Time-resolved fluorescence spectrum of wide-gap semiconductors excited by 13.9 nm X-ray laser

波長13.9nmX線レーザー励起によるワイドギャップ半導体の時間分解発光分光

田中 桃子; 古川 裕介*; 中里 智治*; 巽 敏博*; 村上 英利*; 清水 俊彦*; 猿倉 信彦*; 錦野 将元; 河内 哲哉; 鏡谷 勇二*; Ehrentraut, D.*; 福田 承生*; 西村 博明*; 三間 圀興*

Tanaka, Momoko; Furukawa, Yusuke*; Nakazato, Tomoharu*; Tatsumi, Toshihiro*; Murakami, Hidetoshi*; Shimizu, Toshihiko*; Sarukura, Nobuhiko*; Nishikino, Masaharu; Kawachi, Tetsuya; Kagamitani, Yuji*; Ehrentraut, D.*; Fukuda, Tsuguo*; Nishimura, Hiroaki*; Mima, Kunioki*

本研究では、ZnOとGaNの単結晶について波長13.9nmのX線レーザー励起による時間分解発光計測を行い、UV励起の場合と比較し、EUV用シンチレーション物質としての評価を行った。ZnOに関しては、380nm付近に寿命3ns程度のエキシトン由来の発光が観測され、この振る舞いはUV励起の場合と同様であった。この波長領域の発光は利用が比較的容易であり、シンチレーターとして有用であることを示している。一方GaNに関しては、ZnOと比べて発光寿命が長くまたEUV励起とUV励起で発光の時間減衰が異なることがわかった。このことから、EUV用シンチレーターとしてはZnOの方が理想的であるといえる。また、X線レーザーがEUVを光源とする次世代リソグラフィーの周辺物質の評価などに有用であることが示された。

We measured the time-resolved fluorescence spectra of ZnO and GaN single crystals excited by an X-ray laser operating at 13.9 nm and evaluated their scintillation properties for EUV excitation as compared with UV excitation case. For ZnO, a clear fluorescence peak of excitonic origin was observed at around 380 nm and the decay lifetime of less than 3 ns is found to be almost similar to the UV excitation case. The fluorescence at 380 nm is ideal for scintillator device design in the EUV and further applications. For GaN, the lifetimes are much longer than ZnO and the temporal profile of the EUV-excited fluorescence differs with the UV excitation case. As such, the EUV scintillation properties of ZnO is said to be more favorable than GaN. Finally, it is also demonstrated that an X-ray laser is an excellent tool for spectroscopic characterization of materials intended for next-generation lithography applications.