【手続補正書】
【提出日】平成26年3月31日(2014.3.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ光となる第１の超短光パルス列と、該ポンプ光に対して第１の遅延時間を有していてプローブ光となる第２の超短光パルス列と、該ポンプ光に対して第２の遅延時間を有していて上記プローブ光となる第３の超短光パルス列と、を発生させる超短光パルスレーザー発生部と、
上記第２及び第３の超短光パルス列が入射される光シャッタ部と、
上記光シャッタ部を制御する光シャッタ制御部と、
上記ポンプ光及び上記プローブ光を試料に照射する照射光学系と、
上記試料からのプローブ信号を検出するセンサーと、
上記センサーに接続される位相敏感検出手段と、
を備え、
上記第１の超短光パルス列が上記照射光学系を介して上記ポンプ光として上記試料に照射され、
上記光シャッタ部の光シャッタが所定の開閉周波数で開閉し、上記照射光学系を介して上記第２の超短光パルス列と上記第３の超短光パルス列とが上記プローブ光として上記試料に交互に照射されて、上記プローブ光の上記ポンプ光に対する遅延時間を周期的に変調し、
上記試料からのプローブ信号が、上記光シャッタの開閉周波数に同期して上記位相敏感検出手段で検出される、ポンププローブ測定装置。
【請求項２】
前記超短光パルスレーザー発生部が、
一つの超短光パルスレーザー光源と、
この超短光パルスレーザー光源で発生する超短光パルスを３つに分割して前記ポンプ光となる第１の超短光パルス列及び前記プローブ光となる第２及び第３の超短光パルス列を形成する光学部材と、
前記第２の超短光パルス列を前記ポンプ光に対して第１の遅延時間だけ遅延させる第１の光学遅延部と、
前記第３の超短光パルス列を前記ポンプ光に対して第２の遅延時間だけ遅延させる第２の光学遅延部と、を備えている、請求項１に記載のポンププローブ測定装置。
【請求項３】
前記第１の光学遅延部又は前記第２の光学遅延部は可動ミラーを含む、請求項２に記載のポンププローブ測定装置。
【請求項４】
前記超短光パルスレーザー発生部が、
前記ポンプ光となる第１の超短光パルス列を発生させる第１の超短光パルスレーザー光源と、
前記プローブ光となる第２の超短光パルス列を発生させる第２の超短光パルスレーザー光源と、
前記プローブ光となる第３の超短光パルス列を発生させる第３の超短光パルスレーザー光源と、を備え、
前記第１〜３の超短光パルスレーザー光源は、特定の遅延時間をもって同期発振する、
請求項１に記載のポンププローブ測定装置。
【請求項５】
前記光シャッタ部が、第１の光シャッタと第２の光シャッタとを備え、
前記第２の超短光パルス列が、上記第１の光シャッタに入射され、
前記第３の超短光パルス列が、上記第２の光シャッタに入射される、請求項１に記載のポンププローブ測定装置。
【請求項６】
前記光シャッタ部は、音響光学変調器又は電気光学変調器を備える、請求項１に記載のポンププローブ測定装置。
【請求項７】
前記光シャッタ部は、電気光学素子と偏光回転素子とを備え、
前記第２の超短光パルス列は、上記偏光回転素子を介して上記電気光学素子に入射され、
前記第３の超短光パルス列は、直接、上記電気光学素子に入射される、請求項１に記載のポンププローブ測定装置。
【請求項８】
前記電気光学素子はポッケルスセルからなる、請求項７に記載のポンププローブ測定装置。
【請求項９】
前記偏光回転素子は１／２波長板である、請求項７に記載のポンププローブ測定装置。
【請求項１０】
前記第２の超短光パルス列を前記ポンプ光に対して第１の遅延時間だけ遅延させる第１の光学遅延部と、前記第３の超短光パルス列を前記ポンプ光に対して第２の遅延時間だけ遅延させる第２の光学遅延部と、を備える、請求項１に記載のポンププローブ測定装置。
【請求項１１】
前記第１の光学遅延部又は前記第２の光学遅延部は、可動ミラーを含む、請求項１０に記載のポンププローブ測定装置。
【請求項１２】
前記センサーがフォトダイオードで構成され、試料における前記プローブ光の反射光をフォトダイオードに入射し、反射光強度を前記プローブ信号として検出する、請求項１〜１１の何れかに記載のポンププローブ測定装置。
【請求項１３】
前記センサーが走査プローブ顕微鏡で構成され、前記ポンプ光および前記プローブ光が照射された前記試料表面において、上記走査プローブ顕微鏡の探針により前記プローブ信号を検出する、請求項１〜１１の何れかに記載のポンププローブ測定装置。
【請求項１４】
前記走査プローブ顕微鏡は、走査トンネル顕微鏡、走査原子間力顕微鏡及び走査近接場顕微鏡のいずれかである、請求項１３に記載のポンププローブ測定装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４の何れかに記載のポンププローブ測定装置を構成要素の一つとして備える、測定装置。
【請求項１６】
第１の超短光パルス列をポンプ光として試料に出射する一方、
上記ポンプ光に対して第１の遅延時間を有していてプローブ光となる第２の超短光パルス列と、上記ポンプ光に対して第２の遅延時間を有していてプローブ光となる第３の超短光パルス列とを、光シャッタ部に出射し、
上記光シャッタ部を所定の開閉周波数で開閉して、上記第２の超短光パルス列と上記第３の超短光パルス列とを上記プローブ光として上記試料に交互に照射して、上記プローブ光の上記ポンプ光に対する遅延時間が周期的に変調され、
上記試料からのプローブ信号を、上記光シャッタの開閉周波数に同期して位相敏感検出手段で検出する、ポンププローブ測定方法。
【請求項１７】
前記第１の超短光パルス列と前記第２の超短光パルス列と前記第３の超短光パルス列とを、一つの超短光パルス列を３つに分割して発生させる、請求項１６に記載のポンププローブ測定方法。
【請求項１８】
前記第１の超短光パルス列を発生させる第１の超短光パルスレーザー光源と、前記第２の超短光パルス列を発生させる第２の超短光パルスレーザー光源と、前記第３の超短光パルス列を発生させる第３の超短光パルスレーザー光源と、を特定の遅延時間をもって同期発振させる、請求項１６に記載のポンププローブ測定方法。
【請求項１９】
前記プローブ光の前記ポンプ光に対する遅延時間を矩形波的に変化させる、請求項１６〜１８の何れかに記載のポンププローブ測定方法。
【請求項２０】
前記試料における前記プローブ光の反射光強度を、前記プローブ信号として検出する、請求項１６〜１８の何れかに記載のポンププローブ測定方法。
【請求項２１】
前記試料表面において、探針により前記プローブ信号を検出する、請求項１６〜１８の何れかに記載のポンププローブ測定方法。
【請求項２２】
前記探針により前記試料表面を走査して前記プローブ信号を検出する、請求項２１に記載のポンププローブ測定方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
本発明のポンププローブ測定装置１，３０，４０では、レーザー発振器からのパルスを間引くことなく、測定に用いることが可能となり、かつ大振幅かつ高周波数での遅延時間変調を実現できる。これにより、試料７への光キャリア励起とその緩和過程の測定を高感度で測定することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
（第４の実施形態）
第１〜第３の実施形態では、試料７からのプローブ信号を検出するセンサー１１は、試料７からの反射光をフォトダイオードを用いて検出したが、試料７上に置いた走査プローブ顕微鏡装置をセンサーとして用いる別の実施形態について説明する。
第１〜第３の実施形態で例示した反射光以外に検出部２０で取得するプローブ信号としては、試料７に近接して配置されるセンサーとなる探針から得られるプローブ信号が挙げられる。このような探針による測定としては、走査トンネル顕微鏡、走査原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）や走査近接場顕微鏡（ＮＳＯＭ）等を用いることができる。本発明では、これらの顕微鏡を走査プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）と総称して呼ぶ。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６８】
次に、ポンププローブ測定装置３０を用いた測定結果について説明する。
測定対象となる試料７としては、ＧａＡｓ基板上に分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）で、厚さが１μｍのＡｌＧａＡｓ層と、ＡｌＧａＡｓ層上に低温の２５０℃で厚さが１μｍのＧａＡｓ層を成長させたエピウェハを作製した。２５０℃程度の成長温度では、ＧａＡｓ層に高濃度の欠陥が導入されることが知られており、そのために光キャリア寿命が非常に短くなる。光キャリア寿命は、数ｐｓ程度である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
１、３０、４０：ポンププローブ測定装置
２、２Ａ：超短光パルスレーザー発生部
３：レーザー光源
３ａ：ポンプ光
３ｂ：第１のプローブ光
３ｃ：第２のプローブ光
４：分岐光学系
４ａ、４ｂ：ハーフミラー
４ｃ：鏡
５：光学遅延部
６、６Ａ：光シャッタ
６ａ、６ｂ、６ｃ：ポッケルスセル
６ｄ：鏡
６ｅ：ハーフミラー
７：試料
８、８Ａ：照射光学系
８ａ：鏡
８ｂ、８ｃ：ハーフミラー
１０：光シャッタ制御部
１１：センサー
１２：位相敏感検出手段
１５：探針
１６：直流電源
１７：電流計
２０：検出部
３１：偏光回転素子（λ／２板）
４３：レーザー光源