電流注入利得スイッチレーザー活性層の限界駆動高速非線形性とその電気的制御

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H01361
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 秋山 英文 東京大学, 物性研究所, 教授 (40251491)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 半導体レーザー / 利得スイッチ / 電流注入 / 限界駆動 / 非線形

研究実績の概要

本年度は、試料設計・作製・評価を中心に行った。半導体レーザー構造試料結晶は、不純物や欠陥など外因的効果を抑えた、均一性の高いクリーンで高品質のものをエピ成長し用いた。高品質性は、研究室の独自技術である、PL絶対効率とスペクトルの温度変化計測で評価した。GaAs基板上の1030-1060nm波長帯の高品質InGaAs量子井戸活性層を用い、共振器構造として、単セクションリッジ型導波路レーザー構造を用いた。高速電気パルス電流注入のため、電極は小面積化が望ましいがワイヤボンディングの付着力との兼ね合いでサイズを調整し、電気容量を低減した。エピ成長には、利用実績のあるエピファブを主に用いた。研究室保有のMBE装置も一部併用し、コストと時間を節約した。試料加工には、研究室保有の装置のほか、ヘビーユーザーとして使い慣れている筑波NIMS微細加工プラットフォームのクリーンルーム施設群の半導体加工共用設備を活用した。作製された半導体レーザーは、まず、複数素子が連結したままのレーザーバーの状態で、マイクロ秒パルスでの定常LD特性（電流-電圧特性、電流-光出力特性、発振しきい値、微分効率、内部損失、抵抗など）評価計測で選別した。電気的制御で、高速非線形性を積極的に引き出すために、素子と電気回路あるいはRF伝送路（マイクロストリップ、同軸ケーブル、あるいは、RFコネクタ）の特性を考慮して様々な接続と駆動を試した。高出力のサブナノ秒電気パルスを作るため、駆動回路として、高速パルサーとRFアンプを組み合わせたモジュールを作製した。また、LDドライバICを用いた駆動回路を検討し、評価ボードを購入し、高速オシロスコープでテストした。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

コロナ禍の影響をおりこんで計画を立案し年度初めに交付申請書を提出したこと、大学や共用設備の利用に関して強い制限がかからなかったことのおかげで、概ね計画通り順調に進捗した。

今後の研究の推進方策

試料作製の主要部分は本年度に済ませてあるので、今後、COVID-19感染流行の第7波が生じて、筑波NIMS微細加工プラットフォームのクリーンルーム施設群など半導体加工共用設備の利用に制限がかかっても、研究が遅延しないように対策済みである。可能な限り計画は前倒しで推進し、第７・８波が到来しても目的達成ができるようにする。

研究成果

• [雑誌論文] Photo-bleaching of firefly luciferin with UV irradiation (2022)
  • 著者名/発表者名: Kumagai Ryo、Ono Ryohei、Akiyama Hidefumi、Itabashi Hideyuki、Hiyama Miyabi
  • 雑誌名: Chemical Physics Letters 巻: 792 ページ: 139414～139414
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2022.139414
  • 査読あり
• [雑誌論文] Carrier dynamics of AlGaAs/AlAs asymmetric double quantum wells with different barrier thickness (2022)
  • 著者名/発表者名: Liu Yuejun、Weng Guoen、Cao Fuyi、Wang Youyang、Wan Wenjian、Wang Chang、Nakamae Hidekazu、Kim Changsu、Hu Xiaobo、Luo Xianjia、Luo Shuai、Chen Shaoqiang、Chu Junhao、Akiyama Hidefumi
  • 雑誌名: Optical Materials Express 巻: 12 ページ: 1291～1291
  • DOI: 10.1364/OME.447078
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-harmonic generation in GaAs beyond the perturbative regime (2021)
  • 著者名/発表者名: Xia Peiyu、Tamaya Tomohiro、Kim Changsu、Lu Faming、Kanai Teruto、Ishii Nobuhisa、Itatani Jiro、Akiyama Hidefumi、Kato Takeo
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 104 ページ: L121202(1-6)
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.104.L121202
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unidirectional output from a quantum-dot single-photon source hybrid integrated on silicon (2021)
  • 著者名/発表者名: Katsumi Ryota、Ota Yasutomo、Tajiri Takeyoshi、Kakuda Masahiro、Iwamoto Satoshi、Akiyama Hidefumi、Arakawa Yasuhiko
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 29 ページ: 37117～37117
  • DOI: 10.1364/OE.440218
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabricating over 7%-efficient Sb2(S,Se)3 thin-film solar cells by vapor transport deposition using Sb2Se3 and Sb2S3 mixed powders as the evaporation source (2021)
  • 著者名/発表者名: Hu Xiaobo、Tao Jiahua、Wang Rui、Wang Youyang、Pan Yanlin、Weng Guoen、Luo Xianjia、Chen Shaoqiang、Zhu Ziqiang、Chu Junhao、Akiyama Hidefumi
  • 雑誌名: Journal of Power Sources 巻: 493 ページ: 229737～229737
  • DOI: 10.1016/j.jpowsour.2021.229737
  • 査読あり
• [雑誌論文] Superior single-mode lasing in a self-assembly CsPbX 3 microcavity over an ultrawide pumping wavelength range (2021)
  • 著者名/発表者名: Weng Guoen、Yan Jiyu、Chen Shengjie、Zhao Chunhu、Zhang Hanbing、Tian Jiao、Liu Yuejun、Hu Xiaobo、Tao Jiahua、Chen Shaoqiang、Zhu Ziqiang、Akiyama Hidefumi、Chu Junhao
  • 雑誌名: Photonics Research 巻: 9 ページ: 54～54
  • DOI: 10.1364/PRJ.409884
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reducing Shockley| Read Hall recombination losses in the depletion region of a solar cell by using a wide-gap emitter layer (2021)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Tetsuya、Yanwachirakul Warakorn、Imaizumi Mitsuru、Sugiyama Masakazu、Akiyama Hidefumi、Okada Yoshitaka
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 130 ページ: 153102～153102
  • DOI: 10.1063/5.0060158
  • 査読あり
• [雑誌論文] Absorption Spectra for Firefly Bioluminescence Substrate Analog: TokeOni in Various pH Solutions (2021)
  • 著者名/発表者名: H. Ogawa, R. Ono, Y. Noguchi, N. Kitada, R. Saito‐Moriya, S. A. Maki, H. Akiyama, H. Itabashi and M. Hiyama
  • 雑誌名: Photochem Photobiol 巻: 97 ページ: 1016
  • DOI: 10.1111/php.v97.5
  • 査読あり
• [雑誌論文] High performance single-mode vertical cavity surface emitting lasers based on CsPbBr3 nanocrystals with simplified processing (2021)
  • 著者名/発表者名: Zhao Chunhu、Tao Jiahua、Tian Jiao、Weng Guoen、Liu Huimin、Liu Yuejun、Yan Jiyu、Chen Shengjie、Pan Yanlin、Hu Xiaobo、Chen Shaoqiang、Akiyama Hidefumi、Chu Junhao
  • 雑誌名: Chemical Engineering Journal 巻: 420 ページ: 127660～127660
  • DOI: 10.1016/j.cej.2020.127660
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron Hole Plasma Lasing Dynamics in CsPbCl m Br 3-m Microplate Lasers (2021)
  • 著者名/発表者名: Weng Guoen、Tian Jiao、Chen Shengjie、Yan Jiyu、Zhang Hanbing、Liu Yuejun、Zhao Chunhu、Hu Xiaobo、Luo Xianjia、Tao Jiahua、Chen Shaoqiang、Zhu Ziqiang、Chu Junhao、Akiyama Hidefumi
  • 雑誌名: ACS Photonics 巻: 8 ページ: 787～797
  • DOI: 10.1021/acsphotonics.0c01512
  • 査読あり
• [雑誌論文] Adaptive automatic solar cell defect detection and classification based on absolute electroluminescence imaging (2021)
  • 著者名/発表者名: Wang Youyang、Li Liying、Sun Yifan、Xu Jinjia、Jia Yun、Hong Jianyu、Hu Xiaobo、Weng Guoen、Luo Xianjia、Chen Shaoqiang、Zhu Ziqiang、Chu Junhao、Akiyama Hidefumi
  • 雑誌名: Energy 巻: 229 ページ: 120606～120606
  • DOI: 10.1016/j.energy.2021.120606
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diagnosing breakdown mechanisms in monocrystalline silicon solar cells via electroluminescence imaging (2021)
  • 著者名/発表者名: Jia Yun、Wang Youyang、Hu Xiaobo、Xu Jinjia、Weng Guoen、Luo Xianjia、Chen Shaoqiang、Zhu Ziqiang、Akiyama Hidefumi
  • 雑誌名: Solar Energy 巻: 225 ページ: 463～470
  • DOI: 10.1016/j.solener.2021.07.052
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improving the performance of Sb2S3 thin-film solar cells by optimization of VTD source-substrate proximity (2021)
  • 著者名/発表者名: Wang Rui、Wang Youyang、Pan Yanlin、Qin Deyang、Weng Guoen、Hu Xiaobo、Tao Jiahua、Luo Xianjia、Chen Shaoqiang、Zhu Ziqiang、Chu Junhao、Akiyama Hidefumi
  • 雑誌名: Solar Energy 巻: 220 ページ: 942～948
  • DOI: 10.1016/j.solener.2021.03.052
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electroluminescence imaging of laser induced defect formation in Cu(In, Ga)Se2 solar cell (2021)
  • 著者名/発表者名: Jia Yun、Wang Youyang、Hu Xiaobo、Weng Guoen、Tian Jiao、Luo Xianjia、Chen Shaoqiang、Zhu Ziqiang、Akiyama Hidefumi
  • 雑誌名: Solar Energy Materials and Solar Cells 巻: 230 ページ: 111160～111160
  • DOI: 10.1016/j.solmat.2021.111160
  • 査読あり
• [雑誌論文] レーザー加工用LDシード光源の開発―ピコ秒利得スイッチ半導体レーザー (2021)
  • 著者名/発表者名: 中村 考宏, 中前 秀一, 金昌 秀, ソダーバンル ハッサネット, 杉山 正和, 秋山 英文
  • 雑誌名: レーザ加工学会誌 巻: 28 ページ: 30-35
• [学会発表] チャネルロドプシンC1C2のチャネル開閉のダイナミクスの研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 井上圭一、柴田桂成、小田和正、西澤知宏、挾間優治、小野稜平、濡木理、秋山英文
  • 学会等名: 日本化学会第102春季年会
• [学会発表] 陰イオンチャネルロドプシンGtACR1におけるレチナール発色団の構造変化とフォトサイクル (2022)
  • 著者名/発表者名: 柴田桂成, 渡部誠也, 福田昌弘, 川﨑佑真, 小野稜平, 加藤英明, 井上圭一, 秋山英文
  • 学会等名: 日本物理学会第77回年次大会
• [学会発表] チャネルロドプシンC1C2の光中間状態におけるレチナール発色団の構造ダイナミクス (2021)
  • 著者名/発表者名: 柴田桂成、小田和正、西澤知宏、挾間優治、小野稜平、濡木理、井上圭一、秋山英文
  • 学会等名: 第59回日本生物物理学会年会
• [学会発表] チャネルロドプシンC1C2の光中間状態におけるレチナール発色団の構造変化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 柴田桂成、小田和正、西澤知宏、挾間優治、小野稜平、濡木理、井上圭一、秋山英文
  • 学会等名: 日本物理学会2021年秋季大会