[发明专利]一种半导体激光器芯片失效分析方法

说明书

本发明提供一种半导体激光器芯片失效分析方法，目的是解决现有方法难以准确分析和判断半导体激光器芯片失效原因的问题。该方法包括：步骤一、物理缺陷检查；步骤二、光电性能测试；步骤三、腔面光场分布测试；步骤四、扫描电子显微镜分析；步骤五、内部分析；步骤六、焊接质量分析。本发明方法是一种逐层递进、由外及内的失效分析方法，可快速找出COS芯片失效的原因及失效的深层机理。

技术领域

本发明属于半导体激光器失效分析领域，具体涉及一种半导体激光器芯片失效分析方法。

背景技术

COS封装半导体激光器芯片由于其体积小、结构简单、光电转换效率高、等特点，被广泛应用于固体激光器和光纤激光器泵浦源，进而在医学、工业制造、军事、通信等领域发展迅猛，但是COS封装半导体激光器在使用过程中失效现象比较普遍，并且缺乏系统化的失效分析方法。

目前，针对COS封装半导体激光器失效分析主要集中于外观检查和腔面光学灾变(COMD)检查，而对于腔内光学灾变(COBD)没有直观有效的分析方法；另外COS封装以金锡焊料为主，金锡焊料在280-350℃合金化，焊接状况无法直观观察；合金化的金锡焊料在加热过程中很难分离，即使分离焊接层，其内部结构也已经发生改变，无法对其失效原因进行分析；同时，分离焊接层的物理方法容易造成焊接层不必要的划伤，引入的额外损伤可能会掩盖芯片本来的失效原因，难以准确地分析和判断芯片的失效情况。

发明内容

本发明的目的是解决现有方法难以准确分析和判断半导体激光器芯片失效原因的问题，提供一种半导体激光器芯片失效分析方法。

为实现以上发明目的，本发明的技术方案是：

一种半导体激光器芯片失效分析方法，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；