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大功率GaN基蓝光激光器加速老化后，输出功率先短暂上升，再快速跌到接近零，光谱展宽、中心波长红移。这些参数提示内部变了，却答不出腔面出现了哪种损伤。半导体芯片表面形貌检测就成了绕不开的一步。

GaN基蓝光激光器波长短、光子能量高，在铜这类高反射材料加工中优势明显。功率密度一路上升，出光腔面热负荷跟着加重。腔面缺陷一出现，器件性能随即劣化。试验里5颗芯片的相对功率曲线走向一致：先略升，再快速衰减到接近零，工作电压基本不变。光子湾 3D 共聚焦显微镜可作为相关非接触式形貌检测方案的评估对象，能够将腔面损伤转化为可分析的高度与轮廓数据，为判断局部形貌变化提供补充依据。

5 颗 COS 封装芯片的相对输出功率随老化时间的变化：初期略有上升，随后快速衰减至零

加速老化试验设计与性能退化行为

研究对象是COS封装芯片，干法刻蚀做出3～5 μm宽的脊形波导，两侧覆盖200 nm厚的SiO₂绝缘层，芯片由AuSn共晶焊料键合到SiC热沉。电流与光场都限制在窄有源区，腔面成了功率密度最高处。

蓝光激光芯片外延层结构与 COS 封装截面示意

GaN基蓝光激光器正常工作电流3 A，摸底试验在3颗芯片上分别加3.5、4.0、4.5 A各48小时，功率基本无退化，说明三档应力下失效机制一致，正式试验取4.5 A。热沉由闭环水冷控在(25±0.5)℃，5颗COS封装芯片老化500小时，失效判据是相对输出功率变化大于50%，折合约3 dB的光功率下降。5颗全部失效，只代表该批次在给定应力下的水平。

多技术联合表征如何定位腔面缺陷

EMMI与CL提供发光异常证据

EMMI在加电状态下捕捉异常发光区，做水平定位。失效芯片脊形波导发光不均匀、腔面发光很弱，说明载流子非辐射复合增强。CL用电子束激发材料看光谱：良好芯片峰值465 nm，对应InGaN量子阱带隙跃迁，光子能量约2.67 eV。失效芯片峰值蓝移、强度大降、出现双峰，能量以声子耗散。CL蓝移和激光光谱红移不是一回事。

出光腔面 CL 光谱：良好芯片峰值位于 465 nm，失效芯片峰值蓝移、强度下降并出现双峰

激光共聚焦显微镜观察光腔面三维形貌

腔面缺陷检测走到这一步，发光图不够用了。激光共聚焦显微镜做三维表面形貌表征，靠点扫描与光学切片，把不同轴向的清晰图像叠起来还原形貌。二维图像读不出的高度起伏，在这里成了可读的轮廓。

失效芯片腔面有黑点，良好芯片干净。沿指定扫描线做芯片表面轮廓测量，失效芯片高度差1.7 μm，良好芯片0.3 μm，相差约5.7倍。1.7 μm与3～5 μm的脊宽已属同一量级。三维表面形貌表征把“看起来有损伤”变成“高度差是多少”。但它替代不了EMMI、CL和SEM。

出光腔面激光共聚焦显微形貌：（a）失效芯片腔面出现局部黑点（红框）；（b）良好芯片腔面完整（引自原文图 8）

SEM补充腔面微观损伤证据

SEM把放大倍数再推上去，烧孔边缘与内部形貌更清楚。SEM图像、CL异常和共聚焦轮廓放在一起，腔面缺陷检测的证据链才闭合。单看一张图，证不出完整机理。

腔面轮廓差异与COD失效证据链

轮廓高度差是沿一条扫描线取最高点与最低点之差，只反映高度变化。它和表面粗糙度测量是两回事。做表面粗糙度测量，得先定评价长度、滤波方式和计算方法。

出光腔面轮廓扫描：沿图示扫描线，失效芯片轮廓中段出现约 1.7 μm 的高度突变（引自原文图 10a）

从发光异常到腔面烧孔的COD失效分析将几条证据串起来：EMMI显示腔面发光微弱；CL强度下降、出现双峰；共聚焦给出1.7 μm的高度差；SEM确认了不规则烧孔，论文据此判定腔面光学灾变损伤。机理是腔面局部吸收光能，温升令带隙收缩、吸收更强，正反馈导致烧孔。

半导体激光芯片检测中的应用价值

激光共聚焦显微镜如何检测芯片腔面缺陷，答案先落在选型上：目标缺陷尺寸、表面反射特性、量程、垂直分辨能力和重复性。垂直分辨率不等于测量精度，标称参数也不等于实际检出能力。腔面高反射、损伤又局部，非接触测量能避开二次损伤。

半导体芯片表面形貌检测的价值，在于把老化趋势、发光异常、三维高度、烧孔形态拼到一起。四者合起来，腔面COD的分析才站得住。轮廓高度差只是形貌证据的一部分，单独不足以下COD失效的结论。

流程上，老化后先做发光异常定位，再用激光共聚焦显微镜做芯片表面轮廓测量，最后用SEM确认细节。

光子湾3D共聚焦显微镜

光子湾3D共聚焦显微镜是一款用于对各种精密器件及材料表面，可应对多样化测量场景，符合ISO25178标准测量，能够快速高效完成亚微米级形貌和表面粗糙度的精准测量任务，提供值得信赖的高质量数据。

光子湾3D共聚焦显微镜

1. 超宽视野范围，高精细彩色图像观察
2. 提供粗糙度、几何轮廓、结构、频率、功能等五大分析技术
3. 采用针孔共聚焦光学系统，高稳定性结构设计
4. 提供调整位置、纠正、滤波、提取四大模块的数据处理功能

光子湾共聚焦显微镜以原位观察与三维成像能力，为精密测量提供表征技术支撑，助力从表面粗糙度与性能分析的精准把控，成为推动多领域技术升级的重要光学测量工具。

原文参考：廖文渊，李钦宇，刘柏森，等. 大功率蓝光半导体激光芯片光学检测及失效分析[J]. 电子产品可靠性与环境试验, 2026, 44(4): 41-47. DOI: 10.3969/j.issn.1672-5468.2026.04.007.

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