2021 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性能向上を目指し、用いるInGaN量子井戸エピタキシャルウェハを新たなものに切り替え、p型オーミック電極形成のためのアニール条件最適化を行い、電極/半導体接触抵抗低減の兆しが見られた。
窒化物半導体導波路型非線形光学デバイスについては、表面活性化接合または極性反転エピタキシャル成長により作製した2層極性反転積層構造を用いて第二高調波発生デバイスを作製した。特に後者の方法を用いて作製したAlN極性反転積層チャネル導波路デバイスにおいて青色光および紫外光発生に成功した。またより簡便に作製可能な誘電体（HfO2）/窒化物半導体（AlN）積層構造を用いたチャネル導波路デバイスにおいても紫外光発生に成功した。また時間相関光子対発生およびスクイーズド光発生デバイスには、励起光を高次導波モードとしてチャネル導波路に結合する必要があるが、これを可能とする入力グレーティング結合器の設計を行った。
また微小共振器構造を用いた非線形光学デバイスを作製し、紫外第二高調波発生に成功した。
窒化物半導体非線形光学デバイスに関して、学術論文2件、国内会議9件、国際会議1件の発表を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
非線形光学デバイスの励起光源として、2種の周期的深溝構造を用いた400 nm帯波長可変単一モードレーザの実現を目指しているが、電流注入に問題が生じ目標としていたレーザ出力・波長可変特性が得られていない。これを解決すべく、新規のInGaN量子井戸エピタキシャルウェハを用いてレーザ作製条件の最適化を行っている。
横型擬似位相整合非線形光学デバイスにおいては、極性反転エピタキシャル成長法で作成したAlN極性反転積層チャネル導波路を用いて第二高調波発生に成功した。またより簡便に作製可能な誘電体（HfO2）/窒化物半導体（AlN）積層チャネル導波路を作製し、これを用いた第二高調波発生にも成功した。これらのチャネル導波路は断面積が微小なため励起光の端面結合が非常に困難で予想以上の時間を要したが、効率よく非線形光学デバイスの特性評価が行えるよう、コンピュータ制御で端面結合でき出射光観察が可能な光学系を構築した。
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| Strategy for Future Research Activity |
新規のInGaN量子井戸エピタキシャルウェハを用いてp型オーミック電極形成プロセスを改善するとともに、光閉じ込め構造を最適化することでまずはFPレーザにおけるCW発振を目指す。その後、周期的スロット構造と高次結合DBRを採用した2種の青色単一モードレーザを作製し、周期構造に電流注入することで波長可変特性を詳細に調べる。並行して同一エピタキシャル構造で形成できるテーパ型半導体光増幅器を波長可変単一モードレーザとモノリシック集積することで、さらなる高出力化を図る。（上向井）
GaNまたはAlNの極性反転積層構造を用いた横型擬似位相整合導波路型非線形光学デバイスを作製する。このデバイスは励起光を高次導波モードとしてチャネル導波路に結合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集積した非線形光学デバイスを作製する。InGaN単一モードレーザを励起光源として、まずは比較的容易な時間相関光子対の発生と検出を行う。その後デバイスを改善して、スクイーズド光発生を目指す。（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、非線形光学デバイスからの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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[Presentation] Experimental Determination of Wavelength Conversion Efficiency in Transverse Quasi-Phase-Matched GaN SHG Waveguide Excited with Femtosecond Laser2021
Author(s)
N. Yokoyama, Y. Morioka, T. Murata, H. Honda, F. R. G. Bagsican, K. Serita, H. Murakami, M. Tonouchi, S. Ichikawa, Y. Fujiwara, M. Uemukai, T. Tanikawa, R. Katayama
Organizer
2021 International Conference on Solid State Devices and Materials
Int'l Joint Research
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[Presentation] Efficiency Evaluation of GaN Transverse Quasi-Phase-Matched Wavelength Conversion Device under Femtosecond Laser Excitation2021
Author(s)
N. Yokoyama, H. Honda, T. Murata, K. Serita, H. Murakami, M. Tonouchi*, S. Tokita, S. Ichikawa, Y. Fujiwara, M. Uemukai, T. Tanikawa and R. Katayama
Organizer
第40回電子材料シンポジウム
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