一种抗水解LED芯片及其制作方法

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。

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。

现有的抗水解方法是在发光结构形成之后，在发光结构的侧壁形成一层保护层，但是这种方法形成的保护层受限于现有技术，难以形成较厚的厚度，且在切割形成单颗芯片的时候容易受损，抗水解能力有限。

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芯片及其制作方法，通过阻隔结构将发光结构包围，有效防止水汽侵蚀，增加LED芯片的可靠性。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种抗水解LED芯片的制作方法，包括：

一、提供抗水解衬底，所述抗水解衬底包括基础衬底，所述基础衬底设有发光区和阻隔区，其中，所述阻隔区将所述发光区包围，所述阻隔区上设有阻隔结构，所述阻隔结构由抗水解绝缘材料制成；

所述阻隔结构的制备方法包括：

采用蒸镀或PECVD沈积法在基础衬底的阻隔区上形成所述阻隔结构；

对所述阻隔结构进行高温退火；

二、在抗水解衬底的发光区内形成发光结构，所述阻隔结构将发光结构包围，且所述阻隔结构高于所述发光结构；

三、对所述抗水解衬底进行切割，形成单颗抗水解LED芯片。

作为上述方案的改进，步骤(一)中，所述阻隔结构进行高温退火的温度为900～1100℃，退火时间为25～40min。

作为上述方案的改进，所述阻隔结构的材料选自Al

作为上述方案的改进，在温度为200～300℃、压力为150～250torr的条件下，通入TMAl气体和N

作为上述方案的改进，在温度为200～300℃、压力为150～250torr的条件下，通入SiH

作为上述方案的改进，在温度为200～300℃、压力为150～250torr的条件下，通入SiH

作为上述方案的改进，在温度为300～500℃、压力为450～550torr的条件下，通入CH

作为上述方案的改进，所述阻隔结构比发光结构高出100～500nm。

本发明还提供了另一种抗水解LED芯片的制作方法，包括：

一、提供抗水解衬底，所述抗水解衬底包括基础衬底、发光区和阻隔结构，其中，所述阻隔结构高于所述发光区并将所述发光区包围；

所述抗水解衬底的制备方法包括：对基础衬底进行刻蚀，形成凹陷的发光区，所述基础衬底高于发光区的部分为阻隔结构；

二、在抗水解衬底的发光区内形成发光结构，所述阻隔结构将发光结构包围，且所述阻隔结构高于所述发光结构；

三、对所述抗水解衬底进行切割，形成单颗抗水解LED芯片。

相应地，本发明还提供了一种抗水解LED芯片，其由上述制作方法制得。

实施本发明，具有如下有益效果：

1、本发明的阻隔结构像一堵围墙将发光结构包围住，有效防止水汽入侵发光结构，提高芯片的抗水解能力和可靠性。

2、与现有的先形成发光结构后形成保护层的方法相比，由于本发明的阻隔结构先于发光结构形成在衬底上，因此可以形成厚度较大的阻隔结构，由此进一步提高芯片的抗水解能力和可靠性。

3、本发明形成阻隔结构之后进行高温退火，可以使阻隔结构的晶格重新排列，提高阻隔结构的致密性，进而提高阻隔结构的抗水解能力，让水汽难以进入和穿越；此外，所述阻隔结构通过高温退火后可以更好的承受外延层形成的高温环境。

4、本发明的阻隔结构还可以将基础衬底分成多个区块，可以防止基础衬底发生翘度，进一步提高芯片良率。

5、本发明还通过限定阻隔结构的高度，使得两者(形成高度较高的阻隔结构来保护发光结构，以及降低阻隔结构的高度以便于形成外延层和减少两者间的晶格缺陷)之间获得一个平衡，在保护发光结构的同时，提高生产效率和芯片的可靠性。

附图说明

图1是现有LED芯片的结构示意图；

图2是本发明第一种抗水解衬底的结构示意图；

图3是本发明第一种抗水解衬底的俯视图；

图4是本发明在第一种抗水解衬底上形成发光结构的结构示意图；

图5是对本发明第一种抗水解衬底切割后的结构示意图；

图6是本发明第二种抗水解衬底的结构示意图；

图7是本发明在第二种抗水解衬底上形成发光结构的结构示意图；

图8是对本发明第二种抗水解衬底切割后的结构示意图。

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。

本发明提供的一种抗水解LED芯片的制作方法，包括以下步骤：

一、提供抗水解衬底；

参见图2，所述抗水解衬底包括基础衬底10，所述基础衬底10设有发光区11和阻隔区，其中，所述阻隔区将所述发光区11包围，所述阻隔区上设有阻隔结构12，所述阻隔结构12由抗水解绝缘材料制成，即所述阻隔结构12将所述发光区11包围。

本发明的基础衬底10优选为蓝宝石衬底，但也可以为硅衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底等。

所述阻隔结构的制备方法包括：

采用蒸镀或PECVD沈积法在基础衬底的阻隔区上形成所述阻隔结构；

对所述阻隔结构进行高温退火。

其中，所述阻隔结构必需由具有抗水解性能的绝缘材料制成。优选的，所述阻隔结构的材料选自Al

优选的，所述阻隔结构的制备方法包括：在温度为200～300℃、压力为150～250torr的条件下，通入TMAl气体和N

优选的，所述阻隔结构的制备方法包括：在温度为200～300℃、压力为150～250torr的条件下，通入SiH

优选的，所述阻隔结构的制备方法包括：在温度为200～300℃、压力为150～250torr的条件下，通入SiH

优选的，所述阻隔结构的制备方法包括：在温度为300～500℃、压力为450～550torr的条件下，通入CH

需要说明的是，本发明形成阻隔结构之后必须要进行高温退火，以使阻隔结构的晶格重新排列，提高阻隔结构的致密性，进而提高阻隔结构的抗水解能力，让水汽难以进入和穿越；此外，所述阻隔结构通过高温退火后可以更好的承受外延层形成的高温环境。

优选的，所述阻隔结构进行高温退火的温度为900～1100C，退火时间为25～40min。

更优的，所述阻隔结构进行高温退火的温度为950～1050C，退火时间为25～30min。

具体的，参见图3，所述阻隔结构包括多条第一阻隔条121和多条第二阻隔条122，所述第一阻隔条121和第二阻隔条122相交形成多个阻隔结构12，所述发光区11设于所述阻隔结构内，即所述发光区11被所述第一阻隔条121和第二阻隔条122包围，每个阻隔结构最后被切割成单颗抗水解LED芯片。

需要说明的是，在外延层的形成过程中，由于GaN与蓝宝石之间的膨胀系数和内应力不相同，因此在外延层形成之后，衬底容易发生翘曲形成破片，降低良率。

本发明的阻隔结构将基础衬底分成多个区块，可以防止衬底发生翘度，提高芯片良率。

二、在抗水解衬底的发光区内形成发光结构；

参见图4，所述阻隔结构12将发光结构20包围，且所述阻隔结构12高于所述发光结构20。

本发明的发光结构20可以为现有的任何种类的发光结构。具体的，所述发光结构包括外延层和设于外延层上的电极。

在本发明中，所述阻隔结构的高度对于发光结构的形成、以及对发光结构的保护起着重要的影响。具体的，若阻隔结构的高度过高，则影响外延层的形成，由于发光结构要一层一层地在阻隔结构包围的发光区内形成，若阻隔结构的高度过高，外延层的定位难度增加；若阻隔结构的高度过矮，则不能起到保护、抗水解作用。为了在两者(形成高度较高的阻隔结构来保护发光结构，以及降低阻隔结构的高度以便于形成外延层)之间获得一个平衡，优选的，所述阻隔结构比发光结构高出100～500nm。更优的，所述阻隔结构比发光结构高出200～300nm。

具体的，根据现有的发光结构的厚度来计算，所述阻隔结构的高度为4～6μm。

三、对所述抗水解衬底进行切割，形成单颗抗水解LED芯片；

参见图5，对所述抗水解衬底进行切割，形成单颗抗水解LED芯片。具体的，从阻隔结构12的表面切割至基础衬底10，然后进行裂片，以形成单颗抗水解LED芯片。由于本发明可以形成厚度较大的阻隔结构，且所述阻隔结构垂直设置在衬底上，因此本发明在切割阻隔结构并不会影响阻隔结构的抗水解性能。

现有的抗水解芯片一般先形成发光结构，然后在发光结构的侧壁沉积形成一层保护层来保护芯片，这种先形成发光结构后形成保护层的方法，保护层的厚度受形成条件的限制，厚度较薄，水汽容易腐蚀和穿过保护层而腐蚀发光结构。

由于本发明的阻隔结构可以通过开黄光+刻蚀的方法形成，也可以采用掩膜的方法形成，因此阻隔结构的厚度可以通过控制开黄光的宽度或掩膜的宽度来控制，因此可以形成厚度较大的阻隔结构。

本发明在基础衬底上先形成阻隔结构，然后在被阻隔结构包围的发光区内形成发光结构，其中，阻隔结构的高度和厚度可以根据芯片的抗水解性能要求和发光结构的高度任意设定，因此本发明的阻隔结构就像一堵围墙将发光结构包围住，有效防止水汽入侵发光结构，从而提高芯片的抗水解能力。

本发明还通过限定阻隔结构的高度，使得两者(形成高度较高的阻隔结构来保护发光结构，以及降低阻隔结构的高度以便于形成外延层和减少两者间的晶格缺陷)之间获得一个平衡，在保护发光结构的同时，提高生产效率和芯片的可靠性。

进一步地，先于发光结构形成的阻隔结构在基础衬底上形成多个区块，可以防止衬底发生翘度，提高芯片良率。

本发明还提供了另一种抗水解LED芯片的制作方法，包括以下步骤：

一、提供抗水解衬底；

参见图6，所述抗水解衬底包括基础衬底10、发光区11和阻隔结构12，其中，所述阻隔结构12高于所述发光区11并将所述发光区11包围。

所述抗水解衬底的制备方法包括：对基础衬底10进行刻蚀，形成凹陷的发光区11，所述基础衬底10高于发光区的部分为阻隔结构12。

具体的，采用ICP干法刻蚀或腐蚀液湿法蚀刻的方法刻蚀基础衬底10，以形成凹陷的发光区11。其中，发光区11沿着基础衬底10的表面凹陷至基础衬底10的内部，即发光区11的深度为阻隔结构12的高度。其次，所述阻隔结构12为基础衬底10的一部分，其材料与基础衬底10的材料一致。所述基础衬底10优选为蓝宝石衬底。

二、在抗水解衬底的发光区内形成发光结构；

参见图7，所述阻隔结构12将发光结构20包围，且所述阻隔结构12高于所述发光结构20。

本发明的发光结构可以为现有的任何种类的发光结构。具体的，所述发光结构包括外延层和设于外延层上的电极。

在本发明中，所述阻隔结构的高度对于发光结构的形成、以及对发光结构的保护起着重要的影响。具体的，若阻隔结构的高度过高，则影响外延层的形成，由于发光结构要一层一层地在阻隔结构包围的发光区内形成，若阻隔结构的高度过高，外延层的定位难度增加；若阻隔结构的高度过矮，则不能起到保护、抗水解作用。为了在两者(形成高度较高的阻隔结构来保护发光结构，以及降低阻隔结构的高度以便于形成外延层)之间获得一个平衡，优选的，所述阻隔结构比发光结构高出100～500nm。更优的，所述阻隔结构比发光结构高出200～300nm。

具体的，根据现有的发光结构的厚度来计算，所述阻隔结构的高度为4～6μm。

三、对所述阻隔结构进行切割，形成单颗抗水解LED芯片；

参见图8，对所述抗水解衬底进行切割，形成单颗抗水解LED芯片。具体的，从阻隔结构12的表面切割至基础衬底10，然后进行裂片，以形成单颗抗水解LED芯片。由于本发明可以形成厚度较大的阻隔结构，且所述阻隔结构垂直设置在衬底上，因此本发明在切割阻隔结构并不会影响阻隔结构的抗水解性能。

现有的抗水解芯片一般先形成发光结构，然后在发光结构的侧壁沉积形成一层保护层来保护芯片，这种先形成发光结构后形成保护层的方法，保护层的厚度受形成条件的限制，厚度较薄，水汽容易腐蚀和穿过保护层而腐蚀发光结构。

由于本发明的阻隔结构可以通过ICP干法刻蚀或腐蚀液湿法蚀刻的方法形成，因此阻隔结构的厚度可以控制，因此可以形成厚度较大的阻隔结构。

本发明在基础衬底上先形成阻隔结构，然后在被阻隔结构包围的发光区内形成发光结构，其中，阻隔结构的高度和厚度可以根据芯片的抗水解性能要求和发光结构的高度任意设定，因此本发明的阻隔结构就像一堵围墙将发光结构包围住，有效防止水汽入侵发光结构，从而提高芯片的抗水解能力。

本发明还通过限定阻隔结构的高度，使得两者(形成高度较高的阻隔结构来保护发光结构，以及降低阻隔结构的高度以便于形成外延层和减少两者间的晶格缺陷)之间获得一个平衡，在保护发光结构的同时，提高生产效率和芯片的可靠性。

进一步地，先于发光结构形成的阻隔结构在基础衬底上形成多个区块，可以防止衬底发生翘度，提高芯片良率。

相应地，本发明还提供了一种抗水解LED芯片，其采用本发明的抗水解LED芯片的制作方法所制得。

下面以具体实施例进一步阐述本发明

实施例1

一、在温度为200℃、压力为200torr的条件下，通入TMAl气体和N

对阻隔结构进行高温退火，退火温度为900C，退火时间为25min；

二、在发光区内形成发光结构，所述阻隔结构将发光结构包围，且所述阻隔结构比发光结构高出100nm，所述阻隔结构的厚度为5μm；

三、对所述阻隔结构进行切割，形成单颗抗水解LED芯片。

实施例2

一、在温度为250℃、压力为200torr的条件下，通入SiH

对阻隔结构进行高温退火，退火温度为950C，退火时间为30min；

二、在发光区内形成发光结构，所述阻隔结构将发光结构包围，且所述阻隔结构比发光结构高出200nm，所述阻隔结构的厚度为5μm；

三、对所述阻隔结构进行切割，形成单颗抗水解LED芯片。

实施例3

一、在温度为280℃、压力为220torr的条件下，通入SiH

对阻隔结构进行高温退火，退火温度为1000C，退火时间为35min；

二、在发光区内形成发光结构，所述阻隔结构将发光结构包围，且所述阻隔结构比发光结构高出300nm，所述阻隔结构的厚度为5μm；

三、对所述阻隔结构进行切割，形成单颗抗水解LED芯片。

实施例4

一、在温度为450℃、压力为500torr的条件下，通入CH

对阻隔结构进行高温退火，退火温度为1100C，退火时间为40min；

二、在发光区内形成发光结构，所述阻隔结构将发光结构包围，且所述阻隔结构比发光结构高出500nm，所述阻隔结构的厚度为5μm；

三、对所述阻隔结构进行切割，形成单颗抗水解LED芯片。

对比例1

一、在蓝宝石衬底上形成发光结构；

二、在发光结构的侧壁形成保护层，所述保护层由Al

三、对蓝宝石衬底进行切割，形成单颗抗水解LED芯片。

对比例2

一、在蓝宝石衬底上形成发光结构；

二、在发光结构的侧壁形成保护层，所述保护层由SiO

三、对蓝宝石衬底进行切割，形成单颗抗水解LED芯片。

对比例3

一、在温度为200℃、压力为200torr的条件下，通入TMAl气体和N

二、在发光区内形成发光结构，所述阻隔结构将发光结构包围，且所述阻隔结构比发光结构矮100nm；

三、对所述阻隔结构进行切割，形成单颗抗水解LED芯片。

对比例4

一、在温度为280℃、压力为220torr的条件下，通入SiH

二、在发光区内形成发光结构，所述阻隔结构将发光结构包围，且所述阻隔结构与发光结构等高；

三、对所述阻隔结构进行切割，形成单颗抗水解LED芯片。

其中，上述所有实施例和对比例的发光结构的一样，工艺参数也一样，将实施例1至实施例4、对比例1至对比例4的芯片进行老化和可靠性测试，结果如下：

从上述结果可知，实施例1～4的抗水解LED芯片由于具有阻隔结构，因此可通过1000小时的可靠性测试，且高温老化和常温长时间老化的良率大于99％；而对比例1～2的抗水解LED芯片没有本发明的阻隔结构，只有厚度较薄的保护层，因此只能通过168小时的可靠性测试，且高温老化和常温长时间老化的良率只大于90％；对比例3的抗水解LED芯片具有阻隔结构，但阻隔结构没有进行高温退火，且阻隔结构的高度比发光结构矮，因此只通过500小时的可靠性测试，且高温老化和常温长时间老化的良率只大于92％；对比例4的抗水解LED芯片具有阻隔结构，但阻隔结构没有进行高温退火，且阻隔结构的高度比发光结构等高，因此只通过500小时的可靠性测试，且高温老化和常温长时间老化的良率只大于94％。

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。