【公開日：2023.07.28】【最終更新日：2023.05.15】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22HK0088
利用課題名 / Title
表面凹凸構造を利用したランダムレーザーの作製
利用した実施機関 / Support Institute
北海道大学 / Hokkaido Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
電子顕微鏡/Electron microscopy,スパッタリング/Sputtering,フォトニクス/ Photonics,表面・界面・粒界制御/ Surface/interface/grain boundary control
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
藤原 英樹
所属名 / Affiliation
北海学園大学
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
松尾保孝
利用形態 / Support Type
（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
HK-404：超高分解能電界放出形走査電子顕微鏡
HK-611：多元スパッタ装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
ランダムレーザーの電気駆動化を目指した研究を行った。核融合研のプラズマエッチング手法を利用し、半導体基板上に任意のサイズの凹凸構造を作製する手法を開発した。また、GaN基板上に形成された表面凹凸構造の最適化を行い、低しきい値のランダムレーザー発振の実現に成功した。
実験 / Experimental
核融合研のプラズマ照射設備を利用し、市販のGaN基板Arプラズマを照射した。今回の実験では、市販のGaN基板の上方にMoワイヤを配置し、プラズマエッチングを行った。プラズマで飛ばされた少量のMoがGaN上に部分的に堆積することでエッチングを防ぐ保護膜として機能し、一度の工程でナノメートルサイズの複雑な凹凸構造をGaN基板表面全体に作製した。また、条件を変えながら様々な形状、サイズの凹凸構造を作製し、SEM測定(HK-404)による表面凹凸の評価を行った後、GaN基板の表面凹凸において誘起されるランダムレーザー発振の観測を行った。プラズマで飛ばされた金属の影響を調べるために、多元スパッタ装置(HK-611)にて各種金属を成膜して評価を行った。
結果と考察 / Results and Discussion
金属ワイヤを試料基板直上に配置し、プラズマエッチングを行う手法を提案し、GaN基板に本手法を適用したところ、一度のプラズマ照射により、簡便かつ低コストにナノメートルサイズの複雑な凹凸構造を半導体基板全体に作製することに成功した。プラズマ強度や照射時間などを変えながら凹凸構造を作製したところ、照射条件に応じて表面凹凸のサイズやディップ深さが変化する様子を確認した。また、この表面凹凸構造を利用したランダムレーザー発振の観察を行ったところ、表面凹凸形状の変化に伴い、発振波長やしきい値が変化する様子を確認し、構造の最適化によって低しきい値のランダムレーザーを実現できることを示した。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Fig.1 GaN凹凸SEM像
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
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Quan Shi, Structural Correlation of Random Lasing Performance in Plasma-Induced Surface-Modified Gallium Nitride, ACS Applied Optical Materials, 1, 412-420(2022).
DOI: 10.1021/acsaom.2c00085
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件