0 前言

大功率半導體激光器的應用領(lǐng)域越來越廣泛，其可靠性非常重要，且壽命是衡量可靠性的重要指標之一。然而，大功率激光器的工作壽命還沒有一個國際標準定義，也沒有標準的加速檢測方法。大量長壽命的無Al激光器的高溫加速老化壽命試驗也是在假定了激活能的基礎上進行的，這樣進行試驗由于不知道不確定失效的機理，得到的壽命數(shù)據(jù)也是不能令人信服的。本文基于加速壽命試驗的基本概念，參考普通半導體器件壽命測試方法，通過兩次高溫加速老化，繪制激光器的老化曲線，計算出激活能，然后利用所求的激活能通過統(tǒng)計學的方法，反推出室溫下器件的壽命值。 1 試驗與計算分析 本試驗分別在40、80℃下對20只隨機抽取的波長808 nm的無Al連續(xù)輸出功率為1 W的單管激光器進行1.2 A恒流老化。老化前抽出10只在室溫下進行P-I-Y測試，如圖1所示。

加速老化試驗過程分兩個方面同時進行，一半器件用半導體激光器功率老化設備進行40℃(不控溫)下的老化，由探測器定時自動采集光功率相對值并由電腦記錄；另外一半放置于溫度設定為80℃的高低溫試驗箱中通過探測器手工定時采集激光器的功率。兩次試驗電流恒定控制為1.2 A。圖2和圖3為老化過程中的功率退化曲線。

試驗中規(guī)定相對功率下降30％為激光器失效時間。40℃下的中位壽命為3 000 h；80℃下的中位壽命為330 h。器件失效從根本上講都是基本的物理化學過程，而溫度對于許多物理化學過程來講都是一個重要因素，溫度升高以后，這些變化過程大大加快，器件失效過程被加速，試驗總結(jié)出來阿列尼烏斯(Arrhenius)經(jīng)驗公式

式中，L為壽命，Ea為激活能，A為常數(shù)，k(8.62×10-5eV／K)為波爾茲曼常數(shù)，T為熱力學溫度。確定了失效模式的激活能以后，就可以得出加速系數(shù)τ。設室溫T0下壽命為L0，加速試驗中溫度T1下壽命為L1，溫度T2下的壽命為L2(T2>T1)，則激活能的計算式為

不同溫度下Ea與τ的關(guān)系如圖4所示，不同溫度下，溫度越高，曲線斜率越大，加速效果越明顯；相同溫度下，激活能越大，加速系數(shù)越大。由于失效機理不同，激活能也不一樣。 將數(shù)據(jù)代入式(2)、(3)可以解出Ea=0.52 eV／K，τ=25.2(相對于80℃)。進而，可以計算出中值壽命tm=330×25.2=8 320 h。

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