Study on ultrashort pulsed semiconductor laser diodes for fluorescent bio-imaging

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02176
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
• Research Institution: Meijo University
• Principal Investigator: Miyajima Takao 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: 超短パルス / GaAs系半導体 / 無反射コート / バイセクション構造

Outline of Final Research Achievements

Toward the realization of ultrashort-pulsed semiconductor laser diodes for fluorescence bio-imaging that can be used in clinical sites, we performed structural design, fabrication, and characterization of the generated optical pulses. GaAs-based semiconductor laser diodes were fabricated by molecular beam epitaxy, and the laser oscillation with a wavelength of 828 nm was confirmed by current injection. Moreover, it made it possible to examine the process using 3-inch diameter wafers grown by metal-organic chemical vapor deposition. Although it became possible to improve the ohmic electrodes and form a anti-reflective coating, there were problems with stable ridge formation, and problems remained with the generation of light pulses by current injection. On the other hand, we proposed a method to increase the peak power without reducing the beam quality.

Free Research Field

半導体レーザ

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で実用化を目指している蛍光バイオイメージング用超短パルスレーザは、その基本材料としてGaAs系半導体を利用している。これを利用した半導体レーザはコンパクトディスクプレーヤーの光源として、1980年代には実用化されている。したがって、その成長や作製プロセスは既に確立されており、2000年以降に実用化されたGaN系半導体レーザに比べれば平易である。しかしながら、実用化されたGaAs系半導体レーザの研究や製造は急速に減少している。本研究では、これらの技術を継承して有効利用しつつ、日本が直面している少子高齢化における健康寿命を延ばすことに貢献できると考える。