本发明实施例涉及半导体激光芯片技术领域，更具体地，涉及一种GaN基半导体激光芯片检测装置与方法。
背景技术：
GaN基半导体激光芯片在使用的过程中，由于电流应力与温度应力的存在，可能会直接或间接导致有源区出现损伤进而产生失效区域，同时，芯片的前腔面也可能出现灾变性光学损伤，进而使芯片出现可靠性降低。
近年来，GaN基半导体激光芯片的应用市场越来越广泛，但同时对其的使用条件也越来越苛刻，可靠性要求也越来越高。因此若出现性能降低以致失效，需及时对其进行有效检测，同时对失效区域的进行定位，为下一步的微区分析切样做准备，以确定具体的失效原因。
但是现有技术中对GaN基半导体激光芯片进行检测时采用的装置往往结构复杂，只能通过检测判断被检测芯片是否受损，因此亟需提供一种结构简单，功能全面的针对GaN基半导体激光芯片的检测装置。
技术实现要素：
本发明实施例提供了一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的GaN基半导体激光芯片检测装置与方法。
一方面本发明实施例提供了一种GaN基半导体激光芯片检测装置，所述装置包括：芯片装载模块、电源模块、显微成像模块和激光打标模块；其中，
所述芯片装载模块包括底座和装载台，所述装载台设置在所述底座上，所述装载台的下底面与所述底座的上底面接触，所述装载台的上底面上设置有一层金属接触层，所述金属接触层用于承载待检测芯片；
所述电源模块包括电源和正极探针，所述电源的负极与所述金属接触层连接，所述正极探针的一端与所述电源的正极连接，所述正极探针的另一端用于通过与所述待检测芯片p面的预设低阻ITO层接触来对待检测芯片供电，使所述待检测芯片从p面发出第一荧光，使所述待检测芯片从前腔面发出第二荧光；
所述显微成像模块用于接收所述第一荧光和所述第二荧光，并根据所述第一荧光和所述第二荧光分别对所述待检测芯片的p面和前腔面进行荧光成像；
所述激光打标模块用于对所述待检测芯片的有源区失效区域正上方的p面区域进行打标。
进一步地，所述装置还包括反射镜组、直角三棱镜组以及光路遮挡片组，其中，
所述反射镜组包括第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜，所述第一反射镜与所述待检测芯片的前腔面对向设置，所述第二反射镜与所述显微成像模块的镜头对向设置，所述第三反射镜与所述第一反射镜之间成90°夹角设置，且与所述第二反射镜平行设置；
所述直角三棱镜组包括第一直角三棱镜和第二直角三棱镜，所述第一直角三棱镜和所述第二直角三棱镜两者的斜面对向平行设置，且两者的侧面均有一条直角边与水平面平行，且所述直角三棱镜组设置在所述第二反射镜和所述第三反射镜之间；
所述第一荧光依次经所述第二直角三棱镜和所述第二反射镜进入所述显微成像模块，所述第二荧光依次经所述第一反射镜、所述第三反射镜、所述第一直角三棱镜、所述第二直角三棱镜和所述第二反射镜进入所述显微成像模块；
所述光路遮挡片组包括第一遮挡片和第二遮挡片，所述第一遮挡片位于所述第一反射镜和所述第三反射镜之间，用于通过调整位置切断所述第一荧光传递至所述显微成像模块的光路，所述第二遮挡片位于所述待检测芯片和所述第二直角三棱镜之间，用于通过调整位置切断所述第二荧光传递至所述显微成像模块的光路。
进一步地，所述装置还包括真空模块，所述真空模块包括真空泵和真空管道，所述装载台的上底面上方的金属接触层开设真空吸附孔，所述真空吸附孔通过所述装载台内部开设的管道与所述真空管道连接，所述真空吸附孔用于通过所述真空模块将覆盖在其上的待检测芯片固定在所述装载台上。
进一步地，所述显微成像模块和所述第二反射镜之间设置有衰减片组和滤波片组；其中，
所述衰减片组用于在所述第一荧光和所述第二荧光进入所述显微成像模块之前，对所述第一荧光和所述第二荧光进行衰减处理；
所述滤波片组用于在所述第一荧光和所述第二荧光进入所述显微成像模块之前，对所述第一荧光和所述第二荧光进行滤波处理。
进一步地，所述激光打标模块包括激光打标器、扩束镜组和聚焦镜组；其中，
所述激光打标器用于通过发出激光对所述待检测芯片的有源区失效区域正上方的p面区域进行打标；
所述扩束镜组和所述聚焦镜组用于对所述激光打标器发出的激光的光斑大小进行调节。
进一步地，所述装置还包括参数测量模块，所述参数测量模块与所述待检测芯片的前腔面对向设置，且所述第一反射镜位于所述参数测量模块与所述待检测芯片的前腔面之间；
相应地，所述芯片装载模块中的所述底座设置有圆形刻度盘，所述装载台上设置有刻度指针，且所述装载台与所述底座可相对运动，所述相对运动包括：所述装载台垂直所述底座的上底面做直线运动，所述装载台在所述底座的上底面绕所述上底面的中心转动，或所述装载台在所述底座的上底面平行于所述上底面的棱边做直线运动；
所述参数测量模块包括光谱仪、功率计和标尺；其中，所述光谱仪用于测量所述待检测芯片发出激光的波长，所述功率计和所述标尺用于测量所述待检测芯片发出激光的快慢轴发散角。
进一步地，所述正极探针的另一端为三棱柱形，所述正极探针在为所述待检测芯片供电时，所述三棱柱形凸起的一条棱边与所述待检测芯片p面的预设低阻ITO层接触。
另一方面本发明实施例提供了一种利用上述装置对GaN基半导体激光芯片进行检测的方法，所述方法包括：
利用电源模块在待检测芯片的p面和n面之间施加一个小于预设阈值的的第一电流，使所述待检测芯片从p面发出第一荧光，使所述待检测芯片从前腔面发出第二荧光；
利用显微成像模块分别接收所述第一荧光和所述第二荧光，并分别对所述待检测芯片的p面和所述待检测芯片的前腔面进行荧光成像，得到所述待检测芯片的p面的第一图像和所述待检测芯片的前腔面的第二图像；
根据所述第一图像和所述第二图像判断所述待检测芯片的有源区是否存在失效区域、所述待检测芯片的前腔面是否存在灾变性光学损伤点，若判断获知所述待检测芯片的有源区存在失效区域，则利用激光打标模块对所述待检测芯片的有源区失效区域正上方的p面区域进行打标。
进一步地，在所述利用电源模块在待检测芯片的p面和n面之间施加一个小于预设阈值的的第一电流之前，所述方法还包括：
剥离所述待检测芯片p面的金属电极和氧化层，在所述待检测芯片p面上镀一层预设低阻ITO层。
进一步地，所述方法还包括：
利用电源模块在待检测芯片的p面和n面之间施加一个大于所述预设阈值的的第二电流，使所述待检测芯片从前腔面发出激光；
利用参数测量模块对所述激光进行测量，得到所述激光的波长及快慢轴发散角。
本发明实施例提供的一种GaN基半导体激光芯片检测装置及方法，通过电源模块为待检测芯片施加一定的电流使待检测芯片从p面和前腔面分别发出两束荧光，显微成像模块接收这两束荧光后对待检测芯片的p面和前腔面进行荧光成像，并判断待检测芯片的有源区是否存在失效区域、前腔面是否有灾变性光学损伤点，最后再通过激光打标模块对待检测芯片的有源区的失效区域正上方的p面区域进行打标以便后续处理。所述装置结构简单，且能够实现对待检测芯片有源区的失效区域的正上方的p面区域的打标，以此来定位失效区域在有源区中的位置，功能更加丰富，具有更好的实用价值。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种GaN基半导体激光芯片检测装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中待检测芯片的结构示意图；
图3为本发明实施例中芯片装载模块的结构示意图；
图4为本发明实施例中正极探针的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种GaN基半导体激光芯片检测方法的流程图；
附图标记：
11-激光打标器 12-扩束镜组
13-聚焦镜组 21-显微成像模块
31-衰减片组 41-滤波片组
51-第一直角三棱镜； 52-第二直角三棱镜；
61-第一反射镜； 62-第二反射镜；
63-第三反射镜； 71-第一光路遮挡片；
72-第二光路遮挡片； 73-光路遮挡片连接杆；
81-测试集成部件； 82-功率计；
83-光谱仪； 84-标尺；
91-电源； 92-正极探针；
101-预设低阻ITO层； 102-芯片主体；
103-n面电极； 111-真空泵；
112-真空管道； 121-金属接触层；
122-装载台； 123-刻度指针；
124-刻度盘； 125-底座。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的一种GaN基半导体激光芯片检测装置的结构示意图，如图1所示，所述装置包括：芯片装载模块、电源模块、显微成像模块21和激光打标模块。其中：
所述芯片装载模块包括底座125和装载台122，所述装载台122设置在所述底座125上，所述装载台122的下底面与所述底座125的上底面接触，所述装载台122的上底面上设置有一层金属接触层121，所述金属接触层121用于承载待检测芯片。所述电源模块包括电源91和正极探针92，所述电源91的负极与所述金属接触层121连接，所述正极探针92的一端与所述电源91的正极连接，所述正极探针92的另一端用于通过与所述待检测芯片p面的预设低阻ITO层101接触来对待检测芯片供电，使所述待检测芯片从p面发出第一荧光，使所述待检测芯片从前腔面发出第二荧光。所述显微成像模块21用于接收所述第一荧光和所述第二荧光，并根据所述第一荧光和所述第二荧光分别对所述待检测芯片的p面和前腔面进行荧光成像。所述激光打标模块用于对所述待检测芯片的有源区失效区域正上方的p面区域进行打标。
其中，如图2所示，所述待检测芯片包括预设低阻ITO层101、芯片主体102以及n面电极103。
所述芯片装载模块包含一个底座125和一个装载台122，且装载台122上底面上覆盖一层导电性较好的金属接触层121，装载台122可在底座上做水平面内与底座125棱边平行的直线移动或圆周运动，也可做垂直于底座的移动。
所述电源模块包含一个电源91与一个正极探针92，电源91的负极直接用导线与装载台的金属接触层121相连，正极用探针92与芯片的p面预设低阻ITO层接触，正极用探针92应尽量接触芯片侧边的边缘区域。
显微成像模块21对于各波段的荧光均具有较好的接受效果，用于对发出荧光的芯片p面与前腔面进行显微荧光成像，所发荧光经图1中所示光路进入显微成像模块21，在显微成像模块21中经CCD进行信号转化在PC端成像。
具体地，对GaN基半导体激光器芯片施加一个小电流(远小于阈值电流)，有源区的微弱荧光既会从前腔面发出，也会从p面透射出，而前腔面的灾变性光学损伤点与有源区的失效区域则无荧光发出，在显微成像模块21中呈现为黑斑。根据GaN基半导体激光器芯片的上述特点，即可通过显微成像模块21所成像判断待检测芯片的有源区是否有失效区域，同时判断待检测芯片的前腔面是否有灾变性光学损伤。
若判断获知待检测芯片的有源区有失效区域，为了便于检测完毕后，直接通过待检测芯片即可获取有源区上失效区域的位置，通过激光打标模块对失效区域进行打标，在对打标后的待检测芯片进行后续处理时，只需通过显微观测装置即可观测到待检测芯片上的标记，进而获知待检测芯片有源区上失效区域的位置。
本发明实施例提供的一种GaN基半导体激光芯片检测装置，通过电源模块为待检测芯片施加一定的电流使待检测芯片从p面和前腔面分别发出两束荧光，显微成像模块接收这两束荧光后对待检测芯片的p面和前腔面进行荧光成像，并判断待检测芯片的有源区是否存在失效区域、前腔面是否有灾变性光学损伤点，最后再通过激光打标模块对待检测芯片的有源区的失效区域正上方的p面区域进行打标以便后续处理。所述装置结构简单，且能够实现对待检测芯片有源区的失效区域的正上方的p面区域的打标，以此来定位失效区域在有源区中的位置，功能更加丰富，具有更好的实用价值。
基于上述实施例，所述装置还包括反射镜组、直角三棱镜组以及光路遮挡片组。其中：
所述反射镜组包括第一反射镜61、第二反射镜62和第三反射镜63，所述第一反射镜61与所述待检测芯片的前腔面对向设置，所述第二反射镜62与所述显微成像模块21的镜头对向设置，所述第三反射镜63与所述第一反射镜61之间成90°夹角设置，且与所述第二反射镜62平行设置。所述直角三棱镜组包括第一直角三棱镜51和第二直角三棱镜52，所述第一直角三棱镜和所述第二直角三棱镜两者的斜面对向平行设置，且两者的侧面均有一条直角边与水平面平行，且所述直角三棱镜组设置在所述第二反射镜62和所述第三反射镜63之间。所述第一荧光依次经所述第二直角三棱镜52和所述第二反射镜62进入所述显微成像模块21，所述第二荧光依次经所述第一反射镜61、所述第三反射镜63、所述第一直角三棱镜51、所述第二直角三棱镜52和所述第二反射镜62进入所述显微成像模块21。所述光路遮挡片组包括第一遮挡片71和第二遮挡片72，所述第一遮挡片71位于所述第一反射镜61和所述第三反射镜63之间，用于通过调整位置切断所述第一荧光传递至所述显微成像模块21的光路，所述第二遮挡片72位于所述待检测芯片和所述第二直角三棱镜之间，用于通过调整位置切断所述第二荧光传递至所述显微成像模块21的光路，其中，所述第一遮挡片71和所述第二遮挡片72通过光路遮挡片连接杆73连接。
基于上述实施例，所述装置还包括真空模块，所述真空模块包括真空泵111和真空管道112，所述装载台122的上底面上方的金属接触层121开设真空吸附孔，所述真空吸附孔通过所述装载台122内部开设的管道与所述真空管道112连接，所述真空吸附孔用于通过所述真空模块将覆盖在其上的待检测芯片固定在所述装载台122上。
具体地，真空模块，包含一个真空泵111和真空管道112，真空管道延伸于装载台内部，并于金属接触层121露出真空吸附孔。将处理好的待检测芯片放于装载台122上并覆盖住真空吸附孔，打开真空泵111，可将待检测芯片固定在装载台上。由于半导体激光芯片非常轻小，因此在检测过程中轻微震动皆可导致成像不清晰与定位不精确，所以要用真空模块将激光芯片紧紧吸附在装载台的金属接触层上以保持在观测过程中稳定不动。
基于上述实施例，所述显微成像模块21和所述第二反射镜62之间设置有衰减片组31和滤波片组41。其中：
所述衰减片组31用于在所述第一荧光和所述第二荧光进入所述显微成像模块21之前，对所述第一荧光和所述第二荧光进行衰减处理。所述滤波片组41用于在所述第一荧光和所述第二荧光进入所述显微成像模块21之前，对所述第一荧光和所述第二荧光进行滤波处理。
具体地，滤波镜片组41按图1所示进行布置，用于选择性地让波长为芯片激射波长附近的光通过，对其它光进行过滤，消除其它光对芯片p面与前腔面荧光成像的影响。
衰减镜片组31按图1所示进行布置，用于在从待检测芯片p面与前腔面所发荧光较强而不易通过调节电流来调节光强的情况下，对通过滤波片的所需波段的荧光进行不同程度的衰减处理，以更清晰地突出芯片有源区失效区域与前腔面灾变性光学损伤的存在。
基于上述实施例，所述激光打标模块包括激光打标器11、扩束镜组12和聚焦镜组13。其中：
所述激光打标器11用于通过发出激光对所述待检测芯片的有源区失效区域正上方的p面区域进行打标。所述扩束镜组12和所述聚焦镜13组用于对所述激光打标器发出的激光的光斑大小进行调节。
具体地，激光打标模块包含一个激光打标器11、一个扩束镜组12及一个聚焦镜组13，用于对显微成像模块中观测到的的有源区失效区域正上方的p面区域进行精确打标定位，扩束镜组12与聚焦镜组13可根据需要随意切换以对打标激光的光斑进行放大与缩小。激光打标器11的原始光斑半径应为1um±0.1um，待检测芯片的p面的预设低阻ITO应对该波长的打标激光具有较好的吸收率且打标激光的波长不与芯片的激射波长相近，标记深度应小于低阻ITO的厚度，并且激光打在芯片p面上的光斑可在显微成像模块中清晰成像。
基于上述实施例，所述装置还包括参数测量模块，所述参数测量模块与所述待检测芯片的前腔面对向设置，且所述第一反射镜61位于所述参数测量模块与所述待检测芯片的前腔面之间。
相应地，如图3所示，所述芯片装载模块中的所述底座125设置有圆形刻度盘124，所述装载台122上设置有刻度指针123，且所述装载台122与所述底座125可相对运动，所述相对运动包括：所述装载台122垂直所述底座125的上底面做直线运动，所述装载台122在所述底座125的上底面绕所述上底面的中心转动，或所述装载台122在所述底座125的上底面平行于所述上底面的棱边做直线运动。
所述参数测量模块包括光谱仪83、功率计82和标尺84。其中，所述光谱仪83用于测量所述待检测芯片发出激光的波长，所述功率计82和所述标尺84用于测量所述待检测芯片发出激光的快慢轴发散角。
具体地，参数测量模块包含一个功率计82、一个光谱仪83与一个标尺84，功率计82与光谱仪83集中在一个测试集成部件81中，功率计82与光谱仪83可分别切换以正对接受待检测芯片加电后发出的激光，同时功率计82的精度应小于1mW级别，同时参数测量部件81可做竖直方向上的移动，并且参数测量模块整体也能以装载模块为中心做水平面内的圆周旋转运动，且参数测量模块与装载台122的直线距离可设置为200mm左右。
基于上述实施例，所述正极探针92的另一端为三棱柱形，所述正极探针在为所述待检测芯片供电时，所述三棱柱形凸起的一条棱边与所述待检测芯片p面的预设低阻ITO层101接触。
具体地，如图4所示，正极探针92的另一端设置为三棱柱形，可以使其与预设低阻ITO层101的接触面积更大，使得其对待检测芯片的供电更加稳定。
图5为本发明实施例提供的一种GaN基半导体激光芯片检测方法的流程图，如图5所示，所述方法包括：S1，利用电源模块在待检测芯片的p面和n面之间施加一个小于预设阈值的第一电流，使所述待检测芯片从p面发出第一荧光，使所述待检测芯片从前腔面发出第二荧光；S2，利用显微成像模块分别接收所述第一荧光和所述第二荧光，并分别对所述待检测芯片的p面和所述待检测芯片的前腔面进行荧光成像，得到所述待检测芯片的p面的第一图像和所述待检测芯片的前腔面的第二图像；S3，根据所述第一图像和所述第二图像判断所述待检测芯片的有源区是否存在失效区域、所述待检测芯片的前腔面是否存在灾变性光学损伤点，若判断获知所述待检测芯片的有源区存在失效区域，则利用激光打标模块对所述待检测芯片的有源区失效区域正上方的p面区域进行打标。
进一步地，在所述利用电源模块在待检测芯片的p面和n面之间施加一个小于预设阈值的的第一电流之前，所述方法还包括：
剥离所述待检测芯片p面的金属电极和氧化层，在所述待检测芯片p面上镀一层预设低阻ITO层。
具体地，本发明实施例在对芯片进行检测前，首先要对芯片的p面电极进行如下预处理：
将封装后的GaN基半导体激光芯片从热沉上取下，并将芯片p面的金属电极与氧化层完全剥离去除，随后在芯片p面镀上一层低阻ITO作为p面电极，并在此过程保证不破坏芯片前腔面。
将p面电极处理好的待测芯片放在装载台上并盖住真空吸附孔，n面电极与装载台上的金属接触层紧密接触，打开真空泵，待测芯片被紧紧吸附在装载台上。
将电源上的正极探针与芯片侧边的边缘接触，通微小电流(远小于阈值电流)，芯片p面与前腔面发出荧光。
若对有源区失效区域进行检测定位，则用光路选择遮挡片将前腔面荧光光路进行遮挡，单独对p面进行荧光成像，调节滤波镜片组，选择性地只让波长为芯片激射波长附近的光通过。观察显微成像系统中芯片p面荧光所成的像，根据荧光的强弱，调节电源或衰减镜片组，若荧光太弱则增大电流；若荧光太强，则减小电流或通过调节衰减镜片组对所需波段荧光进行衰减处理，并调整装载台在水平面的位置与竖直方向的高度与显微成像系统的焦距，最终在显微成像系统中呈现出可清晰分辨失效区域的荧光图像，并使失效区域位于成像视野的正中央。
得到能够清晰分辨失效区域的荧光图像后，打开激光打标器，先让其发出一束非常微弱但可在显微成像系统看到其光斑的激光。在水平台面内移动激光打标器，使光斑正好位于失效区域上。根据失效区域大小调整扩束镜组或聚焦镜组，使光斑大小与失效区域大小相当，然后增加打标机激光能量对失效区域做出标记，但标记深度不应超过p面低阻ITO的厚度。若失效区域呈长条状，则可调整打标光斑直径与其宽度相当，在长条状失效区域标记多点。
若由芯片p面的荧光图像观测到多个失效区域，则对每个失效区域依次进行标记。
若对前腔面灾变性光学损伤进行检测，则用光路选择遮挡片对芯片p面荧光光路进行遮挡，单独对前腔面进行荧光成像，调节滤波镜片组，选择性地只让波长为芯片激射波长附近的光通过。观察显微成像系统中芯片前腔面荧光所成的像，根据荧光的强弱，调节电源或衰减镜片组，若荧光太弱则增大电流；若荧光太强，则减小电流或通过调节衰减镜片组对所需波段荧光进行衰减处理，并调整装载台在水平面的位置与竖直方向的高度和显微成像系统的焦距，最终在显微成像系统中呈现出可清晰分辨光学损伤区域的荧光图像。
基于上述实施例，所述方法还包括：利用电源模块在待检测芯片的p面和n面之间施加一个大于所述预设阈值的的第二电流，使所述待检测芯片从前腔面发出激光；利用参数测量模块对所述激光进行测量，得到所述激光的波长及快慢轴发散角。
若对芯片的快慢轴发散角与波长进行测量，首先将芯片前腔面正前方的第一反光镜以上部棱边旋转至水平状态，并保证该反光镜不对激光光束进行遮挡，则将芯片n面电极与装载台上的金属接触层紧密接触，打开真空泵，待测芯片被紧紧吸附在装载台上，将电源上的正极探针与芯片侧边的边缘接触，根据需要通适当电流(大于阈值电流)，芯片前腔面发出激光，同时将用于芯片p面与前腔面荧光成像的两个光路均用选择遮挡片进行遮挡处理。
旋转参数测量模块，使其正向无偏角地接受芯片前腔面发出的激光，同时，转动载物模块上底座上的刻度盘，使装载台上的刻度指针与刻度盘上的0刻度重合。
若测量芯片的激射波长，则用参数测量集成部件中的光谱仪接受激光便可测出；若要测量芯片的快慢轴发散角，则：
首先将参数测量部件中的功率计切换至正向无偏角地接收芯片前腔面发出的激光，并且激光光斑与功率计中心重合；
然后，将参数测量部件竖直向上移动，直至功率计接收到的激光功率为初始功率的1/e2为止，记参数测量模块升高距离为h，且其与芯片前腔面的水平距离为L，则可得快轴发散角θv＝2arctan(h/L)；
测试完快轴发散角后将参数测量部件归为初始位置，随后转动装载台，直至功率计接收到的激光功率为初始值的1/e2为止，读出装载台上刻度探针转动的角度，该角度值的2倍便为芯片的慢轴发散角θh。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。