InGaAsPInP量子阱激光器的模型分析(5)

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Ｓ—Ｉ（Ｂ＋ＡＲｋ）ｔａｎ（－ＤＳｔｔ）

然后从衬底界面出发，利用上式逐层向上迭代，就可以得到样品表面的反射率振幅，取其平方即为样品表面处的反射率，而实验测得的Ｘ射线双晶摇摆曲线是参考晶体与被测样品反射曲线的卷积［２５１：

月ｃ（卢）＝叩ＩＲ。（ａ）Ｒ“（口一ｆ１）ｄａ（５）

式中，Ｒｊ与Ｒ１１分别是参考晶体与被测样品的反射曲线，Ⅱ是常数，１３是第二晶１６

体入射束偏离Ｂｒａｇｇ角的角度。如果知道各层厚度与组分的大致取值范围，就可以用上式进行模拟计算，通过调整各层的厚度与组分使模拟曲线与实验曲线相拟合，如果两条曲线达到了最佳的吻合，此时所依据的厚度与组分就是各层的实际参数。另外，动力学模型对界面的粗糙程度、薄膜的应变等都有较好的描述。２．３．２光荧光ＥＬ测试

当半导体材料受到激发时，电子从价带跃迁到导带，从而产生非平衡载流子。处于高能态的（导带底）的非平衡电子可以直接越过禁带与价带中的空穴复合，也可以通过缺陷或杂质引入的带隙能态与价带空穴复合，如复合时伴以发射光子，则称为辐射复合，否则称为非辐射复合。光荧光测试是采用光激励的方式，是光致发光的形式，具有样品制备简章、灵敏度高和非破坏性等优点，是半导体材料的光学性质研究中广泛使用的光谱技术之一。

激励光源一般是激光器（如５３２ｎｍ，要求其光子能量比半导体材料的带隙大）。激光入射到被测的半导体材料上，入射光在向材料内部传播的同时也被能带隙小于或近似等于光子能量的材料所吸收，从而产生非平衡载流子，在经过极短时间（～ｌＯ也ｌＯ以ｏＳ）的弛缓后到达能带边缘，复合后发出的各种能量的光子通过单色仪分光和光检测器将光信号转变为电信号而得到ＰＬ谱。由于跃迁几率不同，只有能带隙较窄的材料才有明显的荧光峰。

荧光峰的形状、强度、半宽度、曲线的光滑度等都有材料的能有效带隙、质量优劣的信息。光荧光的测试对材料生长质量的状况比较敏感，荧光峰半宽度与缺陷、位错等有密切的关系，荧光强度与非辐射复合中心有关，峰波长的变化是由于ＭＯＣＶＤ反应室中气相组分变化（或源的流场分布）以及衬底温度变化所致，曲线的光滑度可能与界面粗糙度及材料吸收有关，此外，光荧光测试对测试点的位置也非常敏感，它可以方便地提供材料横向均匀性的信息。一般来说，在相同的材料、结构与入射光功率下，荧光峰强度越高、半宽度越窄、曲线越光滑，则该种材料质量越好。下图是ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ量子阱结构材料的ＰＬ谱：

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图７ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ量子阱的ＰＬ谱

光荧光ＰＬ还可以用来测量材料的组分，其特点是高精度（可以反映出很小的数值变化）、低准确率（与采用的计算方法和分析模型有关），对于四元系的材料需要考虑两个独立变量来计算组分：ＰＬ发射波长（确定能带间隙）和ｘ－ｒａｙ双晶摇摆曲线（给出晶格常数）。其次，如果将光源由激光器换成白光光源（如碘钨灯），则可以利用白光干涉原理来测量薄膜的厚度，当光照射到多层结构的表面时，光被样品上具有不同折射率的每一层界面反射回来，每一界面之间的反射光发生干涉作用产生干涉图案，其频率取决于每一层的光学厚度，光干涉测厚的基本原理如下：

２ｎ。ｈｃｏｓ０±１／２＝ｍ五，ｍ＝０，Ｉ，２……（６）１７

２ｎ。ｈｃｏｓＯ±２／２＝ｍ２，ｍ＝１／２，３／２，５／２……（７）

对反射光谱作傅里叶转换能得到对应于干涉图案波长的一组峰，由此可计算各层的厚度，但是对于多层结构如果直接对反射光谱进行傅里叶变换，将会产生大量的干涉峰以至于难阻进行数学处理，ＢＭ．Ｌａｃｑｕｅｔ推导了一个简单的公式解决了这一难题【２６】。

２．３．３电化学ｏ－ｖ测试

利用ｐｎ结或肖特基势垒在反向偏压时的电容特性，可以获得材料中杂质浓度及其分布的信息，这类测量称之为ｃ．ｖ测量技术，这种测量技术能使我们获得外延层中的有意掺杂与非故意掺杂的情况，从而来调整生长工艺提高外延晶片的生长质量。

传统的ｃ．ｖ测量需要制备一个金属一半导体相接触的肖特基结二极管，由于测量的对象是结或势垒，因此该方法的纵向分布的可钡４深度受到了结或势垒雪崩击穿的限制，但电化学ｃ．ｖ测量采用选择好的电解液与半导体样品接触形成肖特基结，在一个不变的低反偏压下，采用一边剥蚀掉与电解液刚接触过的已经测完的半导体薄层，一边接着测量下一层半导体薄层的微分电容来获得半导体样品掺杂轮廓的信息。利用耗尽层的ｃ．ｖ关系可以计算出半导体材料不同深度的载流子浓度分布，其函数关系如下：

Ⅳ＝去，砑Ｃ面３（８）

式中，Ｎ是载流子浓度，Ｃ是电容，Ａ是势垒结面积。利用可控电极溶解和原位ｃ．ｖ测量，按“测量—刻蚀一测量一刻蚀…”的方式来逐层剥蚀，逐点测量半导体材料的载流子浓度值，从而得出载流子浓度随深度分布的剖面曲线。耗尽层深度由平板电容器公式给出：ｗｄ爿８０ｅ／ｃ），而腐蚀层深度由法拉第定律来计算：Ｗ，＝（Ｍ／ＺＦｄ）ＸＪ．Ｉｄｔ，则总深度、Ⅳ＝Ｗ矿Ｗ，

在电化学ｏ－ｖ测量中，由于半导体材料与腐蚀液形成韵肖特基结是整个测试回路的主体部分，所选用的腐蚀液是否适合被测的半导体材料，直接决定了该势垒结电极是否可控腐蚀、腐蚀的速率、腐蚀后结面是否平整以及结电阻、结偏置电压、结偏置电流的大小等，所以对于这种测量技术关键是找到一种适用的腐蚀液，优化测量参数特别是测量电压和腐蚀电流的选取，才能得到准确可靠的结果。２．４器件制作工艺

半导体激光器的制造工艺从原理上与半导体电子器件的工艺有很多相似之处，但由于光电子器件的材料、结构及性能方面的特殊要求，制造中采用很多新工艺、新技术，尤其是量子阱与超晶格结构的器件。下图是氧化物隔离条形（ＯＩＳ）半导体激光器的制各工艺流程：

圆圆圈

豳圈一圆一圈一囹一圈一固丫圆南～

２．４．１衬底准备与外延

衬底的选择是激光器制造的第一步，必须考虑与形成异质结材料的品格匹圈图８半导体激光器的散谴工艺流程配，要有一定的晶向或偏离一定角度，要有适当的掺杂浓度，表面与内部的缺陷要少，表面平整、光亮、无划痕，要有一定的厚度以保证其有较强的机械强度，对于ＩｎＧａＡｓＰ量子阱结构材料，其生长衬底是高度掺Ｓ晶向（１００）的ｎ＋４ｎＰ。外延生长工艺是激光器制造工艺中的核心工艺，它是决定器件性能和成品率的关键步骤，在４．１中我们已经详细讨论了ＩｎＧａＡｓＰ量子阱材料的ＭＯＣＶＤ生长。２．４．２淀积与腐蚀

淀积Ｓｉ０２或ｓｉ３Ｎ４薄膜是为了使外延层在扩散或腐蚀时起到掩蔽的作用，这是半导体制造工艺中的常规工艺。但对于ＩｎＰ系的半导体激光器的制造而言，由于ＩｎＰ材料在高温下有热腐蚀作用，所以一般用低温沉积工艺。腐蚀是根据激光器设计的结构和所用的材料来制各所需要的各种形状的重要工艺环节，分为两类：湿法与干法腐蚀，适用范围是不同的，一般情况下用湿法腐蚀来得到形状各异的Ｖ形、梯形、台阶、脊形等，而干法腐蚀主要用于微小结构的精细刻蚀，比较复杂。对于ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ材料采用化学湿法腐蚀常用的腐蚀液有ＨＣＩ、３Ｈ２Ｓ０４＋Ｉ－１２０２＋Ｈ２０、Ｂｒ …… 此处隐藏：1466字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……