図7 Si基板に形成したLIPSSの(a)表面SEM像， 図8 各結晶基板に形成したLIPSSの 謝 辞 参考文献 同様に，各結晶基板に形成したLIPSSの周期，断面TEM像（明視野：Bright-field（BF），暗視野：Dark-field（DF））と，そのTEM観察結果から作成した結晶モデル図を図8に示す．GaN基板に形成したLIPSSは，約200-250nm周期で，結晶質であることが分かる．しかし，モデル図で示している様に，LIPSS部において数10nm粒子状の局所的な回折乱れが生じた．回折パターンでは結晶配向が確認できたことから，レーザ照射による瞬間的なエネルギーにより結晶回転で歪が発生したのだと考える． これらの結果から，被照射材料種に依ってLIPSSの周期だけでなく結晶状態にも違いがあることが明らかになった．LIPSSの周期は，誘電率や材料のバンドギャップの違いが大きく起因していると言われているが，結晶状態はそれらの物性に加え融点や熱伝導度に依ると考える．本研究では主に半導体結晶基板でその材料物性がLIPSSの形状や結晶状態に与える影響を調べたが，今後はより幅広い物性の材料で調査することで理解を深めていく． ４．まとめ フェムト秒レーザをはじめ，超短パルスレーザの照射による結晶材料への効果を理解するため，LIPSSの形成過程と結晶状態の変化を調べた．LIPSSは単パルスレーザ照射ではなく，パルスの積重により形成した．その初期課程ではレーザ波長よりやや小さい周期のLSFLを形成し，その後パルスの積重を増すと波長の半分以下の周期のHSFLを形成した．また，パルス積重に伴いLSFLは周期が小さくなる傾向になるのに対し，HSFLの周期はパルス積重数に依らなかった．さらに，被照射材料の違いにより，形成されるLIPSSの周期だけでなくその結晶状態が異なることを明らかにした．得られた結果から，LIPSSの周期や結晶状態は被照射材料の誘電率や熱伝導度などに依存していると考えるが，より詳細な解明と自在制御を今後の課題とする． 本研究は，公益財団法人天田財団平成29年度奨励研究助成（課題番号：AF-2017235），ならびに科学研究費助成を受けて遂行しました．レーザ照射においては，IMRA America Inc.，トルンプ株式会社，分子科学研究所・理化学研究所の平等拓範教授の研究室にご協力いただきました．また，TEM観察の一部は，東北大学金属材料研究所の共同利用により，大野裕先生に観察していただきました．みなさまに，深く感謝申し上げます． Sapphire基板に形成したLIPSSは，200-300nm周期で，結晶質であった．GaNと同様の粒子状の結晶回転が見られた．この結晶回転は数10nm~100nmサイズで，GaNの場合と比べて大きかった．また，c面内方向に転位も発生した．GaAs基板に形成したLIPSSは，LIPSSの各構造の中心部は数10nmサイズの結晶粒子の集合体である多結晶状態で，Siの類似した結晶状謡であった．しかしながらGaAsの場合には，その多結晶領域の周辺は結晶質な層であった． (b)断面明視野TEM像，(c)断面暗視野TEM像 断面明視野・暗視野TEM像と結晶モデル 1) G. Miyaji, and K. Miyazaki, Opt. Express, 16, 16265 (2008). 2) T. J.-Y. Derrien, T. E. Itina, R. Torres, T. Sarnet, and M. Sentis, J. Appl. Phys., 114, 083104 (2013). 3) G. Miyaji, K. Miyazaki, K. Zhang, T. Yoshifuji, and J. Fujita, Opt. Express, 20, 14848 (2012). 4) S. Sakabe, M. Hashida, S. Tokita, S. Namba, and K. Okamuro, Phys. Rev. B, 79, 033409 (2009). 5) A. Borowiec, and H. K. Haugen, Appl. Phys. Lett., 82, 4462 (2003). 6) T. Q. Jia, H. X. Chen, M. Huang, F. L. Zhao, J. R. Qiu, R. X. Li, Z. Z. Xu, X. K He, J. Zhang, and H. Kuroda, Phys. Rev. B, 72, 125429 (2005). 7) T. Kimoto and J. A. Cooper, Fundamentals of Silicon − 417 −
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