大功率半导体激光器具有芯片尺寸小、电光转换效率高、波长范围广、寿命长等优势,广泛应用到材料加工、泵浦源和通信等领域。近年来,随着半导体激光器的输出光功率日益增加,应用领域日渐扩大,人们对其可靠性提出更高要求。本文以808nmGaAs基大功率半导体激光器为研究对象,进行了加速老化及可靠性研究。鉴于输出光功率密度高,激光器腔面会发生光学灾变损伤。本文利用多种失效分析手段研究了半导体激光器腔面膜的退化情况,并对其失效机理进行深入、细致分析。本文包括以下几方面的研究;一、对3.5W GaAs基半导体激光器进行加速老化实验。温度作为加速应力,分别进行壳温为30℃、45℃、60℃三个温度点的恒温恒流实验,并线下测量敏感参数光功率。对于传统微电子器件,敏感参数退化20%认为达到失效判据。而对于半导体激光器,光功率退化的同时伴随着热功率增加,结温升高,从而进一步使光功率下降,形成光热电正反馈。为了避免结温变化较大给寿命外推带来的误差,我们利用光功率退化5%的数据提取退化率。退化率由结温、工作电流及激活能决定。光功率退化5%带来的结温升变化极小,可以被忽略。利用该退化率外推光功率退化20%的时间点即为寿命。得到每个器件的寿命后,结合威布尔分布、阿伦尼斯模型,就可以外推常温下器件的寿命。在本实验中,得到的激活能为0.62eV,常温下的特征寿命为9792小时。二、随着输出功率不断增大,由于腔面膜承受较高的光功率密度和温度,提高腔面膜的可靠性对器件性能改善有重要意义。本文中的808nm大功率半导体激光器腔面膜以高折射率的Si,低折射率的Al2O3组成Si/Al2O3膜系。利用聚焦离子束(FIB)制备样品,高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、能量色散X射线能谱仪(EDS)等手段研究半导体激光器腔面膜的退化。结果显示,老化样品的有源区附近出现硅扩散和氧化,而老化样品的远离有源区以及未老化样品均未出现硅扩散和氧化。分析表明有源区附近的硅层经高强度激光辐射后发生硅扩散和氧化。该过程引入缺陷,电子空穴对非辐射复合导致温度升高,从而进一步促进了硅扩散和氧化,形成一个循环。当温度达到材料的熔点时,容易发生光学灾变损伤。三、本节研究了大功率半导体激光器的温升和反向漏电流情况。利用电学法研究了激光器的纵向热量传导过程,对器件的电学参数、光学参数、热学参数及其相互关系进行分析。利用结构函数法分析热阻构成。封装热阻占总热阻主要部分,并随输入功率升高而减小。与未老化样品相比,老化样品的表征热阻增加,且增加主要表现在芯片热阻。利用红外法测量腔面表面的温度分布。有源区的温度高于有源区以外,这使得有源区处的腔面膜由于高温易于发生硅扩散和氧化。老化样品有源区处的腔面温升约为42℃,而未老化样品的有源区温升约为31℃。这说明在老化过程中,有源区积累缺陷,发生非辐射复合,积累热量,温度升高。利用EMMI观察激光器的反向漏电情况。结果发现,未老化样品漏电流极小,EMMI观察不到发光现象,而老化样品漏电流增加了三个量级,EMMI观察到有源区有明显的发光。