2020 Fiscal Year Annual Research Report
Study on ultrashort pulsed semiconductor laser diodes for fluorescent bio-imaging
| Project/Area Number |
19H02176
|
|---|
| Research Institution | Meijo University |
|---|
Principal Investigator |
宮嶋 孝夫 名城大学, 理工学部, 教授 (50734836)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上山 智 名城大学, 理工学部, 教授 (10340291)
今井 大地 名城大学, 理工学部, 准教授 (20739057)
成塚 重弥 名城大学, 理工学部, 教授 (80282680)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 半導体レーザ / 超短パルス / GaAs系半導体 / 無反射コート / 分光エリプソメトリー法 / 相関測定 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
臨床現場で利用可能な蛍光バイオイメージング用超短パルス半導体レーザの実現に向けた(1)モードロックレーザ及び半導体増幅器、(2)デバイス作製プロセス、(3)超短パルスの特性評価の３つに関して得られた成果は以下の通りである。
(1)モードロックレーザ及び半導体増幅器：本研究で実現しようとしているモードロックレーザ及び半導体増幅器を作製するには、出射端面に無反射コートを形成する必要があり、その特性がデバイスの性能を大きく左右する。そこで、Nb2O5/SiO2及びZrO2/SiO2の誘電体二層膜を取り上げ、RFスパッタ装置で成膜したところ、目指している発振波長である810nmで反射率を低減させることができ、Nb2O5/SiO2においては、0.00043の低反射率が得られた。今後、Nb2O5/SiO2二層膜を無反射コートとして利用する。更に、この時用いた分光エリプソメトリー法を、窒化物系面発光レーザに使われるAlInN混晶半導体薄膜にも適用し、解析モデルを工夫することで、精密な評価を可能とした。
(2)デバイス作製プロセス：これまでGaN系半導体デバイスで用いている露光装置を使用してきたが、同じ露光装置で異なった半導体材料を扱う問題を解決しつつ、デバイス開発のスピードアップを図るために、本研究で取扱うGaAs系半導体専用の露光装置を新たに立ち上げた。
(3)超短パルスの特性評価：本研究で実現する超短パルスの時間幅評価を行えるように、最も有用な手法である相関測定器を立ち上げ、100fs程度の時間幅の光パルスを測定できることを確認した。また、半導体レーザから最も簡便に短パルスを発生可能な手法である利得スイッチング法を利用して、GaAs系及びGaN系半導体レーザより数10psの時間幅を有する光パルスを発生させ、サンプリングオシロスコープと高速光検出器により、その特性評価を行えるようにした。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
本研究を担当するはずであった大学院生が退学してしまったため、急遽、別の学生に担当してもらった。本研究で実現させようとしている高機能デバイスを再現性よく作製するには、デバイス作製プロセス技術のみならず、デバイス用ウェハの光学特性及び構造評価技術が重要と考え、これらの基礎技術を習得してもらった。以上の理由のために、当初の研究計画より進捗が遅れてしまった。2022年度は、これまでに習熟した技術を利用して、効率的なデバイス作製を進めてもらう。
|
| Strategy for Future Research Activity |
本研究を効率よく推進する上での課題は以下の３点にあると考えている。
①デバイス用ウェハーの成長、②デバイス作製プロセス、③超短パルスの特性評価
①に関しては、外部研究機関と交渉して、直径3インチの安定したGaAs系半導体ウェハーの作製依頼が可能になった。また、③に関しては、これまで蓄積した知見と技術により、超短パルスの特性評価技術の確立を行いつつある。現在の問題は②と考えている。この問題解決のために、まずは、デバイス作製プロセスにおいて重要な役割を担う露光装置に関して、本研究専用の装置を用意して立ち上げを行った。これを利用して、効率的なデバイス作製を進める。更に、デバイスの劈開に関しては、外部研究機関の協力を得られるように交渉済みである。このようにして、上述の３つの課題に取り組むことで、これまでの遅れを取り戻して、本研究課題の目標達成を目指す。
|
