XPS是一种能够提供关于化合物半导体合金成分的经验定量信息的可行技术。利用Kratos AXIS Nova光谱仪分析新型SPLED结构来表征Al含量。使用传统的深度剖面方法和Shard逐步旋转获得整个设备的深度剖面。铝含量确定了不同层的预期组成，并将有助于模拟细胞结构的性能。
化合物半导体是光电子学的主要支撑技术。它们用于对电力等有特殊要求的电子应用。对于化合物半导体合金的电子和光学性质的设计能力是他们成功的关键部分，关于他们的合金成分，可能是二元、三元、四元或五元，以及异质结构。根据alliedmarketresearch.com的数据，2016年全球复合半导体市场价值660亿美元，预计到2023年将达到1430亿美元。然而，尽管成分在化合物半导体中具有明显的重要作用，但它的准确测定仍然是一个挑战。对于有许多不同层的设备尤其如此。
这方面的极端例子是包含分布式布拉格反射器的设备:交替使用高折射率和低折射率材料层来创建一个阻带，其中一组波长几乎被完全反射。例如，垂直腔面发射激光器(vcsel)是一种廉价的半导体激光器，它使用一对dbr来形成激光腔的反射镜。
通信领域对VCSEL应用的需求持续增长，而非通信市场预计到2022年将增长近8倍。众所周知，dbr的质量和一致性非常重要。这是因为VCSEL的增益长度平均比边发射激光器小105倍，因此需要超高反射率反射镜来实现合理的阈值电流。其他使用dbr的新兴设备是单光子led (SPLEDs)，它是量子密码网络中用于量子密钥分配的需要。
本文主要研究这些dbr及其结构的精确表征方法。这包括确定半导体层的增长是否按照预期进行。为了进一步表征DBR层的生长，采用x射线光电子能谱(XPS)深度剖面测量DBR层的化学成分。即使铝成分的微小变化也会影响折射率，而折射率又会改变层的光程长度。此外，这对从镜子特性到激光输出波长的一切都有影响。器件性能与XPS直接相关，XPS可获得DBR结构中Al含量的定量信息。
实验
XPS分析使用Kratos AXIS新星光谱仪在英国兰开斯特大学通过分子束外延生长的SPLED结构上。Minibeam IV聚焦离子枪用于4kev Ar的深度剖面+模式。离子源在离子柱中有一个弯曲，以去除高能中性，以防止该多层样品界面分辨率的退化。为了减少蚀刻过程中的样品粗糙，在每个蚀刻周期中使用90˚增量的样品旋转。在蚀刻过程中，可以通过ESCApe采集软件中的一个简单的勾号框来实现点的计算机中心旋转。
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图1 a。完整的SPLED结构深度剖面图。
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图1 b。放大发射器。
结果
的spl晶片在装入仪器之前，被安装在旋转压板上。深度剖面采用高能单原子4kev Ar进行+被聚焦光束照射的离子在表面形成光栅，形成一个均匀的蚀刻坑。为了确定新暴露表面的成分，在每个蚀刻周期后采集XP光谱。利用小光斑光谱来限制凹坑边缘效应对界面分辨率的影响。
结果表明，随着Al含量的急剧变化，GaAs/Alx Ga1-x As层交替出现。在这种特殊结构中，Alx Ga1-x As层被设计成Al分数含量为0.9，元素含量为45%。XPS定量结果显示，Alx Ga1-x As层的一致性值为~46%，完全在方法的精度范围内。
重要的是，发射层的组成与期望的组成是一致的，尽管，在蚀刻通过材料的几个进一步的镜像层后，轮廓开始失去形式。这很可能是由于混合和粗糙的层由于离子蚀刻过程本身。这是这种蚀刻模式的已知问题。不幸的是，由于层的总厚度，不能对低能量离子(250-500eV)进行重复实验。这是由于它将导致实验时间的显著增加。因此，对Al 2p和Ga三维光电子线进行采集后的XP图像采集，以确定蚀刻坑的形状和位置。图像清晰地显示了设备的层结构。除此之外，图像还显示了发射器8层重复单元进入设备的存在。
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图2。刻蚀坑拼接XPS图像;Ga(红色)Al(蓝色)。
致谢
非常感谢Tom Wilson, Peter Hodgson, Alex Robson和Manus Hayne的样品准备和富有成果的讨论，他们想感谢EPSRC(授权号EP/P034233/1)和IQE plc的财政支持，通过为Tom Wilson颁发案例奖。
参考资料及进一步阅读
- alliedmarketresearch.com/compound-smiconductor-market, 2/2/2018访问。
- yole.fr /IR_LED_LASER_MARKET_TRENDS.aspx #。WnSRQklLFaQ, 2/2/2018访问。
- P. Moser，“用于数据中心和超级计算机的光互连的高效氧化物约束vcsel”，博士论文，柏林理工大学，Fakultt II - mathematics and Naturwissenschaften(2015)。
- paneuropeannetworks.com/欧洲杯线上买球科技/ quantum-rings-torule-them-all, 2/2/2018访问。
- lancaster.ac.uk /物理/研究/实验凝聚态/量子纳米技术，2018年2月2日。
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