CN111312874B - 一种抗水解led芯片及其制作方法、抗水解led器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗水解LED芯片及其制作方法、抗水解LED器件，所述芯片包括衬底、设于衬底正面的发光结构、第一保护层、第二保护层和亲水层，所述第一保护层覆盖在发光结构上，所述第二保护层设置在第一保护层上；所述第一保护层和第二保护层由绝缘的透光材料制成，所述第一保护层的致密性要高于第二保护层的致密性，且所述第二保护层的折射率小于第一保护层的折射率；所述第二保护层设有若干隔离槽，所述隔离槽设置在N电极和P电极之间，以增加水解金属的迁移距离，在不影响芯片出光效率的情况下，有效提高芯片的抗水解能力。
Description
技术领域
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、抗水解LED器件。
背景技术
参见图1，现有的LED芯片包括衬底10、发光结构和绝缘层30，所述发光结构包括设于衬底10上的N-GaN层21、设于N-GaN层21上的有源层22和N电极25、设于有源层22上的P-GaN层23、设于P-GaN层23上的ITO层24、以及设于ITO层24上的P电极26，所述绝缘层30层覆盖发光结构的表面。
现有的LED芯片没有对N-GaN层进行蚀刻以露出衬底，未对外延层(N-GaN层21、有源层22和P-GaN层23的侧壁进行保护，在LED芯片通电使用过程中，侧壁的N-GaN层21因封装所用封装胶气密性较差，环境中的水汽、杂质等物质仍会进入并附着在发光结构的侧壁上，在电场的作用下，发光结构的侧壁会被水解腐蚀，LED芯片失效。
参见图2，现有的LED芯片在封装后，由于LED芯片的侧面和背面衬底的材料Al2O3，与封装胶40的粘附性较差，导致LED芯片与封装胶之间有缝隙，而封装所用的封装胶气密性较差，环境中的水汽、杂质等物质仍会进入缝隙中，且不断增加，在LED芯片通电使用过程中由于电场在侧面的发光结构处发生水解效应，进而腐蚀发光结构，最终使LED芯片失效。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种抗水解LED芯片，提高芯片的抗水解性能。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种抗水解LED芯片的制作方法，提高芯片的抗水解性能。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种抗水解LED器件，不易水解、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，包括衬底、设于衬底正面的发光结构、第一保护层、第二保护层和亲水层，所述第一保护层覆盖在发光结构上，所述第二保护层设置在第一保护层上；
所述第一保护层和第二保护层由绝缘的透光材料制成，所述第一保护层的致密性要高于第二保护层的致密性，且所述第二保护层的折射率小于第一保护层的折射率；
所述第二保护层设有若干隔离槽，所述隔离槽设置在N电极和P电极之间，以增加水解金属的迁移距离；
所述亲水层设置在衬底的背面并延伸到发光结构的侧壁上，所述亲水层由具有亲水性的绝缘材料制成。
作为上述方案的改进，所述第一保护层由Al2O3制成，所述第二保护层由SiO2或Si3N4制成。
作为上述方案的改进，所述第一保护层的厚度为1000～3000埃，所述第二保护层的厚度为2000～5000埃。
作为上述方案的改进，所述隔离槽的宽度为0.1～5微米，所述隔离槽之间的间隔距离为0.8～2.5微米。
作为上述方案的改进，所述隔离槽平行设置。
作为上述方案的改进，所述亲水层由SiO2、SiN或Si聚合物制成。
作为上述方案的改进，所述亲水层的厚度为500～1500埃。
相应地，本发明还提供了一种抗水解LED芯片的制作方法，包括以下步骤：
一、在衬底的正面形成发光结构；
二、在发光结构上形成第一保护层；
三、在第一保护层上形成第二保护层，所述第一保护层和第二保护层由绝缘的透光材料制成，所述第一保护层的致密性要高于第二保护层的致密性，且所述第二保护层的折射率小于第一保护层的折射率；
四、对第二保护层进行刻蚀，形成若干隔离槽，所述隔离槽设置在N电极和P电极之间，以增加水解金属的迁移距离；
五、在衬底的背面和发光结构的侧面形成亲水层，所述亲水层由具有亲水性的绝缘材料制成。
作为上述方案的改进，所述第一保护层由Al2O3制成，所述第二保护层由SiO2或Si3N4制成，所述亲水层由SiO2、SiN或Si聚合物制成。
相应地，本发明还提供了一种抗水解LED器件，包括本发明所述的抗水解LED芯片和封装胶，所述抗水解LED芯片被包裹在封装胶中，所述抗水解LED芯片与封装胶紧密贴合。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明在发光结构上设置第一保护层，以保护发光结构，防止水汽进入；本发明在第一保护层上设置设有隔离槽的第二保护层，以增加水解金属的迁移距离，提高芯片的抗水解能力。本发明通过第一保护层和第二保护层的相互配合，在不影响芯片出光效率的情况下，有效提高芯片的抗水解能力。
本发明通过在芯片侧面和背面制作亲水层，由于亲水层具有亲水性的特性，且其与封装胶较为亲近，粘附性较好，使封装后芯片侧面、背面和封装胶之间无缝隙，从而使环境中的水汽、杂质等物质无法聚集在芯片侧面进行腐蚀，从而保护好LED芯片，提升抗水解能力。
本发明的抗水解LED器件，抗水解LED芯片被包裹在封装胶中，所述抗水解LED芯片与封装胶紧密贴合，两者之间不存在缝隙，不易发生水解，可靠性高。
附图说明
图1是现有LED芯片的结构示意图；
图2是图1中芯片封装后的示意图；
图3是本发明LED芯片的结构示意图；
图4是图3的俯视图；
图5是图3中芯片封装后的示意图。
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。
参见图3和图4，本发明提供的一种抗水解LED芯片，包括衬底10、发光结构20、第一保护层30、第二保护层40和亲水层50。
所述发光结构20设于衬底10的正面上，本发明的衬底10为蓝宝石衬底、氮化硅衬底、硅衬底或氮化镓衬底，但不限于此。
所述发光结构20包括依次设于衬底10正面上的N-GaN层21、有源层22、P-GaN层23、裸露区域、透明导电层24、N电极25和P电极26，所述裸露区域沿着P-GaN层23刻蚀至N-GaN层21，以将N-GaN层21裸露出来，所述N电极25设置在裸露出来的N-GaN层21上，所述透明导电层24设置在P-GaN层23上，所述P电极26设置在透明导电层24。
所述第一保护层30覆盖在发光结构20上，以保护发光结构20。
所述第二保护层40覆盖在第一保护层30上，所述第二保护层40设有若干隔离槽41，所述隔离槽41设置在N电极25和P电极25之间，以增加水解金属的迁移距离。
优选的，所述隔离槽41平行设置。需要说明的是，为了尽可能增加水解金属的迁移距离，所述隔离槽41从第二保护层40的表面刻蚀至第一保护层30的表面。所述隔离槽41的形状为条形、波浪形或沟壑状，但不限于此。
为了保证芯片的出光效果，所述第一保护层30和第二保护层40由绝缘的透光材料制成。为了减少第一保护层30和第二保护层40之间发光全反射，第二保护层40的折射率小于第一保护层30的折射率。为了防止第一保护层30在第二保护层40刻蚀隔离槽41时被破坏，所述第一保护层30的致密性要高于第二保护层40的致密性。此外，第一保护层30还可以防止水汽进入发光结构20，防止芯片短路。
需要说明的是，膜层的致密性大小可以通过蚀刻速率进行判定，在相同刻蚀条件的情况下，蚀刻速率较慢的膜层的致密性较大。此外，折射率大的膜层，其致密性也会大于折射率小的膜层。
优选的，所述第一保护层30由Al2O3制成；所述第二保护层40由SiO2或Si3N4制成。Al2O3的致密性大于SiO2或Si3N4制成的致密性，且Al2O3的折射率大于SiO2或Si3N4的折射率，因此符合本发明的要求。
优选的，第一保护层30的厚度为1000～3000埃。若第一保护层30的厚度小于1000埃，则厚度太薄，在刻蚀第二保护层40的时候容易碎裂，且水汽容易进入发光结构内；若第一保护层30的厚度大于3000埃，则厚度太厚，不仅影响出光效率，且与第二保护层40之间的应力会增加，影响芯片的整体光电性能。
需要说明的是，本发明的第一保护层30和第二保护层40均为单层结构。
所述第二保护层40的厚度为2000～5000埃。若第二保护层40的厚度小于2000埃，则，厚度太薄，不便于形成隔离槽41，且在刻蚀的时候，容易破坏发光结构20；若第二保护层40的厚度大于5000埃，则厚度太厚，不仅影响出光效率，且与第一保护层30之间的应力会增加，影响芯片的整体光电性能。
需要说明的是，所述隔离槽41的宽度和隔离槽41之间的间隔距离对芯片的出光效率和水解金属的迁移距离起着重要的作用。
在相同的面积下，隔离槽41的宽度和隔离槽41之间的间隔距离越小，越能增加水解金属的迁移距离。但若隔离槽41的宽度和隔离槽41之间的间隔距离过小，则会影响芯片的出光效率。优选的，所述隔离槽41的宽度为0.1～5微米，所述隔离槽41之间的间隔距离为0.8～2.5微米。
所述亲水层50设置在衬底10的背面并延伸到发光结构20的侧壁上，以保护发光结构20的侧壁，防止发光结构20侧壁发生水解，提高芯片的封装效果。
具体的，所述亲水层50由具有亲水性的绝缘材料制成。优选的，所述亲水层50由SiO2、SiN或Si聚合物制成。
本发明通过在芯片侧面和背面制作亲水层50，由于亲水层50具有亲水性的特性，且其与封装胶较为亲近，粘附性较好，使封装后芯片侧面、背面和封装胶之间无缝隙，从而使环境中的水汽、杂质等物质无法聚集在芯片侧面进行腐蚀，从而保护好LED芯片，提升抗水解能力。
优选的，所述亲水层50的厚度为500～1500埃。若亲水层50的厚度小于500埃，则厚度太薄，起不到防护的作用；若厚度大于1500埃，则厚度太厚，影响出光效率。
相应地，本发明还提供了一种抗水解LED芯片的制作方法，包括以下步骤：
一、在衬底的正面形成发光结构；
本发明的衬底为蓝宝石衬底、氮化硅衬底、硅衬底或氮化镓衬底，但不限于此。
所述发光结构包括依次设于衬底正面上的N-GaN层、有源层、P-GaN层、裸露区域、透明导电层、N电极和P电极，所述裸露区域沿着P-GaN层刻蚀至N-GaN层，以将N-GaN层裸露出来，所述N电极设置在裸露出来的N-GaN层上，所述透明导电层设置在P-GaN层上，所述P电极设置在透明导电层。
二、在发光结构上形成第一保护层；
具体的，采用PECVD在发光结构上沉积形成第一保护层。
三、在第一保护层上形成第二保护层；
具体的，采用PECVD在第一保护层上沉积形成第二保护层。
为了保证芯片的出光效果，所述第一保护层和第二保护层由绝缘的透光材料制成。为了减少第一保护层和第二保护层之间发光全反射，第二保护层的折射率小于第一保护层的折射率。为了防止第一保护层在第二保护层刻蚀隔离槽时被破坏，所述第一保护层的致密性要高于第二保护层的致密性。此外，第一保护层还可以防止水汽进入发光结构，防止芯片短路。
优选的，第一保护层由Al2O3制成；第二保护层由SiO2或Si3N4制成。
优选的，第一保护层的厚度为1000～3000埃。若第一保护层的厚度小于1000埃，则厚度太薄，在刻蚀第二保护层的时候容易碎裂，且水汽容易进入发光结构内；若第一保护层的厚度大于3000埃，则厚度太厚，不仅影响出光效率，且与第二保护层之间的应力会增加，影响芯片的整体光电性能。
第二保护层的厚度为2000～5000埃。若第二保护层的厚度小于2000埃，则，厚度太薄，不便于形成隔离槽，且在刻蚀的时候，容易破坏发光结构；若第二保护层的厚度大于5000埃，则厚度太厚，不仅影响出光效率，且与第一保护层之间的应力会增加，影响芯片的整体光电性能。
四、对第二保护层进行刻蚀，形成若干隔离槽；
采用干法或湿法刻蚀工艺对第二保护层进行刻蚀，形成若干隔离槽。所述隔离槽设置在N电极和P电极之间，以增加水解金属的迁移距离。
优选的，所述若干隔离槽平行设置。需要说明的是，为了尽可能增加水解金属的迁移距离，所述隔离槽从第二包括层的表面刻蚀至第一保护层的表面。所述隔离槽的形状为条形、波浪形或沟壑状，但不限于此。
需要说明的是，所述隔离槽的宽度和隔离槽之间的间隔距离对芯片的出光效率和水解金属的迁移距离起着重要的作用。
在相同的面积下，隔离槽的宽度和隔离槽之间的间隔距离越小，越能增加水解金属的迁移距离。但若隔离槽的宽度和隔离槽之间的间隔距离过小，则会影响芯片的出光效率。优选的，所述隔离槽的宽度为0.1～5微米，所述隔离槽之间的间隔距离为0.8～2.5微米。
五、在衬底的背面和发光结构的侧面形成亲水层；
具体的，采用真空蒸镀设备或PECVD在衬底的背面和发光结构的侧面沉积形成亲水层。
所述亲水层设置在衬底的背面并延伸到发光结构的侧壁上，以保护发光结构的侧壁，防止发光结构侧壁发生水解，提高芯片的封装效果。
具体的，所述亲水层由具有亲水性的绝缘材料制成。优选的，所述亲水层由SiO2、SiN或Si聚合物制成。
本发明通过在芯片侧面和背面制作亲水层，由于亲水层具有亲水性的特性，且其与封装胶较为亲近，粘附性较好，使封装后芯片侧面、背面和封装胶之间无缝隙，从而使环境中的水汽、杂质等物质无法聚集在芯片侧面进行腐蚀，从而保护好LED芯片，提升抗水解能力。
优选的，所述亲水层的厚度为500～1500埃。若亲水层的厚度小于500埃，则厚度太薄，起不到防护的作用；若厚度大于1500埃，则厚度太厚，影响出光效率。
需要说明的是，本发明抗水解LED芯片的制作方法还包括，对第一保护层和第二保护层进行刻蚀，将第一保护层和第二保护层裸露出来，以便于封装打线。
参见图5，本发明还提供了一种抗水解LED器件，包括本发明的抗水解LED芯片1和封装胶2，所述抗水解LED芯片1被包裹在封装胶2中，所述抗水解LED芯片1与封装胶2紧密贴合。
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。
Claims (6)
1.一种抗水解LED芯片，其特征在于，包括衬底、设于衬底正面的发光结构、第一保护层、第二保护层和亲水层，所述第一保护层覆盖在发光结构上，所述第二保护层设置在第一保护层上；
所述第一保护层和第二保护层由绝缘的透光材料制成，所述第一保护层的致密性要高于第二保护层的致密性，且所述第二保护层的折射率小于第一保护层的折射率；
所述第二保护层设有若干隔离槽，所述隔离槽设置在N电极和P电极之间，以增加水解金属的迁移距离；
所述亲水层设置在衬底的背面并延伸到发光结构的侧壁上，所述亲水层由具有亲水性的绝缘材料制成；
所述第一保护层由Al2O3制成，所述第二保护层由SiO2或Si3N4制成；
所述隔离槽的宽度为0.1~5微米，所述隔离槽之间的间隔距离为0.8~2.5微米；
所述亲水层由SiO2、SiN或Si聚合物制成；
所述亲水层的厚度为500~1500埃。
2.如权利要求1所述的抗水解LED芯片，其特征在于，所述第一保护层的厚度为1000~3000埃，所述第二保护层的厚度为2000~5000埃。
3.如权利要求1所述的抗水解LED芯片，其特征在于，所述隔离槽平行设置。
4.一种根据权利要求1至3任意一项所述抗水解LED芯片的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
一、在衬底的正面形成发光结构；
二、在发光结构上形成第一保护层；
三、在第一保护层上形成第二保护层，所述第一保护层和第二保护层由绝缘的透光材料制成，所述第一保护层的致密性要高于第二保护层的致密性，且所述第二保护层的折射率小于第一保护层的折射率；
四、对第二保护层进行刻蚀，形成若干隔离槽，所述隔离槽设置在N电极和P电极之间，以增加水解金属的迁移距离；
五、在衬底的背面和发光结构的侧面形成亲水层，所述亲水层由具有亲水性的绝缘材料制成。
5.如权利要求4所述的抗水解LED芯片的制作方法，其特征在于，所述第一保护层由Al2O3制成，所述第二保护层由SiO2或Si3N4制成，所述亲水层由SiO2、SiN或Si聚合物制成。
6.一种抗水解LED器件，其特征在于，包括权利要求1~3任一项所述的抗水解LED芯片和封装胶，所述抗水解LED芯片被包裹在封装胶中，所述抗水解LED芯片与封装胶紧密贴合。
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