栁瀬明久特任准教授研究室   

栁瀬　明久 （特任准教授） 　

パルスレーザー加熱による半導体微小球の作製

誘電体微小球（直径 数～100 μm）は、微小光共振器として狭い空間に大きな光エネルギμを閉じ込める性質が非常に高く、微小レーザーなど光デバイスへの応用が検討されている。半導体微小球は、屈折率が大きい利点と電流注入型発光デバイスへ発展する可能性により、特に有望な材料といえる。微小球を光学デバイスへ適用するためには、真球に限りなく近い形状、精密なサイズ制御、高いサイズ均一性の３条件を同時に満たすことが必要であるが、この３条件を高度に満たす微小球作製は実現されていない。
本研究室では、光学デバイスへ応用可能な高い真球性を有するゲルマニウム（Ge）微小球（直径3～10 μm）の作製について、一定の面積をもつパッチ状Ge薄膜をナノ秒レーザー照射によって加熱・溶融する方法を独自に探求している。この方法は、溶融した薄膜が、基板をぬらさない場合に球形に近づくことを利用する。しかし、溶融状態を経るプロセスでは、相変化にともなう体積変化が生じ、高い真球性の獲得は容易ではない。実際には、1個のパッチ状薄膜を1個の球状粒子に連続的に変形させる過程と球状粒子から真球性の高い微小球を得る過程からなる２段階プロセスが必要である。現在、1個のパッチ状Ge薄膜を1個の球状粒子に連続的に変形させる過程に最も適する薄膜構造の探索とその機構の解明を中心に研究を進めている。

・パルスレーザー加熱によるパッチ状Ge薄膜の微小球化
・親水性高分子ゲルテンプレートの作製と有機高分子薄膜パターンへの変換
・Ge薄膜の微小球化に与える基板のナノ凹凸構造の効果

• 薄膜パターン作製用親水性高分子ゲルテンプレートの作製

  栁瀬　明久

  2018年度 - 現在

  　詳細

  本研究の目的は、リフトオフ用フォトレジストパターンを出発点として親水性高分子ゲルテンプレートを経由して有機高分子薄膜パターンへ変換する簡便な方法を明らかにすることである。このプロセスは、パッチ状Ge薄膜作製プロセスにおける試料作製に応用するために研究を進めているが、汎用的な技術として意義が大きいと考える。親水性高分子ゲルは基本的に多孔質体であり、細孔内に多くの水を含むため、細孔内の水分量を調節することで表面の親水性の程度を調整できる。そのため、疎水性の有機高分子塗布液が脱ぬれし、有機高分子薄膜パターンを形成するためのテンプレート材料として有用である。また、親水性高分子ゲルは水を用いて比較的容易に除去できることも利点である。

  成果：
  

  2023年度
  本プロセスに用いる親水性高分子ゲル材料として、冷水魚魚皮由来ゼラチンと低融点アガロースを比較検討した。冷水魚魚皮由来ゼラチンについては、室温でゲル化しないため水溶液が安定でコーティングによる薄膜形成が容易であること、基板への付着性が高いことが利点であるが、得られた薄膜の細孔構造が不安定なことが欠点である。低融点アガロースは、ゲルが安定で、濃度が低くてもゲル化するため、安定な多孔構造が得られやすい利点をもつ。欠点として、ゲル化が速いため、薄膜形成が比較的困難であることが挙げられる。