利用氮化鎵(GaN)成長之高亮度藍綠光LED 已成功地應用在許多領域，如交通號誌燈、全彩顯示螢幕、液晶螢幕背光光源、混合螢光粉的普通照明光源等。目前的氮化鎵LED 大多成長在藍寶石基板(Al2O3)上，由於氮化鎵和藍寶石基板間的晶格常數差距很大而造成強大的內建應力，內建應力會使氮化鎵結構存在很高的缺陷密度（約108~109cm-2）。此外，因藍寶石基板具有絕緣特性，所以氮化鎵LED 必須製作為水平結構元件（意指正電極及負電極都在元件表面），水平結構會使LED 元件容易有電流分布不均勻的問題。因此，電流擁擠(Current Crowding)效應與缺陷密度分布情形是目前影響ESD (Electrostatic Discharge)耐受性等級和應力傷害位置的關鍵因素。
圖一、(a)氮化鎵LED 與一電容並聯；(b)氮化鎵LED 與一反向二極體並聯
ESD 量測相關介紹
ESD 是指兩個具有不同靜電電位的物體發生電荷轉移的現象，其特點是高電壓、低電量及作用時間短。電子元件的耐靜電測試模式可分成以下三種靜電放電模型 (ESD Model)及對應的測試方法。
1.人體模型(Human Body Model; HBM)
因人體自身動作、衣物磨擦等以致在人體累積了大量的靜電荷，當人體碰觸到電子元件時，靜電荷便會在幾奈秒(ns)的時間內進入電子元件內，再經由最短途徑放電到元件的低電位。
3.充電器件模型(Charged-Device Model;CDM)
此放電模式是由於電子元件本身的靜電累積所造成，當電子元件碰觸到其他物體時，電荷由電子元件表面放電至環境的現象。
LED 靜電破壞的耐受性評估
目前HBM 為造成電子元件ESD 損害的主要原因，所以HBM 是廠商最為重視且最廣泛使用的模型。
1. 正逆向逐步升壓之比較
如圖三(a)及(b)所示，測試樣品在光學顯微鏡觀測下，正向偏壓ESD 對LED 晶粒外觀並無造成顯著的影響。即使升壓至4kV 時，其漏電流表現仍符合標準所規範的原始漏電流大小10 倍內（圖四(a)）。
圖三、(a)打正向ESD 之前；(b)打正向ESD 之後；(c)打逆向ESD 之前；(d)打逆向ESD 之後
3. 放電次數與放電間隔時間比較
對兩樣品施加最大逆向電壓4 kV ，一個樣品每次放電時間間隔為3 分鐘，且每次放電後皆量測其漏電流，另一樣品放電間隔時間為0.8 秒，此樣品間隔10 次量測一次漏電流。由圖九可知，當放電間隔時間較短（0.8 秒）時，樣品會造成較嚴重的損傷，有較大的漏電流，其漏電流大小為放電間隔時間較長（3 分鐘）的6~7倍，可知ESD 放電時間間隔之長短對樣品測試有相當大的關連。
LED 靜電破壞的失效探討
選取上述逆向電壓ESD 之樣品分析其失效情形，在光學顯微鏡觀測下可略見由ESD 應力造成的缺陷，我們利用Micro-PL與OBIRCH (Optical Beam Induced Resistance Change)進行檢測，對樣品局部缺陷所產生的漏電流做定位的動作。圖十一為Micro-PL 的影像，並無觀察到特殊異常的亮點或暗點。圖十二為OBIRCH 的影像，此樣品在經過ESD 逆向4 kV 的應力後，出現了5 個漏電流較大的熱區，圖十二(b)中的畫圈處即表示樣品在此位置有電阻值過低、漏電流過大的現象，我們可以看到漏電流過大的位置都分布在正電極附近，顯示逆向ESD 電壓容易損害正電極、透明導電層及其接面……以上內容為重點摘錄，如欲詳全文請見原文
作者：陳宗德 / 工研院電光所
本文節錄自「工業材料雜誌296期」，更多資料請見：https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=9525