膜光子晶體器件的無損表征

S neox 可提供最多 4 種不同光源（紅光、綠光、藍光和白光），這對本研究中尤其重要

該研究是基於(yu) 嵌入在光子晶體(ti) 光腔中、導致發射增強（賽爾效應）的量子點的光學性質（圖 1a），或者基於(yu) 嵌入在波導中、用於(yu) 生產(chan) 光子多路複用器件的量子點的光學性質（圖 1b）。典型器件是由多層砷化镓/Al0.7Ga0.3As/砷化镓外延生長的堆棧製造而成的，其中頂層 250 nm 厚的砷化镓層包含器件的有源部分，1 µm 厚 的 Al0.7Ga0.3As 為(wei) 犧牲層，最終會(hui) 被蝕刻掉，以產(chan) 生浮膜器件（圖 1c）。

膜在特定位置包含一個(ge) 或幾個(ge) 20 nm 的 In0.3Ga0.7As 量子點，以及與(yu) 量子點精確對準的蝕刻光子晶體(ti) 結構（100 nm 孔的大陣列，特定配置會(hui) 缺少幾個(ge) 孔）。這些器件在不同處理步驟中要求 1-20 nm 精度，因此它們(men) 都涉及高性能電子束蝕刻和等離子 (ICP) 蝕刻。關(guan) 鍵的最後一步是膜的釋放，包括對犧牲層的濕蝕刻。由於(yu) 在此階段無法查看樣品的橫截麵，因此頂視圖光學顯微鏡和掃描電子顯微鏡 (SEM) 是表征光子晶體(ti) 結構的**可用工具。

圖 1(a).嵌入了耦合 L3PhC 腔的量子點（暗點）網絡的 SEM 圖像。(b).光子晶體(ti) 波導的 SEM 圖像，頂部帶有一個(ge) 輸出耦合器，並包含六個(ge) 量子點（用紅色三角形表示）。(c).懸浮膜期間的 SEM 截麵圖

這項研究中使用了 S neox。S neox 可提供最多 4 種不同光源（紅光、綠光、藍光和白光），這對本研究中尤其重要，因為(wei) 使用 2D 明場高放大倍率成像和紅光光源使我們(men) 能夠探查原本不可見的膜下特征。這項研究的目的是對在薄 (250 nm) 懸浮砷化镓膜上製造的光子晶體(ti) 器件進行高精度（亞(ya) 微米）無損表征。

我們(men) 通過明場顯微鏡、使用 150 倍物鏡並運用了顯微鏡的四個(ge) LED 光源來觀察浮膜器件。我們(men) 總是假設觀察到的圖像反映了器件的表麵特征，並將其作為(wei) 第一近似值。但是，在某些器件中（例如包含介電層的材料），光可以穿透頂層並提供有關(guan) 內(nei) 部零部件的信息，這非常有用。因此，我們(men) 試圖將該技術應用於(yu) 我們(men) 的浮膜裝置。由於(yu) 砷化镓在室溫下的帶隙能量為(wei) 1.52 eV (815 nm)，因此其在可見光譜範圍內(nei) 是不透明的。

在所有較短的波長下 砷化镓的吸收係數都很大，並且與(yu) 波長密切相關(guan) ：¹ 1.- J. O. Akinlami 和 A. O. Ashamu 2013 J. Semicond.34 032002Sensofar 顯微鏡使用的紅光 LED（630 nm 波長為(wei) 3.9µm-1）和藍光 LED（460 nm 波長為(wei) 20.4µm-1）之間相差 5 倍。但是，對於(yu) 我們(men) 使用的薄膜（波長 250-260 nm），有很大機會(hui) 至少能夠在紅光下從(cong) 器件底部恢複有用信息，因為(wei) 紅光很少被膜吸收。

圖 2. PhC 腔器件的明場圖像，全部使用 150 倍物鏡拍攝（明場，4 倍變焦）。光源是紅光 LED (a)。綠光 LED (b)、藍光 LED (c) 和白光 LED (d) 。在 (e) 和 (f) 中，我們(men) 分別看到用紅光和藍光 LED 拍攝的暗場圖像（對應於(yu) a 和 c 中的明場圖像）

圖3. a) 歸一化為(wei) 相等整體(ti) 強度的四種顏光 LED 光譜；b) 兩(liang) 次通過（來回穿過）260 nm 厚砷化镓膜（右軸）的光線的衰減光譜 (T2) ，以及兩(liang) 次通過（左軸）後從(cong) (a) 反射的 LED 光強度

在圖 4 中，我們(men) 顯示了光子晶體(ti) 波導器件的藍光 (4a) 和紅光 (4b) 圖像。與(yu)  圖 2a 和 圖 c 相似，我們(men) 觀察到藍光圖像具有更高的分辨率，表現在亞(ya) 微米 (0.4×0.8 µm) 腔中。

除此以外，表麵看起來很平滑（某些孤立缺陷除外）。如果我們(men) 查看相同區域的紅光圖像（ 圖 4b ），器件再次將整個(ge) 陣列視為(wei) 圖像的最亮部分，並在其周圍顯示灰色帶。它是膜下蝕刻部分的圖像，僅(jin) 在紅光下可見。我們(men) 還觀察到了這些“內(nei) 部"表麵的某些粒度（可能位於(yu) 膜的底部或基材的頂部），同樣僅(jin) 在此圖像中可見。

<em>圖 4</em>.使用 150 倍物鏡拍攝的光子晶體(ti) 波導器件的明場圖像。光源是藍光 LED (a) 和紅光 LED (b)

在對薄膜半導體(ti) 器件進行成像時，我們(men) 可以使用紅光穿透膜進行成像，而藍光僅(jin) 能顯示器件的表麵。使用藍光和紅光進行明場成像，我們(men) 可以比對光子器件的“頂部"和“內(nei) 部"圖像。

2D 明場成像模式下的S neox 3D米兰竞猜足球官网首页成像迅速且無損，使我們(men) 能夠對原本不可見的器件特征進行成像。這對於(yu) 表征多種類型的 MEMS 器件非常有用，因為(wei) 矽 (Si) 的光吸收顯示了出與(yu) 砷化镓相似的趨勢。