¿Qué determina la vida útil de un módulo de diodo láser?

Los láseres de semiconductores tienen las ventajas del amplio rango de longitud de onda de salida, estructura simple e integración fácil, y se usan ampliamente en campos médicos, de detección, ópticos, militares y aeroespaciales. Entonces, ¿qué puede causar daños al módulo de diodo láser? Puede haber las siguientes razones:

El modo de falla o daño del módulo de diodo láser se manifiesta principalmente en ausencia de intensidad de luz de salida durante la operación, o la falla de la degradación de la potencia óptica de salida bajo una corriente de conducción constante. Cuando la potencia de salida se degrada a un umbral específico, el láser fallará.

El Centro de Investigación y Análisis de Confiabilidad es la organización autorizada más temprana en China que se especializa en componentes electrónicos y diversos servicios técnicos de investigación y tecnología de análisis de fallas electrónicas. En el análisis de falla de los láseres semiconductores, se concluye que los principales mecanismos de falla de los láseres semiconductores incluyen alta temperatura de funcionamiento, degradación de electrodos, contacto óhmico, degradación de la superficie de la cavidad, contaminación ambiental y otros factores. La introducción del mecanismo de falla y los casos relacionados se muestran a continuación.

La vida típica de los módulos de diodos láser es de 10,000 a 25,000 horas. Si la temperatura del diodo láser aumenta más allá de la temperatura máxima de funcionamiento, el rendimiento a largo plazo puede degradarse significativamente, hasta una falla completa. Si la temperatura de funcionamiento del diodo láser se reduce en aproximadamente 10 grados, la vida útil se duplicará estadísticamente.

La vida útil del módulo láser se puede extender significativamente manteniendo la temperatura del caso en el extremo bajo del rango de temperatura de funcionamiento. Se recomiendan disipadores de calor y deben usarse si el láser funciona constantemente. Operar los módulos láser en el extremo inferior del rango de voltaje recomendado también ayudará a extender la vida útil del láser.

2) Degradación del electrodo

La degradación del electrodo generalmente ocurre en la interfaz entre el metal y el material semiconductor. Debido a la difusión del material de soldadura en el semiconductor para formar una estructura de defectos, bajo la acción de una corriente grande, la acumulación de calor en la posición del defecto eventualmente quemará la capa de metalización cercana.

3) Contacto Ohmico

Si hay un gran desajuste térmico entre el chip y la soldadura, el láser causará la concentración de tensión en la interfaz del material durante la soldadura o el trabajo, lo que causará grietas de soldadura o agrietamiento de chips. Además, al soldar el láser, hay una brecha de soldadura entre el chip y la soldadura que hará que el láser falle, y el desbordamiento de la soldadura durante la soldadura también conducirá fácilmente a un cortocircuito en la unión PN.

4) Degradación de la superficie de la cavidad

La degradación de la superficie de la cavidad es un modo de falla que distingue los láseres de otros dispositivos microelectrónicos. Since the material of the active region of the laser contains Al or In elements, and when the uniformity or consistency of the chip design and manufacturing process is poor, the Al and In elements will melt or recrystallize under high-power operation, resulting in impurities or Defects, so that the temperature of this region continues to rise, and the current density of the end face continues to increase, resulting in a further rise in the temperature of this region, which eventually leads to Daño óptico catastrófico.

5) Contaminación ambiental

La contaminación ambiental es un factor externo que conduce al fracaso de los láseres de semiconductores. La razón principal es que las partículas como el polvo, el vapor de agua y los contaminantes iónicos ingresan al interior del láser semiconductor y se unen a la superficie del chip para causar un cortocircuito o circuito abierto, lo que eventualmente conduce a la falla del dispositivo.

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