JPH0210373B2 - - Google Patents
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- JPH0210373B2 JPH0210373B2 JP670681A JP670681A JPH0210373B2 JP H0210373 B2 JPH0210373 B2 JP H0210373B2 JP 670681 A JP670681 A JP 670681A JP 670681 A JP670681 A JP 670681A JP H0210373 B2 JPH0210373 B2 JP H0210373B2
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- compound semiconductor
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、レーザ光ビームの導波光強度の変
化を測定することにより化合物半導体薄膜の光学
定数（屈折率、吸収速度）を決定する方法とこれ
に用いる装置に関する。
化を測定することにより化合物半導体薄膜の光学
定数（屈折率、吸収速度）を決定する方法とこれ
に用いる装置に関する。
化合物半導体薄膜の光学定数を決定するには、
従来は偏光解析法による装置を用いて行つていた
が、この装置は複雑であり且つ高価であるという
欠点があり、また面倒な演算を要するという欠点
があつた。
従来は偏光解析法による装置を用いて行つていた
が、この装置は複雑であり且つ高価であるという
欠点があり、また面倒な演算を要するという欠点
があつた。
そこでこの発明は、従来の化合物半導体薄膜の
光学定数決定における前記欠点を除去するもので
あり、その目的は、化合物半導体薄膜の光学定数
を決定する簡単な方法を得ることにあり、またそ
の目的は、前記決定のための簡単且つ安価な装置
を得ることにある。
光学定数決定における前記欠点を除去するもので
あり、その目的は、化合物半導体薄膜の光学定数
を決定する簡単な方法を得ることにあり、またそ
の目的は、前記決定のための簡単且つ安価な装置
を得ることにある。
化合物半導体薄膜の光学定数の決定方法の発明
では、低屈折率の透光性基板上に、レーザ光ビー
ムを導波し伝搬させて出力する透光性薄膜光導波
路を設置し、前記透光性薄膜光導波路におけるレ
ーザ光ビームの伝搬方向に対して交差する方向に
厚みが連続的に変化する化合物半導体薄膜を当該
透光性薄膜光導波路上に配置した状態で、前記透
光性薄膜光導波路にレーザ光ビームを導波する。
このとき前記透光性薄膜光導波路を伝搬するレー
ザ光ビームと前記化合物半導体薄膜とを、レーザ
光ビームの伝搬方向に対して交差する方向に相対
的に移動させる。このときの透光性薄膜光導波路
から出力されたレーザ光ビームの導波光強度の変
化を測定し、この導波光強度の測定結果から透光
性導波路の伝搬定数と一致する伝搬定数となる前
記化合物半導体薄膜の特定膜厚を検出し、この特
定膜厚をもとに前記透光性基板と前記透光性薄膜
光導波路の既知屈折率および該透光性薄膜光導波
路の厚さを関係づける導波光の伝搬関係式より屈
折率を決定し、且つ前記特定膜厚における導波光
強度測定結果および前記屈折率をもとに前記伝搬
関係式に基づく複素伝搬関係式より吸収係数を決
定する。
では、低屈折率の透光性基板上に、レーザ光ビー
ムを導波し伝搬させて出力する透光性薄膜光導波
路を設置し、前記透光性薄膜光導波路におけるレ
ーザ光ビームの伝搬方向に対して交差する方向に
厚みが連続的に変化する化合物半導体薄膜を当該
透光性薄膜光導波路上に配置した状態で、前記透
光性薄膜光導波路にレーザ光ビームを導波する。
このとき前記透光性薄膜光導波路を伝搬するレー
ザ光ビームと前記化合物半導体薄膜とを、レーザ
光ビームの伝搬方向に対して交差する方向に相対
的に移動させる。このときの透光性薄膜光導波路
から出力されたレーザ光ビームの導波光強度の変
化を測定し、この導波光強度の測定結果から透光
性導波路の伝搬定数と一致する伝搬定数となる前
記化合物半導体薄膜の特定膜厚を検出し、この特
定膜厚をもとに前記透光性基板と前記透光性薄膜
光導波路の既知屈折率および該透光性薄膜光導波
路の厚さを関係づける導波光の伝搬関係式より屈
折率を決定し、且つ前記特定膜厚における導波光
強度測定結果および前記屈折率をもとに前記伝搬
関係式に基づく複素伝搬関係式より吸収係数を決
定する。
また、前記方法の発明の実施に直接使用する装
置の発明は、レーザ光ビームを発射するレーザガ
ンと、表面に被測定物である化合物半導体薄膜が
載置され且つ前記レーザガンにより発射されるレ
ーザ光ビームが導波されて前記化合物半導体薄膜
の載置部を経て伝搬され、前記化合物半導体薄膜
の膜厚に応じて前記レーザ光ビームの導波光強度
が変化する透光性薄膜光導波路と、この透光性薄
膜光導波路を載置した低屈折率の透光性基板と、
前記透光性薄膜光導波路の上面における前記化合
物半導体薄膜の前に配置されて前記レーザガンか
らのレーザ光ビームを前記透光性薄膜光導波路に
導波させるカツプリングプリズム等の入力結合器
と、前記透光性薄膜光導波路内の上面における前
記化合物半導体薄膜の後に配置されて前記透光性
薄膜光導波路内を導波されたレーザ光ビームを取
り出すデカツプリングプリズム等の出力結合器
と、この出力結合器により取り出したレーザ光ビ
ームの導波光強度を検知する検知器と、この検知
器に接続されて前記レーザ光ビームの導波光強度
の変化を記録するレコーダとからなり、前記透光
性薄膜光導波路を化合物半導体薄膜を載置状態で
レーザ光ビーム伝搬路と交差する方向に移動可能
にしたものである。
置の発明は、レーザ光ビームを発射するレーザガ
ンと、表面に被測定物である化合物半導体薄膜が
載置され且つ前記レーザガンにより発射されるレ
ーザ光ビームが導波されて前記化合物半導体薄膜
の載置部を経て伝搬され、前記化合物半導体薄膜
の膜厚に応じて前記レーザ光ビームの導波光強度
が変化する透光性薄膜光導波路と、この透光性薄
膜光導波路を載置した低屈折率の透光性基板と、
前記透光性薄膜光導波路の上面における前記化合
物半導体薄膜の前に配置されて前記レーザガンか
らのレーザ光ビームを前記透光性薄膜光導波路に
導波させるカツプリングプリズム等の入力結合器
と、前記透光性薄膜光導波路内の上面における前
記化合物半導体薄膜の後に配置されて前記透光性
薄膜光導波路内を導波されたレーザ光ビームを取
り出すデカツプリングプリズム等の出力結合器
と、この出力結合器により取り出したレーザ光ビ
ームの導波光強度を検知する検知器と、この検知
器に接続されて前記レーザ光ビームの導波光強度
の変化を記録するレコーダとからなり、前記透光
性薄膜光導波路を化合物半導体薄膜を載置状態で
レーザ光ビーム伝搬路と交差する方向に移動可能
にしたものである。
透光性薄膜光導波路内ではレーザ光ビームが全
反射により伝搬され、化合物半導体薄膜に至つて
そのレーザ光ビームの一部が化合物半導体薄膜に
吸収され、且つここから透光性薄膜光導波路をさ
らに伝搬されるレーザ光ビームの導波光強度が減
衰されて透光性薄膜光導波路から出力される。こ
のとき、レーザ光ビームと前記化合物半導体薄膜
とを、レーザ光ビームの伝搬方向に対して交差す
る方向に相対的に移動させると、レーザ光ビーム
に対して化合物半導体薄膜の厚みが変化して、前
記出力されるレーザ光ビームの導波光強度が変化
する。そこでこのレーザ光ビームの導波光強度の
変化を測定し、この測定結果から透光性導波路の
伝搬定数と一致する伝搬定数となる化合物半導体
薄膜の特定の膜厚を検出し、この特定膜厚を、透
光性基板と前記透光性薄膜光導波路の既知屈折率
および該透光性薄膜光導波路の厚さを関係づける
導波光の伝搬関係式に代入することにより、化合
物半導体薄膜の複素屈折率（広義の屈折率）にお
ける実数部（狭義の屈折率）を決定する。また、
前記導波光強度の測定結果から伝搬定数の虚数部
を算出し、この伝搬定数の虚数部、前記屈折率、
特定膜厚を前記導波光の伝搬関係式に基づく複素
伝搬関係式に代入することにより、化合物半導体
薄膜の複素屈折率の虚数部（狭義の吸収係数）を
決定する。
反射により伝搬され、化合物半導体薄膜に至つて
そのレーザ光ビームの一部が化合物半導体薄膜に
吸収され、且つここから透光性薄膜光導波路をさ
らに伝搬されるレーザ光ビームの導波光強度が減
衰されて透光性薄膜光導波路から出力される。こ
のとき、レーザ光ビームと前記化合物半導体薄膜
とを、レーザ光ビームの伝搬方向に対して交差す
る方向に相対的に移動させると、レーザ光ビーム
に対して化合物半導体薄膜の厚みが変化して、前
記出力されるレーザ光ビームの導波光強度が変化
する。そこでこのレーザ光ビームの導波光強度の
変化を測定し、この測定結果から透光性導波路の
伝搬定数と一致する伝搬定数となる化合物半導体
薄膜の特定の膜厚を検出し、この特定膜厚を、透
光性基板と前記透光性薄膜光導波路の既知屈折率
および該透光性薄膜光導波路の厚さを関係づける
導波光の伝搬関係式に代入することにより、化合
物半導体薄膜の複素屈折率（広義の屈折率）にお
ける実数部（狭義の屈折率）を決定する。また、
前記導波光強度の測定結果から伝搬定数の虚数部
を算出し、この伝搬定数の虚数部、前記屈折率、
特定膜厚を前記導波光の伝搬関係式に基づく複素
伝搬関係式に代入することにより、化合物半導体
薄膜の複素屈折率の虚数部（狭義の吸収係数）を
決定する。
前記装置の発明では、レーザガンから発射され
るレーザ光ビームを入力結合器により透光性薄膜
光導波路に導波させ、また透光性薄膜光導波路内
から出力結合器により前記レーザ光ビームを検知
器に出力し、その波形をレコーダに記録する。透
光性薄膜光導波路は化合物半導体薄膜を載置状態
でレーザ光ビームと交差する方向に移動されるか
ら、レーザ光ビーム伝搬路を移動する必要はな
い。このため、レーザガンや検知器を移動させる
必要がない。
るレーザ光ビームを入力結合器により透光性薄膜
光導波路に導波させ、また透光性薄膜光導波路内
から出力結合器により前記レーザ光ビームを検知
器に出力し、その波形をレコーダに記録する。透
光性薄膜光導波路は化合物半導体薄膜を載置状態
でレーザ光ビームと交差する方向に移動されるか
ら、レーザ光ビーム伝搬路を移動する必要はな
い。このため、レーザガンや検知器を移動させる
必要がない。
以下にこの発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
する。
第１図には前記装置の発明の概略斜視図が示さ
れている。ここでＧはレーザガンであり、そのレ
ーザ光ビームの発射される先に平面鏡体１が設け
られ、レーザ光ビームはその平面鏡体１で図中破
線のように反射して前記破線に続く実線のように
放射される。このレーザ光ビームは、その光軸上
に設けられた偏光板２を経てTE波となり後述の
カツプリングプリズム３に至り、ここで透光性薄
膜光導波路４に導波される。
れている。ここでＧはレーザガンであり、そのレ
ーザ光ビームの発射される先に平面鏡体１が設け
られ、レーザ光ビームはその平面鏡体１で図中破
線のように反射して前記破線に続く実線のように
放射される。このレーザ光ビームは、その光軸上
に設けられた偏光板２を経てTE波となり後述の
カツプリングプリズム３に至り、ここで透光性薄
膜光導波路４に導波される。
透光性薄膜光導波路４は、石英又は低屈折率の
ガラスでなる透光性基板５の上面に重ねるように
して載置されたガラス製の薄膜状体である。この
透光性薄膜光導波路４上にカツプリングプリズム
３が載置され、このカツプリングプリズム３によ
り、前記偏光板２を経たレーザ光ビームが屈折さ
れて透光性薄膜光導波路４内に導波される。
ガラスでなる透光性基板５の上面に重ねるように
して載置されたガラス製の薄膜状体である。この
透光性薄膜光導波路４上にカツプリングプリズム
３が載置され、このカツプリングプリズム３によ
り、前記偏光板２を経たレーザ光ビームが屈折さ
れて透光性薄膜光導波路４内に導波される。
透光性薄膜光導波路４におけるレーザ光ビーム
の伝搬路先方には、透光性薄膜光導波路４内から
レーザ光ビームを出力させるデカツプリングプリ
ズム７が透光性薄膜光導波路４上面に載置され
て、透光性薄膜光導波路４内を伝搬した前記レー
ザ光ビームがこれにより取り出され、この出力レ
ーザ光ビームはこの実施例ではフオトダイオード
からなる検知器８に導波される。この検知器８は
到達したレーザ光ビームの導波光強度の変化を
経時的に検知するものであつて、これに接続され
るペンレコーダ９において前記導波光強度の変化
を記録する。
の伝搬路先方には、透光性薄膜光導波路４内から
レーザ光ビームを出力させるデカツプリングプリ
ズム７が透光性薄膜光導波路４上面に載置され
て、透光性薄膜光導波路４内を伝搬した前記レー
ザ光ビームがこれにより取り出され、この出力レ
ーザ光ビームはこの実施例ではフオトダイオード
からなる検知器８に導波される。この検知器８は
到達したレーザ光ビームの導波光強度の変化を
経時的に検知するものであつて、これに接続され
るペンレコーダ９において前記導波光強度の変化
を記録する。
前記透光性薄膜光導波路４上面には、透光性薄
膜光導波路４におけるレーザ光ビーム伝搬路の上
であつて両プリズム３，７間に、被測定物である
化合物半導体薄膜６が載置される。化合物半導体
薄膜６としてはこの実施例では―族に属する
ものを用い、上面が斜面をなしていることにより
レーザ光ビーム伝搬方向に対して直角方向に連続
して厚みが変化している。さらに分り易く表現す
れば、化合物半導体薄膜６はレーザ光ビームの伝
搬方向から見て底辺が透光性薄膜光導波路４に接
し且つ上辺が傾斜していて、例えば直角三角形の
一辺が透光性薄膜光導波路４上面に接する形態を
なす。上面の傾斜角度は第１図では理解し易いよ
うに誇張して表現しているが、実際には後述する
第２図のグラフに示されるように小さいものとな
つている。
膜光導波路４におけるレーザ光ビーム伝搬路の上
であつて両プリズム３，７間に、被測定物である
化合物半導体薄膜６が載置される。化合物半導体
薄膜６としてはこの実施例では―族に属する
ものを用い、上面が斜面をなしていることにより
レーザ光ビーム伝搬方向に対して直角方向に連続
して厚みが変化している。さらに分り易く表現す
れば、化合物半導体薄膜６はレーザ光ビームの伝
搬方向から見て底辺が透光性薄膜光導波路４に接
し且つ上辺が傾斜していて、例えば直角三角形の
一辺が透光性薄膜光導波路４上面に接する形態を
なす。上面の傾斜角度は第１図では理解し易いよ
うに誇張して表現しているが、実際には後述する
第２図のグラフに示されるように小さいものとな
つている。
前記の装置を用い、両プリズム３，７間に前記
化合物半導体薄膜６を配置した状態で、方法の発
明の実施例を次に説明する。
化合物半導体薄膜６を配置した状態で、方法の発
明の実施例を次に説明する。
すなわち、カツプリングプリズム３を介して透
光性薄膜光導波路４に導波されたレーザ光ビーム
は、透光性薄膜光導波路４と透光性基板５及び雰
囲気の屈折率及び透光性薄膜光導波路４の厚さに
対応した定数をもつて透光性薄膜光導波路４内を
伝搬する。このときレーザ光ビームは第５図に示
す３つの領域，，を伝搬していく（第５図
は第１図と左右逆に示しており、レーザ光ビーム
は左から右に伝搬される。）。領域はカツプリン
グプリズム３から、化合物半導体薄膜６までの領
域、領域は化合物半導体薄膜６の幅寸法内の領
域、領域は化合物半導体薄膜６からデカツプリ
ングプリズム７までの領域である。領域及び領
域におけるレーザ光ビームの伝搬定数β0は、よ
く知られた分散関係式から求められる。
光性薄膜光導波路４に導波されたレーザ光ビーム
は、透光性薄膜光導波路４と透光性基板５及び雰
囲気の屈折率及び透光性薄膜光導波路４の厚さに
対応した定数をもつて透光性薄膜光導波路４内を
伝搬する。このときレーザ光ビームは第５図に示
す３つの領域，，を伝搬していく（第５図
は第１図と左右逆に示しており、レーザ光ビーム
は左から右に伝搬される。）。領域はカツプリン
グプリズム３から、化合物半導体薄膜６までの領
域、領域は化合物半導体薄膜６の幅寸法内の領
域、領域は化合物半導体薄膜６からデカツプリ
ングプリズム７までの領域である。領域及び領
域におけるレーザ光ビームの伝搬定数β0は、よ
く知られた分散関係式から求められる。
領域における伝搬定数は、一般には前記伝搬
定数β0には一致せず、放射などによつて領域か
らの伝搬光はスムーズに領域を通過できない。
しかし伝搬定数がβ0に一致する化合物半導体薄膜
６の特定の膜厚においてはスムーズな光導波が行
われる。このβ0に対応する特定の膜厚は、領域
の構造において、別記の分散関係式(1)を用いて求
められる。
定数β0には一致せず、放射などによつて領域か
らの伝搬光はスムーズに領域を通過できない。
しかし伝搬定数がβ0に一致する化合物半導体薄膜
６の特定の膜厚においてはスムーズな光導波が行
われる。このβ0に対応する特定の膜厚は、領域
の構造において、別記の分散関係式(1)を用いて求
められる。
また、化合物半導体薄膜６自体が光学的吸収を
示す場合は、化合物半導体薄膜６の屈折率n2が複
素屈折率となるわけで、伝搬定数も複素数（β＝
β′−jβ″）を導入する。
示す場合は、化合物半導体薄膜６の屈折率n2が複
素屈折率となるわけで、伝搬定数も複素数（β＝
β′−jβ″）を導入する。
（TE波）
（λ0λ2 2＋λ2 1λ3）sin（λ2W）sin（λ1d）
−λ1（λ0λ3−λ2 2）sin（λ2W）cos（λ1d）
−λ2（λ0λ3−λ2 1）cos（λ2W）sin（λ1d）
−λ1λ2（λ0＋λ3）cos（λ2W）cos（λ1d）＝０
……(1) 但し、 λ2 0＝β2−（k0n0）2 λ2 1＝（k0n1）2−β2 λ2 2＝（k0n2）2−β2 λ2 2＝β2−（k0n3）2 n2＝n′2−ｊ（α／2k0）；化合物半導体薄膜６の
屈折率 β；伝搬定数（β＝β′−jβ″） k0；真空中の波数 α；吸収係数 n0；透光性基板５の屈折率 n1；透光性薄膜光導波路４の屈折率 n3；雰囲気の屈折率 Ｗ；透光性薄膜光導波路４の厚み λ0〜λ3；各伝搬路中のレーザ光ビーム位相定数 である。
……(1) 但し、 λ2 0＝β2−（k0n0）2 λ2 1＝（k0n1）2−β2 λ2 2＝（k0n2）2−β2 λ2 2＝β2−（k0n3）2 n2＝n′2−ｊ（α／2k0）；化合物半導体薄膜６の
屈折率 β；伝搬定数（β＝β′−jβ″） k0；真空中の波数 α；吸収係数 n0；透光性基板５の屈折率 n1；透光性薄膜光導波路４の屈折率 n3；雰囲気の屈折率 Ｗ；透光性薄膜光導波路４の厚み λ0〜λ3；各伝搬路中のレーザ光ビーム位相定数 である。
さて、化合物半導体薄膜の特定の膜厚d1，d2，
d3…dnにおいては、領域の伝搬定数がβ0に一致
するため、スムーズな伝搬が行われる。このよう
な化合物半導体薄膜６の膜厚が同期膜厚である。
d3…dnにおいては、領域の伝搬定数がβ0に一致
するため、スムーズな伝搬が行われる。このよう
な化合物半導体薄膜６の膜厚が同期膜厚である。
そこで、レーザ光ビームに対して直角の水平方
向に、化合物半導体薄膜６を載置状態の透光性薄
膜光導波路４を透光性基板５とともに一定速度で
移動させることにより、化合物半導体薄膜６の膜
厚を連続的に変化させると、前記同期膜厚dsと同
期しない膜厚との周期に対応してレコーダ９に導
波光強度の変化による波形が記録され、この波形
は第１図に示すように前記領域において化合物
半導体薄膜６が存在しないときには、透光性薄膜
光導波路４の伝搬定数β0に応じた導波光強度0
となり、この状態から化合物半導体薄膜６の膜厚
ｄが増加するに従つて導波光強度が減少し、そ
の後極小値をとつた後上昇して同期膜厚で極大値
1をとり、その後同様に極小値を狭んで同期膜
厚で極大値2……をとる減衰振動曲線となる。
この波形自体は化合物半導体薄膜６の複素屈折率
n2の実数部となる屈折率n2′を表し、各ピークは
同期膜厚位置を表し、各ピークを結ぶ包絡線（第
１図では表されていない）が化合物半導体薄膜６
の複素屈折率n2の虚数部となる吸収係数を表す。
向に、化合物半導体薄膜６を載置状態の透光性薄
膜光導波路４を透光性基板５とともに一定速度で
移動させることにより、化合物半導体薄膜６の膜
厚を連続的に変化させると、前記同期膜厚dsと同
期しない膜厚との周期に対応してレコーダ９に導
波光強度の変化による波形が記録され、この波形
は第１図に示すように前記領域において化合物
半導体薄膜６が存在しないときには、透光性薄膜
光導波路４の伝搬定数β0に応じた導波光強度0
となり、この状態から化合物半導体薄膜６の膜厚
ｄが増加するに従つて導波光強度が減少し、そ
の後極小値をとつた後上昇して同期膜厚で極大値
1をとり、その後同様に極小値を狭んで同期膜
厚で極大値2……をとる減衰振動曲線となる。
この波形自体は化合物半導体薄膜６の複素屈折率
n2の実数部となる屈折率n2′を表し、各ピークは
同期膜厚位置を表し、各ピークを結ぶ包絡線（第
１図では表されていない）が化合物半導体薄膜６
の複素屈折率n2の虚数部となる吸収係数を表す。
したがつて、予め例えば干渉膜厚計によつて化
合物半導体薄膜６のレーザ光ビームに対して直角
の水平方向の位置Ｄおよび膜厚ｄの関係を測定し
ておき、これと前記レコーダ９に記録された減衰
振動曲線および化合物半導体薄膜６の水平方向の
位置Ｄとからレーザ光ビームの導波光強度と化
合物半導体薄膜６の膜厚ｄとの関係を把握するこ
とができ、導波光強度が極大値を示すときの化
合物半導体薄膜６の膜厚を同期膜厚dsとして決定
することができる。
合物半導体薄膜６のレーザ光ビームに対して直角
の水平方向の位置Ｄおよび膜厚ｄの関係を測定し
ておき、これと前記レコーダ９に記録された減衰
振動曲線および化合物半導体薄膜６の水平方向の
位置Ｄとからレーザ光ビームの導波光強度と化
合物半導体薄膜６の膜厚ｄとの関係を把握するこ
とができ、導波光強度が極大値を示すときの化
合物半導体薄膜６の膜厚を同期膜厚dsとして決定
することができる。
そして、前記領域における伝搬定数βは化合
物半導体薄膜６が存在しない位置即ちｄ＝０の位
置では、領域及びと同一のβ0であり、さらに
同期膜厚dsでも伝搬定数βが伝搬定数β0に一致す
るので、化合物半導体薄膜６の膜厚ｄと伝搬定数
βの実数部β′を真空中の波数k0（＝2π／λ）で除
した値β′／k0との関係は、第２図に示すように表
すことができる。この第２図において、d1〜d4は
同期膜厚を示し、この測定例ではd1は約0.17μｍ
付近、d2は約0.34μｍ付近、d3は約0.51μｍ付近、
d4は約0.68μｍ付近となつている。また、ｍ＝１
〜ｍ＝４はモードの次数であつて、前述した減衰
振動曲線の極大値を含む極小値間を１つのモード
として表している。
物半導体薄膜６が存在しない位置即ちｄ＝０の位
置では、領域及びと同一のβ0であり、さらに
同期膜厚dsでも伝搬定数βが伝搬定数β0に一致す
るので、化合物半導体薄膜６の膜厚ｄと伝搬定数
βの実数部β′を真空中の波数k0（＝2π／λ）で除
した値β′／k0との関係は、第２図に示すように表
すことができる。この第２図において、d1〜d4は
同期膜厚を示し、この測定例ではd1は約0.17μｍ
付近、d2は約0.34μｍ付近、d3は約0.51μｍ付近、
d4は約0.68μｍ付近となつている。また、ｍ＝１
〜ｍ＝４はモードの次数であつて、前述した減衰
振動曲線の極大値を含む極小値間を１つのモード
として表している。
このようにして、同期膜厚d1〜d4が決定される
と、これら同期膜厚d1〜d4と伝搬定数β0と、既知
の定数k0，n0，n1，n3，Ｗを前記(1)式に代入して
演算することにより、複素屈折率n2の実数部
n2′（以下単に屈折率と称す）を算出することがで
きる。
と、これら同期膜厚d1〜d4と伝搬定数β0と、既知
の定数k0，n0，n1，n3，Ｗを前記(1)式に代入して
演算することにより、複素屈折率n2の実数部
n2′（以下単に屈折率と称す）を算出することがで
きる。
この場合の屈折率n2′の算出は、予めβ0，k0，
n0，n1，n3，Ｗを前記(1)式に代入して膜厚ｄと屈
折率n2′との関係を演算して第３図に示すように
グラフとして表しておくことにより、前述したよ
うにして同期膜厚d1〜d4を決定したときに、これ
ら同期膜厚d1〜d4を第３図の縦軸に当てはめ、こ
れと各モードを示す曲線との交点から横軸に対す
る垂線をおろすことで、直接屈折率n2′を読むこ
とができる。
n0，n1，n3，Ｗを前記(1)式に代入して膜厚ｄと屈
折率n2′との関係を演算して第３図に示すように
グラフとして表しておくことにより、前述したよ
うにして同期膜厚d1〜d4を決定したときに、これ
ら同期膜厚d1〜d4を第３図の縦軸に当てはめ、こ
れと各モードを示す曲線との交点から横軸に対す
る垂線をおろすことで、直接屈折率n2′を読むこ
とができる。
一方、吸収係数αを求めるには、予め前記(1)式
において伝搬定数β及び屈折率n2を複素数（n2＝
n2′−ｊ（α／2k0），β＝β′−jβ″）としたときの
複
素分散関係式を用いて、これに前述した既知の定
数とを代入し、且つ同期膜厚dsと屈折率n2′をパ
ラメータとして伝搬定数βの虚数部β″を真空中の
波数k0で除した値β″／k0と吸収係数αとの関係を
演算して、第４図に示すグラフを作成しておき、
前述したように決定された同期膜厚d1〜d4および
屈折率n2の実数部n2′によつて該当するグラフを
選択する。
において伝搬定数β及び屈折率n2を複素数（n2＝
n2′−ｊ（α／2k0），β＝β′−jβ″）としたときの
複
素分散関係式を用いて、これに前述した既知の定
数とを代入し、且つ同期膜厚dsと屈折率n2′をパ
ラメータとして伝搬定数βの虚数部β″を真空中の
波数k0で除した値β″／k0と吸収係数αとの関係を
演算して、第４図に示すグラフを作成しておき、
前述したように決定された同期膜厚d1〜d4および
屈折率n2の実数部n2′によつて該当するグラフを
選択する。
そして、領域に入射される光ビームの導波光
強度I0と領域を通過した後の導波光強度Ｉとの
関係は、領域の伝搬距離をＬとすると、下記(2)
式で表すことができる。
強度I0と領域を通過した後の導波光強度Ｉとの
関係は、領域の伝搬距離をＬとすると、下記(2)
式で表すことができる。
Ｉ＝I0×e-〓″L ……(2)
ここで、β″は伝搬定数βの虚数部である。
したがつて、レコーダ９の減衰振動曲線から領
域に入射される光ビームの導波光強度I0（化合
物半導体薄膜６が存在しない領域における導波光
強度）及び領域を通過した後の同期膜厚d1〜d4
での導波光強度I1〜I4を測定し、これを上記(2)式
に代入することにより、伝搬定数βの虚数部β″を
求めることができる。
域に入射される光ビームの導波光強度I0（化合
物半導体薄膜６が存在しない領域における導波光
強度）及び領域を通過した後の同期膜厚d1〜d4
での導波光強度I1〜I4を測定し、これを上記(2)式
に代入することにより、伝搬定数βの虚数部β″を
求めることができる。
そして、求めた伝搬定数βの虚数部β″を真空中
の波数k0で除してβ″／k0を算出し、この値を選択
された第４図に示すグラフの横軸に当てはめ、こ
れとTE波を表す実線図示の直線との交点から縦
軸に対する垂線を引くことにより吸収係数αを求
めることができる。
の波数k0で除してβ″／k0を算出し、この値を選択
された第４図に示すグラフの横軸に当てはめ、こ
れとTE波を表す実線図示の直線との交点から縦
軸に対する垂線を引くことにより吸収係数αを求
めることができる。
なお、吸収係数αを求めるには、一々第４図に
対応するグラフを作成する必要はなく、前記(1)式
において、伝搬定数β及び屈折率n2を複素数とし
たときの複素分散関係式を用い、これに前述した
既知の定数、屈折率n2の実数部n2′、伝搬定数β0
及び伝搬定数βの虚数部β″を代入することによ
り、吸収係数αを算出することができる。
対応するグラフを作成する必要はなく、前記(1)式
において、伝搬定数β及び屈折率n2を複素数とし
たときの複素分散関係式を用い、これに前述した
既知の定数、屈折率n2の実数部n2′、伝搬定数β0
及び伝搬定数βの虚数部β″を代入することによ
り、吸収係数αを算出することができる。
このように、上記実施例によると、レーザガン
Ｇからのレーザ光ビームを偏向板２によつてTE
波とし、これをカツプリングプリズム３を介して
透光性薄膜導波路４内に導波し、領域〜を伝
搬させてデカツプリングプリズム７によつて外部
に取り出し、これを検知器８で検知してペンレコ
ーダ９で記録するようにし、測定対象となる化合
物半導体薄膜６を載置した透光性薄膜導波路４を
レーザ光ビームの伝搬方向と交差する方向に移動
させたときに、ペンレコーダ９に記録される導波
光強度Ｉから、透光性薄膜導波路４の伝搬定数β0
と一致する伝搬定数となる化合物半導体薄膜６の
同期膜厚d1〜d4を検出するとともに、化合物半導
体薄膜６が存在しない領域の導波光強度I0および
同期膜厚d1〜d4における光強度I1〜I4を測定する
ことにより、化合物半導体薄膜６の屈折率n2′お
よび吸収定数αを求めることができる。
Ｇからのレーザ光ビームを偏向板２によつてTE
波とし、これをカツプリングプリズム３を介して
透光性薄膜導波路４内に導波し、領域〜を伝
搬させてデカツプリングプリズム７によつて外部
に取り出し、これを検知器８で検知してペンレコ
ーダ９で記録するようにし、測定対象となる化合
物半導体薄膜６を載置した透光性薄膜導波路４を
レーザ光ビームの伝搬方向と交差する方向に移動
させたときに、ペンレコーダ９に記録される導波
光強度Ｉから、透光性薄膜導波路４の伝搬定数β0
と一致する伝搬定数となる化合物半導体薄膜６の
同期膜厚d1〜d4を検出するとともに、化合物半導
体薄膜６が存在しない領域の導波光強度I0および
同期膜厚d1〜d4における光強度I1〜I4を測定する
ことにより、化合物半導体薄膜６の屈折率n2′お
よび吸収定数αを求めることができる。
以上説明したように、この発明においては、簡
単な方法によつて化合物半導体薄膜の光学定数を
決定することができるし、そのための装置も構造
が簡単で安価なものを得ることができる。
単な方法によつて化合物半導体薄膜の光学定数を
決定することができるし、そのための装置も構造
が簡単で安価なものを得ることができる。
第１図は装置の発明の概略斜視図、第２図は化
合物半導体薄膜の膜厚と伝搬定数との関係を示す
グラフ、第３図は化合物半導体薄膜の膜厚と屈折
率との関係を示すグラフ、第４図は化合物半導体
薄膜の減衰定数と吸収係数との関係を示すグラ
フ、第５図は透光性薄膜光導波路と化合物半導体
薄膜における導波原理を示す説明図である。 Ｇ……レーザガン、１……平面鏡体、２……偏
光板、３……カツプリングプリズム、４……透光
性薄膜光導波路、５……透光性基板、６……化合
物半導体薄膜、７……デカツプリングプリズム、
８……検知器、９……レコーダ。
合物半導体薄膜の膜厚と伝搬定数との関係を示す
グラフ、第３図は化合物半導体薄膜の膜厚と屈折
率との関係を示すグラフ、第４図は化合物半導体
薄膜の減衰定数と吸収係数との関係を示すグラ
フ、第５図は透光性薄膜光導波路と化合物半導体
薄膜における導波原理を示す説明図である。 Ｇ……レーザガン、１……平面鏡体、２……偏
光板、３……カツプリングプリズム、４……透光
性薄膜光導波路、５……透光性基板、６……化合
物半導体薄膜、７……デカツプリングプリズム、
８……検知器、９……レコーダ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 低屈折率の透光性基板上に、レーザ光ビーム
を導波し伝搬させて出力する透光性薄膜光導波路
を設置し、前記透光性薄膜光導波路におけるレー
ザ光ビームの伝搬方向に対して交差する方向に厚
みが連続的に変化する化合物半導体薄膜を当該透
光性薄膜光導波路上に配置した状態で、前記透光
性薄膜光導波路にレーザ光ビームを導波するとと
もに、前記透光性薄膜光導波路を伝搬するレーザ
光ビームと前記化合物半導体薄膜とを、レーザ光
ビームの伝搬方向に対して交差する方向に相対的
に移動させ、このときの透光性薄膜光導波路から
出力されたレーザ光ビームの導波光強度の変化を
測定し、この導波光強度の測定結果から透光性導
波路の伝搬定数と一致する伝搬定数となる前記化
合物半導体薄膜の特定膜厚を検出し、この特定膜
厚をもとに前記透光性基板と前記透光性薄膜光導
波路の既知屈折率および該透光性薄膜光導波路の
厚さを関係づける導波光の伝搬関係式より屈折率
を決定し、且つ前記特定膜厚における導波光強度
測定結果および前記屈折率をもとに前記伝搬関係
式に基づく複素伝搬関係式より吸収係数を決定す
ることを特徴とする化合物半導体薄膜の光学定数
の決定方法。 ２ レーザ光ビームを発射するレーザガンと、表
面に被測定物である化合物半導体薄膜が載置され
且つ前記レーザガンにより発射されるレーザ光ビ
ームが導波されて前記化合物半導体薄膜の載置部
を経て伝搬され、前記化合物半導体薄膜の膜厚に
応じて前記レーザ光ビームの導波光強度が変化す
る透光性薄膜光導波路と、この透光性薄膜光導波
路を載置した低屈折率の透光性基板と、前記透光
性薄膜光導波路の上面における前記化合物半導体
薄膜の前に配置されて前記レーザガンからのレー
ザ光ビームを前記透光性薄膜光導波路に導波させ
る入力結合器と、前記透光性薄膜光導波路内の上
面における前記化合物半導体薄膜の後に配置され
て前記透光性薄膜光導波路内を導波されたレーザ
光ビームを取り出す出力結合器と、この出力結合
器により取り出したレーザ光ビームの導波光強度
を経時的に検知する検知器と、この検知器に接続
されて前記レーザ光ビームの導波光強度の変化を
記録するレコーダとからなり、前記透光性薄膜光
導波路を化合物半導体薄膜を載置状態でレーザ光
ビーム伝搬路と交差する方向に移動可能にしたこ
とを特徴とする化合物半導体薄膜の光学定数を決
定する装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP670681A JPS57120844A (en) | 1981-01-20 | 1981-01-20 | Method and apparatus for determination of optical constant of compound semiconductor thin film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP670681A JPS57120844A (en) | 1981-01-20 | 1981-01-20 | Method and apparatus for determination of optical constant of compound semiconductor thin film |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57120844A JPS57120844A (en) | 1982-07-28 |
| JPH0210373B2 true JPH0210373B2 (ja) | 1990-03-07 |
Family
ID=11645742
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP670681A Granted JPS57120844A (en) | 1981-01-20 | 1981-01-20 | Method and apparatus for determination of optical constant of compound semiconductor thin film |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57120844A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0414271U (ja) * | 1990-05-29 | 1992-02-05 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105092474A (zh) * | 2015-08-11 | 2015-11-25 | 中山大学 | 水体消光系数测量装置、方法和悬浮物消光系数测量方法 |
-
1981
- 1981-01-20 JP JP670681A patent/JPS57120844A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0414271U (ja) * | 1990-05-29 | 1992-02-05 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57120844A (en) | 1982-07-28 |
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