【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.07】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24NM0008
利用課題名 / Title
III-V族化合物半導体パルス幅可変レーザーの開発
利用した実施機関 / Support Institute
物質・材料研究機構 / NIMS
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
CVD,リソグラフィ/ Lithography,PVD,蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation,光リソグラフィ/ Photolithgraphy,膜加工・エッチング/ Film processing/etching
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
中前 秀一
所属名 / Affiliation
東京大学 物性研究所
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
金 昌秀,QI Yihan,BIAN Mingbo
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
NM-635：電子ビーム描画装置 [ELS-BODEN100]
NM-660：マスクレス露光装置 [MLA150]
NM-609：電子銃型蒸着装置 [ADS-E86]
NM-618：原子層エッチング装置 [PlasmaPro 100 ALE]
NM-633：SiO2プラズマCVD装置 [PD-220NL]
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
半導体レーザーを直接変調し光パルスを発生させる利得スイッチング法は、小型安定で低コストな光源としてレーザー加工や蛍光顕微鏡などへ利用できる。本研究の目的は、Ⅲ-Ⅴ族化合物半導体レーザーの構造を設計し、レーザーダイオードチップへの加工、デバイスへの組み立てを行い、出力パルス幅が数ピコ秒からナノ秒まで制御可能なデバイスを作製、その構造の最適化、加工手法の確立を行うことである。また、出力パルス幅が数ピコ秒となる非線形な利得スイッチング動作の物理的な理解、制御を目指す。また、表面回折格子型DFBレーザーの作製と、埋め込み平坦化の加工手順の確立も目指す。
実験 / Experimental
NIMS微細加工共用施設にリッジ導波路型半導体レーザーの加工の技術代行を依頼した。提供した半導体エピタキシャル基板に、マスクレス露光装置でフォトレジストのリソグラフィー、原子層エッチング装置でリッジ型導波路への加工、電子銃型蒸着装置で電極の蒸着を行って頂いた。NIMSで加工した基板を持ち帰り、裏面の研磨、再びNIMSで裏面電極の蒸着（機器利用）、再び持ち帰りラピッドアニーラーによるアニールを行った。その後、へき開装置を用いて基板をレーザーダイオードチップへと加工し、電流電圧特性、レーザー発振特性の評価を行った。
また、表面回折格子型DFBレーザーの加工テストを行った。用意した半導体エピタキシャル基板に、電子ビーム描画装置（機器利用）を用いながら表面回折格子のリソグラフィーを行い、テスト試料を作製した。
また、リッジ導波路型半導体レーザーの埋め込み平坦化のテストを、技術代行により依頼した。上記の手順で作成したリッジ導波路に、SiO2プラズマCVD装置を用いて埋め込み成膜を行い、低ダメージ精密エッチング装置でSiO2の削り戻しを行うことで、リッジ導波路を埋め込み平坦化するという一連の加工を、テスト基板を用いて行って頂いた。
結果と考察 / Results and Discussion
Fig. 1は、作製したリッジ導波路型半導体レーザー試料の電流電圧特性、レーザー発振特性である。アニール条件の最適化を行ったことで、試料の電流電圧特性はダイオード特性を示し、電流17mAを閾値としてレーザー発振した。このことから、今回技術代行で行って頂いた加工手順で問題なくリッジ導波路型半導体レーザーが作製できることが確かめられた。このレーザーダイオードチップをTOCAN、ピグテール、レーザーモジュールへと順次加工、組み込みを行い、利得スイッチングによるパルスレーザーモジュールとして実験に利用していく。
また、表面回折格子型DFBレーザーの加工テストでは、最適なエッチング条件の探索を行い、目的の表面回折格子を作製することができた。
また、技術代行による埋め込み平坦化のテストでは、テスト基板を用いて設計や埋め込み成膜の最適条件の探索を行って頂き、今後の加工に利用できる知見を頂いた。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig. 1 レーザーダイオードの電流電圧特性（実線）とレーザー発振特性（破線）
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
技術代行において多大な協力をいただいた、NIMS微細加工プラットフォームの渡辺 英一郎様と大里 啓孝様に感謝申し上げます。
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 小林 真隆, 他. 第72回応用物理学会春季学術講演会. 2025年3月15日
- Yihan Qi, et al. 第72回応用物理学会春季学術講演会. 2025年3月19日
- 小林 真隆, 他. 日本物理学会 第79回年次大会. 2024年9月19日
- Yihan Qi, et al. 日本物理学会 第79回年次大会. 2024年9月19日
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件