一种抗水解LED芯片及其制作方法、器件与流程

本发明涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种抗水解led芯片及其制作方法、器件。

背景技术：

现有的led芯片包括衬底、设于衬底上的外延层、以及设于外延层上的电极。参见图1，现有的led封装器件包括led芯片10、将led芯片10固定在基板上的固晶胶20、以及将led芯片10包裹并覆盖在固晶胶20上的封装胶30。led封装器件应用在室外显示屏产品时，容易受天气的影响，水汽容易沿着固晶胶20和封装胶30之间的缝隙渗入到led芯片10上，造成led芯片10水解失效，最后造成死灯。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种抗水解led芯片，防止水汽爬升到外延层，避免外延层被侵蚀，可靠性高。

本发明还要解决的技术问题在于，提供一种抗水解led芯片的装置方法，防止水汽爬升到外延层，可靠性高。

本发明还要解决的技术问题在于，提供一种抗水解led器件，防止水汽从固晶胶和封装胶与芯片之间的缝隙爬升到外延层，可靠性高。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种抗水解led芯片，其特征在于，包括：

衬底，

设置在衬底上的阻挡层，所述阻挡层上设有若干个裸露区域，所述裸露区域刻蚀至衬底的表面，所述裸露区域的总面积占衬底总面积7％以上，每个裸露区域的面积占裸露区域总面积的1～15％，

外延层，设置在阻挡层和裸露区域的衬底上，

所述阻挡层的边缘超出外延层的边缘，所述阻挡层由透光不导电材料制成。

作为上述方案的改进，所述阻挡层由二氧化硅、氮化硅、类钻石膜中的一种或几种制成。

作为上述方案的改进，所述阻挡层的边缘超出外延层的边缘5～15μm。

作为上述方案的改进，所述阻挡层的边缘超出外延层的边缘6～10μm，所述阻挡层的边缘超出衬底的边缘1～5μm。

作为上述方案的改进，所述阻挡层的厚度为300～1800nm。

作为上述方案的改进，每个裸露区域的面积占总的裸露区域面积的1～10％。

作为上述方案的改进，所述衬底为图型化衬底，所述衬底上设有若干个柱状结构，每个裸露区域中均包括柱状结构，裸露出来的柱状结构的面积占每个裸露区域面积的50～90％。

相应地，本发明还提供了一种抗水解led器件，包括权利要求上述所述的抗水解led芯片、固晶胶和封装胶，所述固晶胶将抗水解led芯片固定在基板上，所述封装胶将抗水解led芯片包裹并覆盖在固晶胶上。

相应地，本发明还提供了一种抗水解led芯片的制作方法，包括：

一、在衬底上形成阻挡层，所述阻挡层由透光不导电材料制成；

二、对所述阻挡层进行刻蚀，刻蚀至衬底表面，形成若干个裸露区域所述裸露区域的总面积占衬底总面积7％以上；

三、在阻挡层和裸露出来的衬底上形成外延层；

四、对外延层的边缘进行刻蚀，使得所述阻挡层的边缘超出外延层的边缘。

作为上述方案的改进，所述阻挡层的制作方法包括：

采用蒸镀或pecvd沈积的方法，在温度为150～300℃、压力为200～750mtorr的条件下，通入sih4、n2o与n2气体，流量分别为10～20sccm、1200～1300sccm和550～650sccm，形成sio2；和/或，

采用蒸镀或pecvd沈积的方法，在温度为150～300℃、压力为200～750mtorr的条件下，通入sih4、nh3与n2气体，流量分别为10～20sccm、2200～2300sccm和250～350sccm，形成snx；和/或，

采用pecvd沈积的方法，在温度为900～1100℃的条件下，通入ch4，形成dlc。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明的抗水解led芯片在衬底和外延层之间设置一层阻挡层，以阻挡水汽的爬升，防止水汽侵蚀外延层。具体的，所述阻挡层设有若干个裸露区域，所述裸露区域刻蚀至衬底的表面，且所述裸露区域的总面积占衬底总面积7％以上，每个裸露区域的面积占裸露区域总面积的1～15％，以保证外延层的正常形成。此外，所述阻挡层的边缘超出外延层的边缘形成止水层，让固晶胶和封装胶之间的缝隙形成毛细现象，通过缝隙中液体表面张力和曲面内外压强差的作用，使得水汽只能在缝隙中而不能爬升到外延层。

进一步地，本发明通过调整阻挡层的制作方法，提高阻挡层的致密性和强度，避免阻挡层厚度过厚。

附图说明

图1是现有led封装器的结构示意图；

图2是本发明抗水解led芯片的结构示意图；

图3是本发明抗水解led芯片中阻挡层设置在衬底上的俯视图；

图4是本发明抗水解led器件的结构示意图；

图5是本发明对比例1的led芯片的电子显微镜照片；

图6是图5中的a处放大图；

图7是图6中的d处放大图；

图8是图5中的b处放大图；

图9是图5中的c处放大图；

图10是实施例1对应对比例1中图5的c处的对应位置的放大图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

本发明提供的一种抗水解led芯片，包括衬底、设置在衬底上的阻挡层、外延层和电极。

参见图2，本发明的衬底10为图型衬底，所述衬底10上设有若干个柱状结构11。本发明的衬底10还可以为非图型衬底。

所述阻挡层20设有若干个裸露区域21，所述裸露区域21刻蚀至衬底10的表面，所述外延层30设置在阻挡层20和裸露区域21的衬底10上。

由于本发明阻挡层20的材料与外延层30的材料存在较大的差异，因此外延层30不能直接形成在阻挡层20上。为了保证外延层30的顺利形成，本发明对阻挡层20进行刻蚀，将部分的衬底10裸露出来，使得部分外延层30可以形成在衬底10上。

优选的，所述裸露区域21的总面积占衬底10总面积7％以上，且所述裸露区域21均匀分布。若裸露区域21面积过小，则影响外延层30的形成，且外延层30不易形成平面。

为了进一步保证外延层30的形成，减少外延层30与衬底10之间的晶格失配，每个裸露区域21的面积占总的裸露区域面积的1～15％，如图3所示。若每个裸露区域21的面积过小，则外延层30难以很好地与衬底10接触，若每个裸露区域21的面积过大，则外延层30与衬底10接触不够均匀。优选的，每个裸露区域21的面积占总的裸露区域面积的1～10％。更优的，每个裸露区域21的面积占总的裸露区域面积的2～5％。

当衬底10为图型化衬底时，必须要将柱状结构11裸露出来，所述柱状结构11用于增加衬底10与外延层30的接触面积，提高外延层30的晶格质量。具体的，每个裸露区域21中均包括柱状结构11，裸露出来的柱状结构11的面积占每个裸露区域21面积的50～90％。若裸露出来的柱状结构11的面积占比过小，则影响衬底10与外延层30的接触面积；由于柱状结构11是凸起的结构，若裸露出来的柱状结构11的面积占比过大，会形成衬底10与外延层30的结合力，两层之间容易裂开。

优选的，每个裸露区域21中，裸露出来的柱状结构11的面积占每个裸露区域21面积的50～80％。更优的，每个裸露区域21中，裸露出来的柱状结构11的面积占每个裸露区域21面积的60～70％。

进一步地，每个裸露区域之间的距离为3～10μm。

本发明在衬底和外延层之间设置了一层阻挡层，由于阻挡层本身材料的原因，外延层不能直接形成在阻挡层上，因此本发明通过刻蚀阻挡层以形成裸露区域，并通过控制裸露区域的大小、裸露区域之间的距离、裸露区域的面积占比、以及柱状结构在每个裸露区域中的占比，从而保证外延层的正常形成，保证外延层的晶格质量。

所述阻挡层20的边缘超出外延层30的边缘形成止水层，以阻挡水汽爬升到外延层30的侧壁。本发明在衬底10和外延层30之间增加阻挡层20，并通过止水层让固晶胶和封装胶之间的缝隙形成毛细现象，通过缝隙中液体表面张力和曲面内外压强差的作用，使得水汽只能在缝隙中而不能爬升到外延层。

优选的，所述阻挡层20的边缘超出外延层的边缘5～15μm。具体的，本发明是通过刻蚀外延层的边缘来实现阻挡层的边缘超出外延层的边缘。若所述阻挡层的边缘超出外延层的边缘大于15μm，则影响外层的出光面积，降低芯片的出光效率；若所述阻挡层的边缘超出外延层的边缘小于5μm，水汽容易越过阻挡层爬升到外延层的侧壁上，则影响阻挡效果。

优选的，所述阻挡层的边缘超出外延层的边缘6～10μm，以配合外延层6μm的厚度。

所述阻挡层20的材料要满足以下条件：

(1)透光，若阻挡层不透光，则影响芯片的出光效率；

(2)不导电，若阻挡层由导电材料制成，则芯片通电时，阻挡层也会发生水解，起不到阻挡水汽的作用；

(3)耐1100℃以上的高温，由于外延层形成在阻挡层上，外延层的形成温度会大于1100℃以上；

(4)与封装胶的材料相近。

优选的，所述阻挡层20由透光不导电的材料制成。更优的，所述阻挡层20由二氧化硅(sio2)、氮化硅(sinx)、类钻石膜(dlc)中的一种或几种制成。

更优的，所述阻挡层20由二氧化硅(sio2)、氮化硅(sinx)或类钻石膜(dlc)制成。

进一步地，所述外延层30的侧壁向内倾斜角度为30～60度。优选的，所述外延层30的侧壁向内倾斜角度为30～45度。本发明通过形成斜面的外延层30侧壁，可以进一步阻止水汽爬升到其侧壁上。

所述阻挡层20的厚度对阻挡水汽渗入以及芯片的亮度起着重要的影响。若阻挡层20的厚度过薄，则阻挡不了水汽；若阻挡层20的厚度过厚，则将图型衬底10的柱状结构11覆盖，影响外延层30的生长，从而影响芯片的出光效率。

优选的，所述阻挡层20的厚度为300～1800nm。优选的，所述阻挡层20的厚度为500～1000nm。更优的，所述阻挡层20的厚度为600～800nm。

为了进一步增加水汽的爬升难度，所述阻挡层20的边缘超出衬底10的边缘。由于阻挡层20是直接形成在衬底10上，若所述阻挡层20的边缘超出衬底10的边缘过大，则阻挡层20容易碎裂，且影响其与封装胶之间的粘合度。优选的，所述阻挡层20的边缘超出衬底10的边缘1～5μm。

由于本发明在外延层和衬底之间设置一侧阻挡层来阻挡水汽侵蚀外延层，本发明的外延层可以不需要作防水汽侵蚀的结构设计，因此本发明的外延层可以选用所有结构的外延层。

本发明的外延层包括依次设置的缓冲层、n-gan层、mqw层和p-gan层。

本发明的外延层包括依次设置的缓冲层、u-gan层、n-gan层、mqw层和p-gan层。

本发明的外延层包括依次设置的n-gaas层、mqw层和p-gap层。

所述缓冲层由aln、algan、gan、ingan和inn中的一种或几种组成，所述缓冲层用于减少衬底和外延层之间的晶格失配由于缓冲层的材料与外延层的材料相近，在现有的led芯片中，缓冲层也会受到水汽的侵蚀。

优选的，所述缓冲层包括依次于设置的aln层、algan层和gan层。

优选的，所述缓冲层包括依次于设置的aln层、gan层、ingan层。

优选的，所述缓冲层包括依次于设置的aln层、ingan层和inn层。

本发明的电极与外延层形成导电连接，本发明的电极结构可以为现有led芯片的电极结构，本发明不作具体限定。

参见图4，本发明还提供了一种抗水解led器件，包括本发明的led芯片1、固晶胶2和封装胶3，所述固晶胶2将led芯片1固定在基板上，所述封装胶3将led芯片1包裹并覆盖在固晶胶2上。

所述封装胶3的材质为环氧树脂、聚碳酸脂、聚甲基丙烯酸甲脂、玻璃或有机硅材料，但不限于此。所述固晶胶2的材料为导电胶或绝缘胶，但不限于此。

相应地，本发明还提供了一种led芯片的制作方法，包括以下步骤：

一、在衬底上形成阻挡层；

本发明的衬底为图型衬底，所述衬底上设有若干个柱状结构。本发明的衬底还可以为非图型衬底。

所述阻挡层的材料要满足以下条件：

(1)透光，若阻挡层不透光，则影响芯片的出光效率；

(2)不导电，若阻挡层由导电材料制成，则芯片通电时，阻挡层也会发生水解，起不到阻挡水汽的作用；

(3)耐1100℃以上的高温，由于外延层形成在阻挡层上，外延层的形成温度会大于1100℃以上；

(4)与封装胶的材料相近。

优选的，所述阻挡层由透光不导电的材料制成。更优的，所述阻挡层由二氧化硅(sio2)、氮化硅(sinx)、类钻石膜(dlc)中的一种或几种制成。

所述阻挡层20的厚度对阻挡水汽渗入以及芯片的亮度起着重要的影响。若阻挡层20的厚度过薄，则阻挡不了水汽；若阻挡层20的厚度过厚，则将图型衬底10的柱状结构11覆盖，影响外延层30的生长，从而影响芯片的出光效率。

优选的，所述阻挡层20的厚度为300～1800nm。优选的，所述阻挡层20的厚度为500～1000nm。更优的，所述阻挡层20的厚度为600～800nm。

所述阻挡层的制作方法对阻挡层的阻挡效果起着重要的作用，本发明通过调整阻挡层的制作方法，提高阻挡层的致密性和强度，避免阻挡层厚度过厚。具体的，所述阻挡层的制作方法包括：

采用蒸镀或pecvd沈积的方法，在温度为150～300℃、压力为200～750mtorr的条件下，通入sih4、n2o与n2气体，流量分别为10～20sccm、1200～1300sccm和550～650sccm，形成sio2；和/或者，

采用蒸镀或pecvd沈积的方法，在温度为150～300℃、压力为200～750mtorr的条件下，通入sih4、nh3与n2气体，流量分别为10～20sccm、2200～2300sccm和250～350sccm，形成snx；和/或者，

采用pecvd沈积的方法，在温度为900～1100℃的条件下，通入ch4，形成dlc。

为了进一步增加水汽的爬升难度，所述阻挡层的边缘超出衬底的边缘。由于阻挡层是直接形成在衬底上，若所述阻挡层的边缘超出衬底的边缘过大，则阻挡层容易碎裂，且影响其与封装胶之间的粘合度。优选的，所述阻挡层的边缘超出衬底的边缘1～5μm。

二、对所述阻挡层进行刻蚀，刻蚀至衬底表面，形成若干个裸露区域；

由于本发明阻挡层的材料与外延层的材料存在较大的差异，因此外延层不能直接形成在阻挡层上。为了保证外延层的顺利形成，本发明对阻挡层进行刻蚀，将部分的衬底裸露出来，使得部分外延层可以形成在衬底上。

具体的，采用干法或湿法工艺刻蚀阻挡层，刻蚀在衬底的表面以形成多个裸露区域，所述多个裸露区域均匀分布在衬底上。

优选的，所述裸露区域的总面积占衬底总面积7％以上，且所述裸露区域均匀分布。若裸露区域面积过小，则影响外延层的形成，且外延层不易形成平面。

为了进一步保证外延层的形成，减少外延层与衬底之间的晶格失配，每个裸露区域的面积占总的裸露区域面积的1～15％。若每个裸露区域的面积过小，则外延层难以很好地与衬底接触，若每个裸露区域的面积过大，则外延层与衬底接触不够均匀。优选的，每个裸露区域的面积占总的裸露区域面积的1～10％。更优的，每个裸露区域的面积占总的裸露区域面积的2～5％。

当衬底为图型化衬底时，必须要将柱状结构裸露出来，所述柱状结构用于增加衬底与外延层的接触面积，提高外延层的晶格质量。具体的，每个裸露区域中均包括柱状结构，裸露出来的柱状结构的面积占每个裸露区域面积的50～90％。若裸露出来的柱状结构的面积占比过小，则影响衬底与外延层的接触面积；由于柱状结构是凸起的结构，若裸露出来的柱状结构的面积占比过大，会形成衬底与外延层的结合力，两层之间容易裂开。

优选的，每个裸露区域中，裸露出来的柱状结构的面积占每个裸露区域面积的50～80％。更优的，每个裸露区域中，裸露出来的柱状结构的面积占每个裸露区域面积的60～70％。

进一步地，每个裸露区域之间的距离为3～10μm。

本发明在衬底和外延层之间设置了一层阻挡层，由于阻挡层本身材料的原因，外延层不能直接形成在阻挡层上，因此本发明通过刻蚀阻挡层以形成裸露区域，并通过控制裸露区域的大小、裸露区域之间的距离、裸露区域的面积占比、以及柱状结构在每个裸露区域中的占比，从而保证外延层的正常形成，保证外延层的晶格质量。

三、在阻挡层和裸露出来的衬底上形成外延层；

采用mocvd在阻挡层和裸露出来的衬底上形成外延层。本发明的外延层结构可以为现有led芯片的所有的外延层结构，本申请不作具体限定。

四、对外延层的边缘进行刻蚀，使得所述阻挡层的边缘超出外延层的边缘；

所述阻挡层的边缘超出外延层的边缘形成止水层，以阻挡水汽爬升到外延层的侧壁。本发明在衬底和外延层之间增加阻挡层，并通过止水层让固晶胶和封装胶之间的缝隙形成毛细现象，通过缝隙中液体表面张力和曲面内外压强差的作用，使得水汽只能在缝隙中而不能爬升到外延层。

优选的，所述阻挡层的边缘超出外延层的边缘5～15μm。具体的，本发明是通过刻蚀外延层的边缘来实现阻挡层的边缘超出外延层的边缘。若所述阻挡层的边缘超出外延层的边缘大于15μm，则影响外层的出光面积，降低芯片的出光效率；若所述阻挡层的边缘超出外延层的边缘小于5μm，水汽容易越过阻挡层爬升到外延层的侧壁上，则影响阻挡效果。

优选的，所述阻挡层的边缘超出外延层的边缘6～10μm，以配合外延层6μm的厚度。

下面将以具体实施例来进一步阐述本发明

对比例1

参见图5，图5为对比例1的芯片的电子显微镜照片，一种led封装器件，包括抗水解led芯片1、固晶胶2和封装胶3，所述固晶胶2将led芯片1固定在基板4上，所述封装胶3将led芯片1包裹并覆盖在固晶胶2上；

参见图6和图7，图6是图5中的a处放大图，图7是图6中的d处放大图，图6和图7中可知，对比例1中的led芯片1、固晶胶2和封装胶3之间发生开裂，存在较大的缝隙，所述缝隙会导致水汽入侵芯片。

图8是图5中的b处放大图，图9是图5中的c处放大图，从图8和图9可知，所述led芯片1包括衬底10和外延层，所述外延层包括n-gan层21、mqw层22和p-gan层23，所述衬底10为图型化蓝宝石衬底，其设有柱状结构11，所述外延层的厚度为6μm。水汽从缝隙爬升到外延层上，对比例1中的mqw层22和p-gan层23被侵蚀，发生崩裂。

实施例1

一种led封装器件，包括led芯片、固晶胶和封装胶，所述固晶胶将led芯片固定在基板上，所述封装胶将led芯片包裹并覆盖在固晶胶上；

所述抗水解led芯片包括衬底、设置在衬底阻挡层、以及设置在阻挡层上的外延层，所述阻挡层上设有若干个裸露区域，所述裸露区域刻蚀至衬底的表面，所述外延层设置在阻挡层和裸露区域的衬底上，所述阻挡层的边缘超出外延层的边缘5～15μm，所述阻挡层由二氧化硅、氮化硅、类钻石膜中的一种或几种制成。

图10是实施例1对应对比例1中图5的c处的对应位置的放大图，从图中可知，实施例1的芯片，封装胶3将外延层包裹住，外延层中的n-gan层21、mqw层22和p-gan层23结构完整，没有被水汽侵蚀和发生开裂，因此本发明的阻挡层有效阻止水汽从缝隙爬升到外延层上。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。