フェムト秒レーザー露光による非晶質半導体の光化学加工

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650790
• Research Institution: MIYAGI NATIONAL COLLEGE OF TECHNOLOGY
• Principal Investigator: 鈴木 吉朗 宮城工業高等専門学校, 材料工学科, 助教授 (80133932)
• Keywords: フェムト秒レーザー / 光膨張 / カルコゲナイドガラス / As_2S_3 / レーザー加工 / 2光子吸収 / 光損傷

Research Abstract

前年度に引き続き、超短光露光によるカルコゲナイド系非晶質半導体の光加工法を確立するため、As_2S_3ガラス試料に対して透明域の波長(800nm)をもつフェムト秒Ti-サファイアーレーザー光(パルス幅約100fs)照射を照射し、試料表面の変化をレーザ一顕微鏡により観察した。前年度は、Ti-サファイアーレーザー光の2光子吸収過程により光膨張を効率よく誘起できることを実証した。本年度は、は、光励起の際に同時に発生する熱の蓄積による表面の損傷を避け、光膨張を増強することを目指して、レーザー光の繰り返しを1kHzから10Hzに下げ、照射強度1〜200μW、時間16〜1024s、スポット径6〜20μmなどの種々の条件で露光を行った。その結果、以下のことが明らかとなった。
照射強度が43μW以上では損傷を受け、露光域は孔となる。一方、8μW以下では、露光域に光膨張を検出できない。積算線量2〜3J/cm^2に損傷の閾値が存在する。このときのレーザー光の侵入長を前年度求めた2光子吸収パラメーターから見積もると0.2mm程度となる。光エネルギーが集中した表面近傍は、ガラス軟化点付近まで温度上昇し、熱膨張率は0.4%に達する。これが、同程度の膨張率をもつ光膨張と重畳した結果、損傷をもたらすものと推測される。従って、超短光露光による光加工はこの損傷閾値に注意を払う必要がある。