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

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H02631
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 上向井 正裕 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (80362672)
• 研究分担者: 片山 竜二 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (40343115)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 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

研究実績の概要

波長可変単一モードレーザについては、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、リッジ構造に溝を等間隔に形成した周期的スロット構造レーザを作製した。一方で波長可変特性はないものの、高いサイドモード抑圧比が期待できるLaterally Coupled DFBレーザも作製した。導波光とDFBグレーティングの重なりが大きくなるよう、リッジ構造両脇にデューティ比の高い3次結合DFBグレーティングを形成した。後者から擬似CW駆動で、良好な単一モード発振が得られた。発振波長が利得ピーク波長からずれたため、DFB周期を調整してレーザを再作製し、レーザ発振特性を詳細に評価する。
窒化物半導体導波路型非線形光学デバイスについては、極性反転エピタキシャル成長により形成したGaNおよびAlNの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。いずれのデバイスにおいても、超短パルスレーザ励起により青色光および深紫外光の発生に成功した。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。さらに高効率な波長変換が期待できるAlN 4層極性反転積層構造および強誘電体（LiNbO3）/窒化物半導体（GaN）極性反転積層構造の形成にも成功している。
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・作製を行った。
窒化物半導体非線形光学デバイスに関して、学術論文3件、国内学会11件（うち招待講演1件）、国際学会4件の発表を行った。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Polarity Inversion of GaN via AlN Oxidation Interlayer Using Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy (2023)
  • 著者名/発表者名: Murata Tomotaka、Ikeda Kazuhisa、Yamasaki Jun、Uemukai Masahiro、Tanikawa Tomoyuki、Katayama Ryuji
  • 雑誌名: physica status solidi (b) 巻: 260 ページ: 2200583～2200583
  • DOI: 10.1002/pssb.202200583
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication and evaluation of rib-waveguide-type wavelength conversion devices using GaN-QPM crystals (2022)
  • 著者名/発表者名: Ishihara Hiroki、Shimada Keiya、Umeda Soshi、Yokoyama Naoki、Honda Hiroto、Kurose Kazuhiro、Kawata Yoshimasa、Sugita Atsushi、Inoue Yoku、Uemukai Masahiro、Tanikawa Tomoyuki、Katayama Ryuji、Nakano Takayuki
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 61 ページ: SK1020～SK1020
  • DOI: 10.35848/1347-4065/ac727a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Second harmonic generation in GaN transverse quasi-phase-matched waveguide pumped with femtosecond laser (2022)
  • 著者名/発表者名: Yokoyama Naoki、Morioka Yoshiki、Murata Tomotaka、Honda Hiroto、Serita Kazunori、Murakami Hironaru、Tonouchi Masayoshi、Tokita Shigeki、Ichikawa Shuhei、Fujiwara Yasufumi、Hikosaka Toshiki、Uemukai Masahiro、Tanikawa Tomoyuki、Katayama Ryuji
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 15 ページ: 112002～112002
  • DOI: 10.35848/1882-0786/ac9511
  • 査読あり
• [学会発表] 2層極性反転AlN横型擬似位相整合チャネル導波路による遠紫外第二高調波発生 (2023)
  • 著者名/発表者名: 本田 啓人、正直 花奈子、上杉 謙次郎、三宅 秀人、市川 修平、舘林 潤、藤原 康文、芹田 和則、村上 博成、斗内 政吉、上向井 正裕、谷川 智之、片山 竜二
  • 学会等名: レーザー学会学術講演会第43回年次大会
• [学会発表] GaN-QPM結晶を用いた波長変換デバイスの作製および諸特性評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: 嶋田 慶也、石原 弘基、梅田 颯志、横山 尚生、本田 啓人、井上 翼、上向井 正裕、谷川 智之、片山 竜二、中野 貴之
  • 学会等名: レーザー学会学術講演会第43回年次大会
• [学会発表] 高効率スクイーズド光発生に向けた MgO:CLN/GaN横型擬似位相整合導波路波長変換デバイスの作製 (2023)
  • 著者名/発表者名: 野呂 諒介、上向井 正裕、谷川 智之、片山 竜二
  • 学会等名: レーザー学会学術講演会第43回年次大会
• [学会発表] グレーティング結合器集積化GaN横型擬似位相整合光子対発生デバイスの設計と作製 (2023)
  • 著者名/発表者名: 古川 裕也、池田 和久、本田 啓人、村田 知駿、上向井 正裕、谷川 智之、片山 竜二
  • 学会等名: レーザー学会学術講演会第43回年次大会
• [学会発表] 多層極性反転 AlN 構造を用いた横型 QPM 導波路の設計 (2023)
  • 著者名/発表者名: 本田 啓人、百崎 怜、玉野 智大、正直 花奈子、三宅 秀人、上向井 正裕、谷川 智之、片山 竜二
  • 学会等名: 第70回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] マルチ・スパッタアニール法による多層極性反転AlN構造の作製 (2023)
  • 著者名/発表者名: 玉野 智大、正直 花奈子、本田 啓人、上杉 謙次郎、肖 世玉、上向井 正裕、谷川 智之、片山 竜二、三宅 秀人
  • 学会等名: 第70回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Design and Fabrication of Transverse Quasi-Phase-Matched HfO2/AlN Channel Waveguide for 230-nm Far-UV Second Harmonic Generation (2022)
  • 著者名/発表者名: H. Honda, K. Shujiki, H. Miyake, S. Ichikawa, Y. Fuijiwara, M. Uemukai, T. Tanikawa, R. Katayama
  • 学会等名: International Conference on Light-Emitting Devices and Their Industrial Applications 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Design of Transverse Quasi-Phase-Matched Non-Polar/AlN Waveguides for 230-nm Far-UV Second Harmonic Generation (2022)
  • 著者名/発表者名: H. Honda, S. Umeda, K. Shojiki, H. Miyake, M. Kushimoto, Y. Fujiwara, M. Uemukai, T. Tanikawa and R. Katayama
  • 学会等名: 2022 Materials Research Society Spring Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] HfO2/AlN横型擬似位相整合チャネル導波路を用いた230 nm遠紫外第二高調波発生 (2022)
  • 著者名/発表者名: 本田 啓人、正直 花奈子、上杉 謙次郎、三宅 秀人、芹田 和則、村上 博成、斗内 政吉、上向井 正裕、谷川 智之、片山 竜二
  • 学会等名: 第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 2層極性反転AlN横型擬似位相整合チャネル導波路を用いた230 nm遠紫外第二高調波発生 (2022)
  • 著者名/発表者名: 本田 啓人、正直 花奈子、上杉 謙次郎、三宅 秀人、芹田 和則、村上 博成、斗内 政吉、上向井 正裕、谷川 智之、片山 竜二
  • 学会等名: 第83回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] MOVPEエピタキシャル極性反転技術を用いたGaN横型擬似位相整合光子対発生デバイスの作製 (2022)
  • 著者名/発表者名: 池田 和久、村田 知駿、市川 修平、藤原 康文、上向井 正裕、谷川 智之、片山 竜二
  • 学会等名: 第83回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Second Harmonic Generation of 230 nm DUV Light from Transverse Quasi-Phase-Matched -c-AlN/+c-AlN Channel Waveguide (2022)
  • 著者名/発表者名: H. Honda, S. Umeda, K. Shojiki, H. Miyake, S. Ichikawa, J. Tatebayashi, Y. Fujiwara, K. Serita, H. Murakami, M. Tonouchi, M. Uemukai, T. Tanikawa and R. Katayama
  • 学会等名: International Workshop on Nitride Semiconductors 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Polarity Inversion of GaN via AlN Oxidation Interlayer using Metalorganic Vapor Phase Epitaxy (2022)
  • 著者名/発表者名: T. Murata, K. Ikeda, J. Yamazaki, T. Tanikawa, M. Uemukai and R. Katayama
  • 学会等名: International Workshop on Nitride Semiconductors 2022
  • 国際学会
• [学会発表] Fabrication of GaN Transverse Quasi Phase Matching Photon Pair Generation Device using MOVPE-Based Epitaxial Polarity Inversion Technology (2022)
  • 著者名/発表者名: K. Ikeda, T. Murata, S. Ichikawa, Y. Fujiwara, M. Uemukai, T. Tanikawa, and R. Katayama
  • 学会等名: 第41回電子材料シンポジウム
• [学会発表] Demonstration of 230-nm Far-UV Second Harmonic Generation from HfO2/AlN Transverse Quasi-Phase Matched Channel Waveguide (2022)
  • 著者名/発表者名: Y. Furukawa, H. Honda, K. Shojiki, K. Uesugi, H. Miyake, K. Serita, H. Murakami, M. Tonouchi, M. Uemukai, T. Tanikawa and R. Katayama
  • 学会等名: 第41回電子材料シンポジウム
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: http://www.qoe.eei.eng.osaka-u.ac.jp/