技術突破：LED芯片抗反向靜電能力達到3 kV

韓國研究人員通過在LED芯片中集成旁路二極管的方法將氮化銦鎵LED的抗反向靜電能力提高到了3 kV.來自韓國光技術院（KOPTI） 和光州科學技術院的研究人員聲稱：“這種LED芯片加工簡便，可靠性高。”

　　研究人員一直試圖提高目前100V-1kV的抗反向靜電能力。而正向靜電的恢復性在1kV至3kV的范圍有所下降。這種器件往往應用于交通信號燈、大規模顯示以及液晶顯示器背光。

　　正向偏壓和反偏壓的特性差異在于外延材料以及側面器件結構存在的高位錯密度差。其中側面器件是生長在絕緣藍寶石襯底中的標準氮化LEDs所必需的。這兩種相反的特性容易引起大量反向ESD電壓脈沖進而損壞LED.

　　研究人員已經采用了一些方法來避免器件受到這樣的損害---包括降低密度缺陷、外部二極管等。但是，很難以低成本將這些技術應用于真正的生產過程中。

　　研究人員采用了傳統的In0.15Ga0.85N/GaN MQW 450nm（藍色）LED架構，使其在MOCVD設備的c-plane 藍寶石中生長。這種LED通過光刻法和ICP蝕刻到n型外延生長層。銦錫氧化物（ITO）LED芯片中相當于透明歐姆電極，而接合焊盤由金鎳鉻錫合金組成。

　　研究人員通過將n極的觸點延長至p區域（見圖1），使旁路二極管集成到LED,以實現LED芯片的ESD保護。n極與p-GaN之間用氧等離子處理會使得肖特基勢壘升高；這樣做的目的在于減少反向ESD產生的反向漏電流。因為大泄漏電流容易損害n極從而降低器件的性能。

　　圖1:（a）放大n極LED的剖視圖和電路原理圖；俯視圖（b）傳統的（LED-C），沒有n極的梳狀LED-F3以及LED-F5,（c）等離子處理得到的梳狀（LED-F3-P 和 LED-F5-P）。（c）中的陰影區域即等離子處理區域。

　　氧等離子處理更好的效果是在p-GaN中建立了氮真空，以便為旁路二極管構建一個虛擬的pn結面。

　　70W功率的ICP能將n極接觸電阻提高至56.1x10-3Ohm-cm2;這是由等離子處理后p-GaN面上的圓形輸電線結構決定的。ICP功率越小，n極接觸電阻越小。

　　降低泄漏電流的另一個方法是減少3齒梳狀而不是5齒梳狀結構的n極接觸面。從而將接觸面積從300μm2降低至180μm2.

　　LED照明標準規范中規定商業應用的LED最大反向漏電流為50μA/ –5V;而研究過程中等離子處理后3齒梳狀LED的旁路二極管的泄漏電流在0.02至0.21μA之間，符合規范中規定的標準。研究人員相信他們能通過優化等離子處理和梳狀接觸面來進一步降低反向和正向泄露電流。

　　圖2:LED-C以及LED-F3-P的（a）正向和（b）反向ESD特征。

　　ESD特征是通過ESS-606A ESD測試儀測試出來的；該測試儀能根據人體模型發出脈沖。在每次測試之后，-5V的漏電性能被測試出來；如果發現與原始性能之間有30%的差距，那么該設備“Failed”（圖2）。傳統二極管在300V至500V電壓之間的負偏壓顯示“Failed”,那么延長的3齒梳狀n極等離子器件僅在3kV時顯示“Failed”.這種正偏壓結果被研究人員視為“無法識別”.