第５章　4. エピタキシャル成長

1. 薄膜合成におけるレーザーアプレーションプロセス（加工）の特徴

 レーザーアブレーション（laser ablation）法、またはパルスレーザー堆積（Pulsed Laser Deposition:PLD）法と呼ばれている薄膜合成プロセス（加工）では、ターゲットと言われるペレット状の固体原料に高パワー密度を持つ紫外域から可視域（波長:約200nm〜700nm）のパルスレーザーを集光照射し、ターゲット成分を瞬時にアブレーション（ablation:除去）蒸発させることで、対向の位置にある基板上に薄膜を形成する。図1にPLD成膜装置の概略図を示す。基本的な構成としては、（ⅰ）レーザ一光源および光路導入系、（ⅱ）レーザー導入用の窓が付いた真空装置、（ⅲ）真空装置内のターゲットおよびその対向位置にある基板、（ⅳ）ガス導入系、などである。また、膜成長機構などを調べるために、四重極質量分析装置（QMS）、発光分光装置（OES）、反射高速電子線回折装置（RHEED）などが取り付けられることがある。装置上の特徴を挙げると次のようになる¹⁾。

• （ⅰ） レーザー光源として主に用いられるのは、パルス状に発振する紫外域（波長:200nm〜300nm）のエキシマレーザー（ガスレーザーの一種）である。最近では、小型大出力の固体レーザーであるNd:YAGレーザーの高調波（波長:532nmまたは355nm）なども用いられるようになっている。
• （ⅱ） 成膜中、経時変化の少ない安定なアブレーションを起こさせるためにターゲットを回転させることが多い（約10〜20rpm）。また、複数のターゲットを真空装置内にセットしておき、積層膜や組成変調膜を作製することもある。
• （ⅲ） ターゲットと基板間の距離としては、5cm〜15cm程度であるが、成膜時の真空度やターゲット組成に応じて距離の調整も必要になることがある。
• （ⅳ） ターゲット表面へのレーザー光入射角度は、導入窓へのアブレーション成分の付着をなるべく低減させる観点からも、ターゲット表面に対して30度〜50度付近が一般に用いられている。