多光子励起過程を用いた青紫色半導体レーザー材料の内部格子欠陥の3次元観察

本研究では、多光子励起過程を用いて、ワイドギャップ半導体材料内部の欠陥を観察する手法を開発した。GaN, ZnSeに代表される大きなバンドギャップを持つ半導体材料は、青紫色半導体レーザーの材料としての応用が期待されており、既にGaN材料を用いたLED, LDが実用化されている。青紫色半導体レーザーにおいて、高出力、長寿命、高い出力安定性を実現するためには、欠陥の少ない良質の不可欠であり、結晶内部の欠陥を非破壊で観察可能な手法を開発する必要がある。本研究では、多光子励起過程を用いて、半導体材料内部の欠陥構造を非破壊に観察する手法を開発した。一般に、半導体材料は、バンドギャップを越えるエネルギーを持つ格子をすべて吸収するため、フォトルミネッセンスの励起光に対して大きな吸収を持つ。このため、結晶内部まで、光が届かず、結晶表面のみの構造しか観察することできなかった。本手法では、フォトルミネッセンスの励起に多光子過程を利用するため、吸収の少ない近赤外光を使用でき、結晶内部まで励起光を伝搬させることができる。集光スポットを3次声的に走査することによって、内部欠陥の3次元構造を可視化することが可能である。光源にフェムト秒レーザーを使用した多光子励起顕微鏡システムを構築し、ZnSe結晶の内部欠陥を観察した。発生したフォトルミネッセンスの分光スペクトルを測定し、半導体材料内のバンドギャップ療造を明らかにした。また、観察に使用すレーザー光強度を大きくすることによって、結晶内部に欠陥を誘起できることを発見し、フォトニック結晶へ応用を検討した。

本研究では、多光子励起過程を用いて、ワイドギャップ半導体材料内部の欠陥を観察する手法を開発した。GaN, ZnSeに代表される大きなバンドギャップを持つ半導体材料は、青紫色半導体レーザーの材料としての応用が期待されており、既にGaN材料を用いたLED, LDが実用化されている。青紫色半導体レーザーにおいて、高出力、長寿命、高い出力安定性を実現するためには、欠陥の少ない良質の不可欠であり、結晶内部の欠陥を非破壊で観察可能な手法を開発する必要がある。本研究では、多光子励起過程を用いて、半導体材料内部の欠陥構造を非破壊に観察する手法を開発した。一般に、半導体材料は、バンドギャップを越えるエネルギーを持つ格子をすべて吸収するため、フォトルミネッセンスの励起光に対して大きな吸収を持つ。このため、結晶内部まで、光が届かず、結晶表面のみの構造しか観察することできなかった。本手法では、フォトルミネッセンスの励起に多光子過程を利用するため、吸収の少ない近赤外光を使用でき、結晶内部まで励起光を伝搬させることができる。集光スポットを3次声的に走査することによって、内部欠陥の3次元構造を可視化することが可能である。光源にフェムト秒レーザーを使用した多光子励起顕微鏡システムを構築し、ZnSe結晶の内部欠陥を観察した。発生したフォトルミネッセンスの分光スペクトルを測定し、半導体材料内のバンドギャップ療造を明らかにした。また、観察に使用すレーザー光強度を大きくすることによって、結晶内部に欠陥を誘起できることを発見し、フォトニック結晶へ応用を検討した。