在光電子器件領(lǐng)域，GaN基半導(dǎo)體激光器憑借其在顯示、通信等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，其可靠性問題一直是業(yè)界研究的核心議題。器件的長期穩(wěn)定運(yùn)行不僅與外延生長質(zhì)量密切相關(guān)，芯片工藝的各個(gè)環(huán)節(jié)亦可能成為制約可靠性的關(guān)鍵因素。深入探究其退化機(jī)制，對于提升器件使用壽命具有重要的理論與實(shí)踐意義。

    一、點(diǎn)缺陷：內(nèi)部損耗的核心誘因
    GaN基激光器的性能退化在很大程度上源于光學(xué)損耗的增加，而內(nèi)部損耗的根源往往指向有源區(qū)的結(jié)構(gòu)缺陷。與位錯(cuò)等宏觀缺陷相比，點(diǎn)缺陷因具有微觀尺度特性，更難被直接觀測，但其對器件性能的影響尤為顯著。
    通過對老化樣品的對比分析可知，經(jīng)過電流注入的脊型區(qū)與未注入的非脊型區(qū)在多量子阱結(jié)構(gòu)上未呈現(xiàn)明顯差異。透射電鏡觀測顯示，兩者界面均保持銳利，且未觀察到位錯(cuò)增殖現(xiàn)象，這表明位錯(cuò)并非導(dǎo)致性能退化的主要因素。然而，陰極發(fā)光（CL）測試揭示了關(guān)鍵差異：脊型區(qū)的460nm波長發(fā)光強(qiáng)度僅為非脊型區(qū)的26%，歸一化強(qiáng)度分布曲線清晰顯示電流注入?yún)^(qū)域的光學(xué)性能顯著衰減。
    這種衰減源于點(diǎn)缺陷的累積。有源區(qū)中的鎵空位（VGa）、氮空位（VN）等本征缺陷，以及鎂（Mg）、硅（Si）等雜質(zhì)擴(kuò)散形成的外來缺陷，均會成為非輻射復(fù)合中心（NRCs）。這些中心會大幅降低內(nèi)量子效率（IQE），導(dǎo)致載流子在參與輻射復(fù)合前即因缺陷而損耗，直接削弱激光輸出效率。由于點(diǎn)缺陷難以通過常規(guī)手段表征，其擴(kuò)散機(jī)制與形成能的精準(zhǔn)計(jì)算，成為后續(xù)研究需突破的關(guān)鍵難點(diǎn)。

    二、腔面劣化：鏡面損耗的關(guān)鍵影響因素
    若點(diǎn)缺陷屬于“慢性損耗”，則腔面劣化可能引發(fā)器件的“突發(fā)性失效”。激光器腔面由解理工藝形成，表面存在大量懸空鍵，這些懸空鍵在氧氣與光子的作用下，易形成氧化物與碳沉積，進(jìn)而引發(fā)災(zāi)難性光學(xué)損傷（COD）。
    二次離子質(zhì)譜（SIMS）分析為腔面劣化提供了直接實(shí)驗(yàn)證據(jù)。對老化器件的檢測顯示，p型層中硅元素的擴(kuò)散深度可達(dá)500納米，該現(xiàn)象源于SiO?鏡面鍍層的失效。鍍層平整度被破壞后，局部腔體長度發(fā)生改變，鏡面反射率下降，導(dǎo)致鏡面損耗急劇增加。更為嚴(yán)重的是，腔面缺陷引發(fā)的非輻射復(fù)合會產(chǎn)生局部高溫，進(jìn)一步加速膜層擴(kuò)散與氧化，形成“劣化-升溫-更劣化”的惡性循環(huán)。

    三、載流子注入：雜質(zhì)擴(kuò)散引發(fā)的性能劣變
    雜質(zhì)擴(kuò)散不僅影響光學(xué)性能，還會對載流子注入特性產(chǎn)生顯著負(fù)面影響。作為p型摻雜的關(guān)鍵元素，鎂（Mg）向有源區(qū)的擴(kuò)散會改變p-n結(jié)的載流子分布，而硅（Si）在p型層的擴(kuò)散則加劇了這一失衡。
    GaN材料的p型摻雜本就因鎂的高電離能面臨挑戰(zhàn)，硅作為施主雜質(zhì)，會通過空穴補(bǔ)償作用降低有效載流子濃度。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，老化后器件的p型層有效空穴濃度顯著降低，導(dǎo)致載流子注入效率惡化，粒子數(shù)反轉(zhuǎn)難以維持。這直接體現(xiàn)在器件電學(xué)特性上：開啟電壓前的正向電流異常增大，標(biāo)志著p-n結(jié)性能的退化，而該現(xiàn)象主要由硅的擴(kuò)散主導(dǎo)。

    四、溫度：驅(qū)動退化的關(guān)鍵因素
    溫度在器件退化過程中起到了“催化劑”的作用。激光器工作時(shí)，光學(xué)損耗增加與載流子注入效率下降會產(chǎn)生大量熱能，導(dǎo)致器件整體溫度升高，而溫度升高又會進(jìn)一步加速雜質(zhì)擴(kuò)散與缺陷增殖。
    通過300-500K溫度范圍內(nèi)的仿真與實(shí)驗(yàn)對比發(fā)現(xiàn)，溫度升高會引發(fā)一系列性能劣化：閾值電流增大、斜率效率降低，導(dǎo)致光輸出功率下降；同時(shí)，正向電壓隨溫度升高而降低，進(jìn)一步加劇能量轉(zhuǎn)換效率的惡化。值得注意的是，老化樣品的L-I特性與450-500K溫區(qū)的模擬結(jié)果高度吻合，證實(shí)了溫度在長期運(yùn)行中對器件可靠性的決定性影響。

    五、可靠性提升的技術(shù)路徑
    針對上述機(jī)制，提升GaN基激光器的可靠性需從多維度開展工作。在材料層面，通過優(yōu)化外延生長工藝減少本征點(diǎn)缺陷，精準(zhǔn)控制鎂、硅等雜質(zhì)的分布；在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，可借鑒氮化鋁（AlN）鈍化層的技術(shù)思路，抑制腔面鍍層的擴(kuò)散與氧化；在熱管理方面，開發(fā)高效散熱結(jié)構(gòu)以抑制溫度升高引發(fā)的連鎖反應(yīng)。
    GaN基激光器的可靠性提升是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需跨越外延、工藝、封裝等多個(gè)環(huán)節(jié)。唯有厘清缺陷產(chǎn)生與演化的內(nèi)在機(jī)理，方能針對性地提出解決方案，為高功率、長壽命器件的研發(fā)提供堅(jiān)實(shí)的理論與技術(shù)支撐。