Exziton- und Spindynamik organischen Halbleiterlasern (PDF)

Die vorliegende Arbeit beinhaltet grundlegende Untersuchungen organischer Halblei- ter im Hinblick auf die mögliche Realisierung von elektrisch betriebenen organischen Halbleiterlasern. Vorteile organischen Materialien als Verstärkungsmedium sind die ein- fache Verarbeitung sowie die weite spektrale Abstimmbarkeit der Laserwellenlänge bei geeigneter Resonatorgeometrie. Aufgrund der begrenzten Ladungsträgerbeweglichkeit in organischen Halbleitern wird es für die Verwirklichung eines elektrisch betriebenen organischen Lasers von zentraler Bedeutung sein, Strukturen zu verwenden, die gleich- zeitig eine geringe Laserschwelle bei hoher elektrischer Stromdichte ermöglichen. Basierend auf dem Polymer MeLPPP und dem Mischsystem aus Alq und DCM wurden Laser mit räumlich verteilter Rückkopplung hergestellt. Diese Laser wurden auf den Einfluss der Brechungsindizes und der Absorption von Kontaktschichten auf die Modenverteilung und damit auf die Laserschwelle untersucht. Es zeigt sich, dass durch geschickte Wahl der Injektionsmaterialien Lasertätigkeit unter optischer Anregung in kontaktierten Strukturen ohne einen merklichen Anstieg in der Laserschwelle realisierbar ist. In planarer Wellenleitergeometrie ohne Rückkopplung wurden darüberhinaus vernetzbare Lochleiter untersucht. Es zeigt sich, dass Ladungstransportschichten, die zur Realisierung von hohen Stromdichten unabdingbar sind, zusätzlich die Entkopplung der optischen Mode von stark absorbierenden Kontakten ermöglichen. Im Polymer PhLPPP, das Spurenelemente von Palladiumatomen aufweist, wird der strahlende Zerfall von Triplettexzitonen durch lokal verstärkte Spin-Bahn Kopplung aktiviert. Die Triplettdynamik ist damit direkt spektroskopisch durch die Phosphores- zenz zugänglich und kann anhand eines Diffusionsmodells nach Einstein-Smoluchowski quantitativ bestimmt werden. Die Rekombination von unkorrelierten Ladungsträgern in der Elektrolumines- zenz führt aufgrund der energetischen Unordnung zur Bildung von stark gebundenen Elektron-Loch Paaren (Polaronenpaare) als Zwischenzustand, die je nach Spinkonfigu- ration in Singulett- bzw. Triplettexzitonen übergehen. Durch zeitaufgelöste spektroskopische Messung der Polaronenpaardynamik unter dem Einfluss externer elektrischer und magnetischer Felder kann gezeigt werden, dass eine Mischung der Spinkonfiguration im Polaronenpaarzustand über einen Zeitraum von µs nicht stattfindet. Aus diesem Grund ist ein Anteil der gebildeten Singulet- texzitonen, und damit eine Fluoreszenzausbeute in typischen konjugierten Polymeren von mehr als 25% unwahrscheinlich. Zusätzlich konnte im Rahmen dieser Arbeit durch Elektrolumineszenzmessungen an organischen Leuchtdioden in Magnetfeldern ein starker Magnetwiderstand (> 15%) nachgewiesen werden.