X射線光電子能譜（XPS）是一項獨(dú)特的技術(shù)創(chuàng)新，可產(chǎn)生有關(guān)化合物軟化水液位計合金成分的經(jīng)過實(shí)驗檢驗的定量信息。使用Kratos AXIS Nova光譜儀進(jìn)行了一項研究，以分析新型SPLED結(jié)構(gòu)以表征AI含量。整個設(shè)備的深度輪廓是通過Shard逐步旋轉(zhuǎn)的常規(guī)輪廓分析方法獲得的。通過AI含量，證實(shí)了在不同的層中存在各種期望的組成。該發(fā)現(xiàn)可用于創(chuàng)建細(xì)胞結(jié)構(gòu)性能的模型。
軟化水液位計用于具有特殊要求的電子應(yīng)用中。因此，該材料被認(rèn)為是光電子學(xué)中的主要可持續(xù)技術(shù)。化合物軟化水液位計的成功使用可能與電子和光學(xué)改變合金性能的能力有關(guān)。特別是其合金成分（二元，三元，四元或五元）和異質(zhì)結(jié)構(gòu)。
聯(lián)合市場研究公司（Allied Market Research）的一份報告顯示，2016年**化合物軟化水液位計市場價值66??0億美元，預(yù)計到2023年其價值將增至1430億美元。然而，尤其是在具有許多不同層的設(shè)備之間，其準(zhǔn)確確定仍然是一個挑戰(zhàn)。此問題的一個相關(guān)示例是包含分布式布拉格反射器（DBR）的設(shè)備，該設(shè)備是高折射率和低折射率材料的交替層，會形成一個阻帶，在該阻帶中幾乎完全反射了一組波長。例如，垂直腔表面發(fā)射激光器（VCSEL）是利用DBE形成激光腔鏡的相對便宜的軟化水液位計激光器。
保持DBR的質(zhì)量和一致性很重要，因為VCSEL的平均增益長度比邊緣發(fā)射激光器的平均增益長度小105倍。這意味著VCSEL需要超高反射率的反射鏡才能達(dá)到合理的閾值電流。其他使用DBR的設(shè)備是單光子LED（SPLED），它用于量子密碼網(wǎng)絡(luò)中的量子密鑰分發(fā)。
為了準(zhǔn)確表征其結(jié)構(gòu)，已進(jìn)行了一項針對DBR的研究，包括確定軟化水液位計層生長的預(yù)期優(yōu)先順序。為了進(jìn)一步表征生長，利用X射線光電子能譜（XPS）深度剖面來測量DBR層的化學(xué)成分。預(yù)期AI成分的微小變化將立即影響折射率，*終改變該層的光路長度。預(yù)期會觀察到反射鏡特性對激光輸出波長的影響。設(shè)備性能還與DBR結(jié)構(gòu)的AI內(nèi)容的XPS定量信息直接相關(guān)。

實(shí)驗
使用Kratos AXIS Nova光譜儀對SPLED結(jié)構(gòu)進(jìn)行XPS分析，該結(jié)構(gòu)通過英國蘭開斯特大學(xué)的分子束外延生長。使用Minibeam IV聚焦離子槍以4 keV Ar+模式進(jìn)行深度分析。為了去除高能中性粒子并防止界面分辨率降低，使離子源在離子柱中彎曲。
此外，為了使蝕刻過程中樣品的粗糙程度*小，利用了在每個蝕刻循環(huán)中以90 o為增量旋轉(zhuǎn)的樣品。同時，也可以使用ESCApe采集軟件中的簡單復(fù)選框來實(shí)現(xiàn)中心旋轉(zhuǎn)。
結(jié)果
在將SPLED晶片裝載到儀器上之前，將其安裝到旋轉(zhuǎn)壓板上。同時，使用高能單原子4 keV Ar +離子進(jìn)行深度剖析，并將聚焦束集中在表面上，以形成均勻的蝕刻坑。在每個蝕刻循環(huán)之后獲取XP光譜，以確定新暴露的表面的成分。小斑點(diǎn)光譜法也被用來限制火山口邊緣效應(yīng)對界面分辨率的影響。
這些設(shè)置導(dǎo)致在交替的GaAs / Alx Ga1-x As層中發(fā)現(xiàn)的AI含量發(fā)生了巨大變化。在該特定結(jié)構(gòu)中，Alx Ga1-x As層被設(shè)計為具有0.9的AI分?jǐn)?shù)含量（x）和45％的元素含量。XPS的定量數(shù)據(jù)還表明，Alx Ga1-x As層的恒定值約為46％，處于預(yù)期實(shí)驗結(jié)果的可接受范圍內(nèi)。
除了這些發(fā)現(xiàn)之外，還發(fā)現(xiàn)發(fā)射*層的組成也與所需的組成一致。然而，在將材料刻蝕成另外幾個鏡面層之后，輪廓開始失去形狀。這可能是由于離子刻蝕過程中層的混合和粗糙化所致，這是這種模式下的已知問題。
由于層的總厚度會*大地影響總的實(shí)驗時間，因此使用低能離子（250-500 eV）重復(fù)實(shí)驗也變得不可行。作為替代，獲取Al 2p和Ga 3d光電子線的采集后XP圖像以確定蝕刻坑的形狀和位置。圖像清楚地顯示了層結(jié)構(gòu)以及發(fā)射器層的存在，該發(fā)射器層是器件中的八個重復(fù)單元。