[发明专利]一种VCSEL芯片氧化实时监控方法及设备

权利要求书

1.一种VCSEL芯片氧化实时监控方法，其特征在于：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）；

（4）利用平行电容板器的概念推导出已氧化部分的电容C_sox与监控氧化台面的已氧化面积A的公式（b），由此实时计算监控氧化台面的已氧化面积A，并基于监控氧化台面的结构特点进一步求取监控氧化台面的氧化深度D；

（b）

式中：d_ox为氧化层的厚度；ε_ox为氧化层的介电常数；ε_s为GaAs半导体的介电常数；W_m为p型接触金属电极与衬底底面间的厚度；

所述监控氧化台面和目标氧化台面均为圆形，并且所述监控氧化台面的直径大于所述目标氧化台面的直径，则所述监控氧化台面的氧化深度D与已氧化面积A的计算公式为：

（c）

式中：D_mesa为监控氧化台面的直径；

（5）以氧化深度和氧化时间作为氧化监控参照指标，绘制出氧化深度-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。

2.如权利要求1所述的一种VCSEL芯片氧化实时监控方法，其特征在于：在步骤（3）中，氧化前的电容C_s和氧化任意时刻的电容C_dep均取反向偏置电压范围内中点电压所对应的电容值。

3.如权利要求1所述的一种VCSEL芯片氧化实时监控方法，其特征在于：在步骤（3）中，电容-电压曲线的扫描区间可通过前置试验获取，在前置试验中，通过扫描不同监控氧化台面尺寸在氧化前的电容-电压曲线，由此截取适当的反向偏置电压范围和正向偏置电压范围作为扫描区间。

4.如权利要求3所述的一种VCSEL芯片氧化实时监控方法，其特征在于：在步骤（3）中，电容-电压曲线的扫描区间为[-5V,2V]。

5.如权利要求3所述的一种VCSEL芯片氧化实时监控方法，其特征在于：在前置试验中，可在同一监控区内蚀刻出多种不同尺寸的监控氧化台面。

6.一种VCSEL芯片氧化实时监控设备，其特征在于：包括氧化室、加热炉、第一载气通道、电容表和控制箱；所述氧化室底部设置有所述加热炉，并且氧化室通过所述第一载气通道依次连接有第一调节阀、起泡器、第一气体流量计和第一氮气源；所述外延片放置于所述氧化室内，并电连接于所述电容表；所述控制箱电连接于所述电容表和第一调节阀，用于接收电容表采集的数据，完成如权利要求1所述的计算步骤，并通过所述第一调节阀控制外延片的氧化过程。

7.如权利要求6所述的一种VCSEL芯片氧化实时监控设备，其特征在于：还包括第二载气通道，所述第二载气通道的一端连通于所述氧化室内，另一端依次设有第二调节阀、第二气体流量计和第二氮气源。

8.如权利要求6所述的一种VCSEL芯片氧化实时监控设备，其特征在于：所述氧化室由石英管制成，并且氧化室内设有一载台，该载台用于放置所述外延片，并为外延片设有电连接于所述电容表的负极探针。