ダブルパルスフェムト秒レーザーによる透明基板の光トリガー加工に関する研究

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K18831
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 林 照剛 九州大学, 工学研究院, 准教授 (00334011)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 黒河 周平 九州大学, 工学研究院, 教授 (90243899)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2019-03-31
• Keywords: フェムト秒レーザー / 光励起 / ダブルパルスビーム / 透明材料

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，省エネルギー化のキーデバイスとなるパワー半導体デバイス製造技術における技術革新を目指し，透明基板材料を，低光子エネルギービームでレーザー加工する技術開発に挑戦する.提案の手法では，高い電界強度を持つ超短パルスレーザー(光トリガービーム)を照射し，透明基板材料表面，また内部を選択的に光励起し，被加工材料の光吸収率を変化させ，光励起効果が持続する期間中にレーザーを再照射し，加工をすることで，レーザー加工効率を向上させる技術の確立とその工業応用を目指す．
これまでの研究で，従来，可視光～近赤外光でのレーザー加工が困難とされていた透明基板材料（バンドギャップ値7eV以上）に対して，その表面を波長800nmの近赤外フェムト秒レーザー光で，光励起し，加工することで，従来よりも低照度のビームで透明材料を加工できることを実験的に確認し，提案手法の妥当性を実験的に示した．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

これまでの研究で，従来，可視光～近赤外光でのレーザー加工が困難とされていた透明基板材料（バンドギャップ値7eV以上）に対して，その表面を波長800nmの近赤外フェムト秒レーザー光で，光励起し，加工することで，従来よりも低照度のビームで透明材料を加工できることを実験的に確認するため，加工表面の加工閾値の変化を，光励起を行う場合と行わない場合について計測し，その計測結果を比較した結果，等量の入射エネルギーに対して，光励起を行う場合のほうが，低ピーク強度のビームで，透明材料が加工できることを確認した．この結果は，研究計画でたてた予想を裏付けており，当初の予定通りの計画進行で，研究を進められていると考えられる．

Strategy for Future Research Activity

透明材料の光励起加工の工業応用を目指すため，加工現象の詳細な調査をし，加工メカニズムの解明を目指す．具体的には，光励起後の透明材料の光吸収率，反射率の時間分解計測を行い，光励起後の加工材料の加工条件の時間的変化を確認する．透明材料の光吸収率，反射率の計測のため，光励起面の複素屈折率を時間分解計測する．本年度は，複素屈折率の時間分解計測のための分光エリプソメトリーシステムを構築して，表面の屈折率変化を評価し，加工現象との対応関係を調べる．