阅读说明：本技术 有机半导体激光元件 (Organic semiconductor laser element ) 是由 中野谷一 古川太郎 安达千波矢 畠山琢次 于 2018-03-22 设计创作，主要内容包括：包含下述通式所表示的化合物的有机半导体激光元件的激光束辐射的阈值低,且激光特性优异。A环、B环及C环为芳环或杂芳环,Y<Sup>1</Sup>为B、P、P＝O、P＝S、Al、Ga、As、Si-R或Ge-R,R为芳基或烷基,X<Sup>1</Sup>及X<Sup>2</Sup>为O、N-R’、S或S e,R’为芳基、杂芳基或烷基。<Image he="557" wi="700" file="DDA0002215982690000011.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>(An organic semiconductor laser element containing a compound represented by the following general formula has a low threshold value of laser beam irradiation and excellent laser characteristics. Ring A, ring B and ring C are aromatic or heteroaromatic, Y 1 Is B, P, P ═ O, P ═ S, Al, Ga, As, Si-R or Ge-R, R is aryl or alkyl, X is 1 And X 2 Is O, N-R ', S or S e, R' is aryl, heteroaryl or alkyl.)

有机半导体激光元件

技术领域

本发明涉及一种将有机化合物用于发光材料的有机半导体激光元件。

背景技术

将有机化合物用于发光材料的有机半导体激光元件的开发被积极地推进。

例如，由Sorokin、Lankard、Schafer等人首次报告如下内容以后，使用了有机色素的激光器(染料激光器)取得了显著发展：通过将发光性有机色素溶解于有机溶剂中，并利用光进行强激发而获得激光束(例如，参考非专利文献1～非专利文献5)。

另一方面，还提出了一种利用了Eu络合物等稀土类络合物的有机半导体激光元件(参考非专利文献6)。关于该有机半导体激光元件，利用Eu络合物的三线态激子的长寿命而形成反向分布，由此欲实现电流激发型有机半导体激光元件。

而且，多次报告了如下内容：在包含高分子化合物、低分子化合物的介质中掺杂有有机色素的薄膜(有机固体薄膜)中，确认到由放大自发辐射(ASE：Amplified SpontaneousEmissiom)、谐振器结构引起的激光振荡(例如，参考非专利文献7～非专利文献11)。

以往技术文献

非专利文献

非专利文献1：Sorokin,P.P.；Lankard,J.R.IBM J.Res.Develop.1966,10,162-163

非专利文献2：Schafer,F.P.；Schmidt,W.；Volze,J.Appl.Phys.Lett.1966,9,306-309

非专利文献3：Soffer B.H.；McFarland,B.B.Appl.Phys.Lett.1967,10,266-267

非专利文献4：Sorokin,P.P.；Lankard,J.R.；Moruzzi,V.L.；Ham mond,E.C.J.Chem.Phys.1968,48,4726-4741

非专利文献5：Sorokin,P.P.；Lankard,J.R.；Moruzzi,V.L.；Lur io,A.Appl.Phys.Lett.1969,15,179-181

非专利文献6：Chihaya Adachi,Student Advanced technical paper,1989,Nippon Kogyo Shinbun

非专利文献7：Tessler,N.；Denton,G.J.；Friend,R.H.Nature 1996,382,695-697

非专利文献8：Frolov,S.V.；Ozaki,M.；Gellermann,W.；Vardeny,Z.V.；Yoshino,K.Jpn.J.Appl.Phys.1996,35,L1371-L1373

非专利文献9：Hide,F.；diaz-Garcia,M.A.；Schwartz,B.J.；Ande rsson,M.R.；Pei,Q.；Heeger,A.J.Science 1996,273,1833-1836

非专利文献10：Kozlov,V.G.；Bulovic,V.；Burrows,P.E.；Forres t,S.R.；Nature1997,389,362-364

非专利文献11：Berggren,M.；Dodabalapur,A.；Slusher,R.E.；Bao,Z.；Nature1997,389,466-469

发明内容

发明要解决的技术课题

关于有机半导体激光元件，强烈地要求降低用于激光束辐射的阈值、尤其为了实现电流激发型有机半导体激光元件而能够有效地降低阈值电流密度的发光材料的开发。

根据有助于发光的激子的种类，发光性有机化合物被大致分为荧光材料、磷光材料及延迟荧光材料。其中，荧光材料通过从基态激发的单线态激子辐射失活而辐射荧光，磷光材料通过从基态激发的三线态激子及从单线态激子由系间窜越产生的三线态激子辐射失活而辐射磷光，延迟荧光材料通过从基态激发的单线态激子辐射失活而辐射荧光，并且通过从三线态激子由反向系间窜越产生的单线态激子辐射失活而辐射荧光(延迟荧光)。在此，有机化合物被电流激发时，单线态激子与三线态激子的形成概率成为25:75，但是如上所述，磷光材料中，由自单线态激子的系间窜越产生的三线态激子有助于发光，延迟荧光材料中，由自三线态激子的系间窜越产生的单线态激子有助于发光，因此均能够将单线态激子和三线态激子这两者的能量用于发光，在理论上能够获得100％的发光效率。因此，认为：为了实现低阈值的有机半导体激光元件，期望利用磷光材料或延迟荧光材料。

从这种观点来看，若观察迄今为止提出的有机半导体激光元件中所使用的激光材料，则上述各非专利文献中所使用的有机色素均为荧光材料，无法将三线态激子的能量有效地用于发光。因此，在假设将这些有机色素用于电流激发型激光元件的情况下，所估算的阈值电流密度非常高，难以以实用范围内的电流密度获得激光束。实际上，也尚未实现使用了这些有机色素的电流激发型有机激光元件。

另一方面，稀土类络合物为磷光材料，能够将单线态激子和三线态激子这两者的能量用于发光，因此也可以想到能够进一步降低用于激光束辐射的阈值。但是，长寿命的三线态激子具有如下问题：由于通常引起强的三线态激发状态吸收，因此这导致光学损失。并且，关于三线态激子，从其激发三线态状态T₁到基态S₀的辐射衰减率kr小，因此与kr处于比例关系的爱因斯坦的B系数(受激发射系数)也变小。磷光材料中，这样的三线态激子极大地有助于发光，因此也难以实现低阈值的激光元件。

在这种情况下，为了提供一种能够降低有机半导体激光元件的阈值，且能够实现优异的激光特性的材料，本发明人等进行了深入研究。

用于解决技术课题的手段

进行深入研究的结果，本发明人等发现了通过使用具有3个芳环或杂芳环在特定的部位连结而成的结构的多环芳香族化合物，能够提供一种用于激光束辐射的阈值非常低，且激光特性优异的有机半导体激光元件。本发明是基于这些见解而提出的，具体而言，具有以下结构。

[1]一种有机半导体激光元件，其包含下述通式(1)所表示的化合物。

[化学式1]

(通式(1)中，

A环、B环及C环分别独立地为芳环或杂芳环，这些环中的至少1个氢原子可以被取代，

Y¹为B、P、P＝O、P＝S、Al、Ga、As、Si-R或Ge-R，所述Si-R及Ge-R的R为芳基或烷基，

X¹及X²分别独立地为O、N-R、S或Se，所述N-R的R为可以被取代的芳基、可以被取代的杂芳基或烷基，且所述N-R的R可以通过连接基团或单键与所述A环、B环及C环中的至少1个键合，并且，

通式(1)所表示的化合物或结构中的至少1个氢原子可以被卤素原子或氘原子取代。)。

[2]根据[1]所述的有机半导体激光元件，其中，所述通式(1)的A环、B环及C环分别独立地为芳环或杂芳环，这些环中的至少1个氢原子可以被取代或未取代的芳基、取代或未取代的杂芳基、取代或未取代的二芳基氨基、取代或未取代的二杂芳基氨基、取代或未取代的芳基杂芳基氨基、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烷氧基或取代或未取代的芳氧基取代，且这些环具有与由Y¹、X¹及X²构成的上述式中央的稠合双环结构共享键的5元环或6元环，

Y¹为B、P、P＝O、P＝S、Al、Ga、As、Si-R或Ge-R，所述Si-R及Ge-R的R为芳基或烷基，

X¹及X²分别独立地为O、N-R、S或Se，所述N-R的R为可以被烷基或芳基取代的芳基、可以被烷基取代的杂芳基或烷基，且所述N-R的R可以通过-O-、-S-、-C(-R)₂-或单键与所述A环、B环及C环中的至少1个键合，所述-C(-R)₂-的R为氢原子或烷基，

所述通式(1)所表示的化合物或结构中的至少1个氢原子可以被卤素原子或氘原子取代。

[3]根据[1]所述的有机半导体激光元件，其中，所述通式(1)所表示的化合物为下述通式(2)所表示的化合物。

[化学式2]

(通式(2)中，

R¹、R²、R³、R⁴、R⁵、R⁶、R⁷、R⁸、R⁹、R¹⁰及R¹¹分别独立地为氢原子、芳基、杂芳基、二芳基氨基、二杂芳基氨基、芳基杂芳基氨基、烷基、烷氧基或芳氧基，它们中的至少1个氢原子可以被芳基、杂芳基或烷基取代，且R¹～R¹¹中的相邻的基团彼此可以键合而与a环、b环或c环一起形成芳环或杂芳环，所形成的环中的至少1个氢原子可以被芳基、杂芳基、二芳基氨基、二杂芳基氨基、芳基杂芳基氨基、烷基、烷氧基或芳氧基取代，它们中的至少1个氢原子可以被芳基、杂芳基或烷基取代，

Y¹为B、P、P＝O、P＝S、Al、Ga、As、Si-R或Ge-R，所述Si-R及Ge-R的R为碳原子数6～12的芳基或碳原子数1～6的烷基，

X¹及X²分别独立地为O、N-R、S或Se，所述N-R的R为碳原子数6～12的芳基、碳原子数2～15的杂芳基或碳原子数1～6的烷基，且所述N-R的R可以通过-O-、-S-、-C(-R)₂-或单键与所述a环、b环及c环中的至少1个键合，所述-C(-R)₂-的R为碳原子数1～6的烷基，并且，

通式(2)所表示的化合物中的至少1个氢原子可以被卤素原子或氘原子取代。)。

[4]根据[3]所述的有机半导体激光元件，其中，所述通式(2)的R¹、R²、R³、R⁴、R⁵、R⁶、R⁷、R⁸、R⁹、R¹⁰及R¹¹分别独立地为氢原子、碳原子数6～30的芳基、碳原子数2～30的杂芳基或二芳基氨基(其中，芳基为碳原子数6～12的芳基)，且R¹～R¹¹中的相邻的基团彼此可以键合而与a环、b环或c环一起形成碳原子数9～16的芳环或碳原子数6～15的杂芳环，所形成的环中的至少1个氢原子可以被碳原子数6～10的芳基取代，

Y¹为B、P、P＝O、P＝S或Si-R，所述Si-R的R为碳原子数6～10的芳基或碳原子数1～4的烷基，

X¹及X²分别独立地为O、N-R或S，所述N-R的R为碳原子数6～10的芳基或碳原子数1～4的烷基，并且，

所述通式(2)所表示的化合物中的至少1个氢原子可以被卤素原子或氘原子取代。

[5]根据[3]所述的有机半导体激光元件，其中，所述通式(2)的Y¹为B。

[6]根据[3]或[5]所述的有机半导体激光元件，其中，所述通式(2)的X¹及X²为N-R，R为可以被芳基取代的芳基。

[7]根据[3]、[5]、[6]中任一项所述的有机半导体激光元件，其中，所述通式(2)的R⁴～R⁶中的至少1个为二芳基氨基，R⁹～R¹¹中的至少1个为芳基。

[8]根据[7]所述的有机半导体激光元件，其中，所述通式(2)的R¹、R²、R³、R⁴、R⁵、R⁶、R⁷、R⁸、R⁹、R¹⁰及R¹¹中R⁴～R⁶中的至少1个为二芳基氨基，R⁹～R¹¹中的至少1个为芳基，剩余部分为氢原子。

[9]根据[1]至[8]中任一项所述的有机半导体激光元件，其为光激发型有机半导体激光元件。

[10]根据[1]至[8]中任一项所述的有机半导体激光元件，其为电流激发型有机半导体激光元件。

[11]根据[10]所述的有机半导体激光元件，其具有设置于阳极与阴极之间的发光层，所述发光层包含通式(1)所表示的化合物。

[12]根据[11]所述的有机半导体激光元件，其中，相对于所述发光层的总重量，所述发光层中的通式(1)所表示的化合物的浓度为1～25重量％。

发明效果

本发明的有机半导体激光元件中，用于激光束辐射的阈值低，且能够实现优异的激光特性。

附图说明

图1是表示本发明的有机半导体激光元件的层结构例的示意剖视图。

图2是具有化合物1的单一膜(厚度为85nm)的有机半导体激光元件的发光光谱。

图3是表示具有化合物1的单一膜(厚度为85nm)的有机半导体激光元件的发光强度和发光峰的半高全宽(FWHM)的激发光强度依赖性的图表。

图4是具有化合物1的单一膜(厚度为100nm)的有机半导体激光元件的发光光谱。

图5是表示具有化合物1的单一膜(厚度为100nm)的有机半导体激光元件的发光强度的激发光强度依赖性的图表。

图6是掺杂膜包含1重量％的化合物1的有机半导体激光元件的发光光谱。

图7是表示掺杂膜包含1重量％的化合物1的有机半导体激光元件的发光强度和发光峰的半高全宽(FWHM)的激发光强度依赖性的图表。

图8是掺杂膜包含6重量％的化合物1的有机半导体激光元件的发光光谱。

图9是表示掺杂膜包含6重量％的化合物1的有机半导体激光元件的发光强度和发光峰的半高全宽(FWHM)的激发光强度依赖性的图表。

图10是掺杂膜包含15重量％的化合物1的有机半导体激光元件的发光光谱。

图11是表示掺杂膜包含15重量％的化合物1的有机半导体激光元件的发光强度的激发光强度依赖性的图表。

图12是掺杂膜包含25重量％的化合物1的有机半导体激光元件的发光光谱。

图13是表示掺杂膜包含25重量％的化合物1的有机半导体激光元件的发光强度的激发光强度依赖性的图表。

图14是掺杂膜包含50重量％的化合物1的有机半导体激光元件的发光光谱。

图15是表示掺杂膜包含50重量％的化合物1的有机半导体激光元件的发光强度的激发光强度依赖性的图表。

图16是掺杂膜包含6重量％的化合物2的有机半导体激光元件的发光光谱。

图17是表示掺杂膜包含6重量％的化合物2的有机半导体激光元件的发光强度的激发光强度依赖性的图表。

具体实施方式

以下，对本发明的内容详细地进行说明。关于以下所记载的构成要件的说明，有时基于本发明的代表性实施方式、具体例而完成，但是本发明并不限定于这种实施方式、具体例。另外，在本说明书中，使用“～”表示的数值范围是指将在“～”的前后记载的数值作为下限值及上限值而包含的范围。并且，在本发明中所使用的化合物的分子内所存在的氢原子的同位素种类并无特别限定，例如，分子内的氢原子可以全部为¹H，也可以一部分或全部为²H(氘D)。

＜有机半导体激光元件＞

本发明的有机半导体激光元件的特征在于，包含下述通式(1)所表示的化合物。

包含通式(1)所表示的化合物的有机半导体激光元件中，用于产生激光束的辐射的阈值低，且显示优异的激光特性。认为这是因为：通式(1)所表示的化合物为热活性型延迟荧光材料，并且其发光峰陡峭且荧光量子产率的分布范围窄。以下，对其理由进行说明。

在此，本说明书中的“热活性型延迟荧光材料”是指通过能量供给而成为激发状态时，吸收热能而发生从激发三线态状态到激发单线态状态的反向系间窜越，并从该激发单线态状态恢复至基态时辐射荧光的材料。关于通过该途径辐射的荧光，通常晚于来自从基态直接跃迁的激发单线态状态的荧光被观测到，因此称为“延迟荧光”。本说明书中，关于包含目标化合物的薄膜，在以300K测定发光的瞬态衰减曲线时，观测到瞬时荧光(荧光寿命为50ns以下)、以及发光寿命为0.2μs以上的荧光发光的情况下，判定为该目标化合物为“热活性型延迟荧光材料”。

这样的延迟荧光材料中，来自从三线态激子由逆系间窜越产生的单线态激子的荧光也与来自从基态激发的单线态激子的荧光一起被供于发光。而且，在热活性型延迟荧光材料的情况下，通过元件所产生的热量来促进上述逆系间窜越。因此，通过将热活性型延迟荧光材料用于有机半导体激光元件的材料，激发三线态能量也能够与激发单线态能量一起转换为激发单线态能量而有效地有助于发光。其结果，与使用荧光材料的情况相比，能够有效地获得自然放射光及受激发射光，这导致用于激光束辐射的阈值的下降。

当然，延迟荧光材料具有从激发单线态状态S₁到基态S₀的辐射衰减率kr小的倾向，且具有与其处于比例关系的爱因斯坦的B系数(受激发射系数)也变小的倾向。但是，本发明人等在对包含通式(1)所表示的化合物的薄膜照射相对强的激发光时，观测非常陡峭的发光峰，确认到其荧光量子产率的分布范围非常窄(参考后述的实施例)。

在此，已知光放大工艺的阈值能量与受激发射截面积σ_em(λ)成反比。另一方面，如下述式(I)所示，受激发射截面积σ_em(λ)与波长λ下的荧光量子产率的分布E_f(λ)成正比。由此，若E_f(λ)大(若荧光量子产率的分布范围窄)，则即使辐射衰减率kr(受激发射系数B)小，受激发射截面积σ_em(λ)也变大，能够实现低阈值能量。

[数式1]

式(I)中，ν表示激发光的频率，λ表示激发光的波长，σ_em(λ)表示波长λ下的受激发射截面积，h表示普朗克常数，n(ν)表示薄膜(有源增益层)在频率ν下的折射率，c表示光速，Φf表示荧光量子产率，B表示受激发射系数，Ef(ν)表示频率ν下的荧光量子产率的分布，Ef(λ)表示波长λ下的荧光量子产率的分布，n(λ)表示薄膜(有源增益层)在波长λ下的折射率，τ_f表示荧光寿命。

根据以上内容，推测为：本发明的有机半导体激光元件中，通式(1)所表示的化合物为热活性型延迟荧光材料，并且其发光峰陡峭且荧光量子产率的分布范围窄，由此实现了非常低的阈值，且实现了优异的激光特性。

以下，对本发明中所使用的通式(1)所表示的化合物的结构进行说明。

[通式(1)所表示的化合物]

[化学式3]

(通式(1)中，

A环、B环及C环分别独立地为芳环或杂芳环，这些环中的至少1个氢原子可以被取代，

Y¹为B、P、P＝O、P＝S、Al、Ga、As、Si-R或Ge-R，所述Si-R及Ge-R的R为芳基或烷基，

X¹及X²分别独立地为O、N-R、S或Se，所述N-R的R为可以被取代的芳基、可以被取代的杂芳基或烷基，且所述N-R的R可以通过连接基团或单键与所述A环、B环和/或C环键合，并且，

通式(1)所表示的化合物或结构中的至少1个氢原子可以被卤素原子或氘原子取代。)。

本发明的有机半导体激光元件所包含的化合物可以是具有多个通式(1)所表示的单元结构的多聚体。

通式(1)所表示的化合物优选下述通式(2)所表示的化合物、或具有多个下述通式(2)所表示的单元结构的多聚体。

[化学式4]

通式(1)中的A环、B环及C环分别独立地为芳环或杂芳环，这些环中的至少1个氢原子可以被取代基取代。该取代基优选取代或未取代的芳基、取代或未取代的杂芳基、取代或未取代的二芳基氨基、取代或未取代的二杂芳基氨基、取代或未取代的芳基杂芳基氨基(具有芳基和杂芳基的氨基)、取代或未取代的烷基、取代或未取代的烷氧基或取代或未取代的芳氧基。作为这些基团具有取代基时的取代基，可举出芳基、杂芳基或烷基。并且，优选上述芳环或杂芳环具有与由Y¹、X¹及X²构成的通式(1)中央的稠合双环结构(以下，还将该结构称为“D结构”)共享键的5元环或6元环。

在此，“稠合双环结构(D结构)”是指通式(1)的中央所示的、包含Y¹、X¹及X²而构成的2个饱和烃环稠合而成的结构。并且，“与稠合双环结构共享键的6元环”是指例如如上述通式(2)所示那样稠合于所述D结构的a环(苯环(6元环))。并且，“(作为A环的)芳环或杂芳环具有该6元环”是指仅由该6元环形成A环、或以包含该6元环的方式在该6元环中进而稠合其他环等来形成A环。换言之，在此所说的“具有6元环的(作为A环的)芳环或杂芳环”是指构成A环的全部或一部分的6元环稠合于所述D结构的情况。关于“B环(b环)”、“C环(c环)”及“5元环”，相同的说明也适用。

通式(1)中的A环(或B环、C环)对应于通式(2)中的a环和其取代基R¹～R³(或b环和其取代基R⁴～R⁷、c环和其取代基R⁸～R¹¹)。即，通式(2)对应于选择“具有6元环的A～C环”作为通式(1)的A～C环的情况。以该含义，由小写字母的a～c来表示了通式(2)的各环。

通式(2)中，a环、b环及c环的取代基R¹～R¹¹中的相邻的基团彼此可以键合而与a环、b环或c环一起形成芳环或杂芳环，所形成的环中的至少1个氢原子可以被芳基、杂芳基、二芳基氨基、二杂芳基氨基、芳基杂芳基氨基、烷基、烷氧基或芳氧基取代，它们中的至少1个氢原子可以被芳基、杂芳基或烷基取代。因此，关于通式(2)所表示的多环芳香族化合物，根据a环、b环及c环中的取代基的相互的键合形态，如下述式(2-1)及式(2-2)所示，构成化合物的环结构发生变化。各式中的A’环、B’环及C’环分别对应于通式(1)中的A环、B环及C环。

[化学式5]

关于上述式(2-1)及式(2-2)中的A’环、B’环及C’环，若由通式(2)进行说明，则表示取代基R¹～R¹¹中的相邻的基团彼此键合而分别与a环、b环及c环一起形成的芳环或杂芳环(还可称为其他环结构稠合于a环、b环或c环而形成的稠环)。另外，虽然在式中未表示，但是也存在a环、b环及c环全部变化成A’环、B’环及C’环的化合物。并且，由上述式(2-1)及式(2-2)可知，例如，b环的R⁸和c环的R⁷、b环的R¹¹和a环的R¹、c环的R⁴和a环的R³等并不符合“相邻的基团彼此”，它们不会进行键合。即，“相邻的基团”是指在同一环上相邻的基团。

上述式(2-1)、式(2-2)所表示的化合物例如对应于WO2015/102118号公报中所记载的如式(1-2)～(1-17)所表示的化合物。即，例如为具有苯环、吲哚环、吡咯环、苯并呋喃环或苯并噻吩环相对于作为a环(或b环或c环)的苯环进行稠合而形成的A’环(或B’环或C’环)的化合物，所形成的稠环A’(或稠环B’或稠环C’)分别为萘环、咔唑环、吲哚环、二苯并呋喃环或二苯并噻吩环。

通式(1)中的Y¹为B、P、P＝O、P＝S、Al、Ga、As、Si-R或Ge-R，所述S i-R及Ge-R的R为芳基或烷基。在P＝O、P＝S、Si-R或Ge-R的情况下，与A环、B环或C环键合的原子为P、Si或Ge。Y¹优选B、P、P＝O、P＝S或Si-R，尤其优选B。关于该说明，通式(2)中的Y¹也相同。

通式(1)中的X¹及X²分别独立地为O、N-R、S或Se，所述N-R的R为可以被取代的芳基、可以被取代的杂芳基或烷基，所述N-R的R可以通过连接基团或单键而与所述B环和/或C环键合，作为连接基团，优选-O-、-S-或-C(-R)₂-。另外，所述“-C(-R)₂-”的R为氢原子或烷基。关于该说明，通式(2)中的X¹及X²也相同。

在此，通式(1)中的“N-R的R通过连接基团或单键而与所述A环、B环和/或C环键合”的规定对应于通式(2)中“N-R的R通过-O-、-S-、-C(-R)₂-或单键而与所述a环、b环和/或c环键合”的规定。

该规定能够由如下的化合物表现，该化合物由下述式(2-3-1)表示且具有X¹、X²被导入至稠环B’及稠环C’中的环结构。即，例如为具有以导入X¹(或X²)的方式其他环相对于作为通式(2)中的b环(或c环)的苯环进行稠合而形成的B’环(或C’环)的化合物。该化合物例如对应于WO2015/102118号公报中所记载的如式(1-451)～(1-462)所表示的化合物及如式(1-1401)～(1-1460)所表示的化合物，所形成的稠环B’(或稠环C’)例如为吩噁嗪环、吩噻嗪环或吖啶环。

并且，上述规定也能够由如下的化合物来表现，该化合物由下述式(2-3-2)、式(2-3-3)表示且具有X¹和/或X²被导入至稠环A’中的环结构。即，例如为具有以导入X¹(和/或X²)的方式其他环相对于作为通式(2)中的a环的苯环进行稠合而形成的A’环的化合物。该化合物例如对应于WO2015/102118号公报中所记载的如式(1-471)～(1-479)所表示的化合物，所形成的稠环A’例如为吩噁嗪环、吩噻嗪环或吖啶环。

[化学式6]

作为通式(1)的A环、B环及C环即“芳环”，例如，可举出碳原子数6～30的芳环，优选碳原子数6～16的芳环，更优选碳原子数6～12的芳环，尤其优选碳原子数6～10的芳环。另外，该“芳环”对应于通式(2)中所规定的“R¹～R¹¹中的相邻的基团彼此键合而与a环、b环或c环一起形成的芳环”，并且，a环(或b环、c环)已由碳原子数6的苯环构成，因此5元环稠合于其而成的稠环的合计碳原子数9成为下限的碳原子数。

作为具体的“芳环”，可举出：作为单环系的苯环；作为二环系的联苯环；作为稠合二环系的萘环；作为三环系的三联苯环(间三联苯环、邻三联苯环、对三联苯环)；作为稠合三环系的苊环、芴环、非那烯环、菲环；作为稠合四环系的三亚苯环、芘环、并四苯环(naphthacene ring)；作为稠合五环系的苝环、并五苯环等。

作为通式(1)的A环、B环及C环的“杂芳环”，例如，可举出碳原子数2～30的杂芳环，优选碳原子数2～25的杂芳环，更优选碳原子数2～20的杂芳环，进一步优选碳原子数2～15的杂芳环，尤其优选碳原子数2～10的杂芳环。并且，作为“杂芳环”，例如可举出除碳以外还含有1个至5个选自氧、硫及氮中的杂原子作为环构成原子的杂环等。另外，该“杂芳环”对应于通式(2)中所规定的“R¹～R¹¹中的相邻的基团彼此键合而与a环、b环或c环一起形成的杂芳环”，并且，a环(或b环、c环)已由碳原子数6的苯环构成，因此5元环稠合于其而成的稠环的合计碳原子数6成为下限的碳原子数。

作为具体的“杂芳环”，例如，可举出吡咯环、噁唑环、异噁唑环、噻唑环、异噻唑环、咪唑环、噁二唑环、噻二唑环、***环、四唑环、吡唑环、吡啶环、嘧啶环、哒嗪环、吡嗪环、三嗪环、吲哚环、异吲哚环、1H-吲唑环、苯并咪唑环、苯并噁唑环、苯并噻唑环、1H-苯并***环、喹啉环、异喹啉环、噌啉环、喹唑啉环、喹喔啉环、酞嗪环、萘啶环、嘌呤环、蝶啶环、咔唑环、吖啶环、吩噁噻环、吩噁嗪环、吩噻嗪环、吩嗪环、吲嗪环、呋喃环、苯并呋喃环、异苯并呋喃环、二苯并呋喃环、噻吩环、苯并噻吩环、二苯并噻吩环、呋咱环、噁二唑环、噻蒽环。

上述“芳环”或“杂芳环”中的至少1个氢原子可以被作为第1取代基的取代或未取代的“芳基”、取代或未取代的“杂芳基”、取代或未取代的“二芳基氨基”、取代或未取代的“二杂芳基氨基”、取代或未取代的“芳基杂芳基氨基”、取代或未取代的“烷基”、取代或未取代的“烷氧基”、或取代或未取代的“芳氧基”取代，但是作为该第1取代基的“芳基”或“杂芳基”、“二芳基氨基”的芳基、“二杂芳基氨基”的杂芳基、“芳基杂芳基氨基”的芳基和杂芳基及“芳氧基”的芳基，可举出上述的“芳环”或“杂芳环”的一价的基团。

并且，关于作为第1取代基的“烷基”，可以是直链及支链中的任一种，例如，可举出碳原子数1～24的直链烷基或碳原子数3～24的支链烷基。优选碳原子数1～18的烷基(碳原子数3～18的支链烷基)，更优选碳原子数1～12的烷基(碳原子数3～12的支链烷基)，进一步优选碳原子数1～6的烷基(碳原子数3～6的支链烷基)，尤其优选碳原子数1～4的烷基(碳原子数3～4的支链烷基)。

作为具体的烷基，可举出甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、新戊基、叔戊基、正己基、1-甲基戊基、4-甲基-2-戊基、3,3-二甲基丁基、2-乙基丁基、正庚基、1-甲基己基、正辛基、叔辛基、1-甲基庚基、2-乙基己基、2-丙基戊基、正壬基、2,2-二甲基庚基、2,6-二甲基-4-庚基、3,5,5-三甲基己基、正癸基、正十一烷基、1-甲基癸基、正十二烷基、正十三烷基、1-己基庚基、正十四烷基、正十五烷基、正十六烷基、正十七烷基、正十八烷基、正二十烷基等。

并且，关于作为第1取代基的“烷氧基”，例如，可举出碳原子数1～24的直链或碳原子数3～24的支链的烷氧基。优选碳原子数1～18的烷氧基(碳原子数3～18的支链的烷氧基)，更优选碳原子数1～12的烷氧基(碳原子数3～12的支链的烷氧基)，进一步优选碳原子数1～6的烷氧基(碳原子数3～6的支链的烷氧基)，尤其优选碳原子数1～4的烷氧基(碳原子数3～4的支链的烷氧基)。

作为具体的烷氧基，可举出甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、丁氧基、异丁氧基、仲丁氧基、叔丁氧基、戊氧基、己氧基、庚氧基、辛氧基等。

作为第1取代基的取代或未取代的“芳基”、取代或未取代的“杂芳基”、取代或未取代的“二芳基氨基”、取代或未取代的“二杂芳基氨基”、取代或未取代的“芳基杂芳基氨基”、取代或未取代的“烷基”、取代或未取代的“烷氧基”、或取代或未取代的“芳氧基”，如说明为取代或未取代那样，它们中的至少1个氢原子可以被第2取代基取代。作为该第2取代基，例如，可举出芳基、杂芳基或烷基，它们的具体例能够参考上述的“芳环”或“杂芳环”的一价的基团及作为第1取代基的“烷基”的说明。并且，在作为第2取代基的芳基、杂芳基中，它们中的至少1个氢原子被苯基等芳基(具体例如上所述)、甲基等烷基(具体例如上所述)取代而得的基团也包含于作为第2取代基的芳基、杂芳基中。作为其一例，在第2取代基为咔唑基的情况下，9位上的至少1个氢原子被苯基等芳基或甲基等烷基取代而得的咔唑基也包含于作为第2取代基的杂芳基中。

作为通式(2)的R¹～R¹¹中的芳基、杂芳基、二芳基氨基的芳基、二杂芳基氨基的杂芳基、芳基杂芳基氨基的芳基和杂芳基、或芳氧基的芳基，可举出通式(1)中所说明的“芳环”或“杂芳环”的一价的基团。并且，作为R¹～R¹¹中的烷基或烷氧基，能够参考上述的通式(1)的说明中的作为第1取代基的“烷基”或“烷氧基”的说明。而且，作为针对这些基团的取代基的芳基、杂芳基或烷基也相同。并且，关于作为R¹～R¹¹中的相邻的基团彼此键合而与a环、b环或c环一起形成芳环或杂芳环时的、针对这些环的取代基的杂芳基、二芳基氨基、二杂芳基氨基、芳基杂芳基氨基、烷基、烷氧基或芳氧基及作为进一步的取代基的芳基、杂芳基或烷基也相同。

通式(1)的Y¹中的Si-R及Ge-R的R为芳基或烷基，但是作为该芳基或烷基，可举出上述的基团。尤其，优选碳原子数6～10的芳基(例如，苯基、萘基等)、碳原子数1～4的烷基(例如，甲基、乙基等)。关于该说明，通式(2)中的Y¹也相同。

通式(1)的X¹及X²中的N-R的R为可以被上述的第2取代基取代的芳基、杂芳基或烷基，芳基或杂芳基中的至少1个氢原子例如可以被烷基或芳基取代。作为该芳基、杂芳基或烷基，可举出上述的基团。尤其，优选碳原子数6～10的芳基(例如，苯基、萘基等)、碳原子数2～15的杂芳基(例如，咔唑等)、碳原子数1～4的烷基(例如，甲基、乙基等)。关于该说明，通式(2)中的X¹及X²也相同。

作为通式(1)中的连接基团的“-C(-R)₂-”的R为氢原子或烷基，但是作为该烷基，可举出上述的基团。尤其，优选碳原子数1～4的烷基(例如，甲基、乙基等)。关于该说明，作为通式(2)中的连接基团的“-C(-R)₂-”也相同。

并且，本发明的有机半导体激光元件所包含的化合物可以是具有多个通式(1)所表示的单元结构的多聚体、优选具有多个通式(2)所表示的单元结构的多聚体。多聚体优选二聚体～六聚体，更优选二聚体～三聚体，尤其优选二聚体。多聚体只要是在1个化合物中具有多个上述单元结构的形态即可，例如，除了利用单键、碳原子数1～3的亚烷基、亚苯基、亚萘基等连接基团使多个上述单元结构键合的形态以外，还可以是以由多个单元结构共享上述单元结构中所包含的任意的环(A环、B环或C环、a环、b环或c环)的方式键合的形态，并且，也可以是以上述单元结构中所包含的任意的环(A环、B环或C环、a环、b环或c环)彼此稠合的方式进行键合的形态。

作为这种多聚体，例如，可举出下述式(2-4)、式(2-4-1)、式(2-4-2)、式(2-5-1)～式(2-5-4)或式(2-6)所表示的多聚体化合物。下述式(2-4)所表示的多聚体化合物例如对应于WO2015/102118号公报中所记载的如式(1-21)所表示的化合物。即，若由通式(2)进行说明，则为以共享作为a环的苯环的方式，在1个化合物中具有多个通式(2)所表示的单元结构的多聚体化合物。并且，下述式(2-4-1)所表示的多聚体化合物例如对应于W O2015/102118号公报中所记载的如式(1-2665)所表示的化合物。即，若由通式(2)进行说明，则为以共享作为a环的苯环的方式，在1个化合物中具有2个通式(2)所表示的单元结构的多聚体化合物。并且，下述式(2-4-2)所表示的多聚体化合物例如对应于WO2015/102118号公报中所记载的如式(1-2666)所表示的化合物。即，若由通式(2)进行说明，则为以共享作为a环的苯环的方式，在1个化合物中具有2个通式(2)所表示的单元结构的多聚体化合物。并且，下述式(2-5-1)～式(2-5-4)所表示的多聚体化合物例如对应于WO2015/102118号公报中所记载的如式(1-22)～(1-25)所表示的化合物。即，若由通式(2)进行说明，则为以共享作为b环(或c环)的苯环的方式，在1个化合物中具有多个通式(2)所表示的单元结构的多聚体化合物。并且，下述式(2-6)所表示的多聚体化合物例如对应于WO2015/102118号公报中所记载的如式(1-31)～(1-37)所表示的化合物。即，若由通式(2)进行说明，则为例如以作为某一单元结构的b环(或a环、c环)的苯环与作为某一单元结构的b环(或a环、c环)的苯环稠合的方式，在1个化合物中具有多个通式(2)所表示的单元结构的多聚体化合物。

[化学式7]

多聚体化合物可以是将由式(2-4)、式(2-4-1)或式(2-4-2)表现的多聚化形态和由式(2-5-1)～式(2-5-4)中的任一式或式(2-6)表现的多聚化形态组合而得的多聚体，也可以是将由式(2-5-1)～式(2-5-4)中的任一式表现的多聚化形态和由式(2-6)表现的多聚化形态组合而得的多聚体，还可以是将由式(2-4)、式(2-4-1)或式(2-4-2)表现的多聚化形态、由式(2-5-1)～式(2-5-4)中的任一式表现的多聚化形态及由式(2-6)表现的多聚化形态组合而得的多聚体。

并且，关于通式(1)或通式(2)所表示的化合物及其多聚体的化学结构中的氢原子，其全部或一部分可以是氘原子。

并且，关于通式(1)或通式(2)所表示的化合物及其多聚体的化学结构中的氢原子，其全部或一部分可以是卤素原子。例如，在通式(1)中，A环、B环、C环(A～C环为芳环或杂芳环)、针对A～C环的取代基、Y¹为Si-R或Ge-R时的R(即，烷基、芳基)、以及X¹及X²为N-R时的R(即，烷基、芳基)中的氢原子能够被卤素原子取代，但是在它们中，可举出芳基或杂芳基中的全部或一部分氢原子被卤素原子取代的方式。卤素原子为氟原子、氯原子、溴原子或碘原子，优选氟原子、氯原子或溴原子，更优选氯原子。

优选本发明的有机半导体激光元件所包含的通式(1)所表示的化合物为通式(2)所表示的化合物，并且Y¹为B且X¹及X²为N-R，更优选N-R的R为可以被芳基取代的芳基。关于通式(2)的R¹～R¹¹，优选其至少1个为通式(2)中所规定的特定的取代基，也优选R¹～R¹¹全部为氢原子。通式(2)中所规定的R¹～R¹¹能够采用的取代基中，优选芳基及二芳基氨基，更优选碳原子数6～30的芳基及二芳基氨基(其中，芳基为碳原子数6～12的芳基)。在R¹～R¹¹中存在通式(2)中所规定的特定的取代基的情况下，优选R⁴～R⁶中的至少1个和R⁹～R¹¹中的至少1个为该特定的取代基，更优选R⁴～R⁶中的至少1个为二芳基氨基，且R⁹～R¹¹中的至少1个为芳基，进一步优选R⁵为二芳基氨基，且R¹⁰为芳基。R¹～R¹¹中R⁴～R⁶中的至少1个为二芳基氨基，且R⁹～R¹¹中的至少1个为芳基时，即使其剩余部分为氢原子，也可以是通式(2)中所规定的特定的取代基，但是优选其剩余部分全部为氢原子。芳基、二芳基氨基中的至少1个氢原子可以被芳基、杂芳基或烷基取代，但是优选未取代。

以下，例示通式(1)所表示的化合物的优选具体例。

[化学式8]

关于通式(1)所表示的化合物的其他具体例，能够参考WO2015/102118号公报的[0070]～[0280]段，关于通式(1)所表示的化合物的合成法，能够参考WO2015/102118号公报的[0281]～[0316]段。其中，在本发明中能够使用的通式(1)所表示的化合物不应由这些具体例限定性地解释。

[有机半导体激光元件的层结构]

本发明的有机半导体激光元件可以是通过对发光层照射激发光而辐射激光束的光激发型有机半导体激光元件，也可以是对发光层注入空穴和电子，并通过它们再键合而产生的能量辐射激光束的电流激发型有机半导体激光元件。在任何有机半导体激光元件中，均通过包含通式(1)所表示的化合物，用于产生激光束的辐射的阈值低，且能够实现优异的激光特性。光激发型有机半导体激光元件具有在基板上至少形成有发光层的结构。并且，电流激发型有机半导体激光元件至少具有阳极、阴极及形成在阳极与阴极之间的有机层的结构。有机层至少具有发光层，也可以仅包含发光层，也可以除了发光层以外，还具有1层以上的有机层。作为这种其他有机层，能够举出空穴传输层、空穴注入层、电子阻挡层、空穴阻挡层、电子注入层、电子传输层、激子阻挡层等。空穴传输层可以是具有空穴注入功能的空穴注入传输层，电子传输层可以是具有电子注入功能的电子注入传输层。将具体的有机半导体激光元件的结构例示于图1中。图1中，1表示基板，2表示阳极，3表示空穴注入层，4表示空穴传输层，5表示发光层，6表示电子传输层，7表示阴极。电流激发型有机半导体激光元件中，在发光层中产生的激光束可以透射阳极并被提取到外部，也可以透射阴极并被提取到外部，还可以透射阳极及阴极并被提取到外部。并且，在发光层中产生的激光束可以从有机层的端面被提取到外部。

以下，对电流激发型有机半导体激光元件的各部件及各层进行说明。另外，关于基板和发光层的说明，也符合光激发型有机半导体激光元件和发光层。

(基板)

优选本发明的有机半导体激光元件支撑于基板上。作为基板，在有机半导体激光元件为从基板侧提取激光束的结构的情况下，可使用相对于激光束具有透射性的基板，优选使用包含玻璃、透明塑料、石英等的透明基板。另一方面，在有机半导体激光元件为从与基板相反的一侧提取激光束的结构的情况下，基板并无特别限制，除了上述透明基板以外，还能够使用包含硅、纸、布的基板。

(阳极)

作为有机半导体激光元件中的阳极，优选使用将功函数大的(4eV以上)金属、合金、导电性化合物及它们的混合物作为电极材料的阳极。作为这种电极材料的具体例，可举出Au等金属、CuI、氧化铟锡(ITO)、SnO₂、ZnO、TiN等导电性透明材料。并且，可以使用能够以IDIXO(In₂O₃-ZnO)等非晶质制作透明导电膜的材料。关于阳极，能够通过蒸镀或溅射等方法来将这些电极材料成膜而形成。并且，可以通过光刻法在所形成的薄膜上形成所期望形状的图案以作为阳极、或者在不太需要图案精度的情况下(100μm以上左右)，也可以在上述电极材料的蒸镀或溅射时隔着所期望形状的掩模而形成图案。或者，在使用如有机导电性化合物那样能够涂布的材料的情况下，还能够使用印刷方式、涂布方式等湿式成膜法。

其中，在有机半导体激光元件为透射阳极并提取激光束的结构的情况下，需要阳极相对于激光束具有透射性，优选构成为该激光束的透射率大于1％，更优选构成为大于10％。具体而言，优选将上述导电性透明材料用于阳极、或者将金属或合金以10～100nm的厚度形成的薄膜用于阳极。

作为阳极的薄层电阻优选为数百Ω/□以下。而且，膜厚虽然也取决于材料，但是通常在10～1000nm、优选为10～200nm的范围内选择。

(阴极)

另一方面，作为阴极，可使用将功函数小于阳极中所使用的材料的金属(称为电子注入性金属)、合金、导电性化合物及它们的混合物作为电极材料的阴极。作为这种电极材料的具体例，可举出钠、钠-钾合金、镁、锂、镁/铜混合物、镁/银混合物、镁/铝混合物、镁/铟混合物、铝/氧化铝(Al₂O₃)混合物、铟、锂/铝混合物、稀土类金属等。它们中，从电子注入性及对氧化等的耐久性的观点来看，优选电子注入性金属和作为功函数的值大于该电子注入性金属且稳定的金属的第二金属的混合物、例如镁/银混合物、镁/铝混合物、镁/铟混合物、铝/氧化铝(Al₂O₃)混合物、锂/铝混合物、铝等。关于阴极，能够通过蒸镀或溅射等方法来将这些电极材料成膜而形成。

其中，在有机半导体激光元件为透射阴极并提取激光束的结构的情况下，需要阴极相对于激光束具有透射性，优选构成为该激光束的透射率大于1％，更优选构成为大于10％。具体而言，优选将上述电极材料以10～100nm的厚度形成的薄膜用于阴极。

作为阴极的薄层电阻优选为数百Ω/□以下，膜厚通常在10nm～5μm、优选为50～200nm的范围内选择。

(发光层)

发光层是通过分别从阳极及阴极注入的空穴及电子再键合而生成激子，并形成反向分布之后，辐射激光束的层。

发光层可以仅由发光材料构成，但是优选包含发光材料和主体材料。作为发光材料，能够使用选自通式(1)所表示的化合物组中的1种或2种以上。为了进一步降低本发明的有机半导体激光元件的阈值电流密度，重要的是将发光材料中所生成的单线态激子及三线态激子封入到发光材料中。因此，优选在发光层中除了发光材料以外还使用主体材料。作为主体材料，能够使用激发单线态能量、激发三线态能量中的至少任一种具有比用作发光材料的通式(1)所表示的化合物高的值的有机化合物。其结果，能够将发光材料中所生成的单线态激子及三线态激子封入到发光材料的分子中，能够进一步降低用于产生其激光束的辐射的阈值电流密度。当然，也有时即使无法充分地封入单线态激子及三线态激子，也能够有助于低阈值化或激光特性的改善，因此只要是能够实现低阈值化或激光特性的改善的主体材料，则能够无特别限制地用于本发明。在本发明的有机半导体激光元件中，激光束从作为发光材料而包含的通式(1)所表示的化合物辐射。该激光束可以是放大自然放射光，也可以是通过从外部照射的光受激发射的受激发射光。并且，来自发光层的光可以包含从主体材料发射的光。

在使用主体材料的情况下，发光材料中所使用的通式(1)所表示的化合物在发光层中所含有的量优选为0.1重量％以上，更优选为1重量％以上，并且优选为50重量％以下，更优选为25重量％以下，进一步优选为20重量％以下，尤其优选为15重量％以下。

作为发光层中的主体材料，优选具有空穴传输能力、电子传输能力，且防止发光的长波长化，此外还具有高玻璃化转变温度的有机化合物。

(注入层)

注入层是指为了降低驱动电压或提高发光亮度而设置于电极与有机层之间的层，且具有空穴注入层和电子注入层，也可以存在于阳极与发光层或空穴传输层之间、及阴极与发光层或电子传输层之间。注入层能够根据需要而设置。

(阻挡层)

阻挡层为能够阻挡发光层中所存在的电荷(电子或空穴)和/或激子向发光层外扩散的层。电子阻挡层能够配置于发光层及空穴传输层之间，且阻挡电子朝空穴传输层的方向通过发光层。同样地，空穴阻挡层能够配置于发光层及电子传输层之间，且阻挡空穴朝电子传输层的方向通过发光层。阻挡层还能够用于阻挡激子向发光层的外侧扩散。即，电子阻挡层、空穴阻挡层分别还能够兼备作为激子阻挡层的功能。本说明书中所说的电子阻挡层或激子阻挡层以包含由一层具有电子阻挡层及激子阻挡层的功能的层的含义而使用。

(空穴阻挡层)

所谓空穴阻挡层，在广义上具有电子传输层的功能。空穴阻挡层具有传输电子并且阻挡空穴到达电子传输层的作用，由此能够提高发光层中的电子和空穴的再键合概率。作为空穴阻挡层的材料，能够根据需要使用后述的电子传输层的材料。

(电子阻挡层)

所谓电子阻挡层，在广义上具有传输空穴的功能。电子阻挡层具有传输空穴并且阻挡电子到达空穴传输层的作用，由此能够提高发光层中的电子和空穴再键合的概率。

(激子阻挡层)

激子阻挡层是指用于阻挡通过在发光层内空穴和电子再键合而产生的激子扩散到电荷传输层的层，通过本层的***，能够有效地将激子封入到发光层内，能够提高元件的发光效率。激子阻挡层能够与发光层相邻而***到阳极侧、阴极侧中的任一侧，还能够同时***到两侧。即，在阳极侧具有激子阻挡层的情况下，能够在空穴传输层与发光层之间与发光层相邻而***该层，在***到阴极侧的情况下，能够在发光层与阴极之间与发光层相邻而***该层。并且，在阳极和与发光层的阳极侧相邻的激子阻挡层之间，能够具有空穴注入层或电子阻挡层等，在阴极和与发光层的阴极侧相邻的激子阻挡层之间，能够具有电子注入层、电子传输层、空穴阻挡层等。在配置阻挡层的情况下，优选用作阻挡层的材料的激发单线态能量及激发三线态能量中的至少任一种高于发光材料的激发单线态能量及激发三线态能量。

(空穴传输层)

所谓空穴传输层包含具有传输空穴的功能的空穴传输材料，空穴传输层能够设置单层或多层。

作为空穴传输材料，具有空穴的注入或传输、电子的障壁性中的任一个，且可以是有机物、无机物中的任一种。作为能够使用的公知的空穴传输材料，例如，可举出***衍生物、噁二唑衍生物、咪唑衍生物、咔唑衍生物、吲哚并咔唑衍生物、聚芳基烷烃衍生物、吡唑啉衍生物及吡唑啉酮衍生物、苯二胺衍生物、芳胺衍生物、氨基取代查耳酮衍生物、噁唑衍生物、苯乙烯基蒽衍生物、芴酮衍生物、腙衍生物、芪衍生物、硅氮烷衍生物、苯胺系共聚物及导电性高分子低聚物、尤其是噻吩低聚物等，但是优选使用卟啉化合物、芳香族叔胺化合物及苯乙烯基胺化合物，更优选使用芳香族叔胺化合物。

(电子传输层)

所谓电子传输层，包含具有传输电子的功能的材料，电子传输层能够设置单层或多层。

作为电子传输材料(还有时兼作空穴阻挡材料)，只要具有将从阴极注入的电子传递至发光层的功能即可。作为能够使用的电子传输层，例如可举出硝基取代芴衍生物、二苯基苯醌衍生物、噻喃二氧化物衍生物、碳二亚胺、亚芴基甲烷衍生物、蒽醌二甲烷及蒽酮衍生物、噁二唑衍生物等。而且，在上述噁二唑衍生物中，还能够使用将噁二唑环的氧原子取代为硫原子的噻二唑衍生物、具有作为吸电子基团而已知的喹喔啉环的喹喔啉衍生物作为电子传输材料。而且，还能够使用将这些材料导入到高分子链中而得的高分子材料、或将这些材料作为高分子的主链的高分子材料。

(谐振器结构)

本发明的有机半导体激光元件还可以具有谐振器结构。“谐振器结构”是指用于使发光材料所发射的光在发光层中往复移动的结构。由此，光在发光层中反复行进而引起受激发射，因此能够获得更高强度的激光束。关于谐振器结构，具体而言，由一对反射镜构成，优选其中一个反射镜具有100％的反射率，优选另一个反射镜的反射率为50～95％。通过将另一个反射镜的反射率设定为相对低，能够透射该反射镜来将激光束提取到外部。以下，将提取激光束的侧的反射镜称为“输出镜”。反射镜及输出镜可以与构成上述有机半导体激光元件的各层及各部分开设置，也可以使阳极或阴极兼备反射镜或输出镜的功能。

例如，在使阳极兼备反射镜或输出镜的功能的情况下，优选阳极由可见光的吸收小，反射率高，且功函数相对大的(4.0eV以上)金属膜构成。作为这种金属膜，例如能够举出Ag、Pt、Au等的金属膜或包含这些金属的合金膜。关于阳极的反射率及透射率，例如能够通过在数十nm以上的范围内控制金属膜的膜厚来调节成所期望的值。

在使阴极兼备反射镜或输出镜的功能的情况下，优选阴极由可见光的吸收小，反射率高，且功函数相对小的金属膜构成。作为这种金属膜，例如能够举出Al、Mg等的金属膜或包含这些金属的合金膜。关于阴极的反射率及透射率，例如能够通过在数十nm以上的范围内控制金属膜的膜厚来调节成所期望的值。

在将反射镜或输出镜与上述各层及各部分开设置的情况下，优选在阳极与有机层之间或基板与阳极之间形成反射性膜而作为反射镜或输出镜发挥功能。

在阳极与有机层之间设置反射镜或输出镜的情况下，作为它们的材料，优选使用可见光的吸收小，可获得高反射率，且功函数大的(功函数为4.0eV以上)导电性材料。具体而言，能够使用包含Ag、Pt、Au等金属或包含这些金属的合金的金属膜作为反射镜或输出镜。关于该反射镜或输出镜的反射率及透射率，例如能够通过在数十nm以上的范围内控制金属膜的膜厚来调节成所期望的值。在此，在将这样的反射镜或输出镜设置于阳极与有机层之间的情况下，阳极的材料无需功函数大，且能够广泛使用公知的电极材料。

在基板与阳极之间设置反射镜或输出镜的情况下，作为它们的材料，优选使用可见光的吸收小，且可获得高反射率的材料。具体而言，能够将包含Al、Ag、Pt等金属或包含这些金属的合金的金属膜、将Ti膜层叠于Al和Si的合金膜上而得的层叠膜、将氧化硅和氧化钛交替地进行成膜而得的介电多层膜等用作反射镜或输出镜。其中，关于金属膜的反射率及透射率，例如能够通过在数十nm以上的范围内控制膜厚来调节成所期望的值。并且，关于介电多层膜的反射率及透射率，能够通过控制氧化硅和氧化钛的膜厚及层叠数来调节成所期望的值。

作为反射镜和输出镜的组合，能够举出输出镜为阳极且反射镜为阴极的组合、输出镜为配置于阳极与有机层之间或基板与阳极之间的反射性膜且反射镜为阴极的组合、反射镜为阳极且输出镜为阴极的组合、反射镜为配置于阳极与有机层之间或基板与阳极之间的反射性膜且输出镜为阴极的组合。

在这样的谐振器结构中，优选以介于反射镜与输出镜之间的层的光学膜厚的合计(关于各层的每一个，将折射率乘以其膜厚而得的值的合计)成为激光束的半波长的整数倍的方式，设计元件的层结构。由此，在反射镜与输出镜之间形成驻波并放大光，能够获得更高强度的激光束。

并且，以上的谐振器结构为使激光束在与基板的主表面垂直的方向上往复移动的结构，但是谐振器结构可以是使激光束在与基板的主表面水平的方向上往复移动的结构。这样的谐振器结构中，能够利用由有机层与空气的折射率差引起的反射，将有机层的端面构成为反射镜或输出镜。并且，可以在发光层附近以λ/2n(λ：光的波长，n：1以上的整数)的光栅间隔设置衍射光栅，并使在发光层中产生的光以衍射光栅的光栅间隔周期性地反射。由此，能够实现单一纵模，并且能够从有机层的端面辐射单色性良好的激光束。

[发光层的用于产生ASE辐射的阈值]

本说明书中的“用于产生ASE辐射的阈值”，是指在对发光层照射激发光并测定发光强度的激发光强度依赖性，将其激发光强度与发光强度的关系视为线性函数时，其斜率发生变化的部位的激发光强度。以下，有时将“用于产生ASE辐射的阈值”称为“ASE阈值”。在此，目标发光层可以是电流激发型有机半导体激光元件所具有的发光层，也可以是光激发型有机半导体激光元件所具有的发光层。并且，发光层可以仅由通式(1)所表示的化合物构成，也可以包含通式(1)所表示的化合物和主体材料。关于“ASE阈值”的具体的测定条件，能够参考实施例一栏。

关于有机半导体激光元件所具有的发光层，该ASE阈值优选为20μJ/cm²以下，更优选为10μJ/cm²以下，进一步优选为5μJ/cm²以下，尤其优选为3μJ/cm²以下。

[发光层的ASE阈值处的发光峰的半高全宽]

本说明书中的“ASE阈值处的发光峰的半高全宽”，是指在以与ASE阈值对应的强度对发光层照射激发光并观测发光光谱时，在该发光光谱中出现的发光峰中强度最大的发光峰的半高全宽。在此，关于目标发光层的说明，能够参考关于ASE阈值处的发光层的说明。

关于有机半导体激光元件所具有的发光层，该ASE阈值处的发光峰的半高全宽优选小于30nm，更优选小于20nm，进一步优选小于15nm。

如以上的有机半导体激光元件通过在使阈值电流密度以上的电流在阳极与阴极之间流动来辐射激光束。此时，本发明的有机半导体激光元件中，通过包含通式(1)所表示的化合物而阈值电流密度低，因此能够以相对低的电流密度辐射激光束，能够获得优异的激光特性。

制作本发明的有机半导体激光元件时，不仅可以将通式(1)所表示的化合物用于发光层中，还可以用于除了发光层以外的层。此时，发光层中所使用的通式(1)所表示的化合物和除了发光层以外的层中所使用的通式(1)所表示的化合物可以相同，也可以不同。例如，也可以在上述注入层、阻挡层、空穴阻挡层、电子阻挡层、激子阻挡层、空穴传输层、电子传输层等中使用通式(1)所表示的化合物。这些层的制膜方法并无特别限制，可以通过干式工艺、湿式工艺中的任一种来制作。

实施例

以下，列举实施例，对本发明的特征进一步具体地进行说明。关于以下所示的材料、处理内容、处理步骤等，只要不脱离本发明的主旨，则能够适当地变更。因此，本发明的范围不应由以下所示的具体例限定性地解释。另外，关于发光特性的评价，使用荧光分光光度计(JASCO Corporation制造：FP-6500-A-51)、绝对PL量子产率测定装置(HamamatsuPhotonics K.K.制造：C11347-01)、条纹相机(Hamamatsu Photonics K.K.制造：C4334)、多通道光谱仪(Hamamatsu Photonics K.K.制造：PMA-11)来进行。

关于本实施例中所使用的化合物1及化合物2，根据WO2015/102118号公报中所记载的方法进行了合成。

(光致发光特性的评价)

在具有膜厚为1000nm的氧化硅层的硅基板上，通过真空蒸镀法，在真空度为5×10^-5Pa以下的条件下，从不同的蒸镀源共蒸镀mCBP和化合物1，从而以100nm的厚度形成了包含化合物1的薄膜。此时，将薄膜中的化合物1的浓度设为1重量％。

并且，使用化合物2来代替化合物1，除此以外，在与上述相同的条件下，形成了包含1重量％的化合物2的薄膜。

关于各薄膜，以300K，测定了绝对光致发光量子产率Φ、瞬时荧光成分的光致发光量子产率Φ_F、延迟荧光成分的光致发光量子产率Φ_TADF、瞬时荧光成分的发光寿命τ_F及延迟荧光成分的发光寿命τ_TADF。将其结果示于表1中。在此，Φ_F、Φ_TADF为将发光峰的总面积中的与各成分对应的区域的比率乘以Φ而得的值。

[表1]

如表1所示，从各薄膜观测延迟荧光的辐射，能够确认到化合物1及化合物2为热活性型延迟荧光材料。

(实施例1)使用了化合物1的有机半导体激光元件的制作和评价

在具有膜厚为1000nm的氧化硅层的硅基板上，通过真空蒸镀法，在真空度为5×10^-5Pa以下的条件下，以85nm或100nm的厚度形成化合物1的薄膜(以下，称为“单一膜”)，从而制作了薄膜的厚度不同的2种有机半导体激光元件。

与其不同地，在具有膜厚为1000nm的氧化硅层的硅基板上，通过真空蒸镀法，在真空度为5×10^-5Pa以下的条件下，从不同的蒸镀源共蒸镀化合物1和mCBP，形成为厚度为100nm的薄膜(以下，称为“掺杂膜”)而作为有机半导体激光元件。此时，将掺杂膜中的化合物1的浓度设为1重量％、6重量％、15重量％、25重量％或50重量％，而制作了化合物1的浓度不同的5种有机半导体激光元件。

关于以85nm的厚度形成有化合物1的单一膜的有机半导体激光元件，将使用337nm激发光测定的PL光谱及ASE光谱示于图2中，并将发光强度及发光峰的半高全宽(FWHM)的激发光强度依赖性示于图3中。图2中，由激发光强度(单位：μJ/cm²)示出的光谱为以该激发光强度测定的ASE光谱。关于P L光谱，在337nm的波长下以固定光进行了测定。图4～图14中的偶数编号的附图中所示的、用于PL光谱的测定的激发光强度也与其相同。

关于以100nm的厚度形成有化合物1的单一膜的有机半导体激光元件，将使用337nm激发光测定的PL光谱及ASE光谱示于图4中，并将发光强度的激发光强度依赖性示于图5中。关于图4中所示的ASE光谱，将激发光强度设定为100μJ/cm²而进行了测定。

关于掺杂膜包含1重量％的化合物1的有机半导体激光元件，将使用337nm激发光测定的PL光谱及ASE光谱示于图6，并将发光强度及发光峰的半高全宽(FWHM)的激发光强度依赖性示于图7中。关于图6中所示的ASE光谱，将激发光强度设定为5μJ/cm²而进行了测定。

关于掺杂膜包含6重量％的化合物1的有机半导体激光元件，将使用337nm激发光测定的PL光谱及ASE光谱示于图8，并将发光强度及发光峰的半高全宽(FWHM)的激发光强度依赖性示于图9中。关于图8中所示的ASE光谱，将激发光强度设定为5μJ/cm²而进行了测定。

关于掺杂膜包含15重量％的化合物1的有机半导体激光元件，将使用337n m激发光测定的PL光谱及ASE光谱示于图10中，并将发光强度的激发光强度依赖性示于图11中。关于图10中所示的ASE光谱，将激发光强度设定为5μJ/cm²而进行了测定。

关于掺杂膜包含25重量％的化合物1的有机半导体激光元件，将使用337n m激发光测定的PL光谱及ASE光谱示于图12中，并将发光强度的激发光强度依赖性示于图13中。关于图12中所示的ASE光谱，将激发光强度设定为5μJ/cm²而进行了测定。

关于掺杂膜包含50重量％的化合物1的有机半导体激光元件，将使用337n m激发光测定的PL光谱及ASE光谱示于图14中，并将发光强度的激发光强度依赖性示于图15中。关于图14中所示的ASE光谱，将激发光强度设定为5μJ/cm²而进行了测定。

图3、图5、图7、图9、图11、图13、图15中，实线为近似于所标绘的测定点而绘制的近似直线，近似直线的斜率发生变化的部位的激发光强度相当于用于ASE辐射的阈值(ASE阈值)。根据各图求出的ASE阈值及ASE的极大波长示于表2中。

[表2]

若观察图3～图15中的奇数编号的附图，则发现各有机半导体激光元件的发光强度取决于激发光强度并以线性函数的方式增加，但是在增加的中途斜率发生变化。并且，若观察图3、图7、图9，则发现其发光峰的半高全宽取决于激发光强度并显著减少。这些结果示出：发光强度增加的斜率发生变化时，显现ASE辐射，且那里的激发光强度相当于用于ASE辐射的阈值。并且，如表2所示，根据各图求出的有机半导体激光元件的ASE阈值均低至20μJ/cm²以下，尤其，在掺杂膜中包含1～25重量％的化合物1的有机半导体元件中能够实现1.7～4.4μJ/cm²的非常低的阈值。而且，若观察图2～图14中的偶数编号的附图，则所制作的有机半导体激光元件均在以ASE阈值以上的激发光强度进行测定而得的ASE光谱中观察到陡峭的峰，并能够确认具有优异的激光特性。

(实施例2)使用了化合物2的有机半导体激光元件的制作和评价

在具有膜厚为1000nm的氧化硅层的硅基板上，通过真空蒸镀法，在真空度为5×10^-5Pa以下的条件下，从不同的蒸镀源蒸镀化合物2和mCBP，以100n m的厚度形成化合物2的浓度为6.0重量％的薄膜而作为有机半导体激光元件。

关于在实施例2中制作的有机半导体激光元件，将以5μJ/cm²照射337nm激发光并进行测定而得的ASE光谱示于图16中，并将发光强度的激发光强度依赖性示于图17中。

如图16所示，在该有机半导体激光元件中，在ASE光谱中也观察到陡峭的峰，并能够确认具有优异的激光特性。并且，根据图17求出的ASE阈值为2.8±0.3μJ/cm²，且能够实现非常低的阈值。

[化学式9]

产业上的可利用性

关于本发明的有机半导体激光元件，激光束辐射的阈值低，且激光特性优异，除了光激发的有机半导体激光元件以外，还能够应用于电流激发的有机半导体激光元件。因此，本发明的产业上的可利用性高。

符号说明

1-基板，2-阳极，3-空穴注入层，4-空穴传输层，5-发光层，6-电子传输层，7-阴极。