2021 Fiscal Year Annual Research Report
Study on ultrashort pulsed semiconductor laser diodes for fluorescent bio-imaging
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19H02176
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| Research Institution | Meijo University |
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Principal Investigator |
宮嶋 孝夫 名城大学, 理工学部, 教授 (50734836)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 半導体レーザ / 超短パルス / GaAs系半導体 / 無反射コート / コンタクト比抵抗 / ビーム品質 |
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| 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。本年度は、より安定した特性が期待されるSiO2/Ta2O5誘電体二層膜をRFスパッタ装置で成膜し、波長828nmでの反射率を0.271%まで低減でき、本研究のデバイスで利用可能であることを確認した。
(2)デバイス作製プロセス：以前よりp型電極が剥離しやすくコンタクト比抵抗が高いことが問題であったが、それぞれの原因究明とプロセス工程の変更により解決を図った。その結果、p型電極の剥離は観察されなくなり、p型電極であるTi/Auのコンタクト比抵抗は正孔濃度p=2×1019 cm-3のp型GaAsに対して 2.8×10-5 ohm-cm2と低減された。また、n型電極であるAuGe/Ni/Auのコンタクト比抵抗は電子濃度n=1×1018 cm-3のn型GaAsに対して 2.2×10-4 ohm-cm2と低減されることが確認された。今後、デバイス作製プロセスにはこの条件を利用する。
(3)超短パルスの特性評価：バイオイメージングを行う際には、レーザ光をレンズで集光する必要があるが、一般に半導体レーザは固体レーザに比べてビーム品質が悪く集光が難しいと言われている。そこで、本研究で作製するモードロックレーザ及び半導体増幅器のビーム品質であるM2を実際に測定する実験系の立ち上げを行い、He-Neレーザで水平及び鉛直方向のM2がそれぞれ1.03となることを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
2021年度に、遊休状態となっていたGaAs系半導体専用の露光装置を立ち上げたが、1cm角程度の小さな試料を取扱うことが難しいことが判明し、急遽、小さな試料も対応可能な露光装置を借用することとなった。ここで、利用可能なフォトマクスのサイズが5インチ角と以前のものより大きいため、デバイス作製用マスクを作成し直す必要が生じてしまった。この露光装置の問題で、デバイス作製が予定より遅れてしまった。
ただし、デバイス作製用のフォトマスクを作成し直す間に、コンタクト比抵抗用のフォトマスクを借用し条件出しを行うことで、遅れをできるだけ少なくするように努めた。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年同様、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り、頻繁に情報交換を行っている。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り、本年度はビーム品質の評価も可能にしつつある。現在の問題は②と考えている。上述した露光装置の問題は解決したが、SiO2の成膜を行っているRFスパッタ装置（共同利用している）の利用が大変込んでおり、デバイス作製を遅延させる原因となっている。そこで、塗布焼成することで絶縁膜を形成する実績ある材料を利用し、デバイス作製時間を短くしたいと考えている。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。
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