JPS61215927A - 複屈折測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、被測定試料の複屈折を測定する複屈折測定
装置に関するものである。

「従来の技術」 例えばＮｄをＹＡＧ結晶中にドープして得たＮｄ；ＹＡ
Ｇ結晶はレーザに使用されるが、このＮｄ；ＹＡＧ結晶
はその作成に際して結晶性の優れたものを得ることが要
求される。結晶作成に際しては結晶成長条件下において
、結晶成長に影響を及ぼす因子の変動、即ち温度変動、
原材融液の組成の分布変動、成長引上げ速度の変動が生
じたり、さらには原材融液の対流が生じたりすると、こ
れらにより作成される結晶の特性が大きな影響を受ける
。

このように結晶成長因子に変動が生じたり、原材融液の
対流が生じたりすると、特に生成される結晶の均一性に
悪影響が生じ生成結晶が不均一になることが多い。

結晶成長条件下での温度変動、原材融液の組成の分布変
動、成長引上げ速度の変動、或は原材融液の対流は作成
される結晶の不均一性、特に結晶成長時に発生するスト
ライエーションと呼ばれる成長縞に影響を及ぼすことが
知られている。例えば、Ｎｄ　；　Ｙ　Ａ　Ｇ結晶にお
いて、その結晶成長時にこの種の成長縞が発生すると、
Ｎｄ　；　Ｙ　Ａ　Ｇ結晶によりレーザを構成して使用
する際に散乱し、回折、複屈折による位相面の乱れや温
度分布の不均一などの障害を生ずる原因となるので、結
晶作成に際してはこの成長縞の発生を出来る限り低減さ
せることが必要である。

この種の成長縞の存在は、複屈折現象や格子歪などの現
象を通して定性的に観察可能なことは従来から知られて
いた。しかし、この成長縞の発生を定量的に観察し解析
することは未だ行われていない。

従来は、この成長縞の観察をＸ線トポグラフを用いたり
偏光顕微鏡を用いたりして行っていた。

Ｘ線トポグラフによる方法は感度が高いという利点はあ
るが、被測定試料を１００ｓｎ程度の薄板に形成しなく
てはならず、試料の調製が複雑である。

またＸ線トポグラフの方法では定量的な測定が難かしく
、さらに測定のための撮影に時間がかがるという欠点が
ある。一方偏光顕微鏡を用いる方法は手軽に行うことが
出来るという利点はあるが、光学的異方性の主軸の向き
により透過光強度が大きく変化するために、試料位置の
設定が難かしいという欠点がある。

これらの各方法による観察の欠点を考慮して複屈折現象
を定量性に測定し、これを通して成長縞の解析を行うこ
とが試みられている。この場合、複屈折光路差を測定す
ることにより複屈折現象を定量的に把握する方法として
は、例えばセナルモンの方法が提案されている。

第２図は従来提案されているセナルモンの方法の構成を
示すブロック図で、光源１１としては例えばＨｅ　−Ｎ
ｅレーザが用いられ、この光源１１かもの光ビームが偏
光子１２に入射される。偏光子１２では入射光ビームが
直線偏光され、この直線偏光された偏光子１２からの出
射光ビームが、被測定試料１３に入射される。第２図で
は図示していないが、実際には、偏光子１２からの出射
光ビームは、集束レンズにより直径が例えば５０〜７０
μｍの集束光として被測定試料の被測定面に入射される
。被測定試料１３は、透過光強度が最大になるように偏
光子１２に対して配設される。

被測定試料１３からの透過光は、被測定試料１３の複屈
折により楕円偏光となり、この楕円偏光が四分の一波長
板１４に入射されるように、四分の一波長板１４が配設
される。四分の一波長板１４は、光学的異方性の主軸が
偏光子１２と４５″の角度をなすように配設される。

四分の一波長板１４の軸と楕円偏光の楕円の主軸が一致
されて出射光は直線偏光とされ、この四分の一波長板１
４の後段に検光子工５が配設される。検光子１５は回転
可能に配設され、測定に際しては、検光子１５を回転し
、四分の一波長板１４から得られる透過光強度が最小と
なる位置を求め、この最小値が得られ次時の検光子１５
の回転角が測定される。

被測定試料１３の微小部分の測定を行う場合には、第２
図に示す測定系が顕微鏡に組み込まれた装置が使用され
る。

このセナルモンの方法では、直線偏光を用いているので
、被測定試料１３の位置設定を高精度で行うことが必要
である。この位置設定の精度が測定値の精度を大きく左
右する。さらにこのセナルモンの方法では、主軸方位の
変化する複屈折分布を有する被測定試料の測定を行う場
合には、さらに複雑な操作が必要となる。

「発明の解決すべき問題点」 この発明は前述の従来提案されている複屈折測定装置で
の難点を解決することを目的とする。このために、この
発明では円偏光を用いて被測定試料の複屈折を測定する
構成とし、被測定試料の複屈折のために円偏光が楕円偏
光に変換されることを利用して、光学的異方性の主軸に
無関係に被測定試料の複屈折を測定することが可能な複
屈折測定装置を提供する。

「発明の構成」 この発明では単色光光源が設けられ、この単色光光源か
らの光ビームが第１の直線偏光手段に入射され、入射光
ビームが第１の直線偏光手段により直線偏光される。円
偏光手段が設けられ、入射光ビームはこの円偏光手段に
より円偏光される。

このようにして円偏光手段により円偏光された光ビーム
が入射手段により、被測定試料の被測定領域に入射され
る。被測定試料の被測定領域に入射される円偏光された
光ビームは被測定試料を透過し、得られる透過光が第２
の直線偏光手段に入射されて、直線偏光とされる。この
第２の直線偏光手段により得られる直線偏光が第２の直
線偏光手段の後段に設けた検光子に入射され、その特定
の偏光成分が検光子により、被測定試料の複屈折に対応
した出力と１−で検出される。

このような構成のために、この発明によると光学的異方
性の主軸の向きによらず、被測定試料の結晶成長時に生
ずる成長縞の大きさが複屈折の大きさとして測定検出さ
れる。

「実施例」 以下この発明の複屈折測定装置をその実施例に基づき、
図面を使用して詳細に説明する。

第１図はこの発明の複屈折測定装置の実施例の構成を示
すブロック図で、単色光光源１１としては、例えばＨｅ
−Ｎｅレーザが使用され、単色光光源１１からの単色光
が反射鏡２１に入射され、反射鏡２１からの反射光がビ
ームスプリッタ２２に入射される。

ビームスプリッタ２２は入射光の一部を反射し、この反
射光は検出器２３に入射される。この検出器２３の出力
は参照信号とされ、この参照信号によって後述するよう
に測定値の電源変動の補償が行われる。反射鏡２１かも
の反射光の内、検出器２３に入射しない光透過光として
ビームスプリッタ２２を透過して反射鏡２４に入射され
、反射鏡２４での反射光が第１の直線偏光手段である偏
光子２５に入射される。

偏光子２５からの出射光は、四分の一波長板２６に入射
される。偏光子２５と四分の一波長板２６とで円偏光手
段が構成され、この円偏光手段により、反射鏡２４から
の入射光が円偏光に変換さ汰四分の一波長板２６から出
射光として得られる。

四分の一波長板２６かもの円偏光に変換された出射光は
、集束レンズ２７でビーム径が５μｍ程度の集束ビーム
とされ、この集束ビームが被測定試料１３の被測定領域
に入射光として供給される。

図示していないが入射手段が設けられ、この入射手段に
よって集束レンズ２７の出射光が被測定試料１３の所定
の被測定領域に入射される。この入射手段によって被測
定試料１３上の被測定領域において、集束ビームの入射
位置を順次変化させることが出来るように構成されてい
る。

被測定試料１３の被測定領域の所定位置に入射した円偏
光は被測定試料１３を透過し、被測定試料１３の複屈折
のために楕円偏光に変換されて被測定試料１３から出射
される。被測定試料１３の出射光側に、第２の直線偏光
手段としての四分の一波長板２８が設けられ、この四分
の一波長板２８に被測定試料１３を透過した出射光が入
射され、四分の一波長板２８により直線偏光とされる。

この四分の一波長板２８の出射光が四分の一波長板の後
段に設けた検光子２９に入射される。この検光子２９の
偏光面は四分の一波長板２８の光学的異方性の主軸と４
５度傾いた偏光面を有するように配置構成されている。

検光子２９よりの出射光が検光子２９の後段に配設され
た検出器３０に入射され、検出器３０によって出射光強
度が測定される。

検光子２９の透過光強度をＩ、複屈折光路差をΔ、装置
の透過率をγ、入射光強度をＩｏとして、検光子２９の
透過光強度工は次式で与えられる。

゛　　　Δ Ｉ−γＩｏｓｔｎ２（２）　　１°°１°°°°°°゛
°°”°°°°°°°°０３°　（１）（１）式で複屈
折光路差Δは、異常光と正常光との複屈折率差をΔｎ、
試料の厚みをｄ、光源の波長をλとして（２）式で与え
られる。

Δ＝２πｄΔｎ／λ　曲・・曲間・・凹曲・・曲（２）
一方、被測定試料からの出射光の検光子による透過光が
消米位の状態において、検光子をθだけ回転させた時に
得られる透過光強度を■θとすると、次式が得られる。

工ｏ＝γＩ　ｏ　５ｉｎ２θ　・・・・・・・・・・・
・・・・曲・・間開・１３）従って、（１）式及び（２
）式より、Ｉ＝Ｉθとなるθを求めると、複屈折光路差
ΔがΔ＝２０として得られることになる。このようにし
て、複屈折光路差Δが検光子２９０回転角θを測定する
ことにより得られる。

実施例においては図示していないが、検出器３゜の出力
が検出器２３の出力で割算演算され、単色光光源１１の
出力の変動の影響が除去された演算値が得られるように
構成される。

第３図はこの発明の複屈折測定装置による複屈折率差Δ
ｎの測定例である。この場合Ｎｄ　；　Ｙ　Ａ　Ｇ結晶
を被測定試料とし、第６図に示す被測定試料１３の引上
げ方向における各測定点ａ、ｂ、ｃ・・曲に対して、そ
れぞれ複屈折率差Δｎを測定した。被測定試料１３は第
６図に示すように成長引上げ方向に面方位（１１０）で
厚みがは’；１ｍｍの長方形薄板状に切り出され、鏡面
仕上げされ、この薄板のはソ中夫に基準点０が設定され
、この基準点から等間隔で各測定点ａ、ｂ、ｃ・・・・
・・が設定された。

第１図では図示していないが、入射手段により被測定試
料１３上の被測定領域に対して円偏光入射光が入射され
、この入射手段によって、被測定試料１３上の被測定領
域における入射光の入射点が遂次ａ、ｂ、ｃ・・・・・
・と入射位置を変化させることが可能である。それぞれ
の測定位置ａ、ｂ、ｃ・・・・・・での被測定試料１３
からの出射光が四分の一波長板２８に入射される。被測
定試料１３の結晶成長時に生ずる成長縞に基づく複屈折
のために、被測定試料１３かもの出射光は楕円偏光とな
っている。

この被測定試料１３から得られる楕円偏光が、第２の直
線偏光手段を構成する四分の一波長板２８に入射され、
検光子２９でその直線偏光の特定の偏光成分が検出され
る。

入射手段により被測定領域における入射点が変化され、
被測定試料１３の各測定位置における複屈折率差Δｎの
分布状態が精度よく迅速に測定することが出来る。

この発明の複屈折測定装置で測定して得られた複屈折率
差Δｎに対する発明者等による解析の結果、この複屈折
率差Δｎの変動には、周期の異なる２種の変動の傾向が
あることが明らかにされた。

第１の変動は周期が２３１±０．３時間という長周期の
変動であり、被測定試料上では１．４±０．２　ｍｍの
距離に対応した周期を有している。この長周期の振幅は
、複屈折率差Δｎで０．５　Ｘ　１０”−’〜１．３Ｘ
１０″である。この長周期の変動は、被測定試料の測定
位置には依存せず、はソ一定の状態で繰り返し発生して
いる。

発明者等の検討の結果、この長周期の変動は、ヒーター
パワーの設定値の変更と対応付けられることが確認され
た。

第５図は被測定試料の結晶成長時の各時間におρ けるヒーターの設定電力値Ｐ（ｍｖ）を測定したもので
ある。第５図中に記入したａ、ｂ、ｃ・・・・・・は、
第３図に記入されている被測定試料の測定点にそれぞれ
対応している。第５図と対応して明らかなように、周期
が２．１±０．３時間の成長縞に対応する変動は、設定
電力値Ｐ（ｍｖ）の変更に応じて生じていることが明ら
かである。

また第３図で得られる複屈折率差Δｎの変動には、周期
がはソ８〜１６（分）の短周期のものが存在する。第４
図（Ａｔ（１３）は、それぞれ第３図におけるｆ及びｅ
点部分の複屈折率差Δｎの変化の状態を時間軸方向に拡
大して示したものである。この短周期の複屈折率差Δｎ
の変動の振幅は、複屈折率差Δｎで０．２　Ｘ　１０　
〜０．５　Ｘ　１０である。またこの短周期の複屈折率
差Δｎの変動は、被測定試料上の位置により大きく変化
している。

発明者等の実測の結果、この短周期の複屈折率差Δｎの
変動は、るつぼ底温度の温度の変動とはソ対応している
ことが明らかにされた。即ち、この短周期の複屈折率差
Δｎの変動は、るつぼ内の原材融液の対流により生ずる
固液界面の温度勾配のふらつきに起因すると考えられる
。

この発明の複屈折測定装置では、円偏光を使用すること
により、光学的異方性の主軸に無関係に複屈折率差の定
量測定を行うことが出来る。被測定試料の試料調製が簡
単であり、高精度の測定結果が得られる。また被測定試
料１３を取り除いた状態で、検光子２９より得られる基
準出力を予め測定しておくことにより、この基準出力に
よる較正を行うことにより、複屈折率差の絶対値の測定
を行うことも出来る。

従って、溶融引上げ法で作成した例えばＮｄ　；　ＹＡ
Ｇ結晶を被測定試料とし、その引上げ時に形成される成
長縞忙より生ずる複屈折率差の測定を行うことにより成
長縞の定量分析が可能となる。測定に際しては、検光子
２９を高い精度で回転させることが不用であり、測定操
作が従来のものに比して簡単に行われる。

実施例においては、Ｎｄ　；　Ｙ　Ａ　Ｇ結晶を被測定
試料としてその複屈折を測定した場合について説明した
が、この発明により他の各種の被測定試料、特にガリウ
ムヒ素、シリコンなどの半導体や酸化物結晶中の複屈折
を測定して不均一性に対しての定量解析を行うことが可
能である。

「発明の効果」 以上詳細に説明したように、この発明の複屈折測定装置
は構成が簡単であり、測定に際して検光子を高精度で回
転させる必要がなく、測定操作も簡単に行われ、且つ被
測定試料に対しての高精度の複屈折測定を行うことが出
来る。

この発明により被測定試料の複屈折測定を行うことによ
り、被測定試料の結晶成長は生成する成長縞の解析を定
食的に行うことが可能となり、例えば被測定試料でレー
ザを構成する場合の散乱、回折、被屈折による位相面の
乱れや温度分布の不均一などの障害除去を完全に行うこ
とが可能となる。

成を示すブロック図、第２図はセナルモンの方法の構成
を示すブロック図、第３図はこの発明の複屈折測定装置
によるＮｄ　；　Ｙ　Ａ　Ｇ結晶の屈折率差の測定結果
を示す図、第４図（Ａｌ（Ｂｌは、それぞれ第３図中の
ｆ及びｅ部分を示す拡大図、第５図は第３図の測定に対
応するヒーターの設定電力値を示す図、第６図（Ａ）（
Ｂ）は第３図及び第４図（Ａ）（Ｂ）の測定に供された
被測定試料の切り出し状態を示す図である。

１１：光源、１２：偏光子、１３：被測定試料、１４７
四分の一波長板、１５：検光子、２１゜２４；反射鏡、
２２：ビームスプリッタ、２５：偏光子、２６：四分の
一波長板、２７：集束レンズ、２８：四分の一波長板、
２９：検光子、３０：検出器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）単色光光源と、この単色光光源からの光ビームを
   直線偏光する第１の直線偏光手段と、この第１の直線偏
   光手段で直線偏光された光ビームを円偏向する円偏光手
   段と、この円偏光手段で円偏光された光ビームを被測定
   試料に入射する入射手段と、前記被測定試料からの透過
   光を直線偏光する第２の直線偏光手段と、この第２の直
   線偏光手段で得られる直線偏光の特定の偏光成分を検出
   し、前記被測定試料の複屈折に対応した出力を得る検光
   子とを有することを特徴とする複屈折測定装置。