CN117368219A - 半导体激光器芯片腔体缺陷检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及芯片缺陷检测技术领域，具体涉及一种半导体激光器芯片腔体缺陷检测系统及检测方法。所述半导体激光器芯片腔体缺陷检测系统的激光源发射的激光经过耦合器分流为若干路，分别依次经过三口环形器和尾纤照射至被检测芯片表面，反射光依次经过尾纤和三口环形器到达光电二极管，光电二极管将反射光转换为电信号并通过采集模块传递给示波器，通过示波器图像读取反射光的反射率，根据反射率即可定位被检测芯片有源区的缺陷区域。采用本装置能够将被检测芯片的有源区划分为若干与尾纤一一对应的区域并进行同步监测，缩小了研究范围，使得研究COD的失效机制更加精准。

Description

半导体激光器芯片腔体缺陷检测系统及检测方法

技术领域

本发明涉及芯片缺陷检测技术领域，尤其涉及一种半导体激光器芯片腔体缺陷检测系统及检测方法。

背景技术

激光器芯片的主要失效模式为腔面灾变光学损伤（COD），即：在激光器芯片的使用过程中，有源区内部辐射出高强度的激光，这一部分能量作用于出光腔面附近的半导体材料，会使腔面温度升高，温度升高会间接导致靠近腔面处电流密度升高，电流密度升高又会进一步促进腔面光吸收而使腔面温度升高，从而形成一个正反馈循环过程，导致腔面温度急剧上升，直至达到腔面材料熔点，腔面及镀膜熔融烧毁，有源区附近的腔面形貌在短时间内由平滑表面变为表面有凸起熔融点的粗糙面。

由于正反馈循环过程的存在，COD过程发生在纳秒级的时间范围内，因此对其进行实时监控成为进一步研究COD现象和器件失效机理的必要手段。目前相关技术仍不能够对COD现象进行有效精准的实时监控。

发明内容

为克服现有相关技术不能够对COD现象进行有效实时监控的技术缺陷，本发明提供了一种半导体激光器芯片腔体缺陷检测系统及检测方法。

本发明提供的半导体激光器芯片腔体缺陷检测系统，包括：

激光源；

耦合器，其适于承接所述激光源发出的激光，所述耦合器设有若干输出端口；

三口环形器，其设有多个且与所述耦合器的输出端口一一对应，所述三口环形器的第一口与所述耦合器的对应输出端口连接；

尾纤，其设有多根且与所述三口环形器一一对应，所述尾纤连接在对应三口环形器的第二口；

数据处理电路，其包括光电二极管、采集模块和示波器，所述光电二极管适于承接所述三口环形器的第三口发射的激光并转换为电信号，所述采集模块适于采集所述电信号并输送给示波器。

可选的，所述三口环形器的第二口与所述尾纤之间连接有滤波器。

可选的，所述尾纤的直径≤4μm。

可选的，所述激光源为光纤耦合激光二极管。

本发明提供的半导体激光器芯片腔体缺陷检测方法，依次包括如下步骤：

S1.对被检测芯片的有源区进行温度检测：

如果检测温度大于或等于设定温度，则执行步骤S2；

如果检测温度小于设定温度，则不启动步骤S2；

S2.利用前述的半导体激光器芯片腔体缺陷检测系统对被检测芯片缺陷区域进行定位：

将尾纤的出光口对应被检测芯片的有源区放置，激光源发射激光，激光通过耦合器分流为若干光路，若干光路以一对一的方式依次通过三口环形器的第一口、三口环形器的第二口和尾纤照射至被检测芯片的有源区并产生发射光，反射光依次经过三口环形器的第二口、三口环形器的第三口到达光电二极管，光电二极管将反射光转换为电信号并通过采集模块传递至示波器，通过示波器所展示图像读取反射光的反射率，反射率相对偏低的尾纤所对应的有源区区域即为缺陷区域。

可选的，步骤S1中，采用红外热成像仪对被检测芯片的有源区进行温度检测。

可选的，所述红外热成像仪连接有报警电路，报警电路在检测温度大于或等于设定温度时启动。

可选的，步骤S2中，尾纤放置时，尾纤的出光口与被检测芯片的有源区之间的距离≤10μm。

本发明提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本发明提供的半导体激光器芯片腔体缺陷检测系统，激光源发射的激光经过耦合器分流为若干路，分别依次经过三口环形器和尾纤照射至被检测芯片表面，反射光依次经过尾纤和三口环形器到达光电二极管，光电二极管将反射光转换为电信号并通过采集模块传递给示波器，通过示波器图像读取反射光的反射率，根据反射率即可定位被检测芯片有源区的缺陷区域。采用本装置能够将被检测芯片的有源区划分为若干与尾纤一一对应的区域并进行同步监测，缩小了研究范围，使得研究COD的失效机制更加精准。

本发明提供的半导体激光器芯片腔体缺陷检测方法，首先对被检测芯片进行温度检测，仅在温度大于或等于设定温度时才启动缺陷区域定位步骤，因为如果某区域发生缺陷时芯片温度必然会过高，如此能够避免在温度没有过高时启动缺陷区域定位步骤造成的无效检测，从而节省了检测成本。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1表示本发明实施例中半导体激光器芯片腔体缺陷检测系统的示意图。

图中：

1、激光源；2、耦合器；3、三口环形器；31、第一口；32、第二口；33、第三口；4、尾纤；5、数据处理电路；6、滤波器。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面将对本发明的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在描述中，需要说明的是，术语 “第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。

实施例1

参照图1，本实施例提供一种半导体激光器芯片腔体缺陷检测系统，包括激光源1、耦合器2、三口环形器3、尾纤4和数据处理电路5；耦合器2适于承接激光源1发出的激光，耦合器2设有若干输出端口；三口环形器3设有多个且与耦合器2的输出端口一一对应，三口环形器3的第一口31与耦合器2的对应输出端口连接；尾纤4设有多根且与三口环形器3一一对应，尾纤4连接在对应三口环形器3的第二口32；数据处理电路5包括光电二极管、采集模块和示波器，光电二极管适于承接三口环形器3的第三口33发射的激光并转换为电信号，采集模块适于采集电信号并输送给示波器。

需要说明的是，图1中所示为含有单个三口环形器3的半导体激光器芯片腔体缺陷检测系统，实际应用时根据有源区尺寸以及单根尾纤4尺寸确定三口环形器3的数量。例如，本实施例中，有源区为条形且长度为100μm，选择尾纤4的直径为4mm，则需采用25个三口环形器3和25根尾纤4，将25根尾纤4并排在一起以覆盖整个有源区。

具体的，本实施例采用图1所示的光纤耦合激光二极管作为激光源1，成本较低。

另外，如图1所示，本实施例在三口环形器3的第二口32与尾纤4之间连接有滤波器6。滤波器6能够滤除与激光源1发射激光波长不一致的其他激光，避免对检测系统造成干扰。

具体的，本实施例中激光源1发射波长为1550nm的测试光束，被测芯片发射出激光的波长为808nm，滤波器6仅允许波长为1550nm的激光通过，所以被测芯片发射出的激光被滤波器6拦截，不会进入三口环形器3。

本实施例提供的半导体激光器芯片腔体缺陷检测系统的工作原理如下：

激光源1发射激光，激光经过耦合器2分流为若干路，分别依次经过三口环形器3和尾纤4照射至被检测芯片表面，激光在被检测芯片表面反射形成反射光，反射光依次经过尾纤4和三口环形器3到达光电二极管，光电二极管将反射光转换为电信号，采集模块采集电信号并传递给示波器，通过示波器图像读取反射光的反射率，根据反射率即可定位被检测芯片有源区的缺陷区域。

多路反射光中，反射率明显较低的尾纤4所对应的有源区区域即为缺陷区域。例如本实施例中，正常情况下激光器芯片的发射率为28%，而缺陷区域的发射率为2%。

容易理解的，反射率等于反射光的光电流值除以直接耦合光的光电流值，直接耦合光即由激光源1直接照射至光电二极管的激光。

实施例2

本实施例提供一种半导体激光器芯片腔体缺陷检测方法，包括步骤S1和S2。

S1.对被检测芯片的有源区进行温度检测：

如果检测温度大于或等于设定温度，则执行步骤S2；

如果检测温度小于设定温度，则不启动步骤S2。

具体的，采用红外热成像仪对被检测芯片的有源区进行温度检测，成本较低。

另外，本实施例中红外热成像仪还连接有报警电路，报警电路在检测温度大于或等于设定温度时启动。通过报警电路能够提醒操作者启动半导体激光器芯片腔体缺陷检测系统。

S2.利用前述的半导体激光器芯片腔体缺陷检测系统对被检测芯片缺陷区域进行定位：

将尾纤4的出光口对应被检测芯片的有源区放置，激光源1发射激光，激光通过耦合器2分流为若干光路，若干光路以一对一的方式依次通过三口环形器3的第一口31、三口环形器3的第二口32和尾纤4照射至被检测芯片的有源区并产生发射光，反射光依次经过三口环形器3的第二口32、三口环形器3的第三口33到达光电二极管，光电二极管将反射光转换为电信号并通过采集模块传递至示波器，通过示波器所展示图像读取反射光的反射率，反射率相对偏低的尾纤4所对应的有源区区域即为缺陷区域。

具体的，尾纤4放置时，尾纤4的出光口与被检测芯片的有源区之间的距离≤10μm。尾纤4的出光口与被检测芯片的有源区间距较小，激光几乎没有分散，使得投射在有源区上的测试光斑能够正好覆盖有源区，同时也避免了相距较远导致的反射光接收困难。

以上仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。尽管参照前述各实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离各实施例技术方案的范围，其均应涵盖权利要求书的保护范围中。

Claims (8)

1.一种半导体激光器芯片腔体缺陷检测系统，其特征在于，包括：

激光源（1）；

耦合器（2），其适于承接所述激光源（1）发出的激光，所述耦合器（2）设有若干输出端口；

三口环形器（3），其设有多个且与所述耦合器（2）的输出端口一一对应，所述三口环形器（3）的第一口（31）与所述耦合器（2）的对应输出端口连接；

尾纤（4），其设有多根且与所述三口环形器（3）一一对应，所述尾纤（4）连接在对应三口环形器（3）的第二口（32）；

数据处理电路（5），其包括光电二极管、采集模块和示波器，所述光电二极管适于承接所述三口环形器（3）的第三口（33）发射的激光并转换为电信号，所述采集模块适于采集所述电信号并输送给示波器。

2.根据权利要求1所述的半导体激光器芯片腔体缺陷检测系统，其特征在于，所述三口环形器（3）的第二口（32）与所述尾纤（4）之间连接有滤波器（6）。

3.根据权利要求1所述的半导体激光器芯片腔体缺陷检测系统，其特征在于，所述尾纤（4）的直径≤4μm。

4.根据权利要求1所述的半导体激光器芯片腔体缺陷检测系统，其特征在于，所述激光源（1）为光纤耦合激光二极管。

5.一种半导体激光器芯片腔体缺陷检测方法，其特征在于，依次包括如下步骤：

S1.对被检测芯片的有源区进行温度检测：

如果检测温度大于或等于设定温度，则执行步骤S2；

如果检测温度小于设定温度，则不启动步骤S2；

S2.利用权利要求1至4任一项所述的半导体激光器芯片腔体缺陷检测系统对被检测芯片缺陷区域进行定位：

将尾纤（4）的出光口对应被检测芯片的有源区放置，激光源（1）发射激光，激光通过耦合器（2）分流为若干光路，若干光路以一对一的方式依次通过三口环形器（3）的第一口（31）、三口环形器（3）的第二口（32）和尾纤（4）照射至被检测芯片的有源区并产生发射光，反射光依次经过三口环形器（3）的第二口（32）、三口环形器（3）的第三口（33）到达光电二极管，光电二极管将反射光转换为电信号并通过采集模块传递至示波器，通过示波器所展示图像读取反射光的反射率，反射率相对偏低的尾纤（4）所对应的有源区区域即为缺陷区域。

6.根据权利要求5所述的半导体激光器芯片腔体缺陷检测方法，其特征在于，步骤S1中，采用红外热成像仪对被检测芯片的有源区进行温度检测。

7.根据权利要求6所述的半导体激光器芯片腔体缺陷检测方法，其特征在于，所述红外热成像仪连接有报警电路，报警电路在检测温度大于或等于设定温度时启动。

8.根据权利要求5所述的半导体激光器芯片腔体缺陷检测方法，其特征在于，步骤S2中，尾纤（4）放置时，尾纤（4）的出光口与被检测芯片的有源区之间的距离≤10μm。