[发明专利]一种半导体激光器芯片失效分析方法

权利要求书

1.一种半导体激光器芯片失效分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、物理缺陷检查；

采集芯片的外观图片，判断芯片外观是否存在物理性异常，若存在异常，则分析该物理异常是否是造成失效的原因，若是，则判定为物理损伤导致的芯片失效，若不是，则执行步骤二；

步骤二、光电性能测试；

2.1)测量芯片电压，若测量电压低于芯片的标准电压，则判定为芯片内部缺陷或微短路导致的芯片失效，若不是，则执行下一步；

2.2)测量芯片LIV曲线，若功率曲线下降且电压曲线向下弯曲，则判定为腔内光学灾变导致的芯片失效；若功率曲线下降且电压曲线向上弯曲，则判定为腔面光学灾变导致的芯片失效，若不存在以上现象，则执行下一步；

2.3)将芯片冷波长和芯片在不同电流下的工作波长进行对比，若工作波长蓝移，既判定为应力导致的芯片失效，若工作波长红移，则判定为散热异常导致的芯片失效，若不存在以上现象，则执行下一步；

步骤三、腔面光场分布测试；

3.1)将芯片放置在测试夹具中，对其施加小于阈值电流的mA级电流，采集芯片前腔面、后腔面的光场分布图，并测量发光区域大小；

3.2)若前腔面所测量的发光区域尺寸小于芯片所设计的发光区域尺寸或所测量的发光区域所出光为非连续光，则判定为芯片发光区损伤导致的芯片失效；

3.3)若前腔面所测量的发光区域尺寸大于芯片所设计的发光区域尺寸或芯片两侧有漏光现象，则判定为芯片设计或工艺缺陷导致的芯片失效；

3.4)若后腔面观察到发光情况，则判定为后腔面高反膜层异常导致的芯片失效；

若以上现象均不存在，则执行步骤四；

步骤四、扫描电子显微镜分析；

4.1)扫描电子显微镜对芯片进行检查，检查芯片是否出现侧腔面短路、焊料溢出、烧点和开裂，若存在，即判定为物理损伤导致的芯片失效，若不存在，则执行下一步；

4.2)分析前腔面、后腔面以及侧腔面沾污物的元素，若存在芯片中不包含的元素，即认为前腔面、后腔面沾污造成腔面膜层异常，侧腔面沾污造成芯片短路，从而判定为前腔面、后腔面的膜层异常或芯片短路导致的芯片失效，若不存在，则执行下一步；

4.3)对前腔面、后腔面的膜层组分进行分析，若膜层组分包括非设计组分或元素含量异常，则判定为腔面膜层工艺异常导致的芯片失效，若不存在，则执行下一步；

步骤五、内部分析；

5.1)将芯片封装在环氧树脂内；

5.2)通过研磨工艺去除芯片N面金属，并将N面砷化镓层的厚度研磨至设定值；

5.3)将芯片置于探针测试台上，正极探针与芯片基板相连接，负极探针与芯片N面相连接；

5.4)依次加载1～100毫安电流，观察芯片发光区的荧光区域是否存在暗点或暗线，若存在暗点或暗线，则判定为外延层缺陷导致的芯片失效，同时采集和保存每一电流下的图像数据，对比每一电流下所采集图形中暗点暗线分布情况，判定出缺陷的起始位置和缺陷的扩散趋势，该暗点或暗线的起始点即为芯片晶格缺陷点；若芯片发光区的荧光区域不存在暗线或暗点，则执行下一步；

步骤六、焊接质量分析；

6.1)将芯片浸泡在腐蚀液中，腐蚀芯片隔离层，使隔离层上部砷化镓外延层和隔离层下方金属焊接层分离，保留热沉上金锡焊料和芯片表面金层融合的痕迹；

6.2)观察残留在热沉焊接处金属分布痕迹；

6.3)分析不同残留痕迹中金属组分和含量，判定焊料融合情况；

6.4)若焊接处金属分布和含量有不均匀现象，即判定焊接层质量异常导致的芯片失效。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器芯片失效分析方法，其特征在于：步骤一中，通过体式显微镜、金相显微镜和电子扫描显微镜采集芯片的外观图片。

3.根据权利要求2所述的半导体激光器芯片失效分析方法，其特征在于：步骤一中，芯片外观是否异常具体包括N面引线是否短路断路、芯片是否开裂、芯片是否破损、前腔面发光区是否存在腔面化学灾变、发光区是否被遮挡或沾污、热沉是否开裂、焊料层是否上翻引起短路、侧腔面是否有烧毁现象、前腔面/后腔面膜层是否脱落和/或异色、N面金属是否脱落。