改进的ESD保护——InGaN-GaN MQW LED与GaN肖特基二极管结合
摘要：在GaN绿光LED里面通过使用蚀刻和再沉淀技术，GaN肖特基二极管内部被改造，选择结合带下的适当区域蚀刻，通过蚀刻过程你使光学损失减到最小。虽然反向电流和正向开启电压对GaN肖特基二极管LED来说都很高，但是研究发现内部肖特基二极管可以把静电释放阈值从450V增加到1300 V。
索引：静电放电(ESD)， GaN， LED，肖特基二极管。
释放(ESD) -感应的电子脉冲是光电子设备主要可靠性关心其中一方面。然而，在文献可以被发现涉及ESD作用的仅几个报告，特别是那些与基于GaN的光电子设备相关的文献。最近，报告显示GaN发光二极管(LED)可以通过倒装芯片过程以电子形式连接到Si齐纳二极管。通过使用这样一个反装技术，一个重要的方面是减少GaN LED可能的损害，因为ESD导致的脉冲电流在底下将流经Si齐纳二极管。虽然这种方法能改进GaN LED的冲击电压特征，倒装制程比传统的正装的封装工艺需要一个额外对准线过程和更多合成。解决这个问题一种合适的方法是构造一个在LED芯片里面内在的GaN肖特基二极管。如果GaN肖特基二极管是与GaN LED电子平行，ESD导致的脉冲电流不会损坏LED而是流经内部GaN肖特基二极管。
这项研究在逐渐加强-针对蓝宝石衬底的一个低压金属有机化合物气相外延(LP-MOVPE)系统。 成长参量的详细资料可以在别处被找到。如图.1所示，用于这项研究的LED结构包括30 nm厚的GaN晶核层形成，生长一层约3 µm 厚的掺杂GaN缓冲层 (n=1×1016 cm-3)，生长一层约0.3 µm 厚的掺杂Si的GaN (n=7×1018 cm-3)。n -金属层数。第三周期生长一套MQW（多量子阱），起成分是InGaN-GaN，50 nm厚的掺杂镁的AlGaN (p=1×1018 cm-3 ) 镀层并且有0.3µm厚的镁在GaN顶层(p=1×1018 cm-3)。每对InGaN-GaN包括2.5 nm厚的In0.49Ga0.51N阱层和12nm厚 GaN垒层。在外延生长以后，内部GaN肖特基二极管通过蚀刻和再沉淀被制造了。如图1所显示，我们首先使用一个被诱导结合等离子体(ICP)蚀刻台面结构和沟槽结构。在ICP蚀刻期间，Cl –Ar用作蚀刻气体，未蚀刻中止层用于我们的试样，然而，我们谨慎地控制蚀刻速度以便达到蚀刻深度的450毫微米和900毫微米。在台面结构和沟槽结构期间铭刻，SiO2是然后被浓缩填入沟槽区域，SiO2层的中心区域被金属沉积物侵蚀掉。浓缩的Ti/Al (50/900毫微米)和Pt/Au (50/400毫微米)随后在再侵蚀区域到作为内部GaN肖特基二极管的欧姆联系和肖特基联系。Ni/Au (2/6毫微米)然后被浓缩在p-GaN层顶部作为LED顶部透明接触。最后， Pt/Au (50 nm/2000 nm)被放置在透明Ni/Au联系层，Ti/Al (50 nm/2000 nm)被放置mesa层被侵蚀在n-GaN表面，分别作为GaN绿光LED的p电极和n电极。我们的LED芯片大小是350×350µ m2沟槽接合区大小和区域分别为100×100µm 2，80×80µm2 。值得注意的是，我们设计我们的结构，以便沟槽区域是全部在电极之下。通过使用这样设计，由于沟槽区域的形成使光学损失减到最小，因为直接地在电极之下引起的光子都会被正常LED反射。LED的肖特基二极管电路模型也在如图示1所示。在正常的正向加偏压操作下，电流可以从GaN LED的 PL 流动到NL。另一方面，如果由于人体皮肤导致的反向偏压ESD于电子脉冲发生，电流可以从GaN LED的PS流动到NS。因此，这样设计能有效地保护GaN LED免受电子应力损伤，没有内部肖特基二极管的正常GaN绿光LED也被制造了。此外，Pt/Au沉积在 GaN外延层(n=1×1016 cm-3 )的表面的GaN肖特基二极管也就被制造了。
