再谈半导体器件可靠性
本篇针对性的对半导体激光器进行可靠性探讨，所有半导体器件在可靠性方面都有共性，激光器的失效模式对其它半导体器件的机制分析方面，笔者认为都是可以借鉴的。
1.器件失效的不同阶段及可能原因如果要给器件的失效率随时间的变化分为不同阶段来探讨，我们一般可以分为3个阶段，一个是早期失效阶段、一个是偶然失效阶段、一个是损耗失效阶段。
早期失效阶段是失效率随时间增加迅速下降，这是产品早期缺陷迅速表现出的结果，引起早期失效的主要原因如芯片工艺缺陷、外延致命缺陷、封装工艺等，这个通过早期的筛选可以去除。偶然失效可以理解为产品的失效主要来自偶然因素，且该阶段是产品的主要使用寿命期。
损耗失效的特点主要为失效率随着工作时间的增加而迅速上升，主要原因为芯片制造以及封装工艺水平限制，器件长期工作因老化、疲劳等到寿命终结。
2.常见的失效模式下面还是以半导体激光器为主要讨论对象，阐述几种常见的失效模式：
（1）电极退化高功率半导体激光器的工作电流大，焊料层随电流方向扩散到半导体材料，会形成暗点缺陷，在大电流下形成局部热量积累，电极铜片被烧毁，造成激光器灾难性的失效。电极受大电流损害半导体激光芯片材料与热沉材料的热匹配性差，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。
应力引起的开裂焊料制备中焊料的均匀性和焊料厚度的控制也是关键工艺。
（2）腔面退化腔面退化是半导体激光器区别于其他微电子器件的主要失效模式。
大输出功率下，腔面作为谐振腔的出光面，承受很高的功率密度。特别是，大功率器件的前后输出功率密度在每平方米可以达到数百万瓦，因有源区材料含有铝或铟，铝或铟在高功率密度下融化或者再结晶，导致腔面破坏。
腔面灾变性光学损伤腔面灾害性损伤是由于芯片前后腔面所镀的透射膜和高反射膜的工艺控制缺陷所致，在高功率密度作用下发生炭化或者化学腐蚀损失，最终引起芯片失效。腔面的另一种退化方式为可视光学损伤，主要原因为焊接过程中焊料污染等。
（3）芯片侧面绝缘层失效由于芯片两端未镀介质膜或者介质膜镀的不好，使得焊料沿着端面浸润到N极，引起芯片短路而失效。热效应促使晶须子生长。
（4）芯片内部缺陷扩展如激活区的非辐射复合将通过晶格释放能量，一旦这些晶格位错包含点缺陷或者线缺陷会沿着晶面生长、攀移、滑移等进入芯片激光区，造成芯片失效。
（5）其它外部因素激光器工作环境的外部因素，如静电、水汽污染等。
3.小结本公众号有多篇关于器件可靠性的文章，从光电器件到功率器件，从深紫外器件到激光器器件，所有这些都是为了从不同角度去观察可靠性问题，也只用攻克这些问题，才能真正的实现产业化发展。产品最终是要来用的，没有更好的可靠性，就无法去谈较好的产品稳定性。
因此，关于可靠性的话题，再怎么多都不会觉得多。
关于可靠性，一定要系统的、高屋建瓴的去思考这个问题，然后深入到不同体系，融会贯通，最终实现有尊严的产品，产品就是企业的尊严。