超短パルスレーザー励起超高速半導体相転移に関する研究

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フェムト秒レーザーを単結晶SiおよびアモルファスSiに照射した際に発生する相転移のメカニズムを明らかにするため,Imaging Pump Probe測定装置を用いた時間分解能計測をSiの相転移に対して行い,融解深さのダイナミクスを解析した。本測定結果により,フェムト秒レーザー照射によって単結晶Si上に形成されたアモルファスSi層の十分な結晶化を引き起こすには,アモルファスSiを完全に融解させる必要があることが分かった。レーザー波長が長くなるほど,深い箇所までSiの融解が発生するため,フェムト秒レーザーを用いる場合,アモルファスSi層の結晶化には1550nm等の赤外のフェムト秒レーザーを用いた方が有効であることを明らかにした。単結晶Siのアモルファス化においては,フェムト秒レーザー照射によって融解した箇所と形成されるアモルファス層が完全に一致することを明らかにした。このためフェムト秒レーザー照射によるアモルファス化は周囲に格子欠陥を発生させることがなく,その界面の結晶構造は非常に高いコントラストを持つことを示した。また,これらのプロセスを高効率かつ大面積で行うために,レーザープロファイルを任意に成形可能な液晶位相変調器が組み込みこまれ,なおかつ,300mm角の表面処理が可能な3次元フェムト秒レーザー加工装置の開発を行った。