世界初の電気駆動ペロブスカイトレーザー(World’s first electrically-driven perovskite laser)

2025-08-28 浙江大学(ZJU)

浙江大学の研究チームが世界初の「電気駆動型ペロブスカイトレーザー」を開発した。従来、ペロブスカイト半導体は低しきい値での光励起レーザー発振が可能だったが、実用上重要な電気駆動レーザー化は長年の課題だった。本研究では、高出力ペロブスカイトLEDマイクロキャビティと高品質単結晶ペロブスカイトマイクロキャビティを縦積みし、光結合効率82.7%を実現する「二重キャビティ構造」を採用。これにより電気励起下で92 A/cm²という有機レーザーを大きく上回る低しきい値発振を達成し、安定性と再現性も確認された。さらに36.2 MHzでの高速変調が可能で、オンチップデータ伝送やバイオ医療応用が期待される。今後はGHz級動作やレーザーダイオード化が課題であり、光集積チップやウェアラブル機器など幅広い応用が展望されている。

世界初の電気駆動ペロブスカイトレーザー(World’s first electrically-driven perovskite laser)
Figure 1: Structure of the electrically-driven perovskite laser. Source: Nature (2025).

<関連情報>

デュアルキャビティペロブスカイトデバイスからの電気駆動レーザー発振 Electrically driven lasing from a dual-cavity perovskite device

Chen Zou,Zhixiang Ren,Kangshuo Hui,Zixiang Wang,Yangning Fan,Yichen Yang,Bo Yuan,Baodan Zhao & Dawei Di
Nature  Published:27 August 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-025-09457-2

Abstract

Solution-processed semiconductor lasers promise lightweight, wearable and scalable optoelectronic applications. Among the gain media for solution-processed lasers, metal halide perovskites stand out as an exceptional class because of their ability to achieve wavelength-adjustable, low-threshold lasing under optical pumping1,2,3,4,5,6,7,8. Despite the progress in this field, electrically driven lasing from perovskite semiconductors remains a critical challenge. Here we demonstrate an electrically driven perovskite laser, constructed by vertically integrating a low-threshold single-crystal perovskite microcavity sub-unit with a high-power microcavity perovskite LED (PeLED) sub-unit. Under pulsed electrical excitation, the dual-cavity perovskite device shows a minimum lasing threshold of 92 A cm−2 (average threshold: 129 A cm−2, at about 22 °C, in air), which is an order of magnitude lower than that of state-of-the-art electrically driven organic lasers9,10. Key to this demonstration is the integrated dual-cavity device architecture, which allows the microcavity PeLED sub-unit to deliver directional emission into the single-crystal perovskite microcavity sub-unit (at a coupling efficiency of about 82.7%) to establish the lasing action. An operational half-life (T50) of 1.8 h (6.4 × 104 voltage pulses at 10 Hz) is achieved, outperforming the stability of electrically pumped organic lasers9,10. The dual-cavity perovskite laser can be rapidly modulated at a bandwidth of 36.2 MHz, indicating its potential for data transmission and computational applications.

0403電子応用
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