CN1088190C - 一种原位检测直接带隙AlxGa1－xAs分子束外延薄膜材料组分方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种在超高真空条件下非接触式的原位AlxGa1-xAs组分检测技术，它把分子束外延系统的超高真空条件，与调制光谱系统有机地结合起来，形成了一个测量AlxGa1-xAs薄膜Al组分的准确有效的方法，本发明介绍了该系统的结构，包括光路结构与分子束外延系统的结合，及测量控制系统与数据采集系统，在硬件及软件上形成一整套完善的系统，尤其适宜于对超薄层及对有多层复杂结构的AlxGa1-xAs生长过程中在位组分检测。
Description
本项专利技术是关于GaAs衬底上分子束外延AlxGa1-xAs薄膜材料Al组分的原位非接触检测技术。
GaAs及AlxGa1-xAs薄膜材料分子束外延工艺已经相当成熟，且由于AlxGa1-xAs与GaAs间是晶格匹配的，及AlxGa1-xAs在组分x小于0.45时本身的直接带隙特性，使得GaAs与AlxGa1-xAs系列材料已经得到广泛的应用。尤其自七十年代Esaki等提出超晶格模型后，由分子束外延实现超晶格后，GaAs与AlxGa1-xAs系列因其在能带工程中的优势而得到更加广泛的应用。从多量子阱红外探测器到多量子阱激光器，以及如高电子迁移率器件等电子功能器件上应用。而分子束外延方法是该系列薄膜材料最具优势的生长手段，因为能带工程中一个最重要的变化参数是对AlxGa1-xAs组分的裁剪，因此，分子束外延方法生长AlxGa1-xAs薄膜材料，对组分的测试是非常重要的。常见的组分测试手段中，退位的有X-ray双晶衍射，椭圆偏振光谱，光调制反射光谱，光荧光光谱，红外反射谱；常见的原位测试手段有椭圆偏振光谱，反射式高能电子衍射等，其中，退位X-ray双晶衍射方法最为常用。利用X-ray的波长与晶格长度的相匹配，通过Bragg衍射来确定AlxGa1-xAs与GaAs之间的晶格失配值，从而由Vegard定律来计算组分。因为利用第一晶体的完整性，把X-ray的线宽变窄，使得它对Bragg角分辨率可以很高。但是，因为由双晶衍射曲线求组分时，经过了一定的近似，因此，最后组分结果只能达到百分之一的精度，同时X-ray的穿透深度大，因此，无法测试超薄层。又因为X-ray系统的复杂性，不能用于MBE原位检测，而AlxGa1-xAs的薄层材料在空气中易氧化，因此退位检测将破坏外延结构，同时亦终止了材料的连续结构生长，在这种情况下，退位X-ray双晶衍射及光谱等方法不可行，只能用原位方法。
常见的原位组分检测，多是利用反射式高能电子衍射及椭偏仪，其中，反射式高能电子衍射是最常见的，是利用AlxGa1-xAs与GaAs生长速度，来计算组分，但其精度有限，因为这种计算组分的方法存在一定的近似，它与材料生长过程的工艺参量有关，所测量的组分值的精度也就有限，椭偏仪是一种常用的在位检测手段，对单层AlGaAs薄膜精度达到百分之一，但是对AlxGa1-xAs下面有多层异质结构的样品，则其精度会大大下降。
人们也有采用光调制反射光谱方法来确定AlxGa1-xAs材料组分X的，但至今所有可测量的AlxGa1-xAs薄膜厚度都要大于100nm，对很薄的AlxGa1-xAs材料由于测量的灵敏度限制很难进行测量。特别是材料在大气中暴露后表面的氧化更使得测量变得困难。美国的专利US5159410A提出了原位的光调制光谱对GaAs中费米能级的测量设想。这种原位光谱方法可以避免薄膜材料的氧化，但由于他们采用的光学测量系统是用单色光与分子束外延系统的耦合，使得整个测量系统受外界杂散光干扰很大，难以检测微小信号。这种原位光调制光谱技术用于测量F-K振荡这类大的光谱信号，进而确定费米能级是有效的，但无法对较薄的AlxGa1-xAs薄膜进行光调制光谱的测量，更谈不上对超薄的AlxGa1-xAs薄膜的测量。
本项专利的目的是提供一种新的简单精确的对分子束外延方法生长的直接带隙的AlxGa1-xAs超薄层的薄膜材料非接触式原位光调制反射光谱检测组分的方法和装置。
为阐述方便，先对本发明附图说明如下：
图1为光调制反射光谱原位检测装置框图。
图2为本发明光调制光谱原位检测方法控制流程示意图。
下面，就结合附图对该技术做详细的阐述：
本项专利的目的通过如下技术方案达到：在检测装置方面把分子束外延的超高真空系统与光调制反射光谱的光路实现光学耦合，探测光和调制激光直接照到高真空腔内的样品上，呈小角度入射，调制盘将参考信号送到锁相放大器，反射信号经过单色仪分光，探测器在单色仪的出射狭缝处的暗盒内探测。信号分别送到计算机和锁相放大器，经过锁相放大器放大后，反射率变化量通过串行口送给计算机，由计算机将数据存储到文件中，同时计算机发脉冲给单色仪，驱动单色仪马达带动光栅转动，测量下一个点，为得到高的信噪比，实行多次扫描叠加取平均的方法。在控制软件上，采用直接的人机对话形式，得到的数据，送到拟合软件中，拟合出AlxGa1-xAs的能隙值，拟合的结果经过查表修正后，给出组分值。在检测方法上，利用了光调制反射谱的高灵敏度，通过测量样品的光调制反射谱，利用Lorentz线形拟合出AlxGa1-xAs的能隙，经过修正后，由经验公式Eg＝1.424+1.247x得到组分值x。具体如下：一、 系统的建立
(1)光路系统的调整
为了实现原位检测的目的，首先要把光调制光谱的光路系统与分子束外延系统实现光学耦合，为此目的，对传统的光路结构做了彻底的调整，为避免用大的暗室采用白光作为探测光，直接照到样品上。同时，调制激光打到探测光的光斑上，反射信号经过光栅单色仪分光，探测器在出射狭缝处小暗盒内探测信号，使光调制光反射光谱系统更容易与分子束外延系统耦合并有效地抑制了杂散光的干扰。请参阅图1。用的光源为溴钨灯，调制光为He-Ne激光。
(2)改进光路以后，把光调制光谱系统与分子束外延系统实现耦合
a)分子束外延系统上装上一个大孔径透可见光的窗口，超高真空系统真空度可达1×10-8Pa。
b)调整光路与腔内样品成小角度入射，入射角小于15度，同时各光学元件在同一个轴上。
c)将激光光斑扩束到大于探测光光斑。
(3)控制及数据采集系统的建立
整个系统的主要部件包括：单色仪、探测器、光学透镜、激光器、光源、调制盘、锁相放大器、计算机、单色仪的控制电路及控制软件。
基本的控制流程请参阅图2，首先，PC机对单色仪和锁相放大器进行初始化，然后，PC机发脉冲给单色仪，等待一定的时间，然后从锁相放大器读取数据，同时判断单色仪是否已经达到设定的读数，如果没有达到，则PC机继续发脉冲给单色仪，同时等待一定时间后读取数据，如果已经达到设定的读数，则PC机重新初始化单色仪和锁相放大器，进行下一个循环，实现对同一个样品的多次扫描，在软件设计上，采用菜单式操作界面，直接的人机对话。操作简单易行，计算机通过Lpt1口控制单色仪，通过串行口与锁相放大器的RS232口通讯，由计算机发指令，采集数据。同时控制软件能够实现多次扫描，并记录每次的实验条件，得到的数据经拟合后得到能隙值，进而给出组分值，具体如下面介绍。二、 组分的获得
(1)薄层AlxGa1-xAs薄膜材料组分的获得
所谓薄层，指生长方向上还不存在量子限制效应，通常其厚度大于100nm，对薄层的AlxGa1-xAs膜，通过光调制反射谱的Lorentz线形拟合出能隙位置，再由此能隙位置，通过经验公式给出组分值
a)由PR谱拟合AlxGa1-xAs的带间跃迁的能隙位置
采用Lorentz线形公式：
ΔR/R＝Re[Ceiθ(E-Eg+iΓ)-n]
其中，R为反射率，ΔR为反射率的变化，Eg为吸收峰的能隙位置，θ是位相角，E为光子能量，C为振幅，Re代表对后面的表达式取实部，n代表临界点的类型及微分的级次，Γ为展宽因子。用最小二乘法拟合曲线，得到能隙位置Eg。
b)由经验公式：x＜0.45时，则Eg＝1.424+1.247x，由a)中拟合出的Eg得到x值。
(2)对本发明的即薄膜厚度小于100nm的超薄层AlxGa1-xAs薄膜的x值获得
所谓超薄层，指在生长方向上有量子化效应，所获得的能隙位置Eg′将比相应组分的体材料能隙位置数值大，因此要扣除量子限制效应造成的影响。因能隙位置与厚度有关，因此厚度应首先确定，我们由反射式高能电子衍射来确定薄膜材料的厚度。在分子束外延系统上有反射式高能电子衍射装置，在该装置上电子衍射强度直接在电子荧光屏上转化成荧光屏的发光强度。在材料生长过程中，电子衍射强度会出现周期性振荡，振荡一次则为生长一个原子层，即0.283纳米，所以根据生长薄膜时，电子衍射强度振荡的次数m，可以算出薄膜的厚度为0.283m纳米。又由量子限制效应，应用传输矩阵法可以求出能隙移动，并反映在不同厚度的修正因子K上，其具体数值由表1给出，对于不同的x值，由于厚度限制效应所导致量子化效应引起的能隙位置Eg′与相应组分的体材料Eg之比K＝Eg′/Eg相对组分x基本保持不变，当厚度大于2nm时，Eg′/Eg随x变化的量小于1％，所以本发明中对所有的x值(x＜0.45)均采用如表1所示的修正值K。在由光调制反射谱获得Eg′后，算出Eg＝Eg′/K，再由Eg得到组分x。所有的拟合，都由计算机实时完成，形成完善的软件。
表1.不同厚度的修正因子：
| 薄膜厚度d(nm) | 修正因子K | 薄膜厚度d(nm) | 修正因子K |
| 100.1 | 1 | 51.1 | 1.0008137 |
| 99.800003 | 1.0000018 | 51.200001 | 1.0008266 |
| 99.5 | 1.0000036 | 50.900002 | 1.0008396 |
| 99.200005 | 1.0000054 | 50.600002 | 1.0008529 |
| 98.900002 | 1.0000073 | 50.299999 | 1.0008668 |
| 98.599998 | 1.0000091 | 50 | 1.0008805 |
| 98.300003 | 1.0000108 | 49.700001 | 1.0008943 |
| 98 | 1.0000128 | 49.400002 | 1.0009087 |
| 97.700005 | 1.0000147 | 49.100002 | 1.0009233 |
| 97.400002 | 1.0000167 | 48.799999 | 1.0009381 |
| 97.099998 | 1.0000186 | 48.5 | 1.0009533 |
| 96.800003 | 1.0000205 | 48.200001 | 1.0009688 |
| 96.5 | 1.0000224 | 47.900002 | 1.0009844 |
| 96.200005 | 1.0000244 | 47.600002 | 1.0010005 |
| 95.900002 | 1.0000266 | 47.299999 | 1.0010166 |
| 95.599998 | 1.0000285 | 47 | 1.0010331 |
| 95.300003 | 1.0000306 | 46.700001 | 1.00105 |
| 95 | 1.0000327 | 46.400002 | 1.001067 |
| 94.700005 | 1.0000347 | 46.100002 | 1.0010844 |
| 94.400002 | 1.0000368 | 45.799999 | 1.0011027 |
| 94.099998 | 1.000039 | 45.5 | 1.001121 |
| 93.800003 | 1.0000411 | 45.200001 | 1.0011395 |
| 93.5 | 1.0000433 | 44.900002 | 1.0011588 |
| 93.200005 | 1.0000454 | 44.600002 | 1.0011778 |
| 92.900002 | 1.0000477 | 44.299999 | 1.0011977 |
| 92.599998 | 1.0000499 | 44 | 1.0012178 |
| 92.300003 | 1.0000521 | 43.700001 | 1.0012382 |
| 92 | 1.0000544 | 43.400002 | 1.0012593 |
| 91.700005 | 1.0000567 | 43.100002 | 1.0012807 |
| 91.400002 | 1.000059 | 42.799999 | 1.0013022 |
| 91.099998 | 1.0000613 | 42.5 | 1.0013249 |
| 90.800003 | 1.0000637 | 42.200001 | 1.0013475 |
| 90.5 | 1.000066 | 41.900002 | 1.0013703 |
| 90.200005 | 1.0000685 | 41.600002 | 1.0013946 |
| 89.900002 | 1.0000709 | 41.299999 | 1.0014185 |
| 89.599998 | 1.0000734 | 41 | 1.0014433 |
| 89.300003 | 1.0000758 | 40.700001 | 1.0014695 |
| 89 | 1.0000784 | 40.400002 | 1.0014949 |
| 88.700005 | 1.0000809 | 40.100002 | 1.0015213 |
| 88.400002 | 1.0000834 | 39.799999 | 1.0015483 |
| 88.099998 | 1.0000861 | 39.5 | 1.0015758 |
| 87.800003 | 1.0000887 | 39.200001 | 1.0016046 |
| 87.5 | 1.0000913 | 38.900002 | 1.001633 |
| 87.200005 | 1.0000939 | 38.600002 | 1.001663 |
| 86.900002 | 1.0000967 | 38.299999 | 1.0016928 |
| 86.599998 | 1.0000994 | 38 | 1.0017238 |
| 薄膜厚度d(nm) | 修正因子K | 薄膜厚度d(nm) | 修正因子K |
| 86.300003 | 1.0001022 | 37.700001 | 1.0017555 |
| 86 | 1.0001049 | 37.400002 | 1.0017881 |
| 85.700005 | 1.0001078 | 37.100002 | 1.0018214 |
| 85.400002 | 1.0001106 | 36.799999 | 1.0018553 |
| 85.099998 | 1.0001134 | 36.5 | 1.0018901 |
| 84.800003 | 1.0001163 | 36.200001 | 1.0019259 |
| 84.5 | 1.0001192 | 35.900002 | 1.0019621 |
| 84.200005 | 1.0001222 | 35.600002 | 1.0019989 |
| 83.900002 | 1.0001252 | 35.299999 | 1.0020385 |
| 83.599998 | 1.0001281 | 35 | 1.0020788 |
| 83.300003 | 1.0001312 | 34.700001 | 1.0021175 |
| 83 | 1.0001343 | 34.400002 | 1.0021596 |
| 82.700005 | 1.0001374 | 34.100002 | 1.0022019 |
| 82.400002 | 1.0001407 | 33.799999 | 1.0022447 |
| 82.099998 | 1.0001439 | 33.5 | 1.0022902 |
| 81.800003 | 1.0001471 | 33.200001 | 1.0023365 |
| 81.5 | 1.0001503 | 32.900002 | 1.0023839 |
| 81.200005 | 1.0001537 | 32.600002 | 1.002432 |
| 80.900002 | 1.0001569 | 32.299999 | 1.0024821 |
| 80.599998 | 1.0001602 | 32 | 1.002533 |
| 80.300003 | 1.0001637 | 31.700001 | 1.0025852 |
| 80 | 1.0001671 | 31.4 | 1.0026388 |
| 79.700005 | 1.0001706 | 31.1 | 1.0026946 |
| 79.400002 | 1.000174 | 30.800001 | 1.0027529 |
| 79.099998 | 1.0001776 | 30.5 | 1.0028112 |
| 78.800003 | 1.0001813 | 30.200001 | 1.0028716 |
| 78.5 | 1.0001849 | 29.9 | 1.0029347 |
| 78.200005 | 1.0001886 | 29.6 | 1.0029985 |
| 77.900002 | 1.0001923 | 29.300001 | 1.0030652 |
| 77.599998 | 1.0001961 | 29 | 1.0031326 |
| 77.300003 | 1.0001998 | 28.700001 | 1.0032027 |
| 77 | 1.0002037 | 28.4 | 1.0032762 |
| 76.700005 | 1.0002077 | 28.1 | 1.0033514 |
| 76.400002 | 1.0002116 | 27.800001 | 1.0034267 |
| 76.099998 | 1.0002155 | 27.5 | 1.0035065 |
| 75.800003 | 1.0002196 | 27.200001 | 1.00359 |
| 75.5 | 1.0002238 | 26.9 | 1.0036737 |
| 75.200005 | 1.0002278 | 26.6 | 1.0037621 |
| 74.900002 | 1.000232 | 26.300001 | 1.0038531 |
| 74.599998 | 1.0002363 | 26 | 1.0039469 |
| 74.300003 | 1.0002406 | 25.700001 | 1.0040435 |
| 74 | 1.0002449 | 25.4 | 1.0041441 |
| 73.700005 | 1.0002493 | 25.1 | 1.0042478 |
| 73.400002 | 1.0002538 | 24.800001 | 1.0043551 |
| 73.099998 | 1.0002582 | 24.5 | 1.0044657 |
| 72.800003 | 1.0002626 | 24.200001 | 1.0045805 |
| 72.5 | 1.0002674 | 23.9 | 1.0046989 |
| 72.200005 | 1.000272 | 23.6 | 1.0048248 |
| 薄膜厚度d(nm) | 修正因子K | 薄膜厚度d(nm) | 修正因子K |
| 71.900002 | 1.0002768 | 23.300001 | 1.0049549 |
| 71.599998 | 1.0002816 | 23 | 1.0050888 |
| 71.300003 | 1.0002863 | 22.700001 | 1.0052266 |
| 71 | 1.0002912 | 22.4 | 1.0053706 |
| 70.700005 | 1.00002963 | 22.1 | 1.0055207 |
| 70.400002 | 1.0003011 | 21.800001 | 1.0056759 |
| 70.099998 | 1.0003062 | 21.5 | 1.0058393 |
| 69.800003 | 1.0003115 | 21.200001 | 1.0060083 |
| 69.5 | 1.0003167 | 20.9 | 1.0061816 |
| 69.200005 | 1.000322 | 20.6 | 1.0063685 |
| 68.900002 | 1.0003273 | 20.300001 | 1.0065601 |
| 68.599998 | 1.0003327 | 20 | 1.0067587 |
| 68.300003 | 1.0003382 | 19.700001 | 1.0069702 |
| 68 | 1.0003439 | 19.4 | 1.0071874 |
| 67.700005 | 1.0003494 | 19.1 | 1.0074142 |
| 67.400002 | 1.0003552 | 18.800001 | 1.0076543 |
| 67.099998 | 1.0003611 | 18.5 | 1.0079039 |
| 66.800003 | 1.0003668 | 18.200001 | 1.0081699 |
| 66.5 | 1.0003728 | 17.9 | 1.0084417 |
| 66.200005 | 1.000379 | 17.6 | 1.0087308 |
| 65.900002 | 1.000385 | 17.300001 | 1.0090325 |
| 65.599998 | 1.0003912 | 17 | 1.0093491 |
| 65.300003 | 1.0003973 | 16.700001 | 1.0096856 |
| 65 | 1.0004039 | 16.4 | 1.0100416 |
| 64.700005 | 1.0004103 | 16.1 | 1.0104139 |
| 64.400002 | 1.0004168 | 15.8 | 1.0108088 |
| 64.099998 | 1.0004234 | 15.5 | 1.0112238 |
| 63.799999 | 1.0004302 | 15.2 | 1.0116585 |
| 63.5 | 1.000437 | 14.900001 | 1.0121272 |
| 63.200001 | 1.0004439 | 14.6 | 1.0126184 |
| 62.900002 | 1.000451 | 14.3 | 1.0121426 |
| 32.600002 | 1.0004581 | 14 | 1.013695 |
| 62.299999 | 1.0004653 | 13.7 | 1.0142875 |
| 62 | 1.0004725 | 13.400001 | 1.0149127 |
| 61.700001 | 1.0004801 | 13.1 | 1.0155878 |
| 61.400002 | 1.0004876 | 12.8 | 1.0162983 |
| 61.100002 | 1.0004953 | 12.5 | 1.0170611 |
| 60.799999 | 1.0005029 | 12.2 | 1.0178698 |
| 60.5 | 1.0005108 | 11.900001 | 1.0187705 |
| 60.200001 | 1.0005188 | 11.6 | 1.0197133 |
| 59.900002 | 1.000527 | 11.3 | 1.0207423 |
| 59.600002 | 1.0005352 | 11 | 1.0218294 |
| 59.299999 | 1.0005435 | 10.7 | 1.0230173 |
| 59 | 1.0005519 | 10.400001 | 1.0243148 |
| 58.700001 | 1.0005606 | 10.1 | 1.0256809 |
| 58.400002 | 1.0005695 | 9.8000002 | 1.0272024 |
| 58.100002 | 1.0005783 | 9.5 | 1.0288885 |
| 57.799999 | 1.0005871 | 9.1999998 | 1.0306869 |
| 薄膜厚度d(nm) | 修正因子K | 薄膜厚度d(nm) | 修正因子K |
| 57.5 | 1.0005964 | 8.9000006 | 1.0326881 |
| 57.200001 | 1.0006057 | 8.6000004 | 1.0349053 |
| 56.900002 | 1.000615 | 8.3000002 | 1.0373056 |
| 56.600002 | 1.0006245 | 8 | 1.039966 |
| 56.299999 | 1.0006343 | 7.7000003 | 1.042933 |
| 56 | 1.0006443 | 7.4000001 | 1.0462025 |
| 55.700001 | 1.0006542 | 7.0999999 | 1.0498801 |
| 55.400002 | 1.0006645 | 6.8000002 | 1.0540273 |
| 55.100002 | 1.0006748 | 6.5 | 1.0586766 |
| 54.799999 | 1.0006855 | 6.2000003 | 1.0638425 |
| 5405 | 1.0006962 | 5.9000001 | 1.0695431 |
| 54.200001 | 1.0007071 | 5.5999999 | 1.0757971 |
| 53.900002 | 1.000718 | 5.3000002 | 1.0826285 |
| 53.600002 | 1.0007292 | 5 | 1.0900556 |
| 53.299999 | 1.0007408 | 4.7000003 | 1.0980473 |
| 53 | 1.0007526 | 4.4000001 | 1.1066489 |
| 52.700001 | 1.0007643 | 4.0999999 | 1.1159163 |
| 52.400002 | 1.0007763 | 3.8 | 1.1258559 |
| 52.100002 | 1.0007886 | 3.5 | 1.1365129 |
| 51.79999 | 1.000801 | 3.2 | 1.1479204 |
发明人用本发明的方法及装置对于厚度为10nm的AlxGa1-xAs薄膜进行原位光调制反射谱测量，经过拟合后，得到组分值为0.23，根据反射式高能电子衍射测量的组分值为0.20，而样品从真空中取出后用椭偏仪进行退位测量，所得的组分值只有0.12，显然误差较大，用通常的退位测组分的方法，即X-ray双晶衍射方法，因为AlxGa1-xAs层太薄，看不到其衍射峰，所以测不出组分的值。由此可以看到本专利方法的优越性所在，本发明人同时给出用该系统所测量的一组样品的组分值，并同时给出由其他方法所测得的结果。表2示出了用不同方法测得的同一组样品组分值：
表2用不同种方法测得的同一组样品的组分值：
本发明有如下积极效果及优点：
| 样 品 号 | NO.63264 | NO.63263 | NO.63262 | NO.63261 | NO.63260 |
| AlxGa1-xAs厚度 | 100nm | 35nm | 25nm | 15nm | 10nm |
| 调制反射光谱原位测的组分值 | 0.23 | 0.24 | 0.24 | 0.24 | 0.23 |
| 高能电子衍射测量组分值 | 0.26 | 0.24 | 0.20 | 0.23 | 0.20 |
| 椭偏仪退位测量的组分值 | 0.22 | 0.23 | 0.21 | 0.18 | 0.12 |
| 退位X-ray方法 | 0.17 | 测不出 | 测不出 | 测不出 | 测不出 |
1.本发明可以很方便地在生长的任何时候进行组分的测量，反馈组分信息来指导生
长。
2.本发明对于测量超薄层AlxGa1-xAs材料比其他退位方法有不可比拟的优越性。
3.本发明对于测量复杂结构下的AlxGa1-xAs组分比常用的原位检测方法如椭圆偏振光
谱仪有更大的优越性。
Claims (2)
1.一种原位检测直接带隙AlxGa1-xAs薄膜材料组分的装置，其中包括：
(a).利用分子束外延系统的超高真空系统，真空度可以达到1×10-8Pa；
(b).由光源、单色仪、探测器、光学透镜、激光器，调制盘，锁相放大器、计算机等组件组成光调制反射光谱的实验装置；其特征在于：
(c).把分子束外延的超高真空系统与光调制反射谱的光路系统实现光学耦合，采用白光作为探测光直接照到样品上，同时调制激光打到探测光的光斑上；分子束外延系统上置有大孔径可见光窗口，调整光路与高真空腔内样品成小角度入射，将激光光斑扩束大于探测光斑，反射信号经过单色仪分光，探测器在单色仪狭缝小暗盒内探测信号分别送到计算机和锁相放大器，锁相放大器再将反射率变化量送往计算机，计算机通过接口控制单色仪；
(d).检测装置的控制软件中采用菜单的界面操作形式，直接的人机对话；实施多次扫描；检测装置的数据分析软件由得到的光调制反射光谱通过拟合给出AlxGa1-xAs的能隙，拟合的结果经过修正后给出组分值X。
2.一种原位检测直接带隙AlxGa1-xAs薄膜材料组分的方法，包括：
(a).利用分子束外延的超高真空系统与光调制反射光谱的光路系统实现光学耦合，得到材料光调制反射谱；
(b).由光调制反射谱采用Lorentz线形公式，拟合AlxGa1-xAs的带间跃迁的能隙位置：
ΔR/R＝Re[Ceiθ(E-Eg+iΓ)-n]其中，R为反射率，ΔR为反射率的变化量，Re代表对后面表达式取实部，Eg为吸收峰的能隙位置，θ为位相角，E为光子的能量，n代表临界点的类型及微分级次，C为振幅，Γ为展宽因子；
用最小二乘法拟合曲线，得到能隙位置Eg；
其特征在于：所说的用Lorentz线形公式拟合AlxGa1-xAs的带间跃迁能隙位置Eg，对超薄的AlxGa1-xAs薄膜材料即，厚度小于100nm的要扣除量子限制效应造成的影响，其能量差与厚度相关，先由反射式高能电子衍射确定超薄层厚度；应用由传输矩阵法求出的能隙移动确定出不同厚度修正因子K，然后由光调制反射光谱测得的Eg′算出Eg＝Eg′/K，再由经验公式：X＜0.45时，则Eg＝1.424+1.247X，得到X值。
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