[发明专利]一种VCSEL芯片氧化实时监控方法及设备

说明书

本发明公开了一种VCSEL芯片氧化实时监控方法及设备，该方法包括如下步骤：先在待氧化的外延片顶部沉积p型接触金属电极，然后将外延片划分为监控区和目标芯片区，分别蚀刻出监控氧化台面和目标氧化台面；将外延片放入氧化室中，监控区的p型接触金属电极和衬底背面连接于电容表；开启氧化制程，通过电容表实时采集监控氧化台面在不同氧化时间内的电容‑电压曲线，并获取氧化前的电容C_s、氧化任意时刻的电容C_dep和已氧化部分的电容C_sox；实时计算监控氧化台面的已氧化面积A，并进一步求取监控氧化台面的氧化深度D；以氧化深度和氧化时间作为氧化监控参照指标，绘制氧化深度‑氧化时间的曲线关系图，并由此实时控制目标芯片区的氧化深度。

技术领域

本发明涉及半导体光电子技术领域，特别涉及一种VCSEL芯片氧化实时监控方法及设备。

背景技术

随着科学技术的不断发展，各种各样的VCSEL芯片已广泛应用于人们的日常生活、工作以及工业中，为人们的生活带来了极大的便利。氧化物限制工艺是VCSEL芯片的核心技术之一。目前流行的氧化物限制方法是先将高Al的Al_xGa_1-xAs设计为一层或两层结构，通过外延生长的方式，置于靠近有源层的一侧或两侧，然后对该Al_xGa_1-xAs层进行选择性氧化。Al_xGa_1-x As层的氧化过程是从外侧边缘向着中心横向进行的，氧化生成的是电绝缘的Al₂O₃。所以，通过控制氧化过程，可以将该Al_xGa_1-xAs层变成外环为经过氧化的Al₂O₃电绝缘区域，而内环为未氧化的电流注入区。

氧化制程中需要控制的物理参数很多，包括：温度均匀性、水蒸汽流型、外延厚度和成分均匀性、氧化起始延迟、蚀刻裙边尺寸和晶片表面预处理情况等。目前在做氧化制程的时候，一般是先拿VCSEL外延片样品做氧化制程，工程师通过多次试错不断地修正参数，最终得到在特定氧化条件下的氧化速率；再利用样品的氧化速率，推算出同一批VCSEL外延片在同样的氧化条件下，实现特定氧化面积/氧化孔径所需要的氧化时间。这种方法对于不同的氧化批次，很难保证每批次的氧化制程相关的所有物理参数都稳定不变。因此，这种氧化方式经常出现不同批次的VCSEL外延片有过氧化或少氧化的情况，产品的一致性较差，良率较低。

为此，我们提供一种VCSEL芯片氧化实时监控方法及设备。

发明内容

本发明提供一种VCSEL芯片氧化实时监控方法及设备，其主要目的在于解决现有VCSEL芯片由于氧化控制方法不合理，导致产品的一致性差，良率低等的问题。

本发明采用如下技术方案：

一种VCSEL芯片氧化实时监控方法及设备，包括如下步骤：

（1）对待氧化的外延片进行预处理，先在外延片的顶部沉积p型接触金属电极，然后进行氧化台面刻蚀，将外延片划分为监控区和目标芯片区，在监控区蚀刻出监控氧化台面，并在目标芯片区蚀刻出目标氧化台面；

（2）将预处理后的外延片放入氧化实时监控设备的氧化室中，氧化室外的电容表通过正极连接线连接于所述监控区的p型接触金属电极，并通过负极连接线和负极探针连接于所述外延片的衬底底面；

（3）开启氧化制程，通过电容表实时采集外延片的监控氧化台面在不同氧化时间内的电容-电压曲线，并根据电容-电压曲线的特性获取氧化前的电容C_s和氧化任意时刻的电容C_dep，再根据公式（a）实时计算得到已氧化部分的电容C_sox；

（a）；