OSLD 의 완전 한 특성 화 를 하 기 에서 설명 한다 . 본 연구 에서 개발 한 OSLD 의 아키텍처 및 제조 는 도 1 ( a ) 및 도 2 에 개략 적 으로 도시 되 어 있 다 ( 실험 절차 의 상세 한 설명 은 하 기 의 재료 빛 방법 을 참조 할 것 ) . 인듐 주석 산화물 ( ITO ) 의 유리 기판 상 에 형성 된 SiO 2 의 스퍼터링 층 에 , 전자 빔 리소그래피 및 반응 성 이온 에칭 을 조각 하 여 , 30 X 90 μ m 의 면적 을 가지 는 혼합 차수 의 DFB 격자 를 생성 하 고 ( 도 1 ( b ) ) , 유기 층 및 금속 음극 을 기판 위 에 진공 증착 하 여 장치 를 완성 시켰 다 . 본 발명자 들 은 , 혼합 차수 DFB 격자 가 , 레이저 방출 의 강력 한 광 피드백 및 효율 적 인 수직 출력 결합 을 각각 제공 하 는 1 차 및 2 차 브래그 산란 영역 을 갖 도록 설계 하 였 다 17 , 18 . 1 차 영역 및 2 차 영역 에 대하 여 브래그 조건 4 , 19 , 즉 m λ Bragg = 2 n eff Λ m 에 근거 하 여 각각 140 nm 및 280 nm 의 격자 주기 ( Λ 1 및 Λ 2 ) 를 선택 하 였 다 . 여기 에서 m 은 회절 차수 , λ Bragg 는 주 지의 BSBCz 최대 이득 파장 ( 477 nm ) 에 맞춰서 설정 한 브래그 파장 , n eff 는 이득 매질 의 유효 굴절 률 로 , BSBCz 에서 1 . 70 이 다 20 , 21 . 제 1 세트 의 디바이스 ( 이하 , 본 명세서 에서 는 OLSD 로 지칭 한다 ) 에 있 어서 , 1 차 및 2 차 DFB 격자 영역 의 개별 적 파장 은 각각 1 . 12 μ m 및 1 . 68 μ m 이 다 . 도 1 ( c ) 및 도 1 ( d ) 의 주사 전자 현미경 ( SEM ) 화상 에 따르 면 , DFB 격자 는 140 ± 5 nm 및 280 ± 5 nm 의 주기 를 가지 며 , 격자 깊이 는 약 65 ± 5 nm 이 다 . 에칭 영역 의 SiO 2 층 을 완전히 제거 하 여 ITO 를 노출 시키 는 것 은 유기 층 과 양호 한 전기 컨 택트 를 형성 하 는 데 매우 중요 하 며 , 에너지 분산 형 X 선 분광 ( EDX ) 분석 ( 도 2 ( c ) , 도 2 ( d ) ) 으로 검증 하 였 다 . 완전 한 OSLD 의 SEM 단면 화상 및 EDX 단면 화상 을 도 1 ( d ) 및 도 1 ( e ) 에 도시 하 였 다 . 전 층 의 표면 형태 는 50 ~ 60 nm 의 표면 변조 깊이 ( surface modulation depth ) 를 가지 는 격자 구조 로 나타난다 . 공진 레이저 모드 와 전극 의 상호 작용 은 귀환 형 구조 의 품질 계수 를 저감 시킬 가능 성 이 높 으되 , 금속 전극 상 의 격자 구조 는 디바이스 구조 내 에 도입 되 는 모드 의 흡수 손실 율 역시 저감 시킬 것 이 다 22 , 23 .