Far-UV C AlGaN-based electron beam pumped laser

本研究課題では、電子線励起による人体に影響がなく且つ殺菌能力の高い深紫外領域のレーザーをAlGaN系材料で実現することを目標としている。その実現には、大きな光学利得を得ることが可能な高品質な結晶と低い光学ロスの実現が不可欠である。初年度である令和4年度はAlGaN結晶の高品質化、基板を剥離する技術、さらには光学ロスを低減するのに必要不可欠な高反射率ミラーの開発を主に検討した。高品質AlGaNの作製に関してはAlNナノピラーを周期的に形成し、その上に結晶を作製する手法のさらなる改善に取り組んだ。結果として、転位密度が1.5×10^8cm^-2という比較的高品質な結晶を得ることに成功したが、表面平坦性が低いなどの課題が残された。令和5年度はAlN基板を導入してその有用性を検証する予定である。また、その基板剥離技術として加熱した水を用いた手法により高Al組成のAlGaNを1cm角程度というウェハーレベルの剥離が可能であることを実証した。こちらに関してはApplied Physics Expressという学術論文として報告した（Eri Matsubara et al 2022 Appl. Phys. Express 15 116502）。さらにミラー形成に関しては、誘電体多層膜を用いた高反射率ミラーの形成方法を検討した。ただ、波長280nm程度までは比較的吸収が少ない誘電体材料を形成することに成功したが、特に高屈折率材料において吸収が十分に低い材料が得られていないため、令和5年度はこの問題を解決するために共同研究先から本学にECRスパッタリング装置を譲渡してもらい、プロセス開発を進めることによって極めて吸収の少ない材料を開発することによって問題の解決を図る予定である。初年度としては、目的に向けて実験を進め問題点を抽出することができており当初の予定通りの研究の進捗であると考えられる。

本研究課題では、電子線励起による人体に影響がなく且つ殺菌能力の高い深紫外領域のレーザーをAlGaN系材料で実現することを目標としている。その実現には、大きな光学利得を得ることが可能な高品質な結晶と低い光学ロスの実現が不可欠である。初年度である令和4年度はAlGaN結晶の高品質化、基板を剥離する技術、さらには光学ロスを低減するのに必要不可欠な高反射率ミラーの開発を主に検討した。高品質AlGaNの作製に関してはAlNナノピラーを周期的に形成し、その上に結晶を作製する手法のさらなる改善に取り組んだ。結果として、転位密度が1.5×10^8cm^-2という比較的高品質な結晶を得ることに成功したが、表面平坦性が低いなどの課題が残された。令和5年度はAlN基板を導入してその有用性を検証する予定である。また、その基板剥離技術として加熱した水を用いた手法により高Al組成のAlGaNを1cm角程度というウェハーレベルの剥離が可能であることを実証した。こちらに関してはApplied Physics Expressという学術論文として報告した（Eri Matsubara et al 2022 Appl. Phys. Express 15 116502）。さらにミラー形成に関しては、誘電体多層膜を用いた高反射率ミラーの形成方法を検討した。ただ、波長280nm程度までは比較的吸収が少ない誘電体材料を形成することに成功したが、特に高屈折率材料において吸収が十分に低い材料が得られていないため、令和5年度はこの問題を解決するために共同研究先から本学にECRスパッタリング装置を譲渡してもらい、プロセス開発を進めることによって極めて吸収の少ない材料を開発することによって問題の解決を図る予定である。初年度としては、目的に向けて実験を進め問題点を抽出することができており当初の予定通りの研究の進捗であると考えられる。