技术突破：LED芯片抗反向静电能力达到3 kV

韩国研究人员通过在LED芯片中集成旁路二极管的方法将氮化铟镓LED的抗反向静电能力提高到了3 kV.来自韩国光技术院（KOPTI） 和光州科学技术院的研究人员声称：“这种LED芯片加工简便，可靠性高。”

　　研究人员一直试图提高目前100V-1kV的抗反向静电能力。而正向静电的恢复性在1kV至3kV的范围有所下降。这种器件往往应用于交通信号灯、大规模显示以及液晶显示器背光。

　　正向偏压和反偏压的特性差异在于外延材料以及侧面器件结构存在的高位错密度差。其中侧面器件是生长在绝缘蓝宝石衬底中的标准氮化LEDs所必需的。这两种相反的特性容易引起大量反向ESD电压脉冲进而损坏LED.

　　研究人员已经采用了一些方法来避免器件受到这样的损害---包括降低密度缺陷、外部二极管等。但是，很难以低成本将这些技术应用于真正的生产过程中。

　　研究人员采用了传统的In0.15Ga0.85N/GaN MQW 450nm（蓝色）LED架构，使其在MOCVD设备的c-plane 蓝宝石中生长。这种LED通过光刻法和ICP蚀刻到n型外延生长层。铟锡氧化物（ITO）LED芯片中相当于透明欧姆电极，而接合焊盘由金镍铬锡合金组成。

　　研究人员通过将n极的触点延长至p区域（见图1），使旁路二极管集成到LED,以实现LED芯片的ESD保护。n极与p-GaN之间用氧等离子处理会使得肖特基势垒升高；这样做的目的在于减少反向ESD产生的反向漏电流。因为大泄漏电流容易损害n极从而降低器件的性能。

　　图1:（a）放大n极LED的剖视图和电路原理图；俯视图（b）传统的（LED-C），没有n极的梳状LED-F3以及LED-F5,（c）等离子处理得到的梳状（LED-F3-P 和 LED-F5-P）。（c）中的阴影区域即等离子处理区域。

　　氧等离子处理更好的效果是在p-GaN中建立了氮真空，以便为旁路二极管构建一个虚拟的pn结面。

　　70W功率的ICP能将n极接触电阻提高至56.1x10-3Ohm-cm2;这是由等离子处理后p-GaN面上的圆形输电线结构决定的。ICP功率越小，n极接触电阻越小。

　　降低泄漏电流的另一个方法是减少3齿梳状而不是5齿梳状结构的n极接触面。从而将接触面积从300μm2降低至180μm2.

　　LED照明标准规范中规定商业应用的LED最大反向漏电流为50μA/ –5V;而研究过程中等离子处理后3齿梳状LED的旁路二极管的泄漏电流在0.02至0.21μA之间，符合规范中规定的标准。研究人员相信他们能通过优化等离子处理和梳状接触面来进一步降低反向和正向泄露电流。

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

　　ESD特征是通过ESS-606A ESD测试仪测试出来的；该测试仪能根据人体模型发出脉冲。在每次测试之后，-5V的漏电性能被测试出来；如果发现与原始性能之间有30%的差距，那么该设备“Failed”（图2）。传统二极管在300V至500V电压之间的负偏压显示“Failed”,那么延长的3齿梳状n极等离子器件仅在3kV时显示“Failed”.这种正偏压结果被研究人员视为“无法识别”.