一種半導體激光器靜電失效分析方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體器件可靠性分析領域中的半導體激光器失效分析，特別涉及一種半導體激光器的靜電失效分析方法。
【背景技術】
[0002]半導體激光器有體積小、重量輕、結構簡單、能量轉換效率高、可靠性高等優點，目前在許多領域中有廣泛的應用。固體激光器由于具有更大的功率，因而處于研制當中。采用半導體激光器栗浦固體激光器較傳統的栗浦源有諸多優勢，因而在醫學和軍事方面有很好的應用前景。在使用半導體栗浦固體激光器的過程中，半導體激光器經常失效，經過故障排除，發現是靜電放電導致的失效，目前半導體器件受靜電放電作用而失效的情況十分普遍，尋找一個有針對性的分析方法十分重要。
[0003]目前針對半導體激光器的靜電失效分析多集中于對其外部封裝的分析，以及外部的分析。但外部的封裝問題造成的靜電失效并不是主要的失效原因，因此亟待找出靜電對其有源層的作用情況，得到靜電導致有源層失效的機理。而目前廣泛采用的半導體激光器的結構是分別限制異質結量子阱激光器，這種結構決定了有源層被外面若干包層包住，因此給查明其失效情況帶來了一定的困難，如何針對每種測試手段制作出相應的測試樣品是失效分析的一個難點。
[0004]人體與半導體激光器接觸時，由于人體帶電，靜電會轉移到半導體激光器上，進而會導致靜電通過器件放電；靜電放電有電壓高、電荷量小的特點，這種過程非常迅速，但是它引起的器件損傷卻帶有積累性，可以使器件由潛在性失效轉移到突然失效，給器件的應用帶來諸多不便。

【發明內容】

[0005]為有針對性的解決目前半導體激光器靜電失效的問題，本發明提供一種半導體激光器靜電失效分析方法，可以快速全面的檢測出靜電導致激光器有源層的失效情況，提出失效機理。
[0006]本發明提供的半導體激光器靜電失效分析方法包括以下步驟:
[0007]步驟1、對半導體激光器從低電壓到高電壓逐級進行ESD測試，通過比較半導體激光器ESD測試前后的光電特性曲線判斷該半導體激光器是否失效，并確定其失效等級；
[0008]步驟2、使用高倍光學顯微鏡對失效半導體激光器各部位進行外觀失效檢查，采集并存儲異常部位的圖像；
[0009]步驟3、借助SEM觀察所述半導體激光器出光面的損傷細節，采集并儲存相應的圖像；
[0010]步驟4、對所述半導體激光器的有源層損傷情況進行測試。
[0011]可選地，所述光電特性曲線包括1-V、1-P特性曲線。
[0012]可選地，所述步驟1具體為:
[0013]為所述半導體激光器每加上一個等級的靜電電壓，測試其光電特性曲線，與ESD測試前該半導體激光器的光電特性曲線對照，若存在較大的偏離，則判定該半導體激光器已經失效，此時所加的靜電電壓等級即為該半導體激光器的失效等級。
[0014]可選地，其特征在于，所述靜電電壓等級根據GJB-548B失效閾值分為七個等級。
[0015]可選地，所述步驟2具體為:
[0016]用高倍光學顯微鏡對失效半導體激光器的各部位進行目檢，首先對其外部封裝進行檢查，然后拆開管帽，檢查所述半導體激光器的電極、引線是否斷裂，焊層是否有空隙和斷裂，焊料是否溢出污染出光面，出光面是否有明顯損傷，采集并存儲異常部位的圖像。
[0017]可選地，所述步驟3具體為:
[0018]借助SEM觀察所述半導體激光器的出光面是否存在由于大規模光學災變(C0D)造成的區域熔融損傷，采集并存儲光面細節圖像。
[0019]可選地，所述步驟4具體為:
[0020]將所述半導體激光器的包層去掉露出有源層，使用破壞性物理分析方法對所述半導體激光器有源層的損傷情況進行測試。
[0021]可選地，將所述半導體激光器的包層去掉露出有源層的步驟包括采用多種半導體工藝方法將管芯包層去掉，包括襯底減薄、濕法腐蝕、光刻、真空鍍膜、引線鍵合，制作出測試樣品。
[0022]可選地，其特征在于，所述步驟4中對所述半導體激光器的有源層損傷情況進行測試可采用以下測試手段中的一種或多種:微區電致發光圖像(EL mapping)、電子束誘導感生電流(EBIC)、光致發光圖像(PL)。
[0023]可選地，使用微區電致發光圖像方法對所述半導體激光器的有源層損傷情況進行測試時，首先將所述半導體激光器的管芯P面朝下焊接在Si電極上，將襯底減薄到快要露出有源層的時候停止;然后在管芯的N面均勻蒸一層金電極，將光刻膠均勻的覆蓋在管芯的N面和所述半導體激光器的出光面和三個側面上，使用烘箱烘烤;然后光刻圖形;腐蝕襯底，直到剛剛露出有源層時停止;去掉光刻膠;在P和N電極上各引出一根電極引線外接電源，給所述半導體激光器通低于其閾值電流的電，使所述半導體激光器的有源層發出熒光，在高倍光學顯微鏡下觀察其有源層的發光情況，采集并存儲相應的圖像，判斷是否存在缺陷。
[0024]本發明提供了一種半導體激光器靜電失效分析方法，該方法可以快速全面的檢測出靜電導致激光器有源層的失效情況，提出失效機理，進而為了提高激光器的可靠性而得到相應的改進方案，對提高半導體激光器栗浦固體激光器的可靠性具有十分重要的意義。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發明半導體激光器靜電失效分析方法的流程圖；
[0026]圖2是針對測試手段做出的測試樣品的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
[0028]圖1是本發明半導體激光器靜電失效分析方法的流程圖，如圖1所示，所述半導體激光器靜電失效分析方法包括以下步驟:
[0029]步驟1、對半導體激光器從低電壓到高電壓逐級進行ESD測試，得到ESD測試之前和之后半導體激光器的光電特性曲線(Ι-Ρ、Ι-ν)，若測試前后光電特性曲線偏離較大則判別半導體激光器失效，并根據光電特性曲線偏離的程度確定失效的等級；
[0030]在本發明一實施例中，使用靜電放電測試儀來對所述半導體激光器進行ESD測試。
[0031]所述步驟1具體為:
[0032]為所述半導體激光器每加上一個等級的靜電電壓，測試其光電特性曲線，與ESD測試前該半導體激光器的光電特性曲線對照，若存在較大的偏離，則判定該半導體激光器已經失效，此時所加的靜電電壓等級即為該半導體激光器的失效等級。
[0033]其中，所述靜電電壓等級根據GJB-548B失效閾值分級進行劃分，具體分為七個等級，從0V到8000V以上。
[0034]步驟2、使用高倍數的光學顯微鏡對判斷為失效的半導體激光器各部位進行外觀失效檢查，采集并存儲異常部位的圖像。
[0035]其中，所述外觀失效包括但不限于以下一種或幾種情況:明顯的引線斷裂、焊層斷裂、焊料溢出、管芯損壞等。
[0036]其中，在進行外觀失效檢查時，常用開帽目檢的方法，以觀查其各部位的失效情況，具體為:首先對其外部封裝進行檢查，然后拆開管帽，檢查所述半導體激光器的電極、弓丨線是否斷裂，焊層是否有空隙和斷裂，焊料是否溢出污染出光面，出光面是否有明顯損傷，采集并存儲異常部位的圖像。
[0037]步驟3、借助SEM觀察所述半導體激光器出光面的損傷細節，采集并儲存相應的圖像；
[0038]所述步驟3具體為:
[0039]借助SEM觀察所述半導體激光