フォトニック結晶に向けたフェムト秒レーザーによるナノボイド周期構造体の作製と評価

本研究では、ワイドバンドギャップ酸化物結晶(BO_3^<3->やPO_4^<3->分子基をもつ真空紫外域まで透明なホウ酸塩ガラスおよび結晶に対して(1)フェムト秒パルスレーザーを材料に集光照射し、微細なナノ構造(直径数百nm程度)の作製と形態を観察する。加えて比較のために電子線リソグラフィーによる微細加工(EB描画)による周期構造の作製と評価(2)ナノホール形状のパルスエネルギー依存性とガラスと結晶との形態を比較しナノ周期構造によるフォトニック結晶の実現可能性を探る。研究の成果:(1)ナノ構造周期体の作製を目指し、同じ組成をもつLi_2O・2B_2O^3(LTB)ガラスとLi_2B_4O_7(LTB)結晶表面にフェムト秒レーザーアブレーションによりホールを作製した。アブレーションによって、LTBガラスでは、ビームプロファイルを反映したほぼ円形(楕円状)のホールが、LTB結晶では、プロファイルとは異なり、結晶の構造(正方晶)を反映したと考えられる四角形状のホールが形成されることを見出した。その加工断面は{hho}型面となっているとみられた。また、LTBガラスおよびLTB結晶ともに、ホールサイズはレーザーフルーエンスの減少とともに小さくなること、閾値加工であることが分かった。フルーエンス4.7J/m^2～6.4J/cm^2の場合、内部のホールサイズは、ビームスポット径(約2μm)および波長以下のナノホール(LTBガラス:直径～500nm,LTB結晶:一辺165～200nm)が形成できることが分かった。(2)電子ビームによるリソグラフィーでは、LTBガラスについては3角格子で比較的大きさの揃ったナノホール(平均直径220nm)が形成されたが、ホール断面が円柱状とはならなかった。描画された2次元ホールアレイを基にシミュレーションした結果、波長990～1050nmの近赤外用域で完全PBGが存在する可能性を示した。

本研究では、ワイドバンドギャップ酸化物結晶(BO_3^<3->やPO_4^<3->分子基をもつ真空紫外域まで透明なホウ酸塩ガラスおよび結晶に対して(1)フェムト秒パルスレーザーを材料に集光照射し、微細なナノ構造(直径数百nm程度)の作製と形態を観察する。加えて比較のために電子線リソグラフィーによる微細加工(EB描画)による周期構造の作製と評価(2)ナノホール形状のパルスエネルギー依存性とガラスと結晶との形態を比較しナノ周期構造によるフォトニック結晶の実現可能性を探る。研究の成果:(1)ナノ構造周期体の作製を目指し、同じ組成をもつLi_2O・2B_2O^3(LTB)ガラスとLi_2B_4O_7(LTB)結晶表面にフェムト秒レーザーアブレーションによりホールを作製した。アブレーションによって、LTBガラスでは、ビームプロファイルを反映したほぼ円形(楕円状)のホールが、LTB結晶では、プロファイルとは異なり、結晶の構造(正方晶)を反映したと考えられる四角形状のホールが形成されることを見出した。その加工断面は{hho}型面となっているとみられた。また、LTBガラスおよびLTB結晶ともに、ホールサイズはレーザーフルーエンスの減少とともに小さくなること、閾値加工であることが分かった。フルーエンス4.7J/m^2～6.4J/cm^2の場合、内部のホールサイズは、ビームスポット径(約2μm)および波長以下のナノホール(LTBガラス:直径～500nm,LTB結晶:一辺165～200nm)が形成できることが分かった。(2)電子ビームによるリソグラフィーでは、LTBガラスについては3角格子で比較的大きさの揃ったナノホール(平均直径220nm)が形成されたが、ホール断面が円柱状とはならなかった。描画された2次元ホールアレイを基にシミュレーションした結果、波長990～1050nmの近赤外用域で完全PBGが存在する可能性を示した。