以低频噪声测量作为808nm激光二极管可靠性评估的分析和预测工具

        大多数半导体器件中的一些故障是由其制造工艺或使用寿命中的潜在缺陷引起的。一般来说，这种固有缺陷和制造缺陷是半导体材料及其结构中的深势阱或复合中心。许多载流子通过复合中心叠加产生复合（G-R）过程，并捕获弛豫时间分布广泛的载流子，从而形成低频噪声（LFN）（通常为1/f噪声）。因此，LFN对位错等缺陷的高灵敏度是开展此类研究并将噪声用作设备可靠性评估和缺陷诊断的分析工具的主要依据。

对LD低频噪声特性的研究主要包括光噪声和电噪声，通常为1/fα型涨落，以及光和电波动之间的互相关系数对频率、温度和正向电流的依赖性。本文采用双通道前置放大器互谱测量方法，研制了一套低频光电噪声测量系统。我们使用4个低噪声前置放大器来放大光噪声和电噪声信号，其中前置放大器1和前置放大器2形成一个电通道，前置放大器3和前置放大器4分别形成一个光通道。该系统同时进行了光噪声和电噪声测量。电通道测量了被测二极管（DUT）上的电压噪声频谱密度，通道由外围匹配电路为二极管提供恒定可变的偏置电压的两个模块构成。光学噪声通道用于测量光学噪声谱密度。通道中的光电探测器由一个蓄电池供电，其低噪声为1/f型噪声，电压谱密度比从DUT测得的光噪声低约2个数量级。同时，该光通道增加了LFN测量系统的完整性和功能性。

图1.实验装置：双通道前置放大器的低频光电噪声互谱测量系统

图2.室温（T=290K）下，来自未老化可靠组和可靠组的LD样品在阈值电流附近和阈值以上（a）光噪声和（b）电噪声的光谱密度。         

图3.室温（T=290K）下（a）不可靠和（b）可靠样品阈值附近的光噪声光谱密度

图4. 室温（T=290K）下（a）不可靠和（b）可靠样品阈值附近的电噪声谱密度   

可靠组的LD样品的光噪声和电噪声强度均比未老化可靠组高出近2个数量级。可以解释的是，潜在缺陷可能存在于可靠组的样品内部。老化后不可靠激光器的低频光噪声谱密度在1-10 kHz的频率范围内表现出白噪声，而可靠的激光器则呈现出纯1/f的趋势。从不可靠激光器阈值和阈值以上的正光电相关性可以得出结论，在所研究的一些不可靠激光器中，缺陷随机调制了有源层中的载流子数量，并且光噪声和电噪声之间的互相关系数为负值。在发光点完好但光输出功率降低的情况下，LD的光噪声谱密度在1Hz到20Hz的低频区经历了强烈的波动。对于发光点烧焦的LDs，观察到洛伦兹型噪声叠加在1/f电噪声谱上。这种叠加在1/f电噪声谱上的洛伦兹型元件可能主要归因于漏电流通道引起的表面复合，这在很大程度上取决于半导体激光器的制造技术和工艺水平。此外，温度的微小变化导致高频下的电磁感应强度发生显著变化。随着温度的升高，会产生高频白噪声。

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