JPH0536656A - 固体表面の周期的微細構造の形成方法 - Google Patents
固体表面の周期的微細構造の形成方法Info
- Publication number
- JPH0536656A JPH0536656A JP28680891A JP28680891A JPH0536656A JP H0536656 A JPH0536656 A JP H0536656A JP 28680891 A JP28680891 A JP 28680891A JP 28680891 A JP28680891 A JP 28680891A JP H0536656 A JPH0536656 A JP H0536656A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- interference
- laser
- periodic
- grating
- forming
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Diffracting Gratings Or Hologram Optical Elements (AREA)
- Holo Graphy (AREA)
- ing And Chemical Polishing (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 一工程で任意のピッチの精度の高い周期的リ
ップル構造あるいは周期的ドット構造が得られ、しかも
暗反応がないため高いアスペクト比が得られる固体表面
の周期的微細構造の形成方法を提供することを目的とす
る。 【構成】 反応ガスが満たされた照射容器内にセットし
た固体試料の表面に、複数のレーザー光を所定の入射角
で照射し、前記レーザー光の干渉により生じるホログラ
フィックグレーティング、ならびに前記レーザー光と前
記レーザー光の照射により前記固体表面に励起される表
面電磁波の干渉により生じる干渉格子の干渉強度に応じ
て前記反応ガスを励起し、分解によって生じる反応ガス
の食刻作用によって、前記固体試料表面に周期的微細構
造を形成させる方法において、前記ホログラフィックグ
レーティングの間隔を、前記干渉格子の間隔の整数倍と
して、周期的リップル構造を形成することを特徴とする
固体表面の周期的微細構造の形成方法。
ップル構造あるいは周期的ドット構造が得られ、しかも
暗反応がないため高いアスペクト比が得られる固体表面
の周期的微細構造の形成方法を提供することを目的とす
る。 【構成】 反応ガスが満たされた照射容器内にセットし
た固体試料の表面に、複数のレーザー光を所定の入射角
で照射し、前記レーザー光の干渉により生じるホログラ
フィックグレーティング、ならびに前記レーザー光と前
記レーザー光の照射により前記固体表面に励起される表
面電磁波の干渉により生じる干渉格子の干渉強度に応じ
て前記反応ガスを励起し、分解によって生じる反応ガス
の食刻作用によって、前記固体試料表面に周期的微細構
造を形成させる方法において、前記ホログラフィックグ
レーティングの間隔を、前記干渉格子の間隔の整数倍と
して、周期的リップル構造を形成することを特徴とする
固体表面の周期的微細構造の形成方法。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＤＦＢレーザー、グレ
ーティング型光結合器、量子細線構造の製造等に適した
微細な周期を持つ周期的リップル構造、あるいは、量子
ドット構造の製造等に適した微細な周期を持つ周期的ド
ット構造等の固体表面の周期的微細構造を形成する方法
に関する。
ーティング型光結合器、量子細線構造の製造等に適した
微細な周期を持つ周期的リップル構造、あるいは、量子
ドット構造の製造等に適した微細な周期を持つ周期的ド
ット構造等の固体表面の周期的微細構造を形成する方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、例えば、 1μｍ以下のような
微細な周期を持つ周期的なリップル構造あるいは周期的
なドット構造を形成する方法として、レジストを用いる
電子ビーム露光法、マスク転写法、ホログラフィー露光
法、およびレジストを用いないホログラフィー直接エッ
チング法等が知られている。
微細な周期を持つ周期的なリップル構造あるいは周期的
なドット構造を形成する方法として、レジストを用いる
電子ビーム露光法、マスク転写法、ホログラフィー露光
法、およびレジストを用いないホログラフィー直接エッ
チング法等が知られている。
【０００３】これらの方法のうち、レジストを用いる電
子光露光法には、複数の工程が必要であること、および
レジストの解像度によって周期が制限されるという問題
がある。
子光露光法には、複数の工程が必要であること、および
レジストの解像度によって周期が制限されるという問題
がある。
【０００４】また、レジストを用いないホログラフィー
直接エッチング法には、使用する食刻液がレーザー波長
において不透明であったり、光が照射されない部分にお
いても食刻が進行する暗反応があり溝の深さと幅の比
（アスペクト比）が低下するという問題があり、しかも
ピッチ幅が入射角により変化するためピッチ幅を変える
ために入射角に大幅な自由度をもたせる必要があるとい
う問題もあった。
直接エッチング法には、使用する食刻液がレーザー波長
において不透明であったり、光が照射されない部分にお
いても食刻が進行する暗反応があり溝の深さと幅の比
（アスペクト比）が低下するという問題があり、しかも
ピッチ幅が入射角により変化するためピッチ幅を変える
ために入射角に大幅な自由度をもたせる必要があるとい
う問題もあった。
【０００５】さらに、表面電磁波（主として表面プラズ
マ波と考えられる）による周期的リップルの形成も報告
されており、本発明者等はこれを検証するため、試料と
してGaAsを用い、短波長光源としてＱスイッチNd:YAGレ
ーザー４次高調波を用いてホログラフィ露光を行い、CH
3 Br（臭化メタン）ガスによるレーザーエッチングの結
果、ホログラフィックグレーティングとともにホログラ
フィックグレーティングにほぼ平行な微細なリップルが
形成されることを観測し、この成因に関し表面電磁波と
の関連を考察した［レーザー研究，Vol.18,No.7(199
0)]。
マ波と考えられる）による周期的リップルの形成も報告
されており、本発明者等はこれを検証するため、試料と
してGaAsを用い、短波長光源としてＱスイッチNd:YAGレ
ーザー４次高調波を用いてホログラフィ露光を行い、CH
3 Br（臭化メタン）ガスによるレーザーエッチングの結
果、ホログラフィックグレーティングとともにホログラ
フィックグレーティングにほぼ平行な微細なリップルが
形成されることを観測し、この成因に関し表面電磁波と
の関連を考察した［レーザー研究，Vol.18,No.7(199
0)]。
【０００６】しかしながら、この方法で得られた周期的
リップル構造は、波状の不規則な構造を有し、実用性に
欠けるという問題があった。
リップル構造は、波状の不規則な構造を有し、実用性に
欠けるという問題があった。
【０００７】また、上述したいずれの方法であっても、
周期的ドット構造を一工程で製造することのできるもの
はない。
周期的ドット構造を一工程で製造することのできるもの
はない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、レジ
ストを用いる電子ビーム露光法には、複数の工程が必要
であること、およびレジストの解像度によって周期が制
限されるという問題があり、レジストを用いないホログ
ラフィー直接エッチング法には、使用する食刻液がレー
ザー波長において不透明であったり、光が照射されない
部分においても食刻が進行する暗反応があるため溝の深
さと幅の比（アスペクト比）が低下する上に、ピッチ幅
が入射角により変化するためピッチ幅を変えるために入
射角に大幅な自由度をもたせる必要があるという問題が
あり、さらに、表面プラズマ波による形成法には、得ら
れた周期的リップル構造が波状の不規則な構造を有し、
実用性に欠けるという問題があった。
ストを用いる電子ビーム露光法には、複数の工程が必要
であること、およびレジストの解像度によって周期が制
限されるという問題があり、レジストを用いないホログ
ラフィー直接エッチング法には、使用する食刻液がレー
ザー波長において不透明であったり、光が照射されない
部分においても食刻が進行する暗反応があるため溝の深
さと幅の比（アスペクト比）が低下する上に、ピッチ幅
が入射角により変化するためピッチ幅を変えるために入
射角に大幅な自由度をもたせる必要があるという問題が
あり、さらに、表面プラズマ波による形成法には、得ら
れた周期的リップル構造が波状の不規則な構造を有し、
実用性に欠けるという問題があった。
【０００９】本発明は、かかる従来の難点を解消すべく
なされたもので、一工程で任意のピッチの精度の高い周
期的リップル構造あるいは周期的ドット構造が得られ、
しかも暗反応がないため高いアスペクト比が得られる固
体表面の周期的微細構造の形成方法を提供することを目
的とする。
なされたもので、一工程で任意のピッチの精度の高い周
期的リップル構造あるいは周期的ドット構造が得られ、
しかも暗反応がないため高いアスペクト比が得られる固
体表面の周期的微細構造の形成方法を提供することを目
的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】すなわち、請求項１記載
の本発明の固体表面の周期的微細構造の形成方法は、反
応ガスが満たされた照射容器内にセットした固体試料の
表面に、複数のレーザー光を所定の入射角で照射し、前
記レーザー光の干渉により生じるホログラフィックグレ
ーティング、ならびに前記レーザー光と前記レーザー光
の照射により前記固体表面に励起される表面電磁波の干
渉により生じる干渉格子の干渉強度に応じて前記反応ガ
スを励起し、分解によって生じる反応ガスの食刻作用に
よって、前記固体試料表面に周期的微細構造を形成させ
る方法において、前記ホログラフィックグレーティング
の間隔を、前記干渉格子の間隔の整数倍として、周期的
リップル構造を形成することを特徴とする。
の本発明の固体表面の周期的微細構造の形成方法は、反
応ガスが満たされた照射容器内にセットした固体試料の
表面に、複数のレーザー光を所定の入射角で照射し、前
記レーザー光の干渉により生じるホログラフィックグレ
ーティング、ならびに前記レーザー光と前記レーザー光
の照射により前記固体表面に励起される表面電磁波の干
渉により生じる干渉格子の干渉強度に応じて前記反応ガ
スを励起し、分解によって生じる反応ガスの食刻作用に
よって、前記固体試料表面に周期的微細構造を形成させ
る方法において、前記ホログラフィックグレーティング
の間隔を、前記干渉格子の間隔の整数倍として、周期的
リップル構造を形成することを特徴とする。
【００１１】また、請求項３記載の本発明の固体表面の
周期的微細構造の形成方法は、反応ガスが満たされた照
射容器内にセットした固体試料の表面に、複数のレーザ
ー光を所定の入射角で照射し、前記レーザー光の干渉に
より生じるホログラフィックグレーティング、ならびに
前記レーザー光と前記レーザー光の照射により前記固体
表面に励起される表面電磁波の干渉により生じる干渉格
子の干渉強度に応じて前記反応ガスを励起し、分解によ
って生じる反応ガスの食刻作用によって、前記固体試料
表面に周期的微細構造を形成させる方法において、前記
レーザー光の偏光角を変えることによって、前記ホログ
ラフィックグレーティングと、前記干渉格子との交差角
度を変え、周期的ドット構造を形成することを特徴とす
る。
周期的微細構造の形成方法は、反応ガスが満たされた照
射容器内にセットした固体試料の表面に、複数のレーザ
ー光を所定の入射角で照射し、前記レーザー光の干渉に
より生じるホログラフィックグレーティング、ならびに
前記レーザー光と前記レーザー光の照射により前記固体
表面に励起される表面電磁波の干渉により生じる干渉格
子の干渉強度に応じて前記反応ガスを励起し、分解によ
って生じる反応ガスの食刻作用によって、前記固体試料
表面に周期的微細構造を形成させる方法において、前記
レーザー光の偏光角を変えることによって、前記ホログ
ラフィックグレーティングと、前記干渉格子との交差角
度を変え、周期的ドット構造を形成することを特徴とす
る。
【００１２】なお、レーザー光としては、Nd:YAGレーザ
ーの基本波（1064nm）及び高調波（266nm 、355nm 、53
2nm ）、波長351nm のXeF レーザー、波長308nm のXeCl
レーザー、波長248nm のKrF レーザー、波長193nm のAr
F レーザー、波長157nm のＦ2 レーザー等が使用可能で
ある。
ーの基本波（1064nm）及び高調波（266nm 、355nm 、53
2nm ）、波長351nm のXeF レーザー、波長308nm のXeCl
レーザー、波長248nm のKrF レーザー、波長193nm のAr
F レーザー、波長157nm のＦ2 レーザー等が使用可能で
ある。
【００１３】また、上記反応ガスは、反応性が低いもの
であると周期的微細構造の形成に長時間を要し、逆に反
応性が高すぎると微細なピッチの周期的構造の形成が困
難となる。このような見地から本発明に使用する反応性
ガスとしては臭化メタンが好適である。
であると周期的微細構造の形成に長時間を要し、逆に反
応性が高すぎると微細なピッチの周期的構造の形成が困
難となる。このような見地から本発明に使用する反応性
ガスとしては臭化メタンが好適である。
【００１４】
【作用】本発明の固体表面の周期的微細構造の形成方法
においては、使用する反応ガス、例えば臭化メタンは、
レーザー光の照射による光分解によってメチルラジカル
と臭素原子を放出し、これが固体試料、例えばGaAs基板
の構成原子と化合して気中に離脱してエッチングが行わ
れる。この反応は複数の入射レーザー光相互の干渉およ
び入射レーザー光とレーザー光の照射によって生ずる表
面電磁波との干渉による光強波の高いところでより強く
起こるので、固体表面にこれらのホログラフィックグレ
ーティングおよび干渉格子に対応した周期的微細構造が
生じる。
においては、使用する反応ガス、例えば臭化メタンは、
レーザー光の照射による光分解によってメチルラジカル
と臭素原子を放出し、これが固体試料、例えばGaAs基板
の構成原子と化合して気中に離脱してエッチングが行わ
れる。この反応は複数の入射レーザー光相互の干渉およ
び入射レーザー光とレーザー光の照射によって生ずる表
面電磁波との干渉による光強波の高いところでより強く
起こるので、固体表面にこれらのホログラフィックグレ
ーティングおよび干渉格子に対応した周期的微細構造が
生じる。
【００１５】次に、まず、請求項１記載の本発明の固体
表面の周期的微細構造の形成方法によって、周期的リッ
プル構造を形成する場合について説明する。
表面の周期的微細構造の形成方法によって、周期的リッ
プル構造を形成する場合について説明する。
【００１６】入射レーザー光相互の干渉、すなわちホロ
グラフィーによるレーザーエッチング速度は時間の経過
と無関係に一定速度で行われるが、入射レーザー光と表
面電磁波との干渉によるレーザーエッチングは照射直後
は反応速度が非常に遅く時間の経過とともに幾何級数的
に反応速度が増加しある時間経過するとこの反応が全体
のエッチング速度を支配するようになる。これは、入射
したレーザー光により表面電磁波が励起されると、この
表面電磁波と入射したレーザー光が干渉して干渉波の強
弱による光エッチングが生じ、これによって生じた溝に
より入射光の散乱が多くなって電磁波励起がより強く起
こるようになり、この正帰還ループによりエッチング速
度が急速に大きくなるためである。
グラフィーによるレーザーエッチング速度は時間の経過
と無関係に一定速度で行われるが、入射レーザー光と表
面電磁波との干渉によるレーザーエッチングは照射直後
は反応速度が非常に遅く時間の経過とともに幾何級数的
に反応速度が増加しある時間経過するとこの反応が全体
のエッチング速度を支配するようになる。これは、入射
したレーザー光により表面電磁波が励起されると、この
表面電磁波と入射したレーザー光が干渉して干渉波の強
弱による光エッチングが生じ、これによって生じた溝に
より入射光の散乱が多くなって電磁波励起がより強く起
こるようになり、この正帰還ループによりエッチング速
度が急速に大きくなるためである。
【００１７】また本発明により得られる周期的リップル
構造は、非常に規則性に優れており、同一ピッチの平行
パターンが形成されるが、その原因はエッチング介し初
期に生ずる複数のレーザー光の干渉格子によるエッチン
グパターンの部分において、表面電磁波の励起が強く起
こり、これがレーザー光と表面電磁波との干渉によるレ
ーザーエッチングパターンの基準になるためと考えられ
る。つまり、表面に偶発的に存在する表面の凹凸ではな
く、ホログラフィー露光による直接エッチングの溝を利
用して、表面電磁波を制御性良く生じさせることにな
る。
構造は、非常に規則性に優れており、同一ピッチの平行
パターンが形成されるが、その原因はエッチング介し初
期に生ずる複数のレーザー光の干渉格子によるエッチン
グパターンの部分において、表面電磁波の励起が強く起
こり、これがレーザー光と表面電磁波との干渉によるレ
ーザーエッチングパターンの基準になるためと考えられ
る。つまり、表面に偶発的に存在する表面の凹凸ではな
く、ホログラフィー露光による直接エッチングの溝を利
用して、表面電磁波を制御性良く生じさせることにな
る。
【００１８】すなわち、まず固体表面に複数のレーザー
光によるホログラフィのレーザーエッチングによって規
則性の優れた溝（第２図Ａ）が形成され、ついでこの溝
を基準として入射レーザー光と表面電磁波の干渉格子の
溝（第２図Ｂ）が形成され、しかもこの溝間隔（第２図
ａ）を等間隔に仕切る周期的リップル構造（第２図ｂ）
となる。
光によるホログラフィのレーザーエッチングによって規
則性の優れた溝（第２図Ａ）が形成され、ついでこの溝
を基準として入射レーザー光と表面電磁波の干渉格子の
溝（第２図Ｂ）が形成され、しかもこの溝間隔（第２図
ａ）を等間隔に仕切る周期的リップル構造（第２図ｂ）
となる。
【００１９】この周期的リップル構造のピッチ幅は、次
のように決定される。
のように決定される。
【００２０】ホログラフィックグレーティングの周期、
すなわち、ホログラフィー溝の周期（Ｄ）は、次式で与
えられる。
すなわち、ホログラフィー溝の周期（Ｄ）は、次式で与
えられる。
【００２１】
Ｄ＝（レーザー光波長）／2sinθ （１）
ここで、θは入射面内で両方向から対称に入射する 2個
のビームの入射角である。
のビームの入射角である。
【００２２】一方、レーザー光と、レーザー光の照射に
より固体表面に励起される表面電磁波との干渉により生
じる干渉格子の周期は次のようにして決定される。
より固体表面に励起される表面電磁波との干渉により生
じる干渉格子の周期は次のようにして決定される。
【００２３】すなわち、固体試料と反応ガス（反応ガス
の誘電率εD はεD ＝1 と仮定できる）の界面を伝搬す
る表面電磁波はＴＨモードであり、その分散関係は次式
で与えられる。
の誘電率εD はεD ＝1 と仮定できる）の界面を伝搬す
る表面電磁波はＴＨモードであり、その分散関係は次式
で与えられる。
【００２４】
−εm ／δ＝εD ／β （２）
ここで、εm は周波数に依存する固体試料の複素誘電率
である。また、δ、βは、それぞれ δ＝［ｋ‖ 2 −（ω2 ／ｃ2 ）εm ］1/2 （３） β＝［ｋ‖ 2 −（ω2 ／ｃ2 ）εD ］1/2 （４） である。ここで、ｋ‖は複素伝搬ベクトルの界面に平行
な成分、ωは表面電磁波の周波数、ｃは光速である。固
体試料に対する複素誘電率を用いて（２）式の分散関係
を解くと、ｋ‖（＝ｋ1 ＋ｊｋ2 ）を得る。レーザー光
の電界成分が角度φだけ偏光されている場合、干渉格子
の空間周波数は、 ｋ1 ＋ｋ0 sinθ abs（ cosφ） に一致する。したがって、表面電磁波による周期的構造
の理論的な周期ｄは、 ｄ＝（2 π）／［ｋ1 ＋ｋ0 sinθ abs（ cosφ）］ （５） で表される。ただし、ｋ1 は表面電磁波の波数、ｋ0 は
レーザー光の波数すなわち(2π）／（レーザー光波長）
である。
である。また、δ、βは、それぞれ δ＝［ｋ‖ 2 −（ω2 ／ｃ2 ）εm ］1/2 （３） β＝［ｋ‖ 2 −（ω2 ／ｃ2 ）εD ］1/2 （４） である。ここで、ｋ‖は複素伝搬ベクトルの界面に平行
な成分、ωは表面電磁波の周波数、ｃは光速である。固
体試料に対する複素誘電率を用いて（２）式の分散関係
を解くと、ｋ‖（＝ｋ1 ＋ｊｋ2 ）を得る。レーザー光
の電界成分が角度φだけ偏光されている場合、干渉格子
の空間周波数は、 ｋ1 ＋ｋ0 sinθ abs（ cosφ） に一致する。したがって、表面電磁波による周期的構造
の理論的な周期ｄは、 ｄ＝（2 π）／［ｋ1 ＋ｋ0 sinθ abs（ cosφ）］ （５） で表される。ただし、ｋ1 は表面電磁波の波数、ｋ0 は
レーザー光の波数すなわち(2π）／（レーザー光波長）
である。
【００２５】ここで、レーザー光の電界成分の偏光角度
φが零の場合、（５）式は、 ｄ＝(2π）／（ｋ1 ＋ｋ0 sinθ） （６） となる。これは、ホログラフィックグレーティングの方
向と、表面電磁波と入射レーザー光との干渉による干渉
格子の方向が平行な場合である。ここで、Ｄ＝ｍ・ｄ
（ｍは整数），とおくと、 sin θ＝（ｋ1 ／ｋ0 ）／(2ｍ-1） （７） を得る。上記（ｋ1 ／ｋ0 ）の値として、GaAsの 266ｎ
ｍの波長に対する値を用いると、 sin θ＝ 1.169・(2ｍ-1） （８） となり、ｍ＝ 2に対して22.9度、ｍ＝ 3に対して13.5
度、ｍ＝ 4に対して 9.6度となる。
φが零の場合、（５）式は、 ｄ＝(2π）／（ｋ1 ＋ｋ0 sinθ） （６） となる。これは、ホログラフィックグレーティングの方
向と、表面電磁波と入射レーザー光との干渉による干渉
格子の方向が平行な場合である。ここで、Ｄ＝ｍ・ｄ
（ｍは整数），とおくと、 sin θ＝（ｋ1 ／ｋ0 ）／(2ｍ-1） （７） を得る。上記（ｋ1 ／ｋ0 ）の値として、GaAsの 266ｎ
ｍの波長に対する値を用いると、 sin θ＝ 1.169・(2ｍ-1） （８） となり、ｍ＝ 2に対して22.9度、ｍ＝ 3に対して13.5
度、ｍ＝ 4に対して 9.6度となる。
【００２６】これら、特定の入射角に応じて、周期
（ｄ）の周期的リップル構造が形成される。例えば、ｍ
＝ 2に対してはｄ＝ 171nmの微細なリップルが形成され
る。
（ｄ）の周期的リップル構造が形成される。例えば、ｍ
＝ 2に対してはｄ＝ 171nmの微細なリップルが形成され
る。
【００２７】また、レーザー光の波長を変えると上記ｋ
0 およびｋ1 が変わるから、（６）式によって、周期的
リップルのピッチ（ｄ）が変わる。したがって、レーザ
ー光の波長を変えることにより自由なピッチ幅の微細な
リップル構造を得ることができる。また、ｋ1 とｋ0 の
比は、ほぼ一定であるから照射光学系には大きな自由度
を持たせる必要がない。
0 およびｋ1 が変わるから、（６）式によって、周期的
リップルのピッチ（ｄ）が変わる。したがって、レーザ
ー光の波長を変えることにより自由なピッチ幅の微細な
リップル構造を得ることができる。また、ｋ1 とｋ0 の
比は、ほぼ一定であるから照射光学系には大きな自由度
を持たせる必要がない。
【００２８】また、請求項３記載の本発明の固体表面の
周期的微細構造の形成方法では、上記（５）式のレーザ
ー光の電界成分の偏光角度φを変えることにより、図７
に示すように、ホログラフィックグレーティングＧ
1 と、干渉格子Ｇ2 との交差角度φを変え、所望形状の
周期的ドット構造を形成する。
周期的微細構造の形成方法では、上記（５）式のレーザ
ー光の電界成分の偏光角度φを変えることにより、図７
に示すように、ホログラフィックグレーティングＧ
1 と、干渉格子Ｇ2 との交差角度φを変え、所望形状の
周期的ドット構造を形成する。
【００２９】したがって、一工程で所望形状の周期的ド
ット構造を形成することができる。また、（１）式に示
したように、ホログラフィックグレーティングＧ1 の周
期Ｄは、照射するレーザー光の波長と入射角度を変える
ことによって変更することができ、干渉格子Ｇ2 の周期
ｄは、（５）式に示したように、照射するレーザー光の
波長と入射角度と偏光角とを変えることによって変更す
ることができる。
ット構造を形成することができる。また、（１）式に示
したように、ホログラフィックグレーティングＧ1 の周
期Ｄは、照射するレーザー光の波長と入射角度を変える
ことによって変更することができ、干渉格子Ｇ2 の周期
ｄは、（５）式に示したように、照射するレーザー光の
波長と入射角度と偏光角とを変えることによって変更す
ることができる。
【００３０】
【実施例】次に本発明の実施例について説明する。
【００３１】図１は、本発明の第１の実施例に用いた装
置を概略的に示す図である。
置を概略的に示す図である。
【００３２】この照射装置は、レーザー発生装置（Ｑス
イッチNd:YAGレーザー発生装置(Quantel社 YG681型））
１、スペーシャルフィルタ２、ミラー光学系３ａ、３
ｂ、等からなり、照射セルは石英窓を有するステンレス
製の容器からなる照射容器４、ガス導入系５、排気系
（油回転ポンプ）６等から構成されている。
イッチNd:YAGレーザー発生装置(Quantel社 YG681型））
１、スペーシャルフィルタ２、ミラー光学系３ａ、３
ｂ、等からなり、照射セルは石英窓を有するステンレス
製の容器からなる照射容器４、ガス導入系５、排気系
（油回転ポンプ）６等から構成されている。
【００３３】この実施例では、まず、照射容器４内にGa
As基板をセットし、容器の一端より臭化メタン(1%,ヘリ
ウム希釈）を導入し、容器４の圧力が 1気圧になるよう
に他端より油回転ポンプ６で排気した。
As基板をセットし、容器の一端より臭化メタン(1%,ヘリ
ウム希釈）を導入し、容器４の圧力が 1気圧になるよう
に他端より油回転ポンプ６で排気した。
【００３４】次に、レーザー発生装置１からの４次高調
波の光を石英プリズムを通して２次高調波成分を除去し
た後、ピンホール２ａで整形し、半透過鏡３ａで 2ビー
ムに分け、全反射鏡３ｂで両ビームを照射容器４内のGa
As(100) 基板上に(011) 方向に平行に干渉格子が形成さ
れるように（Ｐ偏光）入射した。使用したレーザー光の
波長は266nm 、パルス幅は約5ns 、繰り返し速度10Hz、
出力エネルギは150-350mJ である。
波の光を石英プリズムを通して２次高調波成分を除去し
た後、ピンホール２ａで整形し、半透過鏡３ａで 2ビー
ムに分け、全反射鏡３ｂで両ビームを照射容器４内のGa
As(100) 基板上に(011) 方向に平行に干渉格子が形成さ
れるように（Ｐ偏光）入射した。使用したレーザー光の
波長は266nm 、パルス幅は約5ns 、繰り返し速度10Hz、
出力エネルギは150-350mJ である。
【００３５】レーザー照射した後、GaAs基板表面を走査
型電子顕微鏡(SEM) により観察した。 図２は、図１の
装置を用いて(4) 式のm=2 のとき得られる角度θ=22.9
°でホログラフィー露光を行なったときのn 型GaAs(10
0) 表面の周期的リップルの断面図である。この周期的
リップルの深い溝Ａの周期ａは355nm であった。(1) 式
によって与えられる理論的な周期は341nm であり、よく
一致していることがわかる。一方、図２の浅い溝Ｂは表
面電磁波によって生じたエッチング溝である。この表面
電磁波によって生じたエッチング溝の周期ｂは169nm で
あり、理論値171nm とよい一致を示した。
型電子顕微鏡(SEM) により観察した。 図２は、図１の
装置を用いて(4) 式のm=2 のとき得られる角度θ=22.9
°でホログラフィー露光を行なったときのn 型GaAs(10
0) 表面の周期的リップルの断面図である。この周期的
リップルの深い溝Ａの周期ａは355nm であった。(1) 式
によって与えられる理論的な周期は341nm であり、よく
一致していることがわかる。一方、図２の浅い溝Ｂは表
面電磁波によって生じたエッチング溝である。この表面
電磁波によって生じたエッチング溝の周期ｂは169nm で
あり、理論値171nm とよい一致を示した。
【００３６】図３はホログラフィー露光による直接エッ
チングで得られた溝の深さをレーザー照射時間の関数と
して表わした図である。このエッチングはレーザー照射
時間に対して線形である。エッチングレートは1.13nm/m
inであった。
チングで得られた溝の深さをレーザー照射時間の関数と
して表わした図である。このエッチングはレーザー照射
時間に対して線形である。エッチングレートは1.13nm/m
inであった。
【００３７】一方、表面電磁波によって生じたエッチン
グ溝の深さのレーザー照射時間依存性を調べた図が図４
である。エッチング溝はレーザー照射時間に対して指数
関数的に成長し、表面電磁波を利用したエッチングが誘
導散乱的な効果によっていることを示している。50分間
ホログラフィ露光したとき、直接エッチングによって得
られた溝の深さが57nmであるのに対して、表面電磁波を
利用したエッチング溝の深さが48nmとほぼ同程度であっ
た。
グ溝の深さのレーザー照射時間依存性を調べた図が図４
である。エッチング溝はレーザー照射時間に対して指数
関数的に成長し、表面電磁波を利用したエッチングが誘
導散乱的な効果によっていることを示している。50分間
ホログラフィ露光したとき、直接エッチングによって得
られた溝の深さが57nmであるのに対して、表面電磁波を
利用したエッチング溝の深さが48nmとほぼ同程度であっ
た。
【００３８】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。図５は本発明の第２の実施例に用いた装置を概略
的に示す図であり、図１の前述した実施例に係る装置と
同一部分には同一符号が付してある。同図に示すよう
に、本実施例では、照射装置に偏光手段としてのλ／２
波長板１０が設けられている。
する。図５は本発明の第２の実施例に用いた装置を概略
的に示す図であり、図１の前述した実施例に係る装置と
同一部分には同一符号が付してある。同図に示すよう
に、本実施例では、照射装置に偏光手段としてのλ／２
波長板１０が設けられている。
【００３９】そして、レーザー発生装置１から第３高調
波（波長355nm ）を発生させ、ピンホール２ａで整形し
た後、λ／２波長板１０により、光学台に平行な偏波
（試料入射面に対してｐ偏光となる）をｓ偏光に変換
し、さらに、半透過鏡３ａで 2ビームに分け、全反射鏡
３ｂで両ビームを照射容器４内のn-GaAs(100) 基板上
に、(011) 方向に平行に干渉格子が形成されるように入
射させた。なお、ピンホール２ａで整形された後のレー
ザー出力パワーは、10Hzのとき約100mW であり、パルス
幅は5ns であり、レーザー光の入射角は19.1°とした。
また、エッチングガスは、前述した実施例と同様の条件
とし、10分間レーザー光の照射を行った。
波（波長355nm ）を発生させ、ピンホール２ａで整形し
た後、λ／２波長板１０により、光学台に平行な偏波
（試料入射面に対してｐ偏光となる）をｓ偏光に変換
し、さらに、半透過鏡３ａで 2ビームに分け、全反射鏡
３ｂで両ビームを照射容器４内のn-GaAs(100) 基板上
に、(011) 方向に平行に干渉格子が形成されるように入
射させた。なお、ピンホール２ａで整形された後のレー
ザー出力パワーは、10Hzのとき約100mW であり、パルス
幅は5ns であり、レーザー光の入射角は19.1°とした。
また、エッチングガスは、前述した実施例と同様の条件
とし、10分間レーザー光の照射を行った。
【００４０】このようにして、エッチングを行ったGaAs
基板表面を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察した。こ
の結果、図６に示すように、縦方向に周期的に平行に形
成されたエッチング溝Ｅ群と、これらのエッチング溝Ｅ
と直行するように横方向に周期的に平行に形成されたエ
ッチング溝Ｆ群とによって、ドット状にセパレートされ
た周期的微細構造が観察された。また、これらのエッチ
ング溝Ｅの周期ｅは、544.8nm であり、エッチング溝Ｆ
の周期ｆは、369.7nm であった。
基板表面を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察した。こ
の結果、図６に示すように、縦方向に周期的に平行に形
成されたエッチング溝Ｅ群と、これらのエッチング溝Ｅ
と直行するように横方向に周期的に平行に形成されたエ
ッチング溝Ｆ群とによって、ドット状にセパレートされ
た周期的微細構造が観察された。また、これらのエッチ
ング溝Ｅの周期ｅは、544.8nm であり、エッチング溝Ｆ
の周期ｆは、369.7nm であった。
【００４１】ここで、前述した（１）式に、波長λ＝35
5nm 、入射角θ＝19.1°を代入して得られるホログラフ
ィックグレーティングの理論的な周期Ｄは541.2nm であ
る。したがって、エッチング溝Ｅは、レーザー光とレー
ザー光との干渉によるホログラフィックグレーティング
に拠るものであることが分かる。
5nm 、入射角θ＝19.1°を代入して得られるホログラフ
ィックグレーティングの理論的な周期Ｄは541.2nm であ
る。したがって、エッチング溝Ｅは、レーザー光とレー
ザー光との干渉によるホログラフィックグレーティング
に拠るものであることが分かる。
【００４２】また、エッチング溝Ｆは、表面電磁波とレ
ーザー光との干渉による干渉格子に拠るものと考えられ
る。ここで、前述した（２）、（３）、（４）式におい
て、GaAsの波長355nm における複素誘電率εm ＝ε1 ＋
ｊε2 ＝8.08＋ｊ13.57 として分散関係を解くと、ｋ1
＝1.74×105 cm-1、ｋ2 ＝1.48×104 cm-1なるｋ‖（＝
ｋ1 ＋ｊｋ2 ）を得る。表面電磁波がｋ1 なる伝搬定数
で伝搬するとき、入射レーザー光が表面電磁波と同一方
向の電界成分を持つならば、干渉効果として表面の光強
度分布はｘ方向に、 Ｉ（ｘ）＝sin ［（ｋ1 ＋ｋ0 sinθ）ｘ］ なる分布を持つ。本実施例では、レーザー光の入射面は
試料面にほぼ垂直であるから、ｓ偏光に対しては、ｋ0
sinθの項は0 となり、ｋ1 と干渉格子の縞の空間周波
数は一致する。したがって、前述した（５）式におい
て、ｓ偏光での表面電磁波による周期的構造の理論的な
周期ｄは、 ｄ＝（2 π）／ｋ1 となり、その値は361.1nm となる。したがって、上述し
たエッチング溝Ｆの周期ｆ＝369.7nm は、この理論値と
よく一致していることが分かる。
ーザー光との干渉による干渉格子に拠るものと考えられ
る。ここで、前述した（２）、（３）、（４）式におい
て、GaAsの波長355nm における複素誘電率εm ＝ε1 ＋
ｊε2 ＝8.08＋ｊ13.57 として分散関係を解くと、ｋ1
＝1.74×105 cm-1、ｋ2 ＝1.48×104 cm-1なるｋ‖（＝
ｋ1 ＋ｊｋ2 ）を得る。表面電磁波がｋ1 なる伝搬定数
で伝搬するとき、入射レーザー光が表面電磁波と同一方
向の電界成分を持つならば、干渉効果として表面の光強
度分布はｘ方向に、 Ｉ（ｘ）＝sin ［（ｋ1 ＋ｋ0 sinθ）ｘ］ なる分布を持つ。本実施例では、レーザー光の入射面は
試料面にほぼ垂直であるから、ｓ偏光に対しては、ｋ0
sinθの項は0 となり、ｋ1 と干渉格子の縞の空間周波
数は一致する。したがって、前述した（５）式におい
て、ｓ偏光での表面電磁波による周期的構造の理論的な
周期ｄは、 ｄ＝（2 π）／ｋ1 となり、その値は361.1nm となる。したがって、上述し
たエッチング溝Ｆの周期ｆ＝369.7nm は、この理論値と
よく一致していることが分かる。
【００４３】
【発明の効果】以上の実施例からも明らかなように、本
発明によれば、一工程で任意のピッチの精度の高い周期
的リップル構造あるいは周期的ドット構造が得られ、し
かも暗反応がないため高いアスペクト比が得られる。
発明によれば、一工程で任意のピッチの精度の高い周期
的リップル構造あるいは周期的ドット構造が得られ、し
かも暗反応がないため高いアスペクト比が得られる。
【図１】本発明の第１の実施例に用いた装置を概略的に
示す図。
示す図。
【図２】本発明により得られた固体表面の周期的リップ
ル構造を示す断面図。
ル構造を示す断面図。
【図３】ホログラフィー露光による直接エッチングで得
られた溝の深さをレーザー照射時間の関数として表わし
た図。
られた溝の深さをレーザー照射時間の関数として表わし
た図。
【図４】表面電磁波によって生じたエッチング溝の深さ
のレーザー照射時間依存性を示した図。
のレーザー照射時間依存性を示した図。
【図５】本発明の第２の実施例に用いた装置を概略的に
示す図。
示す図。
【図６】本発明により得られた固体表面の周期的ドット
構造を示す図。
構造を示す図。
【図７】周期的ドット構造の形成方法を説明するための
図。
図。
１………レーザー発生装置
２……スペーシャルフィルタ
３………ミラー光学系
４………照射容器
５………ガス導入系
６………排気系（油回転ポンプ）
Claims (5)
- 【請求項１】 反応ガスが満たされた照射容器内にセッ
トした固体試料の表面に、複数のレーザー光を所定の入
射角で照射し、前記レーザー光の干渉により生じるホロ
グラフィックグレーティング、ならびに前記レーザー光
と前記レーザー光の照射により前記固体表面に励起され
る表面電磁波の干渉により生じる干渉格子の干渉強度に
応じて前記反応ガスを励起し、分解によって生じる反応
ガスの食刻作用によって、前記固体試料表面に周期的微
細構造を形成させる方法において、 前記ホログラフィックグレーティングの間隔を、前記干
渉格子の間隔の整数倍として、周期的リップル構造を形
成することを特徴とする固体表面の周期的微細構造の形
成方法。 - 【請求項２】 照射すべきレーザー光の波長を変えるこ
とによって、周期的リップル構造の周期を変えることを
特徴とする請求項１記載の固体表面の微細構造の形成方
法。 - 【請求項３】 反応ガスが満たされた照射容器内にセッ
トした固体試料の表面に、複数のレーザー光を所定の入
射角で照射し、前記レーザー光の干渉により生じるホロ
グラフィックグレーティング、ならびに前記レーザー光
と前記レーザー光の照射により前記固体表面に励起され
る表面電磁波の干渉により生じる干渉格子の干渉強度に
応じて前記反応ガスを励起し、分解によって生じる反応
ガスの食刻作用によって、前記固体試料表面に周期的微
細構造を形成させる方法において、 前記レーザー光の偏光角を変えることによって、前記ホ
ログラフィックグレーティングと、前記干渉格子との交
差角度を変え、周期的ドット構造を形成することを特徴
とする固体表面の周期的微細構造の形成方法。 - 【請求項４】 前記ホログラフィックグレーティングの
周期を、照射する前記レーザー光の波長と入射角度を変
えることによって変更し、前記干渉格子の周期を、照射
する前記レーザー光の波長と入射角度と偏光角とを変え
ることによって変更することを特徴とする請求項２記載
の固体表面の微細構造の形成方法。 - 【請求項５】 前記反応ガスが、臭化メタンであること
を特徴とする請求項１乃至４記載の固体表面の微細構造
の形成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28680891A JP3257807B2 (ja) | 1991-05-17 | 1991-10-31 | 固体表面の周期的微細構造の形成方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-113080 | 1991-05-17 | ||
| JP11308091 | 1991-05-17 | ||
| JP28680891A JP3257807B2 (ja) | 1991-05-17 | 1991-10-31 | 固体表面の周期的微細構造の形成方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0536656A true JPH0536656A (ja) | 1993-02-12 |
| JP3257807B2 JP3257807B2 (ja) | 2002-02-18 |
Family
ID=26452099
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28680891A Expired - Fee Related JP3257807B2 (ja) | 1991-05-17 | 1991-10-31 | 固体表面の周期的微細構造の形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3257807B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1994027326A1 (de) * | 1993-05-12 | 1994-11-24 | Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V., Berlin | Elektronische einrichtung mit mikrostrukturierten elektroden und verfahren zur herstellung einer solchen einrichtung |
| US6391528B1 (en) | 2000-04-03 | 2002-05-21 | 3M Innovative Properties Company | Methods of making wire grid optical elements by preferential deposition of material on a substrate |
| JP2007225394A (ja) * | 2006-02-22 | 2007-09-06 | Tokyo Metropolitan Univ | レーザー脱離イオン化法 |
| JP2009043788A (ja) * | 2007-08-06 | 2009-02-26 | Ulvac Japan Ltd | レーザーアニール装置及びレーザーアニール方法 |
| US20110311737A1 (en) * | 2009-02-09 | 2011-12-22 | Ihi Corporation | Vapor deposition apparatus for minute-structure and method therefor |
| US9156080B2 (en) | 2013-07-25 | 2015-10-13 | Honda Motor Co., Ltd. | Casting die |
-
1991
- 1991-10-31 JP JP28680891A patent/JP3257807B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1994027326A1 (de) * | 1993-05-12 | 1994-11-24 | Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V., Berlin | Elektronische einrichtung mit mikrostrukturierten elektroden und verfahren zur herstellung einer solchen einrichtung |
| US5810945A (en) * | 1993-05-12 | 1998-09-22 | Max-Planck-Gesellschaft Zur Forderung Der Wissenschaften E.V. | Method of fabricating an electronic micropatterned electrode device |
| US6391528B1 (en) | 2000-04-03 | 2002-05-21 | 3M Innovative Properties Company | Methods of making wire grid optical elements by preferential deposition of material on a substrate |
| JP2007225394A (ja) * | 2006-02-22 | 2007-09-06 | Tokyo Metropolitan Univ | レーザー脱離イオン化法 |
| JP2009043788A (ja) * | 2007-08-06 | 2009-02-26 | Ulvac Japan Ltd | レーザーアニール装置及びレーザーアニール方法 |
| US20110311737A1 (en) * | 2009-02-09 | 2011-12-22 | Ihi Corporation | Vapor deposition apparatus for minute-structure and method therefor |
| US9156080B2 (en) | 2013-07-25 | 2015-10-13 | Honda Motor Co., Ltd. | Casting die |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3257807B2 (ja) | 2002-02-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Maracas et al. | On the origin of periodic surface structure of laser‐annealed semiconductors | |
| EP1005661B1 (en) | Photonic crystal materials and a methdo of preparation thereof | |
| US7939782B2 (en) | Processing method and processing apparatus using interfered laser beams | |
| JPS62108209A (ja) | 基板表面上に位相シフトを持つ格子構造を製作する方法 | |
| Zolotov et al. | Optical phenomena in thin-film waveguides | |
| JP3257807B2 (ja) | 固体表面の周期的微細構造の形成方法 | |
| Suzuki et al. | Fabrication of chirped gratings on GaAs optical waveguides | |
| Glenn | Parametric amplification of ultrashort laser pulses | |
| Chu et al. | Fabrication and Raman scattering studies of one‐dimensional nanometer structures in (110) silicon | |
| US7310463B2 (en) | Optical structural body, its manufacturing method and optical element | |
| Berrouane et al. | Soft-x-ray multilayer gratings with subhalfmicron period | |
| Ritsko | Laser etching | |
| Chuang | Laser chemical etching of conducting and semiconducting materials | |
| Podlesnik et al. | High Resolution Etching of GaAs and CdS Crystals | |
| JP2759893B2 (ja) | 倍波発生装置 | |
| Kumagai et al. | Periodic submicrometer dot structures on n‐GaAs substrates fabricated by laser‐induced surface electromagnetic wave etching | |
| Belić et al. | Transverse effects in double phase conjugation | |
| Seminogov et al. | Nonlinear laser-induced regime of surface-electromagnetic-wave generation and submicron periodic relief during liquid-phase photochemical etching of n-III–V semiconductors | |
| Panchenko | Light diffraction and new laser technologies for maskless formation of submicron relief structures | |
| Zlenko et al. | Emission and reflection of light by a corrugated section of a waveguide | |
| Pissadakis et al. | Two-dimensional Bragg reflectors fabricated in IOG1 phosphate glass using multibeam UV-laser interference | |
| Gilgen et al. | Direct Holographic Processing Using Laser Chemistry | |
| Chanda et al. | Single laser exposure fabrication of diamond-like 3-dimensional photonic crystal microstructures using circularly polarized light | |
| Sychugov et al. | Method for preparing photoresist grating masks. Part II | |
| US20050215036A1 (en) | Method for forming a doping superlattice using a laser |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20011120 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |