#技术风云榜#高功率二极管ＬＤ失效分析

hunterccc

LD具有高转换效率，体积小，可靠性高等特点被广泛应用，但是高功率LD芯片制造工艺复杂，价格贵，外延、芯片、封装等的缺陷影响着器件的成品率。
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激光器的失效模式

) e+ t2 Y; t" C# ~+ ~6 a# c: k1 主要失效特性
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4 M8 h0 `' ], LLD失效的三个时间段：

早期失效、偶然失效、损耗失效


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早期失效的原因：芯片制造工艺缺陷、焊接失效、芯片端面绝缘层失效。损耗失效的原因：芯片制造工艺水平的限制，使得器件老化、疲劳。


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2 失效模式分析
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9 W* m7 K$ p7 b电极退化

3 @; [3 u4 H0 l. P9 B7 \电极失效主要表现两个方面：1 高功率二极管工作电流很大，焊料层随着电流方向扩散到半导体材料内，形成暗点缺陷，在大电流作用下，造成局部热积累，作为上电极的薄铜片极容易被烧毁。造成激光器COD。2 GaAs与热沉材料热匹配性差，焊接温度应力引起焊层内部缺陷或开裂，导致器件电极退化，

" d9 r0 b9 z% H& d# G欧姆接触主要是焊接面造成LD失效，是封装工艺中最主要的失效模式：
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分为两种：1 焊接空隙；2 PN结短路。
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高功率LD的热载很大，功率60w的线阵激光器，其工作废热可到80w。因此极小的空隙也可能导致器件过热失效。造成空隙的因素：热沉加工的平整度差，焊料制备过程中产生杂质，热沉金属化中形成大的颗粒。另一方面，为了良好的散热，芯片P面朝下，出光面和焊层距离很近，如果焊料太厚或者焊层不均匀，焊接过程中，容易从焊层中挤出焊料颗粒，造成PN结短而失效。

9 r; {* I6 j' B( l' @腔面退化

- y4 n; S% k) T& G6 u+ H高功率二极管ＬＤ失效特性
腔面退化是LD区别于微电子器件的一个主要失效模式。腔面功率密度可以达到数mW/cm2.且有源区材料含有铝或In元素。Al、In在高功率密度下可以融化或再结晶，导致腔面的破坏，这种由于制造工艺缺陷造成的器件失效属于内缺陷。是芯片设计制造工艺不成熟形成的，主要表现：暗线缺陷、腔面COD。

环境污染

是LD失效的外界因素，它主要由于一些偶然因素导致LD灾难性失效，包括电浪涌、灰尘颗粒、静电、水汽污染等。
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/ }' o, c9 U. a* L+ x9 n, k失效统计分析：

4 h, y; S/ c7 f高功率激光LD失效主要集中在焊接、焊料制备、芯片工艺三个方面。
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5 L0 }- P5 T( s/ i7 f# J三种失效随着老化时间延长表现不同趋势： 焊接、焊料制备引起的失效主要集中在器件早期失效过程中，而芯片本身制造工艺缺陷引起的失效主要集中在损耗失效期间，从失效统计来看，焊接空隙占比30%； PN结短路29%，腔面退化17%、电极退化9%、环境因素7%等几个方面。
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如何改善：精确控制焊料厚度和均匀性、厚度控制在5~7um，遏制焊接空隙、ＰＮ结短路失效。不断优化焊接工艺＼确定最佳焊接温度和时间，精确控制升温＼降温时间＼有效释放焊接应力，都可以提高ＬＤ的寿命。

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LD失效的三个时间段    早期失效、偶然失效、损耗失效