JPH0235815Y2 - - Google Patents
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- JPH0235815Y2 JPH0235815Y2 JP20005982U JP20005982U JPH0235815Y2 JP H0235815 Y2 JPH0235815 Y2 JP H0235815Y2 JP 20005982 U JP20005982 U JP 20005982U JP 20005982 U JP20005982 U JP 20005982U JP H0235815 Y2 JPH0235815 Y2 JP H0235815Y2
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- optical fiber
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Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
この考案は、レーザビームを用いて試料基板を
加熱するレーザ加熱法に係り、とくに単結晶膜形
成用に適したレーザビームの形状を簡便に得るこ
とができるようにしたビーム形状成形器に関す
る。
加熱するレーザ加熱法に係り、とくに単結晶膜形
成用に適したレーザビームの形状を簡便に得るこ
とができるようにしたビーム形状成形器に関す
る。
シリコンのイオン注入層のアニーリングから発
展した、レーザビームを用いた単結晶膜形成法
は、三次元構造集積回路や表示素子用集積回路な
どへの応用が期待されるため、サフアイヤないし
は非晶質絶縁膜上の、多結晶ないしはアモルフア
スシリコンの単結晶化、すなわちSOS（Silicon
on Sapphire）やSOI（Silicon on Insulator）な
どのプロセス技術として、盛んに研究されるよう
になつてきた。
展した、レーザビームを用いた単結晶膜形成法
は、三次元構造集積回路や表示素子用集積回路な
どへの応用が期待されるため、サフアイヤないし
は非晶質絶縁膜上の、多結晶ないしはアモルフア
スシリコンの単結晶化、すなわちSOS（Silicon
on Sapphire）やSOI（Silicon on Insulator）な
どのプロセス技術として、盛んに研究されるよう
になつてきた。
しかし、このような単結晶膜形成においては、
従来は結晶成長の核を制御することが困難であつ
たために、粒状の大きな結晶粒を得ることができ
ないでいた。その理由は、通常用いられるレーザ
ビームの形状が円形で、かつその強度分布が中心
ほど強くなるガウス分布になつているため、レー
ザビームの照射により一旦溶融した試料が固化す
るとき、被照射領域の中央の方がその周辺よりも
固化が遅れてしまい、被照射領域の周辺に発生し
た多数の微結晶核が、それぞれ脈絡なく勝手に成
長してしまうためである。
従来は結晶成長の核を制御することが困難であつ
たために、粒状の大きな結晶粒を得ることができ
ないでいた。その理由は、通常用いられるレーザ
ビームの形状が円形で、かつその強度分布が中心
ほど強くなるガウス分布になつているため、レー
ザビームの照射により一旦溶融した試料が固化す
るとき、被照射領域の中央の方がその周辺よりも
固化が遅れてしまい、被照射領域の周辺に発生し
た多数の微結晶核が、それぞれ脈絡なく勝手に成
長してしまうためである。
この対策として、従来とは異つた形状を有する
レーザビームを用いることが考えられ、TEM01
モードとTEM10モードとの線形結合で表わされ
るドーナツ状の発振モードで発振するレーザ装置
を用いることにより、ある程度大きな結晶粒が得
られるようになつた（このドーナツ状の形状を有
するレーザビームを用いた単結晶膜の形成に用い
た単結晶膜の形成については、米国技術雑誌アプ
ライドフイジクス・レターズ（Applied Physics
Letters）1982年３月１日発行の、第40巻第394〜
395頁に掲載されているエス・カワムラ（S.
Kawamura）氏らの論文に詳しく説明されてい
るので参照されたい。） しかし、このドーナツ状の発振モードのレーザ
ビームを用いることは、実用上、下記のような点
で不都合である。すなわち、ドーナツ状のモード
のレーザ叛振は極めて不安定であるため、レーザ
出力の安定化が困難であり、良質かつ均一な単結
膜の成長が得難いこと、またドーナツ状モードを
用いる場合、照射するビームの形状が一義的に確
定してしまうため、試料の物理的性質や結晶成長
させたい単結晶の寸法などに応じてそれぞれビー
ムの形状を最適化することができず、良質な単結
晶膜の得られる結晶粒の寸法が限定されてしま
い、任意には変えられないという問題があるこ
と、などである。
レーザビームを用いることが考えられ、TEM01
モードとTEM10モードとの線形結合で表わされ
るドーナツ状の発振モードで発振するレーザ装置
を用いることにより、ある程度大きな結晶粒が得
られるようになつた（このドーナツ状の形状を有
するレーザビームを用いた単結晶膜の形成に用い
た単結晶膜の形成については、米国技術雑誌アプ
ライドフイジクス・レターズ（Applied Physics
Letters）1982年３月１日発行の、第40巻第394〜
395頁に掲載されているエス・カワムラ（S.
Kawamura）氏らの論文に詳しく説明されてい
るので参照されたい。） しかし、このドーナツ状の発振モードのレーザ
ビームを用いることは、実用上、下記のような点
で不都合である。すなわち、ドーナツ状のモード
のレーザ叛振は極めて不安定であるため、レーザ
出力の安定化が困難であり、良質かつ均一な単結
膜の成長が得難いこと、またドーナツ状モードを
用いる場合、照射するビームの形状が一義的に確
定してしまうため、試料の物理的性質や結晶成長
させたい単結晶の寸法などに応じてそれぞれビー
ムの形状を最適化することができず、良質な単結
晶膜の得られる結晶粒の寸法が限定されてしま
い、任意には変えられないという問題があるこ
と、などである。
この考案の目的は、上述したような従来の欠点
を除去し、単結晶膜形成用などのレーザ加熱用途
での使用に適したビーム断面形状を有するレーザ
ビームを形成し得るビーム形状成形器を提供する
ことにある。
を除去し、単結晶膜形成用などのレーザ加熱用途
での使用に適したビーム断面形状を有するレーザ
ビームを形成し得るビーム形状成形器を提供する
ことにある。
この考案によれば、結晶粒の大きな良質な単結
晶膜などを得るのに適したビーム断面形状を有す
るレーザビームを、簡便かつ制御性よく形成でき
るようになるので、レーザ加熱法の普及・発達が
促進され、工業上資するところ大である。
晶膜などを得るのに適したビーム断面形状を有す
るレーザビームを、簡便かつ制御性よく形成でき
るようになるので、レーザ加熱法の普及・発達が
促進され、工業上資するところ大である。
次に、この考案について、図面を参照して詳細
に説明する。第１図は、この考案の一実施例の構
成を示す模式図である。図において、１はマルチ
モード光フアイバであり、該マルチモード光フア
イバ１の一端にはモードスクランブラ２が融着接
続されている。該マルチモード光フアイバ１とし
ては、コア径50μｍ、クラツド径125μｍ程度の光
シリカ光フアイバを用いている。モードスクラン
ブラ２は、該モードスクランブラに結合されたレ
ーザ光のパワーのモード間分布状態をすみやかに
定常状態に導くために用いられるものであり、こ
れによつて、強度分布が断面内でほぼ一様なレー
ザビームが得られる。該レーザビームは、前記マ
ルチモード光フアイバ１に結合され、該マルチモ
ード光フアイバ１中に伝搬する。
に説明する。第１図は、この考案の一実施例の構
成を示す模式図である。図において、１はマルチ
モード光フアイバであり、該マルチモード光フア
イバ１の一端にはモードスクランブラ２が融着接
続されている。該マルチモード光フアイバ１とし
ては、コア径50μｍ、クラツド径125μｍ程度の光
シリカ光フアイバを用いている。モードスクラン
ブラ２は、該モードスクランブラに結合されたレ
ーザ光のパワーのモード間分布状態をすみやかに
定常状態に導くために用いられるものであり、こ
れによつて、強度分布が断面内でほぼ一様なレー
ザビームが得られる。該レーザビームは、前記マ
ルチモード光フアイバ１に結合され、該マルチモ
ード光フアイバ１中に伝搬する。
該マルチモード光フアイバ１の出射端部には、
該マルチモード光フアイバ１の長手方向と垂直な
断面のフアイバコア形状３に所望の形状のくびれ
が生じるように、該マルチモード光フアイバ１の
長手方向に沿つて、フアイバコア上に２条のくぼ
みが相対向して形成されている。
該マルチモード光フアイバ１の長手方向と垂直な
断面のフアイバコア形状３に所望の形状のくびれ
が生じるように、該マルチモード光フアイバ１の
長手方向に沿つて、フアイバコア上に２条のくぼ
みが相対向して形成されている。
この考案の実施例においては、該マルチモード
光フアイバ１の出射端部をガラス軟化温度近傍に
まで加熱し、該マルチモード光フアイバのクラツ
ド４を側面２方向から適当に加圧し、押しつぶす
ようにして、フアイバコア形状３に所望の形状を
有するくびれが生じるようにフアイバコア上に２
条のくぼみを形成した。
光フアイバ１の出射端部をガラス軟化温度近傍に
まで加熱し、該マルチモード光フアイバのクラツ
ド４を側面２方向から適当に加圧し、押しつぶす
ようにして、フアイバコア形状３に所望の形状を
有するくびれが生じるようにフアイバコア上に２
条のくぼみを形成した。
該マルチモード光フアイバ１の入射端のコア形
状５はほぼ真円であるが、該マルチモード光フア
イバ１の伝送路中のコア形状は、出射端部におけ
るくびれを有したコア形状３に至るまで、滑らか
に変化しているため、該マルチモード光フアイバ
１に結合されたレーザビームの形状を、光フアイ
バコアの形状変化に沿つて滑らかに変化させるこ
とができ、これによつてビームの断面にくびれを
有する所望の形状のレーザビームを、出射光とし
て得ることができる。
状５はほぼ真円であるが、該マルチモード光フア
イバ１の伝送路中のコア形状は、出射端部におけ
るくびれを有したコア形状３に至るまで、滑らか
に変化しているため、該マルチモード光フアイバ
１に結合されたレーザビームの形状を、光フアイ
バコアの形状変化に沿つて滑らかに変化させるこ
とができ、これによつてビームの断面にくびれを
有する所望の形状のレーザビームを、出射光とし
て得ることができる。
モードスクランブラとしては、光フアイバを複
数本の円柱の間で屈曲させて曲りによるモード間
結合を生じさせるようにしたものや、光フアイバ
の端面に、エツチングを施すことなどによつて凹
凸を与え、これによつてモード間結合を生じさせ
るようにしたものなどが知られている。本実施例
では、モードスクランブラ２として、モードスク
ランブラ２の入射端面６に輪状の凹凸を設けたも
のを用いたが、別にこれに限定する必要はなく、
モードスクランブラとして使えるものであれば何
であつても良い。
数本の円柱の間で屈曲させて曲りによるモード間
結合を生じさせるようにしたものや、光フアイバ
の端面に、エツチングを施すことなどによつて凹
凸を与え、これによつてモード間結合を生じさせ
るようにしたものなどが知られている。本実施例
では、モードスクランブラ２として、モードスク
ランブラ２の入射端面６に輪状の凹凸を設けたも
のを用いたが、別にこれに限定する必要はなく、
モードスクランブラとして使えるものであれば何
であつても良い。
前記マルチモード光フアイバ１として、出射端
部におけるフアイバコアの形状３に所望の形状を
有するくびれをもたせるために、クラツド４を側
面２方向から適当に加圧し、押しつぶすようにし
て形成したものを用いたが、何もこれに限る必要
はなく、例えば、あらかじめコア用ロツドとし
て、断面形状にくぼみをもたせたコア用ロツドを
用意しておき、外付け気相化学成長法などを用い
てクラツドを外付けし、これを紡糸することによ
つても、所望のフアイバコア形状を有したマルチ
モード光フアイバを得ることができる。
部におけるフアイバコアの形状３に所望の形状を
有するくびれをもたせるために、クラツド４を側
面２方向から適当に加圧し、押しつぶすようにし
て形成したものを用いたが、何もこれに限る必要
はなく、例えば、あらかじめコア用ロツドとし
て、断面形状にくぼみをもたせたコア用ロツドを
用意しておき、外付け気相化学成長法などを用い
てクラツドを外付けし、これを紡糸することによ
つても、所望のフアイバコア形状を有したマルチ
モード光フアイバを得ることができる。
第２図は、この考案によるビーム形状形成器を
単結晶膜形成に応用したときの、単結晶膜形成過
程の原理を示す模式図である。
単結晶膜形成に応用したときの、単結晶膜形成過
程の原理を示す模式図である。
第２図において、１１は、試料基板面状に照射
しているレーザビームの形状を示す。レーザビー
ムの形状１１には、くびれ部１２，１２′が設け
られており、該レーザビームの照射位置は、該く
びれ部の方向と平行に、即ち図中矢印１３の方向
に試料基板面を移動させるものとする。１４はレ
ーザビームの照射直後のため、試料基板板上でま
だ溶融状態なつているメルトである。また、１
５，１５′は多結晶領域であり、１６は単結晶領
域、１７は固相一液相境界線である。
しているレーザビームの形状を示す。レーザビー
ムの形状１１には、くびれ部１２，１２′が設け
られており、該レーザビームの照射位置は、該く
びれ部の方向と平行に、即ち図中矢印１３の方向
に試料基板面を移動させるものとする。１４はレ
ーザビームの照射直後のため、試料基板板上でま
だ溶融状態なつているメルトである。また、１
５，１５′は多結晶領域であり、１６は単結晶領
域、１７は固相一液相境界線である。
第２図から明らかなように、レーザビームの照
射位置を１３の方向に移動させたとき、被照射領
域の中央部では被照射時間が短いために、その近
傍にくらべ冷却固化がはやく生じ、この固化に伴
い、中央部から周辺部に向けて結晶成長が進行す
るようになるため、均一で良質な大形の形状の単
結晶膜が得られるようになる。
射位置を１３の方向に移動させたとき、被照射領
域の中央部では被照射時間が短いために、その近
傍にくらべ冷却固化がはやく生じ、この固化に伴
い、中央部から周辺部に向けて結晶成長が進行す
るようになるため、均一で良質な大形の形状の単
結晶膜が得られるようになる。
この考案を用いて形成されたレーザビームを、
照射光学系を用いて（100）方向した基板面を有
したシリコン基板上に減圧CVD法に蒸着させた
厚さ400nm程度のポリシリコン膜上に照射させ、
該ポリシリコン膜の単結晶化を試みたところ、波
長515nm、照射パワー10W、走査速度８cm／秒の
とき、幅50μｍ、長さ２mmの粒状の大きな良質な
単結晶膜が形成できた。なお、このポリシリコン
膜の表面には、通常よくなされているように、あ
らかじめ厚さ150nm程度のSi3N4膜と、厚さ1μｍ
程度のPSG膜とからなる保護層を設け、また該
ポリシリコン膜と該基板との間には厚さ600nm程
度のSiO2からなる絶縁膜層を設けておいた。
照射光学系を用いて（100）方向した基板面を有
したシリコン基板上に減圧CVD法に蒸着させた
厚さ400nm程度のポリシリコン膜上に照射させ、
該ポリシリコン膜の単結晶化を試みたところ、波
長515nm、照射パワー10W、走査速度８cm／秒の
とき、幅50μｍ、長さ２mmの粒状の大きな良質な
単結晶膜が形成できた。なお、このポリシリコン
膜の表面には、通常よくなされているように、あ
らかじめ厚さ150nm程度のSi3N4膜と、厚さ1μｍ
程度のPSG膜とからなる保護層を設け、また該
ポリシリコン膜と該基板との間には厚さ600nm程
度のSiO2からなる絶縁膜層を設けておいた。
より幅の大きな単結晶膜を得るには、照射パワ
ーをさらに大きくする必要がある。この場合、ビ
ーム形状成形器に用いられるマルチモード光フア
イバのコア径は、使用するレーザパワーに応じて
大きくしておくことが、ビーム形状成形器のレー
ザ損傷防防止等の観点から、望ましい。
ーをさらに大きくする必要がある。この場合、ビ
ーム形状成形器に用いられるマルチモード光フア
イバのコア径は、使用するレーザパワーに応じて
大きくしておくことが、ビーム形状成形器のレー
ザ損傷防防止等の観点から、望ましい。
以上述べたごとく、この考案によれば、結晶粒
の大きな良質な単結晶膜などを形成するのに適し
たビーム断面形状を有するレーザビームを簡便に
形成することができる。
の大きな良質な単結晶膜などを形成するのに適し
たビーム断面形状を有するレーザビームを簡便に
形成することができる。
第１図は、この考案の一実施例の構成を示す模
式図であり、第２図は、この考案を単結晶膜形成
に応用したときの単結晶膜形成過程の原理を示す
模式図である。 図において、１……マルチモード光フアイバ、
２……モードスクランブラ、３……出射端部のコ
ア形状、４……クラツド、５……入射端部のコア
形状、６……モードスクランブラ入射端面、１１
……試料基板面上に照射しているレーザビームの
形状、１２，１２′……くびれ部、１３……照射
位置移動方向、１４……メルト、１５，１５′…
…多結晶領域、１６……単結晶領域、１７……固
相−液相境界線である。
式図であり、第２図は、この考案を単結晶膜形成
に応用したときの単結晶膜形成過程の原理を示す
模式図である。 図において、１……マルチモード光フアイバ、
２……モードスクランブラ、３……出射端部のコ
ア形状、４……クラツド、５……入射端部のコア
形状、６……モードスクランブラ入射端面、１１
……試料基板面上に照射しているレーザビームの
形状、１２，１２′……くびれ部、１３……照射
位置移動方向、１４……メルト、１５，１５′…
…多結晶領域、１６……単結晶領域、１７……固
相−液相境界線である。
Claims (1)
- マルチモード光フアイバの一端にモードスクラ
ンブラを設け、かつ該光フアイバの他端部に、該
光フアイバの長手方向と垂直な断面のフアイバコ
ア形状にくびれが生じるように、該光フアイバの
長手方向に沿つて、２条のくぼみを相対向させて
フアイバコア上に形成したことを特徴とするビー
ム形状成形器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20005982U JPS59103773U (ja) | 1982-12-28 | 1982-12-28 | ビ−ム形状成形器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20005982U JPS59103773U (ja) | 1982-12-28 | 1982-12-28 | ビ−ム形状成形器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59103773U JPS59103773U (ja) | 1984-07-12 |
| JPH0235815Y2 true JPH0235815Y2 (ja) | 1990-09-28 |
Family
ID=30425591
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20005982U Granted JPS59103773U (ja) | 1982-12-28 | 1982-12-28 | ビ−ム形状成形器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59103773U (ja) |
-
1982
- 1982-12-28 JP JP20005982U patent/JPS59103773U/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59103773U (ja) | 1984-07-12 |
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