パルスレーザーデポジッションによるNd:BaTiO_3薄膜の作製と評価

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パルスレーザーデポジッション法(PLD)とは、高出力のレーザー光を固体表面に集光照射して表面を瞬時に気化し、気化により放出された原子・分子群を基板上に再凝縮させて結晶薄膜を作製する手法で、酸化物薄膜作製の有力な手法として注目されている。本研究では、光機能性結晶であるNd:BaTiO_3およびBaTiO_3をPLD法によりMgO基板上に作製し膜特性を評価した。まず、酸素雰囲気ガス圧および基板の温度をそれぞれ0-500mTorr,650-850℃の範囲で変化して種々の薄膜を作製した。これらの薄膜について光学特性、結晶性、表面形状、蛍光特性、光学非線形特性を中心に評価した。また、作製条件と膜特性との相関を調べるため、レーザー分光法による成膜中の原子・分子挙動のその場計測法を開発した。得られた主要な結果は以下の通りである。(1)いずれの膜も干渉性を示す透明な膜が得られた。屈折率はバルク結晶の値に近いものであった。(2)圧力が高いほど結晶性の良い膜が得られた、また格子定数は圧力とともに小さくなることが分かった。(3)圧力が10mTorrでは膜表面は平坦であるが、圧力が100mTorr以上では粒状成長であった。(4)Nd:BaTiO_3では波長1.06μm付近でNdのものと思われる蛍光が観測された。(5)成膜中のBa,Tl原子の挙動を可視化することが可能になった。