DBR结构参数的X射线双晶衍射研究

（２）
式中：△见．。为ＧａＡｓ衬底衍射峰与其附近的 ＡＬＧａ。，Ａｓ衍射峰的角距离ｊ△以ｍ是ＧａＡｓ衬底衍
射峰与其附近的ＡｌＡｓ外延峰的角距离。在ＤＢＲ
的ｘ射线衍射中，是平均晶格面间距起作用，其“ｏ” 级衍射峰相当于Ａ１含量为ｆ（平均Ａｌ含量）的
ＡｋＧａ。，Ａｓ外延层的衍射峰。所以，
ｚ一△岛．。／△以ｌ＾；
关键词： 分布布拉格反射；ｘ射线双晶衍射｝回摆曲线；卫星峰 中图分类号：ＴＮ２４８．４ 文献标识码：Ａ文章编号：１００１—５８６８（２００３）０６一０４１２一０３
Ｓｔｕｄｙ叫ＤＢＲ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｉｔｈ Ｘ－瑚ｙ ＤＯｕｂｌｅ－ｃｒｙｓｔａｌ珈ｆｆｈｃｔｊ彻
Ｉ。Ｉ Ｉ，ｉｎ，Ｉ，Ｉ Ｍｅｉ，ＺＨＯＮＧ Ｊｉｎｇ—ｃｈａｎｇ，ＺＨＡＯ Ｙｉｎ９０ｉｅ，ＷＡＮＧ Ｙｏｎｇ，ＳＵ Ｗｅｉ
在衍射峰中出现了明显的峰劈裂现象。产生这 种情况的原因，一是ＤＢＲ中ＡＩ组分稍有偏差造成 的．二是由于有源层的存在，使上下ＤＢＲ产生位相 差．造成衍射峰极大值不再重合，发生移动，在双晶 衍射回摆曲线上表现为衍射峰的劈裂。有源层的厚 度和组分都会影响衍射峰的精细结构。
衬底的偏向角也是一个重要的因素，由于衬底 在加工过程中的误差，往往与原定的方向有一定的 差别。例如本文所用的样品，晶体表面偏（１１１）Ａ ２。 左右，因此在分析ＤＢＲ的双晶回摆曲线时，需考虑 这一因素。
Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃｎ】ｏｐｔｊｃａｌ ｍｏｄｕＪａｔｏｒ
［Ｊ］．Ｊ．Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｍｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ８，２００ｌ，ｌｏ
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ｃ３］ ＆ｋｅｒ Ｍ ｓ Ｏｎ＿ｃｈｉｐ ａｃｔｕａｔｉ。ｎ ｏｆ ａｎ Ｉｎ＿ｐｌａｎｅ ｃｏｍｐｌｉａｎｔ ｂｉｓｔａｂｌｅ删ｃｆｏｒｎｅｄ越Ⅱｉｓｍ口］．Ｊ．Ｍｉｃｍｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉ强１
（Ｎａｔｔ帅ａｌ Ｋｅｙ ｂｈ ｏｆ Ｈ萱ｇｈ Ｐ“哪ｓ啊ｌＩ咖ｄｑｃｔ盯Ｉ＾９盯ｓ， ｃｈａ峰ｃｈ岫ｕｎｉ恤，ｎｙ ０ｆ ｓ出ｎｃｅ柚ｄ豫ｌｌｌｌ０Ｉｏ科，ｃｈａＩ噜ｃｈ啊１３０帕２，ｃＨＮ）
Ａｂｓｔ翔ｃｔ： Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ＤＢＲ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ｍａｄｅ ｗｉｔｈ Ｘ—ｒａｙ ｄＤｕｂｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｆｆＩ丑ｃｔｉｏｎ． Ｔｈｅ
ＭＢＥ
［（Ａｌ。Ｇａｌ，Ａｓ）１（ＧａＡｓ）。］。／ＧａＡｓ（１００）超晶格参数
的ｘ射线双晶衍射测量研究［Ｊ］．半导体学报，１９８９，
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收稿日期：ｚ００３—０５—１２
·４１２·
对于研究材料的结晶完整性、均匀性、层厚、组 分、应变、缺陷和界面等重要信息，Ｘ射线双晶衍射 方法具有独特的优势。这种方法具有非破坏性、精 度高、操作简便等优点，不仅为材料生长工艺提供准 确的参数，指导生长工艺，同时也为器件研究提供了 可靠的基础。
对ＤＢＲ的特性进行了分析，将Ⅸ佩结构进行 ｘ射线双晶衍射测试。通过对双晶回摆曲线中干涉 条纹的研究，探讨了其结构特性之间的关系。利用 ｘ射线衍射理论，通过简单的计算公式，根据各衍射 峰间的角距离△口，计算出ＤＢＲ的周期Ｄ和ＡＩ含量 ｚ值。理论计算与实验结果基本一致。
出ｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ（ＤＢＲ）｝Ｘ—ｒａｙ ｄ。ｕｂｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｆｆｒａｃｔｊｏｎ；ｒｏｃｋｉｎｇ
ｃｕｒｖ８；ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｐｅａｋ
１ 引言
分布布拉格反射镜（ＤＢＲ）在垂直腔面发射激光 器（ＶｃｓＥＩ，）中，可作为有源层上下方的谐振腔 面”］，对提高其反射率、功率和降低阈值起着重要作 用。目前，ＤＢＲ结构一般由周期性厚度为＾／４的 低、高折射率组分不同的半导体材料构成的膜层交 替组成，大约有２０～４０个周期结构。本文研究了 ＤＢＲ的结构生长，在偏（ｎ１）Ａ２。的ＧａＡｓ（１００）衬底 上生长了Ａ１Ａｓ／ＧａＡｓ的周期结构。圈１为ＤＢＲ 结构示意图。
［４＿许顺生，冯端．ｘ射线衍射貌相学［Ｍ］．北京：科学
出版社，１９８７，１５８—１７３，
作者简介： 李林（１９７２一），男，讲师，在读博士研究生，
主要从事分子束外延生长技术、大功率半导体激光 器列阵及垂直腔面发射激光器的研究。
Ｅ－ｍｉｌ：ｌｉｌｉｎｃｉｏｍ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ．ｃｎ
（上接第３９１页）
参考文献：
５结论
ｘ射线双晶衍射是研究晶格完整性的非常有效
的手段。本文中ＤＢＲ的“ｏ”级峰半高宽与衬底峰的 半高宽很接近，表明外延层和村底的晶格完整性比 较好，同时表明在外延生长方向的周期性较好。上 述实验结果表明生长所得结构与设计相符合。
参考文献
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ｔｈａｔ ｔｈｅ ｇｒｏｗｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｇｒｅｅｓ ｗｅｌｌ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｏｎｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：
４ｌＳ
万方数据
ＳＥＭＩｃｏＮＤＵＣＴｏＲ ＯＰＴｏＥＬＥＣＴＲｏＮＩＣＳ ＶｏＩ．２４ Ｎｏ．６
Ｉｋｃ．２００３
同时表明在外延生长方向的周期性较好，因为“ｏ”级 衍射峰半高宽不仅取决于晶格的完整性，而且也取 决于各层厚度的波动，任何波动都会引起ＤＢＲ衍射 峰的展宽。
根据理论计算，由各衍射峰之间的角距离可以 测出ＤＢＲ中Ａｌ含量平均值孑和周期Ｄ，但是测不 出ＡＬＧａ，，Ａｓ层中的ｚ值。由式（３）可得出茁一 ｏ．３８。设计并在（１００）ＧａＡｓ衬底上生长多周期 ＤＢＲ结构，测量ｘ射线双晶衍射结果表明生长所得 结构与设计相符合。
ＳＥＭｌＣｏＮＤＵＣＴＯＲ ｏＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ Ｖ０１．２４ Ｎｏ．６
Ｄｅ巳２００３
ＤＢＲ结构参数的Ｘ射线双晶衍射研究
李 林，李 梅，钟景昌，赵英杰，王 勇，苏 伟
（长春理工大学高功率半导体激光圜寒ｔ点实验童．吉林长春１３００２２）
摘要： 利用Ｘ射线双晶衍射方法，测定了分布布拉格反射镜（ＤＢＲ）的衍射回摆曲线，除了 ＤＢＲ主衍射峰（“０”级衍射峰）外，还观察到“１”级和“２”级卫星峰。“Ｏ”级双晶衍射峰的半高宽为 １２．３６”，衬底ＧａＡｓ的衍射峰半高宽为１１．５７”。“ｏ”级衍射峰半高宽与衬底ＧａＡｓ的衍射峰半高宽 比较接近，表明晶格县有很高的完整性。由这些衍射峰之间的角距离，计算出了ＤＢＲ的周期Ｄ及 Ａｌ含量ｚ值。ｘ射线双晶衍射结果表明生长所得结构与设计相符舍。
（３）
图２ ８５０ ｎｍ ＤＢＲ双晶ｘ射线衍射曲线
４结果与讨论
在分析双晶回摆曲线时，“ｏ”级峰的判断是十分 重要的。一般情况下，“ｏ”级峰在基底峰附近，且“ｏ” 级峰的强度高，但有时“０”级峰与基底重合而分辨不 出。因此，在计算结构参数时，必须首先判断哪个峰 是“０”级峰。
对于村底的（４００）衍射，测得△钆Ａｓ一３８１”（弧 秒）。由图２可见，在衬底衍射峰的近旁出现了很强 的“０”级衍射峰，而在“Ｏ”级衍射峰的两侧观察到 “士１”，“士２”级卫星峰。由这些衍射峰间的角距离， 计算出ＤＢＲ的结构参数Ｄ。实验中，Ａ＝ｏ．１５４ ０５６ ｎｍ；岛一３３．０２３ｌ△口一１４∥。由式（１）可得出Ｄ一 １３０．８ ｎｍ。本文中ＤＢＲ的“ｏ”级衍射峰半高宽 （１２．３６”）与衬底ＧａＡｓ的衍射峰半高宽（１１．５７”）比 较接近，表明外延层和衬底的晶格完整性比较好。
３理论和实验
３．１理论
如果衍射晶面与晶体表面平行，晶格的周期与
各衍射峰之间的角距离舻的关系可表示为０３
Ｄ一甄，】 赢
’（１）
式中：＾为ｘ射线波长，脚为相邻衍射峰之间的角
距离，岛为衬底的Ｂｒａｇｇ衍射角。
在Ａｌ，Ｇａｌ一：Ａｓ／ＧａＡｓ异质外延中，按Ｖｅｇａｒｄ
定律嘲，Ａｌ含量ｚ值由下式确定：
ｚ一△以，。／△日ＡｌＡｓ
本实验使用ｘ射线双晶衍射回摆曲线法Ｍ。ｘ 射线双晶衍射实验是在日本理学公司生产的Ｄ／ Ｍａｘ一２４００型ｘ射线双晶衍射仪上进行的。ｘ光功 率为３．８ ｋＷ，Ｘ射线源的尺寸为８ ｍｍ×０．０４ ｍｍ， ｃｕ靶，Ｋ一辐射，＾＝ｏ．１５４ ０５６ ｎｍ，最大输出功率为 １２ ｋｗ，第一晶体Ｇｅ单晶表面为（４００）。为了能够 清楚地观察到衍射峰中的干涉条纹，需减少第一晶 体与样品之间的狭缝尺寸，使入射到样品上的光斑 尽量减小，增加Ｘ射线平行性，减少由于样品弯雎 及ｘ射线散射对干涉的影响，第一晶体与样品之间 选用０．０５ ｍｍ的狭缝。在实验中取衬底的（４００）衍 射，目～２目联动，自动记录ＤＢＲ的衍射峰。图２为 样品的（４００）ｘ射线双晶衍射回摆曲线。
［５］ ｃｈｕｒｅｎｋｏｖ Ａ Ｖ．
ｓｉｌｉｃｏｎ ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｏｐｔｉｃａｌ
ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｆｏｒ ｓｅｎｓｉｎｇ ａｎｄ ｍ。ｄｕＩａｔｉｏｎ口］．Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ
构参数如表１。
表１ ＤＢＲ的结构参数
外延层
上ＤＢＲ 有源层 下ＤＢＲ 缓冲层
材料
Ａｌ，Ｇａｌ。Ａｓ ＡＬＧａｌ＿，Ａ８ Ａｌ，Ｇａｌ。Ａｓ
ＧａＡｓ
厚度 ／ｎｍ
３ ０６０
２６０ ４ ４８０ ５００
掺杂浓度 ／×１０”ｃｍ ３
３～５
１～３ １～４
类型
ｐ
李株等：ＤＢＲ结构参数的ｘ射线双晶衍射研究
式中：△岛，。为ＤＢＲ的“ｏ”级峰与ＧａＡｓ衬底衍射峰 间的角距离，而△民．。则为外延层ＡｌＡｓ的衍射峰与 衬底ＧａＡｓ峰间的角距离。 ３．２实验
万方数据
！±呈堡光电》２００３年第２４卷第８期
图ｌ外延ＤＢＲ结构示意圉
２结构设计
谐振腔由有源层及上、下两个ＤＢＲ结构组成。
有源层由３个量子阱组成。ＤＢＲ结构一般由周期 性厚度为＾／４的低、高折射率组分不同的半导体材
料构成的膜层交替组成。上、下ＤＢＲ分别采用
ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ的周期结构组成。选择下ＤＢＲ结构周 期数为３３对，上ＤＢＲ的周期数为２３对。各层的结
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏ｛ＤＢＲ ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｒｏｃｋｉｎｇ ｃｕｒｖｅ．Ｔｈｅ ｆｉｆｓｔ ａｎｄ ｓｅｃｏｎｄ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ
ｐｅａｋｓ ａｒｏｕｎｄ ｔｈｅ ｍａｉｎ（”０”１ｅｖｅｌ）ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｐｅａｋ ａｐｐｅａｒ ｉｎ ｔｈｅ ＤＢＲ ｒｏｃｋｉｎｇ ｃｕｒｖｅ．Ｔｈｅ ＦＷＨＭ ｏｆ ｄｉｆｆｒａｃ乜ｏｎ ｐｅａｋｓ ｏｆ”０”ｌｅｖｅｌ ａｎｄ ＧａＡｓ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ａｒｅ １２．３６”ａｎｄ １１．５ｒ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｑｕｉｔｅ ｃｌｏｓｅ，ｓｈｏｗｉｎｇ ｍｕｃｈ ｈｉｇｈｅｒ ｉｎｔｅｇ“ｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒｙｓｔａｌ １ａｔｔｉｃｅ． Ｔｈｅ ＤＢＲ ｐｅｆｉ。ｄ Ｄ ａｎｄ Ａｌ
［１ｊ ＰｅｒｅＩｒａ ｓ，ｃｈａｋ Ｐ，ｓｉｐｅ Ｊ Ｅ Ｇａｐ ｓｏｌｉｔｏｎ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｉｎ ｓｈｏｒｔ ｍｉｃｒｏｆｅｓｏｎａｔｏｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｊ］．Ｊ．ｏｐｔｉｃａｌ ｓｏｃｉｅ‘ｙ
ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ Ｂｇ Ｍ，强“ｇｈｕａ Ｋ， Ｐｅｉｓｈｅ“ｇ ｘ． ｅｔ ａ１．