2019 Fiscal Year Annual Research Report
スクイーズド光発生用半導体レーザ励起窒化物半導体導波路型非線形光学デバイスの開発
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19H02631
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
上向井 正裕 大阪大学, 工学研究科, 助教 (80362672)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
片山 竜二 大阪大学, 工学研究科, 教授 (40343115)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 窒化物半導体 / 半導体レーザ / 非線形光学デバイス / 量子情報処理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2種の周期的深溝構造を用いたInGaN量子井戸波長可変単一モードレーザの実現を目指し、設計・作製・評価を行った。周期的スロット構造レーザにおいて、パルス駆動ではあるものの青色単一モード発振と波長可変特性を確認した。波長可変単一モードレーザに関して、国内会議２件の発表を行った。
窒化物半導体導波路型非線形光学デバイスについては、２枚の+c-GaN薄膜試料の表面活性化接合および極性反転エピタキシャル成長による２つの手法でGaNの極性反転積層構造を形成し、横型擬似位相整合（QPM）チャネル導波路型第二高調波発生（SHG）デバイスの作製を試みた。後者の手法で作製したSHGデバイスに近赤外励起光を入射させたところ、その半分の波長の青色SH光の発生に成功した。また導波路型微小共振SHGデバイスの設計・作製も行った。導波路型波長変換デバイスに関して、国内会議８件、国際会議４件の発表を行った。
導波路断面積が微小である横型QPMチャネル導波路型波長変換デバイスへの励起光位置合わせ精度を緩和し入力結合効率を向上させるため、入力グレーティング結合器を集積したチャネル導波路型SHGデバイスを作製した。端面結合より強い励起光をチャネル導波路に結合することができ、より強い青色SH光の発生に成功した。入力グレーティング結合器に関して、国内会議２件、国際会議１件の発表を行った。
また半導体レーザ励起横型QPM SHGデバイスに関して、国際会議１件（招待講演）の発表を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2種の深溝周期構造を用いたInGaN量子井戸波長可変単一モードレーザの設計・作製を行い、周期的スロット構造レーザにおいて、パルス駆動ながらレーザ発振が得られた。本年度購入した高分解能光スペクトルアナライザを用いてレーザ光を評価し、波長395.9 nm、サイドモード抑圧比19 dBの単一モード発振と0.3 nmの波長可変特性を確認した。高次結合深溝DBRレーザにおいては、DBR構造は形成できたものの、電流注入に問題が生じレーザ発振は得られなかった。
窒化物半導体横型擬似位相整合非線形光学デバイスにおいては、2枚の+c-GaN薄膜試料の表面活性化接合および極性反転エピタキシャル成長の2つの手法でGaN極性反転積層構造を形成し、チャネル導波路型SHGデバイスの作製を試みた。前者では接合条件最適化により22 mm角の大面積接合に成功したが、Si基板除去プロセスで問題が生じ、所望の長さのデバイスが形成できなかった。後者においては、表面平坦性に改善の余地があり散乱損失が生じたものの、青色SH波の発生に成功した。この導波路は断面積が微小なため励起光の端面結合が困難であるため、位置合わせ精度を緩和できる入力グレーティング結合器を集積したSHGデバイスを作製し、SH波強度の基本波強度依存性の測定に成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
周期的スロット構造を用いたInGaN量子井戸レーザにおいてパルス駆動で青色単一モード発振と波長可変特性を確認したものの、電流注入に問題が生じ出力光パワー・波長可変範囲とも目標とする性能が得られなかった。今後はオーミック電極形成プロセスの最適化を進め、CW駆動で高出力化と波長可変範囲の拡大を目指す。並行して高次結合深溝DBRレーザを作製し、単一モード発振と波長可変特性の実現を目指す。（上向井）
GaN極性反転積層構造を用いた横型擬似位相整合チャネル導波路型非線形光学デバイスにおいて、光パラメトリック下方変換（OPDC）の逆過程である青色第二高調波発生に成功した。次はスクイーズド光発生デバイス実現の前段階として類似の構造のOPDCデバイスを作製し、InGaN量子井戸レーザを励起光源としてOPDCによる量子もつれ光子対発生を目指す。この際、励起光を1次導波モードとして導波路に入射させる必要があるが、これを可能とする入力グレーティング結合器を設計・作製してOPDCデバイスに集積する。（上向井）
2つの単一光子検出器と同時計数測定器を用いて量子干渉光学系を構築し、OPDCデバイスから時間相関光子対発生および偏光もつれ光子対発生を確認する。（片山）
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