WO2020161085A1 - Four d'oxydation latérale de vcsel avec modification locale de la vitesse d'oxydation - Google Patents

Four d'oxydation latérale de vcsel avec modification locale de la vitesse d'oxydation Download PDF

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WO2020161085A1
WO2020161085A1 PCT/EP2020/052642 EP2020052642W WO2020161085A1 WO 2020161085 A1 WO2020161085 A1 WO 2020161085A1 EP 2020052642 W EP2020052642 W EP 2020052642W WO 2020161085 A1 WO2020161085 A1 WO 2020161085A1
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WO
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substrate
heating
oxidation
mesa
oven
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PCT/EP2020/052642
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Pierre Bonnard
Xavier BRUN
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Aloxtec
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    • H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18308—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement
    • H01S5/18311—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL] having a special structure for lateral current or light confinement using selective oxidation

Definitions

  • the invention relates to the technical field of oxidation furnaces allowing lateral thermal oxidation of vertical cavity laser diodes emitting from the surface (V CSEL for "1 Vertical Cavity Surface Lmiting Laser” in English).
  • the invention finds its application in particular in the electro-optical confinement of VCSELs, where the quantum wells are III-V alloys such as AlGaAs or InGaAs.
  • An oven known from the state of the art, in particular from document US 2015/0364320, comprises:
  • an oxidation chamber comprising an atmosphere
  • - injection means arranged to inject a wet gas stream into the oxidation chamber
  • a heating support of the susceptor type, arranged in the oxidation chamber, and comprising an upper surface intended to support a substrate comprising the laser diodes.
  • the heating medium is made of graphite and is illuminated by an infrared lamp, located outside the oxidation chamber, to heat the substrate ( ⁇ 0029). Such an oven improves the thermal homogeneity of the heated substrate ( ⁇ 0035).
  • the invention aims to remedy all or part of the aforementioned drawbacks.
  • the invention relates to a furnace for laterally oxidizing laser diodes, of the vertical cavity type emitting from the surface, comprising:
  • an oxidation chamber comprising an atmosphere; - injection means, arranged to inject a wet gas flow into the oxidation chamber;
  • a heating support of the susceptor type, arranged in the oxidation chamber, and comprising an upper surface intended to support a substrate comprising the laser diodes;
  • the furnace comprises a set of radiating elements arranged to irradiate the heating medium so that the upper surface has heating zones having different temperatures.
  • such an oven according to the invention makes it possible to correct oxidation inhomogeneities on the substrate by allowing a local modification of the heating temperature of the heating medium, and thereby the possibility of locally modifying the oxidation rate for improve the uniformity of the diameter of the opening of the oxide diaphragms over the entire surface of the substrate.
  • oxidation is meant thermal oxidation.
  • Atmosphere is meant the gaseous medium within the oxidation chamber.
  • wet gas stream is meant a gas stream comprising water vapor.
  • heating support is understood to mean a support suitable for heating the rear surface of the substrate, said rear surface being intended to rest on the upper surface of the heating support.
  • susceptor is meant a heating medium capable of absorbing electromagnetic energy in order to convert it into heat.
  • the oven according to the invention may have one or more of the following characteristics.
  • the set of radiating elements is arranged so that the upper surface has:
  • an advantage obtained is to allow a different oxidation rate for a portion of the substrate extending over the central part of the upper surface, and for a portion of the substrate extending over the peripheral part of the upper surface. This results in a correction of the oxidation inhomogeneities on the substrate, by doing away with a “center-edge” effect, and by compensating for the effect of the humid gas flow absorbing energy to heat up.
  • the oven comprises:
  • a power supply configured to independently power each radiating element by delivering electrical power
  • - first measuring means arranged to measure the rate of oxidation of the laser diodes when the substrate is arranged on the upper surface of the heating medium
  • - regulation means configured to regulate the electrical power according to the measured oxidation rates.
  • an advantage obtained is to be able to adjust the electric power according to the oxidation rates measured so as to correct the oxidation inhomogeneities.
  • the regulating means comprise:
  • a master regulator connected to the first measuring means, and configured to operate at a fixed setpoint corresponding to the desired oxidation rate of the laser diodes
  • a slave regulator connected to the second measuring means and to the power supply, and arranged in cascade with the master regulator, and configured to operate at a variable setpoint corresponding to the measured temperature of a heating zone.
  • an advantage provided by such a regulation topology is to improve the quality of the regulation of the electric power compared to a simple loop, that is to say by reducing the disturbing effects for example when the current delivered by the diet is likely to change suddenly.
  • the first measuring means comprise:
  • - moving means arranged to move the camera in the oxidation chamber above the heating support
  • a light source arranged to illuminate the substrate when the substrate is arranged on the upper surface of the heating support; - a monochromator, configured to filter the light source.
  • an advantage is being able to locally follow the lateral oxidation of the laser diodes.
  • the camera is provided with:
  • a first microscope objective arranged to aim at a predetermined position of a central portion of the substrate, when the substrate is arranged on the upper surface of the heating medium;
  • a plurality of second microscope objectives arranged to aim at predetermined positions of a peripheral portion of the substrate, when the substrate is arranged on the upper surface of the heating medium.
  • an advantage obtained is to be able to visualize several mesas located at different places of the substrate, which makes it possible to determine the rate of oxidation simultaneously at several sites of the substrate.
  • the radiating elements are electrical resistors.
  • the heating medium is then suitable for transferring the energy of the thermal radiation of the electrical resistances to the substrate in the form of heat, mainly by conduction and radiation, and mainly by convection.
  • the oxidation chamber is configured to maintain the atmosphere at a temperature between 20 ° C and 600 ° C, preferably between 300 ° C and 600 ° C, more preferably between 350 ° C and 500 ° C.
  • the temperature is chosen according to the nature of the quantum wells of the laser diodes to form a lateral thermal oxidation.
  • a temperature between 350 ° C and 500 ° C is advantageous when the quantum wells are layers of AlGaAs.
  • the injection means are configured so that the atmosphere of the oxidation chamber exerts a pressure between 1 Pa and 10 5 Pa, preferably between 10 3 Pa and 10 5 Pa .
  • pressure is meant the intensity of the force exerted by the atmosphere per unit area.
  • the subject of the invention is also a method for the lateral oxidation of laser diodes, of the vertical cavity type emitting via the surface, comprising the steps:
  • step c) comprises a step c) consisting in adjusting the temperatures of the heating zones according to the position of the mesa relative to the substrate.
  • an advantage obtained is to be able to correct an inhomogeneity of oxidation of mesas (and therefore an inhomogeneity of the opening of the oxide diaphragms), mainly linked to an inhomogeneity of thicknesses and / or of chemical composition of the layers of III-V alloys formed by epitaxy on the substrate, and composing the mesas.
  • the adjustment of the temperatures of the heating zones allows a local modification of the heating temperature of the heating medium, which makes it possible to locally modify the rate of oxidation of the mesa and to improve the uniformity of the diameter of the opening of the oxide diaphragms over the entire surface of the substrate.
  • the oven used during step a) comprises a set of radiating elements arranged to irradiate the heating medium so that the upper surface has:
  • step c) comprises the steps:
  • Cio measure the diameter of the oxide diaphragm of a reference mesa, located in a central portion of the substrate heated by the first heating zone;
  • C 12 measuring the diameter of the oxide diaphragm of at least one peripheral mesa located in a peripheral portion of the substrate heated by the second heating zone;
  • C 13 calculate the theoretical final diameter of the oxide diaphragm of the peripheral mesa from the oxidation time and the oxidation rate calculated during step Cn);
  • an advantage obtained is to overcome an inhomogeneity of oxidation of mesas (and therefore an inhomogeneity of the opening of the oxide diaphragms) between those located on a central portion of the substrate and those located on a peripheral portion substrate; the oxidation inhomogeneity being mainly linked to an inhomogeneity of the thicknesses of the mesas during their epitaxy.
  • the modification and adjustment of the temperature of the second heating zone of the heating medium makes it possible to modify the rate of oxidation of a peripheral mesa relative to the rate of oxidation of a reference mesa located in the central portion of the substrate.
  • - T is the temperature of the heating zone heating the mesa
  • - A and B are parameters depending on the substrate.
  • an advantage provided is to easily adjust the oxidation rate of the mesa according to its position on the substrate by a linear relationship with the temperature of the heating zone heating the mesa.
  • step c) comprises a step of regulating the flow rate of the wet gas flow according to a set point corresponding to the desired diameter of the oxide diaphragm.
  • an advantage obtained is to be able to control the stopping of oxidation by allowing a phase of gradual deceleration of the oxidation rate of the mesas, allowing a precise and reproducible diameter of the oxide diaphragm to be obtained.
  • Figure 1 is a schematic sectional view of a furnace according to the invention, equipped with means for measuring the oxidation rate of the laser diodes according to a first embodiment.
  • Figure 2 is a schematic sectional view of an oxidation chamber of a furnace according to the invention. The set of radiating elements is not shown.
  • FIG 3 is a schematic sectional view of a vertical cavity surface emitting laser diode (V CSEL).
  • Figure 4 is a schematic view illustrating means for regulating the temperatures of the heating zones as a function of the measured oxidation rates.
  • SP SetPoint
  • PV Pro ⁇ ss Value
  • OP OutPut
  • Figure 5 is a schematic perspective view of a substrate, illustrating positions for measuring the diameter of the oxide diaphragm: a position (C) for the reference mesa located in a central portion of the substrate, and 4 positions (N, S, W, E) for peripheral mesas located in peripheral portions of the substrate.
  • Figure 6 is a schematic top view of a substrate arranged on the upper surface of the heating medium, illustrating a set of radiating elements arranged to form heating zones with different temperatures.
  • Figure 7 is a schematic sectional view of a furnace according to the invention, equipped with means for measuring the oxidation rate of laser diodes according to a second embodiment.
  • an object of the invention is a furnace 1 for laterally oxidizing laser diodes D (shown in Figure 3), of the vertical cavity type emitting from the surface, comprising:
  • an oxidation chamber 2 comprising an atmosphere 20;
  • a heating support 4 of the susceptor type arranged in the oxidation chamber, and comprising an upper surface 40 intended to support a substrate 5 comprising the laser diodes D.
  • the furnace 1 comprises a set of radiating elements 41 arranged to irradiate the heating support 4 so that the upper surface 40 has heating zones ZC1, ZC2 having different temperatures.
  • Oxidation chamber and injection means are arranged to irradiate the heating support 4 so that the upper surface 40 has heating zones ZC1, ZC2 having different temperatures.
  • Oxidation chamber 2 is delimited by:
  • the upper wall 21a is advantageously provided with a transparent pane 210, preferably in the infrared range.
  • the atmosphere 20 of the oxidation chamber 2 can be a gaseous medium comprising hydrogenated nitrogen N 2 H 2 and water vapor H 2 0.
  • the oxidation chamber 2 is advantageously configured to maintain the atmosphere at a temperature between 20 ° C and 600 ° C, preferably between 300 ° C and 600 ° C, more preferably between 350 ° C and 500 ° C . To do this, the oxidation chamber 2 is advantageously provided with a thermostat (not shown).
  • the injection means 3 are advantageously configured so that the atmosphere 20 of the oxidation chamber 2 exerts a pressure between 1 Pa and 10 5 Pa, preferably between 10 3 Pa and 10 5 Pa.
  • the injection means 3 advantageously comprise an injection tube 30 arranged to inject the wet gas stream into the oxidation chamber 2.
  • the injection tube 30 is advantageously porous.
  • the injection tube 30 can be made of stainless steel.
  • the oxidation chamber 2 advantageously comprises an ejection tube 31 arranged to eject the wet gas stream out of the oxidation chamber 2.
  • the ejection tube 31 is advantageously porous.
  • the ejection tube 31 can be made of stainless steel.
  • the injection tube 30 and the ejection tube 31 are advantageously arranged to form a laminar flow of the wet gas stream. Such a laminar flow makes it possible to renew the water vapor consumed by the oxidation reaction without affecting the temperature of the substrate 5.
  • the flow rates of the wet gas stream flowing through the porous injection tube and through the tube. porous ejection 31 can be determined by Darcy's law, known to those skilled in the art.
  • the heating support (“chuck”) 4 is of the susceptor type, and is preferably made of graphite.
  • the radiating elements 41 form a source of electromagnetic radiation.
  • the radiating elements 41 are arranged to irradiate different zones of the heating support 4 so that the upper surface 40 of the heating support 4 has heating zones ZC1, ZC2 having different temperatures.
  • the radiating elements 41 are advantageously electrical resistors.
  • the heating support 4, of the susceptor type is then suitable for transferring to the substrate 5 the energy of the thermal radiation from the radiating elements 41 in the form of heat, mainly by conduction and radiation, and mainly by convection.
  • the radiating elements 41 are advantageously provided with heating loops 410, arranged to compensate for the losses of the electrical connections between the radiating elements 4L.
  • the set of radiating elements 41 is advantageously arranged to irradiate the heating medium 4 so that the upper surface 40 has:
  • the first central heating zone ZC1 can include several heating sub-zones having different temperatures.
  • the second peripheral heating zone ZC2 may include several heating sub-zones having different temperatures.
  • the first heating zone ZC1 can comprise two heating sub-zones ZCla, ZClb distributed uniformly in the central part of the upper surface 40.
  • the two heating sub-zones ZCla, ZClb of the first ZC1 heating zone can be controlled in parallel, power offset or temperature offset.
  • the second heating zone ZC2 can include four heating sub-zones ZC2a, ZC2b, ZC2c, ZC2d distributed uniformly in the peripheral part of the upper surface 40.
  • the four heating sub-zones ZC2a, ZC2b, ZC2c, ZC2d of the second ZC2 heating zone can be controlled in parallel, power shift or temperature shift.
  • Such heating subzones ZCla, ZClb; ZC2a, ZC2b, ZC2c, ZC2d compensate, in a horizontal plane (front / back and left / right), the effect of the humid gas flow absorbing energy to heat.
  • the heating support 4 is thermally insulated from the oxidation chamber 2.
  • an insulating element 42 preferably made of quartz- can be mounted around the heating support 4 so as to thermally insulate the heating medium.
  • the insulating element 42 is preferably raised relative to the lower wall 21b of the oxidation chamber. Oxidation rate measurement
  • the oven 1 advantageously comprises first measuring means 6, arranged to measure the oxidation rate of the laser diodes D when the substrate 5 is arranged on the upper surface 40 of the heating support 4.
  • the first measuring means 6 advantageously comprise:
  • At least one camera 60 provided with at least one microscope objective 61;
  • - moving means (not shown), arranged to move the camera 60 in the oxidation chamber 2 above the heating support 4;
  • a light source arranged to illuminate the substrate 5 when the substrate 5 is arranged on the upper surface 40 of the heating support 4;
  • a monochromator 62 configured to filter the light source.
  • the camera 60 and the microscope objective (s) 61 are mounted on an optical tube 63.
  • the monochromator 62 may be connected to the optical tube 63 through an optical fiber 620.
  • the light source may be a halogen lamp.
  • the camera 60 is advantageously provided with:
  • a first microscope objective 61 arranged to aim at a predetermined position C (illustrated in FIGS. 5 and 6) of a central portion of the substrate 5, when the substrate 5 is arranged at the upper surface 40 of the heating support 4;
  • a plurality of second microscope objectives 61 arranged to aim at predetermined positions N, S, W, E (illustrated in FIGS. 5 and 6) of a peripheral portion of the substrate 5, when the substrate 5 is arranged at the upper surface 40 of the heating medium 4.
  • the first measuring means 6 can comprise:
  • a first camera 60 provided with a microscope objective 61, arranged to aim at a predetermined position C of a central portion of the substrate 5, when the substrate 5 is arranged at the upper surface 40 of the heating support 4;
  • the first measuring means 6 may comprise movement means arranged to independently move the first camera 60 and the plurality of second cameras 60 in the oxidation chamber 2 above the heating support 4.
  • the first measuring means 6 may comprise a plurality of light sources arranged to illuminate the substrate 5 when the substrate 5 is arranged on the upper surface 40 of the heating medium 4; the first camera 60 and each of the second cameras 60 being able to be associated with a separate light source.
  • Each light source can be associated with a monochromator 62, configured to filter the corresponding light source.
  • the oven 1 advantageously comprises:
  • a power supply A configured to independently power each radiating element 41 by delivering an electric power
  • - regulation means configured to regulate the electrical power as a function of the oxidation rates measured V mes by the first measuring means 6.
  • the regulation means advantageously comprise:
  • a master controller RM connected to the first measuring means 6, and configured to operate at a fixed setpoint SP corresponding to the desired oxidation rate V of the laser diodes D;
  • a slave regulator RE connected to the second measuring means and to the supply A, and arranged in cascade with the master regulator RM, and configured to operate at a variable SP setpoint corresponding to the measured temperature T mes of a zone of heater.
  • the master regulator RM and the slave regulator RE are advantageously regulators of the PID type (Proportional Integral Derivative).
  • the second measuring means may include thermocouples.
  • the substrate 5 is preferably a wafer ( "wafer” in English) of gallium arsenide GaAs, suitable for epitaxial growth of a III-V material such as gallium aluminum arsenide Al x As x vering.
  • the substrate 5 comprises:
  • the laser diodes D of the vertical cavity type emitting from the surface, are formed on the second surface 51 of the substrate 5.
  • the laser diodes D advantageously comprise a stack of layers made of Al x Ga_ x As, the stack preferably being trained by a technique for depositing thin layers by epitaxial growth, carried out under vacuum.
  • the stack advantageously comprises two reflectors, of the Bragg grating type DBR (“Distributed Bragg eflector” in English) separated by quantum wells QW (“Quantum Well” in English).
  • the first surface 50 of the substrate 5 can be coated with an electrical contact CE.
  • the upper DBR Bragg grating can be coated with a CE electrical contact.
  • M mesas are formed by etching in order to free the flanks of the buried layer to be oxidized, in order to form an oxide diaphragm 7.
  • the substrate 5 may be an indium phosphide wafer InP, suitable for the epitaxial growth of a III-V material such as Ini_ x Ga x As.
  • An object of the invention is a method of lateral oxidation of laser diodes D, of the vertical cavity type emitting from the surface, comprising the steps:
  • Step c) is performed so as to laterally oxidize the laser diodes D via the flanks.
  • Step c) advantageously comprises a step c) consisting in adjusting the temperatures of the heating zones ZC1, ZC2 according to the position of the mesa M relative to substrate 5.
  • the oven 1 used in step a) advantageously comprises a set of radiating elements 41 arranged to irradiate the heating support 4 so that the upper surface 40 has:
  • Step ci) advantageously comprises the steps:
  • steps C) to c M ) can be performed for several peripheral M mesas, for example 4 peripheral M mesas located in four cardinal positions N, S, W, E.
  • the four cardinal positions N, S, W, E face the four heating sub-zones ZC2a, ZC2b, ZC2c, ZC2d of the second heating zone ZC2.
  • the duration of oxidation of the set of mesas M is fixed by the calculation carried out during step eu).
  • Steps c10) and C12) can be repeated over a given time interval, preferably of the order of a few minutes.
  • Steps cio) and C12) can be executed simultaneously, for example by means of the embodiment of the first measuring means 6, illustrated in FIG. 7.
  • - A and B are parameters depending on the substrate.
  • the local variation of the heating temperature of the heating support 4 makes it possible to control a differentiated oxidation rate for mesas M, according to their position relative to the substrate 5. It should be noted that small temperature differences (between 1 ° C. and 5 ° C.) can considerably vary the rate of oxidation of an AlGaAs layer.
  • Step c) advantageously comprises a step consisting in regulating the flow rate of the wet gas flow as a function of a setpoint corresponding to the desired diameter of the oxide diaphragm 7.
  • the flow rate of the wet gas flow can be regulated by modifying the ratio between the water vapor H 2 0 and hydrogenated nitrogen N 2 H 2 .
  • Step c) can be interrupted by cutting the power supply to the thermostat of the oxidation chamber 2, and putting under vacuum the oxidation chamber 2 so as to extract the remaining molecules of H 2 0.

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Abstract

Ce four (1) comporte : - une chambre d'oxydation (2), comprenant une atmosphère (20); - des moyens d'injection, agencés pour injecter un flux gazeux humide dans la chambre d'oxydation (2); - un support chauffant (4), de type suscepteur, agencé dans la chambre d'oxydation (2), et comprenant une surface supérieure (40) destinée à supporter un substrat comprenant les diodes laser; remarquable en ce que le four (1) comprend un ensemble d'éléments rayonnants (41) agencé de sorte que la surface supérieure (40) présente des zones de chauffage (ZC1, ZC2) possédant des températures différentes.

Description

Four d’oxydation latérale de VCSEL avec modification locale de la vitesse d’oxydation
Domaine technique
L’invention se rapporte au domaine technique des fours d’oxydation permettant une oxydation thermique latérale de diodes laser à cavité verticale émettant par la surface (V CSEL pour « 1 Vertical Cavity Surface Lmiting Laser» en langue anglaise).
L’invention trouve notamment son application dans le confinement électro-optique des VCSEL, où les puits quantiques sont des alliages III- V tels que AlGaAs ou InGaAs.
État de l’art
Un four connu de l’état de la technique, notamment du document US 2015/0364320, comporte :
- une chambre d’oxydation, comprenant une atmosphère ;
- des moyens d’injection, agencés pour injecter un flux gazeux humide dans la chambre d’oxydation ;
- un support chauffant, de type suscepteur, agencé dans la chambre d’oxydation, et comprenant une surface supérieure destinée à supporter un substrat comprenant les diodes laser.
Le support chauffant est réalisé en graphite et est illuminé par une lampe infrarouge, située à l’extérieur de la chambre d’oxydation, de manière à chauffer le substrat (§0029). Un tel four permet d’améliorer l’homogénéité thermique du substrat chauffé (§0035).
Cependant, un tel four de l’état de la technique n’est pas entièrement satisfaisant dans la mesure où il ne permet pas de corriger des inhomogénéités d’oxydation sur le substrat, liées principalement à une inhomogénéité d’épaisseurs et/ou de composition chimique des couches d’alliages III-V, formées par épitaxie sur le substrat, par exemple des couches d’ AlGaAs prises en sandwich entre deux réflecteurs (e.g. de type réseaux de Bragg) sur un substrat en GaAs. Exposé de l’invention
L’invention vise à remédier en tout ou partie aux inconvénients précités. A cet effet, l’invention a pour objet un four pour oxyder latéralement des diodes laser, de type à cavité verticale émettant par la surface, comportant :
- une chambre d’oxydation, comprenant une atmosphère ; - des moyens d’injection, agencés pour injecter un flux gazeux humide dans la chambre d’oxydation ;
- un support chauffant, de type suscepteur, agencé dans la chambre d’oxydation, et comprenant une surface supérieure destinée à supporter un substrat comprenant les diodes laser ;
remarquable en ce que le four comprend un ensemble d’éléments rayonnants agencé pour irradier le support chauffant de sorte que la surface supérieure présente des zones de chauffage possédant des températures différentes.
Ainsi, un tel four selon l’invention permet de corriger des inhomogénéités d’oxydation sur le substrat en autorisant une modification locale de la température de chauffage du support chauffant, et par là-même la possibilité de modifier localement la vitesse d’oxydation pour améliorer l’uniformité du diamètre de l’ouverture des diaphragmes d’oxyde sur toute la surface du substrat.
Définitions
- Par « oxydation », on entend une oxydation thermique.
- Par « atmosphère », on entend le milieu gazeux au sein de la chambre d’oxydation.
- Par « flux gazeux humide », on entend un flux gazeux comportant de la vapeur d’eau.
- Par « support chauffant », on entend un support adapté pour chauffer la surface arrière du substrat, ladite surface arrière étant destinée à reposer sur la surface supérieure du support chauffant.
- Par « suscepteur », on entend un support chauffant capable d’absorber une énergie électromagnétique afin de la convertir en chaleur.
Le four selon l’invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes.
Selon une caractéristique de l’invention, l’ensemble d’éléments rayonnants est agencé de sorte que la surface supérieure présente :
- une première zone de chauffage, s’étendant dans une partie centrale de la surface supérieure ;
- une deuxième zone de chauffage, s’étendant dans une partie périphérique de la surface supérieure.
Ainsi, un avantage procuré est d’autoriser une vitesse d’oxydation différente pour une portion du substrat s’étendant sur la partie centrale de la surface supérieure, et pour une portion du substrat s’étendant sur la partie périphérique de la surface supérieure. Il en résulte une correction des inhomogénéités d’oxydation sur le substrat, en s’affranchissant d’un effet « centre-bord », et en compensant l’effet du flux gazeux humide absorbant de l’énergie pour se réchauffer.
Selon une caractéristique de l’invention, le four comporte :
- une alimentation, configurée pour alimenter indépendamment chaque élément rayonnant en délivrant une puissance électrique ;
- des premiers moyens de mesure, agencés pour mesurer la vitesse d’oxydation des diodes laser lorsque le substrat est agencé à la surface supérieure du support chauffant ;
- des moyens de régulation, configurés pour réguler la puissance électrique en fonction des vitesses d’oxydation mesurées.
Ainsi, un avantage procuré est de pouvoir ajuster la puissance électrique en fonction des vitesses d’oxydation mesurées de manière à corriger les inhomogénéités d’oxydation.
Selon une caractéristique de l’invention, les moyens de régulation comportent :
- un régulateur maître, relié aux premiers moyens de mesure, et configuré pour fonctionner à une consigne fixe correspondant à la vitesse d’oxydation souhaitée des diodes laser ;
- des deuxièmes moyens de mesure, agencés pour mesurer les températures des zones de chauffage ;
- un régulateur esclave, relié aux deuxièmes moyens de mesure et à l’alimentation, et agencé en cascade avec le régulateur maître, et configuré pour fonctionner à une consigne variable correspondant à la température mesurée d’une zone de chauffage.
Ainsi, un avantage procuré par une telle topologie de régulation est d’améliorer la qualité de la régulation de la puissance électrique par rapport à une boucle simple, c'est-à-dire en réduisant les effets perturbateurs par exemple lorsque le courant délivré par l’alimentation est susceptible de varier brusquement.
Selon une caractéristique de l’invention, les premiers moyens de mesure comportent :
- au moins une caméra, munie d’au moins un objectif de microscope ;
- des moyens de déplacement, agencés pour déplacer la caméra dans la chambre d’oxydation au-dessus du support chauffant ;
- une source lumineuse, agencée pour éclairer le substrat lorsque le substrat est agencé à la surface supérieure du support chauffant ; - un monochromateur, configuré pour filtrer la source lumineuse.
Ainsi, un avantage procuré est de pouvoir suivre localement l’oxydation latérale des diodes laser.
Selon une caractéristique de l’invention, la caméra est munie :
- d’un premier objectif de microscope, agencé pour viser une position prédéterminée d’une portion centrale du substrat, lorsque le substrat est agencé à la surface supérieure du support chauffant ;
- d’une pluralité de deuxièmes objectifs de microscope, agencée pour viser des positions prédéterminées d’une portion périphérique du substrat, lorsque le substrat est agencé à la surface supérieure du support chauffant.
Ainsi, un avantage procuré est de pouvoir visualiser plusieurs mésas localisées à différents endroits du substrat, ce qui permet de déterminer la vitesse d’oxydation de manière simultanée sur plusieurs sites du substrat.
Selon une caractéristique de l’invention, les éléments rayonnants sont des résistances électriques.
Ainsi, un avantage procuré est de produire un rayonnement thermique. Le support chauffant est alors adapté pour transférer au substrat l’énergie du rayonnement thermique des résistances électriques sous forme de chaleur, majoritairement par conduction et rayonnement, et minoritairement par convection.
Selon une caractéristique de l’invention, la chambre d’oxydation est configurée pour maintenir l’atmosphère à une température comprise entre 20°C et 600°C, de préférence comprise entre 300°C et 600°C, plus préférentiellement comprise entre 350°C et 500°C.
Ainsi, la température est choisie selon la nature des puits quantiques des diodes laser pour former une oxydation thermique latérale. Une température comprise entre 350°C et 500°C est avantageuse lorsque les puits quantiques sont des couches d’AlGaAs.
Selon une caractéristique de l’invention, les moyens d’injection sont configurés de sorte que l’atmosphère de la chambre d’oxydation exerce une pression comprise entre 1 Pa et 105 Pa, de préférence comprise entre 103 Pa et 105 Pa.
Par « pression », on entend l’intensité de la force exercée par l’atmosphère par unité de surface. L’invention a également pour objet un procédé d’oxydation latérale de diodes laser, du type à cavité verticale émettant par la surface, comportant les étapes :
a) utiliser un four conforme à l’invention ;
b) agencer un substrat, comprenant les diodes laser présentant un ensemble de mésas, à la surface supérieure du support chauffant ;
c) oxyder latéralement l’ensemble de mésas, en injectant un flux gazeux humide dans la chambre d’oxydation, de manière à former un diaphragme d’oxyde pour chaque mésa.
Selon une caractéristique de l’invention, l’étape c) comporte une étape ci) consistant à ajuster les températures des zones de chauffage selon la position de la mésa par rapport au substrat.
Ainsi, un avantage procuré est de pouvoir corriger une inhomogénéité d’oxydation de mésas (et donc une inhomogénéité de l’ouverture des diaphragmes d’oxydes), principalement liée à une inhomogénéité d’épaisseurs et/ ou de composition chimique des couches d’alliages III-V formées par épitaxie sur le substrat, et composant les mesas. L’ajustement des températures des zones de chauffage autorise une modification locale de la température de chauffage du support chauffant, ce qui permet de modifier localement la vitesse d’oxydation de la mésa et d’améliorer l’uniformité du diamètre de l’ouverture des diaphragmes d’oxyde sur toute la surface du substrat.
Selon une caractéristique de l’invention, le four utilisé lors de l’étape a) comporte un ensemble d’éléments rayonnants agencé pour irradier le support chauffant de sorte que la surface supérieure présente :
- une première zone de chauffage, s’étendant dans une partie centrale de la surface supérieure ;
- une deuxième zone de chauffage, s’étendant dans une partie périphérique de la surface supérieure ;
et l’étape ci) comporte les étapes :
Cio) mesurer le diamètre du diaphragme d’oxyde d’une mésa de référence, située dans une portion centrale du substrat chauffée par la première zone de chauffage ;
cn) calculer une durée d’oxydation et une vitesse d’oxydation pour obtenir le diamètre souhaité du diaphragme d’oxyde de la mésa de référence ;
C12) mesurer le diamètre du diaphragme d’oxyde d’au moins une mésa périphérique située dans une portion périphérique du substrat chauffée par la deuxième zone de chauffage ; C13) calculer le diamètre final théorique du diaphragme d’oxyde de la mésa périphérique à partir de la durée d’oxydation et de la vitesse d’oxydation calculées lors de l’étape Cn) ;
C14) ajuster la température de la deuxième zone de chauffage de sorte que le diamètre final théorique est égal au diamètre souhaité du diaphragme d’oxyde de la mésa périphérique.
Ainsi, un avantage procuré est de s’affranchir d’une inhomogénéité d’oxydation de mésas (et donc une inhomogénéité de l’ouverture des diaphragmes d’oxydes) entre celles situées sur une portion centrale du substrat et celles situées sur une portion périphérique du substrat ; l’inhomogénéité d’oxydation étant principalement liée à une inhomogénéité d’épaisseurs des mésas lors de leur épitaxie. La modification et l’ajustement de la température de la deuxième zone chauffage du support chauffant permet de modifier la vitesse d’oxydation d’une mésa périphérique par rapport à la vitesse d’oxydation d’une mésa de référence située dans la portion centrale du substrat.
Selon une caractéristique de l’invention, l’étape c) est exécutée en appliquant une vitesse d’oxydation de la mesa, notée V, vérifiant V=A T + B, où :
- T est la température de la zone de chauffage chauffant la mésa,
- A et B sont des paramètres dépendant du substrat.
Ainsi, un avantage procuré est d’ajuster aisément la vitesse d’oxydation de la mésa selon sa position sur le substrat par une relation linéaire avec la température de la zone de chauffage chauffant la mésa.
Selon une caractéristique de l’invention, l’étape c) comporte une étape consistant à réguler le débit du flux gazeux humide en fonction d’une consigne correspondant au diamètre souhaité du diaphragme d’oxyde.
Ainsi, un avantage procuré est de pouvoir maîtriser l’arrêt de l’oxydation en autorisant une phase de décélération progressive de la vitesse d’oxydation des mesas, permettant l’obtention d’un diamètre précis et reproductible du diaphragme d’oxyde.
Brève description des dessins
D’autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans l’exposé détaillé de différents modes de réalisation de l’invention, l’exposé étant assorti d’exemples et de références aux dessins joints.
Figure 1 est une vue schématique en coupe d’un four selon l’invention, équipé de moyens de mesure de la vitesse d’oxydation des diodes laser selon un premier mode de réalisation. Figure 2 est une vue schématique en coupe d’une chambre d’oxydation d’un four selon l’invention. L’ensemble d’éléments rayonnants n’est pas représenté.
Figure 3 est une vue schématique en coupe d’une diode laser à cavité verticale émettant par la surface (V CSEL) .
Figure 4 est une vue schématique illustrant des moyens de régulation des températures des zones de chauffage en fonction des vitesses d’oxydation mesurées. SP (« SetPoint») désigne la consigne. PV (« Proœss Value » désigne la grandeur mesurée. OP (« OutPut») désigne la sortie.
Figure 5 est une vue schématique en perspective d’un substrat, illustrant des positions de mesure du diamètre du diaphragme d’oxyde : une position (C) pour la mésa de référence située dans une portion centrale du substrat, et 4 positions (N, S, W, E) pour des mésas périphériques situées dans des portions périphériques du substrat.
Figure 6 est une vue schématique de dessus d’un substrat agencé à la surface supérieure du support chauffant, illustrant un ensemble d’éléments rayonnants agencé pour former des zones de chauffage avec des températures différentes.
Figure 7 est une vue schématique en coupe d’un four selon l’invention, équipé de moyens de mesure de la vitesse d’oxydation des diodes laser selon un second mode de réalisation.
Exposé détaillé des modes de réalisation
Les éléments identiques ou assurant la même fonction porteront les mêmes références pour les différents modes de réalisation, par souci de simplification.
Comme illustré aux figures 1 et 2, un objet de l’invention est un four 1 pour oxyder latéralement des diodes laser D (illustré à la figure 3), de type à cavité verticale émettant par la surface, comportant :
- une chambre d’oxydation 2, comprenant une atmosphère 20 ;
- des moyens d’injection 3, agencés pour injecter un flux gazeux humide dans la chambre d’oxydation 2 ;
- un support chauffant 4, de type suscepteur, agencé dans la chambre d’oxydation, et comprenant une surface supérieure 40 destinée à supporter un substrat 5 comprenant les diodes laser D.
Le four 1 comprend un ensemble d’éléments rayonnants 41 agencé pour irradier le support chauffant 4 de sorte que la surface supérieure 40 présente des zones de chauffage ZC1, ZC2 possédant des températures différentes. Chambre d’oxydation et moyens d’injection
La chambre d’oxydation 2 est délimitée par :
- une paroi supérieure 21a, et une paroi inférieure 21b opposée ;
- deux parois latérales 21c, reliant la paroi supérieure 21a à la paroi inférieure 21b.
Comme illustré à la figure 1, la paroi supérieure 21a est avantageusement munie d’une vitre 210 transparente, de préférence dans le domaine infrarouge.
A titre d’exemple non limitatif, l’atmosphère 20 de la chambre d’oxydation 2 peut être un milieu gazeux comportant de l’azote hydrogéné N2H2 et de la vapeur d’eau H20.
La chambre d’oxydation 2 est avantageusement configurée pour maintenir l’atmosphère à une température comprise entre 20°C et 600°C, de préférence comprise entre 300°C et 600°C, plus préférentiellement comprise entre 350°C et 500°C. Pour ce faire, la chambre d’oxydation 2 est avantageusement munie d’un thermostat (non illustré).
Les moyens d’injection 3 sont avantageusement configurés de sorte que l’atmosphère 20 de la chambre d’oxydation 2 exerce une pression comprise entre 1 Pa et 105 Pa, de préférence comprise entre 103 Pa et 105 Pa.
Les moyens d’injection 3 comportent avantageusement un tube d’injection 30 agencé pour injecter le flux gazeux humide dans la chambre d’oxydation 2. Le tube d’injection 30 est avantageusement poreux. Le tube d’injection 30 peut être réalisé en acier inoxydable.
La chambre d’oxydation 2 comporte avantageusement un tube d’éjection 31 agencé pour éjecter le flux gazeux humide hors de la chambre d’oxydation 2. Le tube d’éjection 31 est avantageusement poreux. Le tube d’éjection 31 peut être réalisé en acier inoxydable.
Le tube d’injection 30 et le tube d’éjection 31 sont avantageusement agencés pour former un écoulement laminaire du flux gazeux humide. Un tel écoulement laminaire permet de renouveler la vapeur d’eau consommée par la réaction d’oxydation sans affecter la température du substrat 5. Les débits du flux gazeux humide s’écoulant à travers le tube d’injection 30 poreux et à travers le tube d’éjection 31 poreux peuvent être déterminés par la loi de Darcy, connue de l’homme du métier.
Support chauffant
Le support (« chuck » en langue anglaise) chauffant 4 est de type suscepteur, et est de préférence réalisé en graphite. Les éléments rayonnants 41 forment une source de rayonnement électromagnétique. Les éléments rayonnants 41 sont agencés pour irradier différentes zones du support chauffant 4 de sorte que la surface supérieure 40 du support chauffant 4 présente des zones de chauffage ZC1, ZC2 possédant des températures différentes. Les éléments rayonnants 41 sont avantageusement des résistances électriques. Le support chauffant 4, de type suscepteur, est alors adapté pour transférer au substrat 5 l’énergie du rayonnement thermique des éléments rayonnants 41 sous forme de chaleur, majoritairement par conduction et rayonnement, et minoritairement par convection.
Les éléments rayonnants 41 sont avantageusement munis de boucles de chauffage 410, agencées pour compenser les pertes des connections électriques entre les éléments rayonnants 4L
L’ensemble d’éléments rayonnants 41 est avantageusement agencé pour irradier le support chauffant 4 de sorte que la surface supérieure 40 présente :
- une première zone de chauffage ZC1, s’étendant dans une partie centrale de la surface supérieure 40 ;
- une deuxième zone de chauffage ZC2, s’étendant dans une partie périphérique de la surface supérieure 40.
Comme illustré à la figure 6, la première zone de chauffage ZC1 centrale peut comporter plusieurs sous-zones de chauffage possédant des températures différentes. De la même façon, la deuxième zone de chauffage ZC2 périphérique peut comporter plusieurs sous-zones de chauffage possédant des températures différentes. A titre d’exemple non limitatif, la première zone de chauffage ZC1 peut comporter deux sous-zones de chauffage ZCla, ZClb réparties uniformément dans la partie centrale de la surface supérieure 40. Les deux sous-zones de chauffage ZCla, ZClb de la première zone de chauffage ZC1 peuvent être pilotées en parallèle, en décalage de puissance ou en décalage de température. La deuxième zone de chauffage ZC2 peut comporter quatre sous-zones de chauffage ZC2a, ZC2b, ZC2c, ZC2d réparties uniformément dans la partie périphérique de la surface supérieure 40. Les quatre sous-zones de chauffage ZC2a, ZC2b, ZC2c, ZC2d de la deuxième zone de chauffage ZC2 peuvent être pilotées en parallèle, en décalage de puissance ou en décalage de température. De telles sous-zones de chauffage ZCla, ZClb ; ZC2a, ZC2b, ZC2c, ZC2d permettent de compenser, dans un plan horizontal (avant/ arrière et gauche/droite), l’effet du flux gazeux humide absorbant de l’énergie pour se réchauffer.
Le support chauffant 4 est isolé thermiquement de la chambre d’oxydation 2. En particulier, comme illustré à la figure 1, un élément isolant 42—de préférence réalisé en quartz- peut être monté autour du support chauffant 4 de manière à isoler thermiquement le support chauffant 4 des parois latérales 21c de la chambre d’oxydation 2. En outre, l’élément isolant 42 est de préférence surélevé par rapport à la paroi inférieure 21b de la chambre d’oxydation. Mesure de la vitesse d’oxydation
Le four 1 comporte avantageusement des premiers moyens de mesure 6, agencés pour mesurer la vitesse d’oxydation des diodes laser D lorsque le substrat 5 est agencé à la surface supérieure 40 du support chauffant 4.
Les premiers moyens de mesure 6 comportent avantageusement :
- au moins une caméra 60, munie d’au moins un objectif 61 de microscope ;
- des moyens de déplacement (non illustrés), agencés pour déplacer la caméra 60 dans la chambre d’oxydation 2 au-dessus du support chauffant 4 ;
- une source lumineuse, agencée pour éclairer le substrat 5 lorsque le substrat 5 est agencé à la surface supérieure 40 du support chauffant 4 ;
- un monochromateur 62, configuré pour filtrer la source lumineuse.
La caméra 60 et le ou les objectifs 61 de microscope sont montés sur un tube optique 63. Le monochromateur 62 peut être relié au tube optique 63 par l’intermédiaire d’une fibre optique 620. La source lumineuse peut être une lampe halogène.
Selon un mode de réalisation illustré à la figure 7, la caméra 60 est avantageusement munie :
- d’un premier objectif 61 de microscope, agencé pour viser une position prédéterminée C (illustrée aux figures 5 et 6) d’une portion centrale du substrat 5, lorsque le substrat 5 est agencé à la surface supérieure 40 du support chauffant 4 ;
- d’une pluralité de deuxièmes objectifs 61 de microscope, agencée pour viser des positions prédéterminées N, S, W, E (illustrées aux figures 5 et 6) d’une portion périphérique du substrat 5, lorsque le substrat 5 est agencé à la surface supérieure 40 du support chauffant 4.
Selon une alternative non illustrée, les premiers moyens de mesure 6 peuvent comporter :
- une première caméra 60, munie d’un objectif 61 de microscope, agencé pour viser une position prédéterminée C d’une portion centrale du substrat 5, lorsque le substrat 5 est agencé à la surface supérieure 40 du support chauffant 4 ;
- une pluralité de deuxièmes caméras 60, chacune étant munie d’un objectif 61 de microscope agencé pour viser une position prédéterminée N, S, W, E d’une portion périphérique du substrat 5, lorsque le substrat 5 est agencé à la surface supérieure 40 du support chauffant 4.
Les premiers moyens de mesure 6 peuvent comporter des moyens de déplacement agencés pour déplacer indépendamment la première caméra 60 et la pluralité de deuxièmes caméras 60 dans la chambre d’oxydation 2 au-dessus du support chauffant 4. Les premiers moyens de mesures 6 peuvent comporter une pluralité de sources lumineuses agencées pour éclairer le substrat 5 lorsque le substrat 5 est agencé à la surface supérieure 40 du support chauffant 4 ; la première caméra 60 et chacune des deuxièmes caméras 60 pouvant être associée à une source lumineuse distincte. Chaque source lumineuse peut être associée à un monochromateur 62, configuré pour filtrer la source lumineuse correspondante.
Régulation des températures des zones de chauffage
Le four 1 comporte avantageusement :
- une alimentation A, configurée pour alimenter indépendamment chaque élément rayonnant 41 en délivrant une puissance électrique ;
- des moyens de régulation, configurés pour réguler la puissance électrique en fonction des vitesses d’oxydation mesurées Vmes par les premiers moyens de mesure 6.
Comme illustré à la figure 4, les moyens de régulation comportent avantageusement :
- un régulateur maître RM, relié aux premiers moyens de mesure 6, et configuré pour fonctionner à une consigne SP fixe correspondant à la vitesse d’oxydation V souhaitée des diodes laser D ;
- des deuxièmes moyens de mesure, agencés pour mesurer les températures Tmes des zones de chauffage ZC1, ZC2 ;
- un régulateur esclave RE, relié aux deuxièmes moyens de mesure et à l’alimentation A, et agencé en cascade avec le régulateur maître RM, et configuré pour fonctionner à une consigne SP variable correspondant à la température mesurée Tmes d’une zone de chauffage.
Le régulateur maître RM et le régulateur esclave RE sont avantageusement des régulateurs de type PID (Proportionnelle Intégrale Dérivée).
A titre d’exemple non limitatif, les deuxièmes moyens de mesure peuvent comporter des thermocouples.
Substrat et VCSEL
Le substrat 5 est avantageusement une tranche (« wafer » en langue anglaise) d’arséniure de gallium GaAs, adaptée pour la croissance épitaxiale d’un matériau III-V tel que l’arséniure de gallium-aluminium AlxGai-xAs.
Comme illustré à la figure 3, le substrat 5 comporte :
- une première surface 50, destinée à reposer sur la surface supérieure 40 du support chauffant 4 ;
- une seconde surface 51, opposée à la première surface 50.
Les diodes laser D, de type à cavité verticale émettant par la surface, sont formées à la seconde surface 51 du substrat 5. Les diodes laser D comportent avantageusement un empilement de couches réalisées en AlxGai_xAs, l’empilement étant de préférence formé par une technique de dépôt de couches minces par croissance épitaxiale, effectuée sous vide. L’empilement comporte avantageusement deux réflecteurs, de type réseaux de Bragg DBR (« Distributed Bragg eflector » en langue anglaise) séparés par des puits quantiques QW (« Quantum Well » en langue anglaise). La première surface 50 du substrat 5 peut être revêtue d’un contact électrique CE. Le réseau de Bragg DBR supérieur peut être revêtu d’un contact électrique CE. Des mésas M sont formées par gravure afin de dégager les flancs de la couche enterrée à oxyder, et ce afin de former un diaphragme d’oxyde 7.
A titre de variante, le substrat 5 peut être une tranche de phosphure d’indium InP, adaptée pour la croissance épitaxiale d’un matériau III- V tel que Ini_xGaxAs.
Procédé d’oxydation
Un objet de l’invention est un procédé d’oxydation latérale de diodes laser D, du type à cavité verticale émettant par la surface, comportant les étapes :
a) utiliser un four 1 conforme à l’invention ;
b) agencer un substrat 5, comprenant les diodes laser D présentant un ensemble de mésas M, à la surface supérieure 40 du support chauffant 4 ;
c) oxyder latéralement l’ensemble de mésas M, en injectant un flux gazeux humide dans la chambre d’oxydation 2, de manière à former un diaphragme d’oxyde 7 pour chaque mésa M.
L’étape c) est exécutée de manière à oxyder latéralement par les flancs les diodes laser D. L’étape c) comporte avantageusement une étape ci) consistant à ajuster les températures des zones de chauffage ZC1, ZC2 selon la position de la mésa M par rapport au substrat 5.
Le four 1 utilisé lors de l’étape a) comporte avantageusement un ensemble d’éléments rayonnants 41 agencé pour irradier le support chauffant 4 de sorte que la surface supérieure 40 présente :
- une première zone de chauffage ZC1, s’étendant dans une partie centrale de la surface supérieure 40 ;
- une deuxième zone de chauffage ZC2, s’étendant dans une partie périphérique de la surface supérieure 40.
L’étape ci) comporte avantageusement les étapes :
cio) mesurer le diamètre du diaphragme d’oxyde 7 d’une mésa M de référence, située dans une portion centrale C du substrat 5 chauffée par la première zone de chauffage ZC1 ;
cn) calculer une durée d’oxydation et une vitesse d’oxydation pour obtenir le diamètre souhaité du diaphragme d’oxyde 7 de la mésa M de référence ; C12) mesurer le diamètre du diaphragme d’oxyde 7 d’au moins une mésa M périphérique située dans une portion périphérique N, S, W, E du substrat 5 chauffée par la deuxième zone de chauffage ZC2 ;
C13) calculer le diamètre final théorique du diaphragme d’oxyde 7 de la mésa M périphérique à partir de la durée d’oxydation et de la vitesse d’oxydation calculées lors de l’étape eu) ;
C14) ajuster la température de la deuxième zone de chauffage ZC2 de sorte que le diamètre final théorique est égal au diamètre souhaité du diaphragme d’oxyde 7 de la mésa M périphérique.
Comme illustré aux figures 5 et 6, les étapes C ) à cM) peuvent être exécutées pour plusieurs mésas M périphériques, par exemple 4 mésas M périphériques situées dans quatre positions cardinales N, S, W, E. Les quatre positions cardinales N, S, W, E font face aux quatre sous-zones de chauffage ZC2a, ZC2b, ZC2c, ZC2d de la deuxième zone de chauffage ZC2. La durée d’oxydation de l’ensemble de mésas M est fixée par le calcul exécuté lors de l’étape eu) . Les étapes cio) et C12) peuvent être réitérées sur un intervalle de temps donné, de préférence de l’ordre de quelques minutes. Les étapes cio) et C12) peuvent être exécutées simultanément, par exemple par l’intermédiaire du mode de réalisation des premiers moyens de mesure 6, illustré à la figure 7.
L’étape c) est avantageusement exécutée en appliquant une vitesse d’oxydation de la mesa M, notée V, vérifiant V=A T + B, où :
- T est la température de la zone de chauffage ZC1, ZC2 chauffant la mésa M,
- A et B sont des paramètres dépendant du substrat.
Comme la pression et la concentration en humidité du flux gazeux de l’atmosphère 20 agit de manière globale à l’échelle du substrat 5, la variation locale de la température de chauffage du support chauffant 4 permet de contrôler une vitesse d’oxydation différenciée pour les mésas M, selon leur position par rapport au substrat 5. Il est à noter que de petits écarts de température (entre 1°C et 5°C) peuvent faire considérablement varier la vitesse d’oxydation d’une couche d’AlGaAs.
L’étape c) comporte avantageusement une étape consistant à réguler le débit du flux gazeux humide en fonction d’une consigne correspondant au diamètre souhaité du diaphragme d’oxyde 7. Le débit du flux gazeux humide peut être régulé en modifiant le ratio entre la vapeur d’eau H20 et l’azote hydrogéné N2H2. L’étape c) peut être interrompue en coupant l’alimentation du thermostat de la chambre d’oxydation 2, et en mettant sous vide la chambre d’oxydation 2 de manière à extraire les molécules d’H20 restantes.
L’invention ne se limite pas aux modes de réalisation exposés. L’homme du métier est mis à même de considérer leurs combinaisons techniquement opérantes, et de leur substituer des équivalents.

Claims

REVENDICATIONS
1. Four (1) pour oxyder latéralement des diodes laser (D), de type à cavité verticale émettant par la surface, comportant :
- une chambre d’oxydation (2), comprenant une atmosphère (20) ;
- des moyens d’injection (3, 30), agencés pour injecter un flux gazeux humide dans la chambre d’oxydation (2) ;
- un support chauffant (4), de type suscepteur, agencé dans la chambre d’oxydation (2), et comprenant une surface supérieure (40) destinée à supporter un substrat (5) comprenant les diodes laser (D) ;
caractérisé en ce que le four (1) comprend un ensemble d’éléments rayonnants (41) agencé pour irradier le support chauffant (4) de sorte que la surface supérieure (40) présente des zones de chauffage (ZC1, ZC2) possédant des températures différentes.
2. Four (1) selon la revendication 1, dans lequel l’ensemble d’éléments rayonnants (41) est agencé de sorte que la surface supérieure (40) présente :
- une première zone de chauffage (ZC1), s’étendant dans une partie centrale de la surface supérieure (40) ;
- une deuxième zone de chauffage (ZC2), s’étendant dans une partie périphérique de la surface supérieure (40).
3. Four (1) selon la revendication 1 ou 2, comportant :
- une alimentation (A), configurée pour alimenter indépendamment chaque élément rayonnant (41) en délivrant une puissance électrique ;
- des premiers moyens de mesure (6), agencés pour mesurer la vitesse d’oxydation des diodes laser (D) lorsque le substrat (5) est agencé à la surface supérieure (40) du support chauffant (4) ;
- des moyens de régulation, configurés pour réguler la puissance électrique en fonction des vitesses d’oxydation mesurées.
4. Four (1) selon la revendication 3, dans lequel les moyens de régulation comportent :
- un régulateur maître (RM), relié aux premiers moyens de mesure (6), et configuré pour fonctionner à une consigne (SP) fixe correspondant à la vitesse d’oxydation souhaitée des diodes laser (D) ; - des deuxièmes moyens de mesure, agencés pour mesurer les températures des zones de chauffage (ZC1, ZC2) ;
- un régulateur esclave (RE), relié aux deuxièmes moyens de mesure et à l’alimentation (A), et agencé en cascade avec le régulateur maître (RM), et configuré pour fonctionner à une consigne (SP) variable correspondant à la température mesurée d’une zone de chauffage (ZC1, ZC2).
5. Four (1) selon la revendication 3 ou 4, dans lequel les premiers moyens de mesure (6) comportent :
- au moins une caméra (60), munie d’au moins un objectif (61) de microscope ;
- des moyens de déplacement, agencés pour déplacer la caméra (60) dans la chambre d’oxydation au-dessus du support chauffant (4) ;
- une source lumineuse, agencée pour éclairer le substrat (5) lorsque le substrat (5) est agencé à la surface supérieure (40) du support chauffant (4) ;
- un monochromateur (62), configuré pour filtrer la source lumineuse.
6. Four (1) selon la revendication 5, dans lequel la caméra (60) est munie :
- d’un premier objectif (61) de microscope, agencé pour viser une position prédéterminée (C) d’une portion centrale du substrat (5), lorsque le substrat (5) est agencé à la surface supérieure (40) du support chauffant (4) ;
- d’une pluralité de deuxièmes objectifs (61) de microscope, agencée pour viser des positions prédéterminées (N, S, W, E) d’une portion périphérique du substrat (5), lorsque le substrat (5) est agencé à la surface supérieure (40) du support chauffant (4).
7. Four (1) selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel les éléments rayonnants (41) sont des résistances électriques.
8. Four (1) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel la chambre d’oxydation (2) est configurée pour maintenir l’atmosphère (20) à une température comprise entre 20°C et 600°C, de préférence comprise entre 300°C et 600°C, plus préférentiellement comprise entre 350°C et 500°C.
9. Four (1) selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel les moyens d’injection (3, 30) sont configurés de sorte que l’atmosphère (20) de la chambre d’oxydation (2) exerce une pression comprise entre 1 Pa et 105 Pa, de préférence comprise entre 103 Pa et 105 Pa.
10. Procédé d’oxydation latérale de diodes laser (D), du type à cavité verticale émettant par la surface, comportant les étapes :
a) utiliser un four (1) selon l’une des revendications 1 à 9 ;
b) agencer un substrat (5), comprenant les diodes laser (D) présentant un ensemble de mésas (M), à la surface supérieure (40) du support chauffant (4) ;
c) oxyder latéralement l’ensemble de mésas (M), en injectant un flux gazeux humide dans la chambre d’oxydation (2), de manière à former un diaphragme d’oxyde (7) pour chaque mésa (M).
11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel l’étape c) comporte une étape ci) consistant à ajuster les températures des zones de chauffage (ZC1, ZC2) selon la position de la mésa (M) par rapport au substrat (S).
12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel le four (1) utilisé lors de l’étape a) comporte un ensemble d’éléments rayonnants (41) agencé pour irradier le support chauffant (4) de sorte que la surface supérieure (40) présente :
- une première zone de chauffage (ZC1), s’étendant dans une partie centrale de la surface supérieure (40) ;
- une deuxième zone de chauffage (ZC2), s’étendant dans une partie périphérique de la surface supérieure (40) ;
et l’étape ci) comporte les étapes :
cio) mesurer le diamètre du diaphragme d’oxyde (7) d’une mésa (M) de référence, située dans une portion centrale (C) du substrat (5) chauffée par la première zone de chauffage (ZC1) ;
Cn) calculer une durée d’oxydation et une vitesse d’oxydation pour obtenir le diamètre souhaité du diaphragme d’oxyde (7) de la mésa (M) de référence ;
C12) mesurer le diamètre du diaphragme d’oxyde (7) d’au moins une mésa (M) périphérique située dans une portion périphérique (N, S, W, E) du substrat (5) chauffée par la deuxième zone de chauffage (ZC2) ;
C13) calculer le diamètre final théorique du diaphragme d’oxyde (7) de la mésa (M) périphérique à partir de la durée d’oxydation et de la vitesse d’oxydation calculées lors de l’étape eu) ; C14) ajuster la température de la deuxième zone de chauffage (ZC2) de sorte que le diamètre final théorique est égal au diamètre souhaité du diaphragme d’oxyde (7) de la mésa (M) périphérique.
13. Procédé selon l’une des revendications 10 à 12, dans lequel l’étape c) est exécutée en appliquant une vitesse d’oxydation de la mesa (M), notée V, vérifiant V=A T + B, où :
- T est la température de la zone de chauffage (ZC1, ZC2) chauffant la mésa (M),
- A et B sont des paramètres dépendant du substrat (5).
14. Procédé selon l’une des revendications 10 à 13, dans lequel l’étape c) comporte une étape consistant à réguler le débit du flux gazeux humide en fonction d’une consigne correspondant au diamètre souhaité du diaphragme d’oxyde (7).
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