| 研究課題/領域番号 |
20K21151
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
小澤 祐市 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (90509126)
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| 研究期間 (年度) |
2020-07-30 – 2022-03-31
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| キーワード | ワイドバンドギャップ半導体 / ニードル顕微鏡法 / 多光子励起 / 3次元イメージング |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、近赤外域フェムト秒パルスレーザーを用いた多光子励起フォトルミネッセンス法を基本原理として、窒化ガリウムを始めとしたワイドバンドギャップ半導体に対する高速な3次元内部転位観察法の開発を目的とした。本イメージング法は、研究代表者がこれまで確立してきたニードル走査型の3次元レーザー顕微鏡法をフォトルミネッセンスイメージングに適用するものであり、初年度はその実現へ向けた各要素技術の検証を進めた。まず、波長1040 nmのフェムト秒パルスレーザーを励起光として、試料内部において長焦点深度のニードル状励起スポットの形成と長焦点深度イメージングの適用可能性について検証し、実際に長焦点深度のフォトルミネッセンスイメージングが可能であることを実証した。
一方で、高い屈折率を有する半導体試料特有の課題である球面収差の問題については、幾何光学的な解析に基づき収差補正波面を求めた。実際に、窒化ガリウム内部からの点発光（フォトルミネッセンス）に対して、空間光変調器による収差補正を行うことで結像特性が改善することが確かめられた。本イメージング法ではフォトルミネッセンスに対する波面制御（面内シフト波面の印加）によって高速な3次元可視化を目指す。これを達成するために、前記の収差補正波面を組み込んだ波面制御技術の開発を進めた。予備的な結果として、窒化ガリウム内部に照射したニードル励起スポットに対して、フォトルミネッセンスに対する波面制御から、その発光点の深さ位置に応じた像面（検出面）での面内シフト特性が得られることを実証した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
窒化ガリウムに対する多光子励起イメージング系の構築と、高屈折率半導体内部からの発光に対する収差の理論的検討について当初の予定通り進めることができた。一方で、窒化ガリウム基板に対するフォトルミネッセンスイメージングでは、発光波長が紫外波長域となることから、信号強度を向上させるためには検出側光学系において紫外対応を進める必要があることもわかった。
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| 今後の研究の推進方策 |
本システムを用いて窒化ガリウム基板内の貫通転位に対するイメージングを試み、3次元結像特性について詳細に検討する。特に深部での空間分解能について、収差補正の有無による差異を定量的に評価し、本研究提案法の優位性を確かめる。また、観察対象としてシリコンカーバイドなどの他のワイドバンドギャップ半導体試料についても検討し、本イメージング法の適用範囲の拡大を図る。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
初年度では測定対象となる窒化ガリウムに対する既存のイメージング系の改良と収差に対する理論的な検討を中心に研究を進めた。特に、理論的な検討を先行して詳細に進めたために、これに関する実証実験系の本格的な構築については次年度への持ち越しとし、3次元イメージング実験と併せて実施することとした。
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