韓國(guó)研究人員通過(guò)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(lái)自韓國(guó)光技術(shù)院(KOPTI) 和光州科學(xué)技術(shù)院的研究人員聲稱(chēng)：“這種LED芯片加工簡(jiǎn)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(fù)性在1kV至3kV的范圍有所下降。這種器件往往應(yīng)用于交通信號(hào)燈、大規(guī)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(cè)面器件結(jié)構(gòu)存在的高位錯(cuò)密度差。其中側(cè)面器件是生長(zhǎng)在絕緣藍(lán)寶石襯底中的標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)而損壞LED。
研究人員已經(jīng)采用了一些方法來(lái)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(shù)應(yīng)用于真正的生產(chǎn)過(guò)程中。
研究人員采用了傳統(tǒng)的In0.15Ga0.85N/GaN MQW 450nm（藍(lán)色）LED架構(gòu)，使其在MOCVD設(shè)備的c-plane 藍(lán)寶石中生長(zhǎng)。這種LED通過(guò)光刻法和ICP蝕刻到n型外延生長(zhǎng)層。銦錫氧化物（ITO）LED芯片中相當(dāng)于透明歐姆電極，而接合焊盤(pán)由金鎳鉻錫合金組成。
研究人員通過(guò)將n極的觸點(diǎn)延長(zhǎng)至p區(qū)域（見(jiàn)圖1），使旁路二極管集成到LED，以實(shí)現(xiàn)LED芯片的ESD保護(hù)。n極與p-GaN之間用氧等離子處理會(huì)使得肖特基勢(shì)壘升高；這樣做的目的在于減少反向ESD產(chǎn)生的反向漏電流。因?yàn)榇笮孤╇娏魅菀讚p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(tǒng)的（LED-C），沒(méi)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(qū)域即等離子處理區(qū)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(gòu)建一個(gè)虛擬的pn結(jié)面。
70W功率的ICP能將n極接觸電阻提高至56.1x10-3\Ohm-cm2；這是由等離子處理后p-GaN面上的圓形輸電線(xiàn)結(jié)構(gòu)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(gè)方法是減少3齒梳狀而不是5齒梳狀結(jié)構(gòu)的n極接觸面。從而將接觸面積從300μm2降低至180μm2。
LED照明標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中規(guī)定商業(yè)應(yīng)用的LED最大反向漏電流為50μA/ –5V；而研究過(guò)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(guī)范中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。研究人員相信他們能通過(guò)優(yōu)化等離子處理和梳狀接觸面來(lái)進(jìn)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(guò)ESS-606A ESD測(cè)試儀測(cè)試出來(lái)的；該測(cè)試儀能根據(jù)人體模型發(fā)出脈沖。在每次測(cè)試之后，-5V的漏電性能被測(cè)試出來(lái)；如果發(fā)現(xiàn)與原始性能之間有30%的差距，那么該設(shè)備“Failed”（圖2）。傳統(tǒng)二極管在300V至500V電壓之間的負(fù)偏壓顯示“Failed”，那么延長(zhǎng)的3齒梳狀n極等離子器件僅在3kV時(shí)顯示“Failed”。這種正偏壓結(jié)果被研究人員視為“無(wú)法識(shí)別”。