半導(dǎo)體激光器壽命LD的失效方法

半導(dǎo)體激光器的壽命是一個很關(guān)鍵的參數(shù)，在各種應(yīng)用中必須保證足夠長的工作壽命，尤其在海底光纜通信、衛(wèi)星通信中的，壽命需要達(dá)到20-30年。

而如果直接用工作下的條件去測試壽命，很耗時間、而且量大的話，耗費老化一起、電量都是很大的。因此必須有一套科學(xué)的篩選器件和預(yù)測壽命的方法，為使用者提供可靠的保證。

LD的失效方法有以下幾種：

1）初期失效

這通常是激光器中的DLD和DSD生長導(dǎo)致在初期的迅速退化。它主要反映了制造工藝中的質(zhì)量問題，初期失效的樣品對熱加速老化比較敏感，熱激活能低。

2）隨機失效

這種由于外部因素，如靜電放電、瞬間的大電流波動，機械振動等引起的突變性損壞，這類器件在失效前不顯示出任何跡象。

3）緩慢失效

其特點就是激光器的特性參數(shù)隨著時間緩慢變化，這種失效是注定會到來的，是器件工作壽命的終止。

我們的任務(wù)就是盡量排除初期失效，盡可能的防止隨機失效。建立一種在較短時間內(nèi)能確定緩慢失效的方法，這就是加速老化試驗。

所謂的加速老化就是在更苛刻的條件下或過應(yīng)力狀態(tài)下加速器件的退化。然后將在此苛刻條件下得到的可靠數(shù)據(jù)外推，從而得到正常條件的工作壽命值。

加速老化試驗是否成功，數(shù)據(jù)的科學(xué)性、可參考性如何，關(guān)鍵在于確定老化所用的條件。

我們知道半導(dǎo)體LD的工作可靠性與其工作參數(shù)和外界工作條件密切相關(guān)，隨著結(jié)溫的升高，連續(xù)工作壽命降低，工作電流加大，也會導(dǎo)致激光器容易退化，工作時的輻射功率加大，也加快退化過程。因此，這些參數(shù)都可以選座位老化試驗的條件或考察其變化的參量。

LD的篩選和壽命試驗常常采用高溫加速老化方法。且高溫加速老化的機理應(yīng)當(dāng)與正常工作溫度下的退化機理相同，只有這樣，外推出來的預(yù)期壽命才是可靠的。

InGaAsP激光器加速老化后在60攝氏度測定的工作電流與時間的關(guān)系

本次老化條件為：維持器件環(huán)境溫度60℃，單面輸出光功率為5mW，觀察工作電流隨老化時間的變化。圖上可見在開始的500~1000小時內(nèi)，電流增加很快，隨后出現(xiàn)拐點，然后趨于飽和。

根據(jù)這些結(jié)果就可以篩選器件，

器件在單一緩慢退化方式下，半導(dǎo)體激光器的壽命t和溫度T的關(guān)系服從指數(shù)形式的Arrhenius關(guān)系

Ea是激活能，Kb是玻爾茲曼常數(shù)。采用抽樣測試退化率的辦法測得Ea。退化率Rt與溫度的關(guān)系也符合Arrhenius關(guān)系：

一般以維持恒定的輸出光功率，測試不同老化溫度下的退化率即可得到樣片的激活能Ea。

dI/dt對應(yīng)上圖的I（t）拐點之后的退化率值。一般對于GaAlAs/GaAs激光器，其Ea的平均值約0.7eV；對于InGaAsP/InP激光，Ea平均值約1.0eV。壽命約10E5~10E6小時。

此外平均時效時間也是衡量半導(dǎo)體LD可靠性的重要參數(shù)。正常工作溫度下的平均時效時間也是通過測試高溫老化條件下的平均時效時間和激活能，然后通過Arrhenius計算得到，而高溫老化條件下平均時效時間的測定是以維持單面輸出功率恒定，電流增加50%作為失效標(biāo)準(zhǔn)。

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