一种电极共面led基板及其制备方法
阅读说明：本技术 一种电极共面led基板及其制备方法 (Electrode coplanar LED substrate and preparation method thereof ) 是由 李国强 于 2021-06-11 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种电极共面LED基板及其制备方法,该电极共面LED基板包括：绝缘衬底；贯穿所述绝缘衬底的P型引出电极和N型引出电极；以及位于所述绝缘衬底一侧的导电粘结层。制备方法包括以下步骤：在所述绝缘衬底上制备贯穿所述绝缘衬底的电极通道；在所述电极通道内形成P型引出电极一和N型引出电极一；在所述绝缘衬底一侧形成粘结层。本发明可实现LED芯片电极制备于同侧,避免了以往制作电极而损失一部分发光面积,有效提升了芯片的光输出功率。(The invention provides an electrode coplanar LED substrate and a preparation method thereof, wherein the electrode coplanar LED substrate comprises: an insulating substrate; the P-type extraction electrode and the N-type extraction electrode penetrate through the insulating substrate; and a conductive adhesive layer on one side of the insulating substrate. The preparation method comprises the following steps: preparing an electrode channel penetrating through the insulating substrate on the insulating substrate; forming a P-type extraction electrode I and an N-type extraction electrode I in the electrode channel; and forming an adhesive layer on one side of the insulating substrate. The invention can realize that the electrodes of the LED chip are prepared on the same side, thereby avoiding the loss of part of the light-emitting area caused by the previous electrode manufacturing and effectively improving the light output power of the chip.)
技术领域
本发明涉及LED制造技术领域，具体涉及一种电极共面LED基板及其制备方法。
背景技术
随着LED照明市场份额的不断扩大，对于LED的光效等照明性能的要求也越来越高，从普通家庭照明灯具逐步发展到需要更高功率的路灯、车前灯系统，市场对于大功率大尺寸甚至超大尺寸的LED芯片的需求越来越成为主流。超大功率，超大尺寸LED首先面对的第一个问题就是电流拥挤。嵌入式电极结构LED芯片相较于传统结构的芯片有许多优点：电流扩展性更好，导电性能更优，散热性能更佳以及光提取率更高。
目前较先进的嵌入式电极结构芯片仍然存在一些问题，因为采用了结构极其简单的低阻硅基板，不能将P和N型电极做到同一块基板上，使得P型电极只能做在芯片的上表面，即P型电极与N型电极分别位于芯片顶部底部表面，位于顶部的P型电极使得芯片要牺牲一定面积的发光区域并且P型电极还会遮挡部分光，因此，LED的光输出效率还有提升空间，在不损失有源区发光区域的前提下如何改善P型电极结构的位置即设计更合理的嵌入式LED芯片基板是一个技术难点。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种电极共面LED基板及其制备方法。该电极共面LED基板的制作是一种新思路，首先将绝缘衬底进行深空刻蚀，然后通过溅射电镀的方法制备贯穿衬底的导电电极，然后在衬底一侧制备粘结层，实现电极共面基板的制备。电极共面LED芯片的制备则是采用键合工艺将两电极位于同一侧的芯片与电极共面基板进行对准键合，实现电极共面LED芯片的制备，避免了传统结构电极制作而损失了一部分芯片发光面积，有效提升了芯片的光输出功率。本发明的技术方案为：
第一个方面，本发明提供一种电极共面LED基板，包括：绝缘衬底；贯穿所述绝缘衬底的P型引出电极和N型引出电极；以及位于所述绝缘衬底一侧的导电粘结层。
进一步地，所述绝缘衬底厚度为50～500μm。所述绝缘衬底可以采用高阻Si衬底、蓝宝石衬底、有机高分子材料等绝缘易加工材料。
进一步地，所述P型引出电极和所述N型引出电极材质为Al、Cu、Ti、Cr、Ag、Au、Pt中的至少一种或ITO导电非金属材料。
可选地，所述绝缘衬底上用于贯穿所述P型引出电极和所述N型引出电极的通孔内表面设有金属种子层。
优选地，所述金属种子层为Au或Cu。
进一步地，所述导电粘结层厚度为500nm～10μm。
优选的，所述导电粘结层材质为Ni、Au、Sn、Ti中的至少一种。
第二个方面，本发明提供上述电极共面LED基板的制备方法，包括以下步骤：
在所述绝缘衬底上制备贯穿所述绝缘衬底的电极通道；
在所述电极通道内形成P型引出电极和N型引出电极；
在所述绝缘衬底一侧形成粘结层。
进一步地，所述制备方法还包括：在所述电极通道内形成所述P型引出电极一和所述N型引出电极一前先在其内表面形成一层电镀金属种子层。
优选的，所述电镀金属种子层为金或铜。
和现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明提供的电极共面LED基板，除了可实现LED芯片电极制备于同侧，避免了以往制作电极而损失一部分发光面积，有效提升了芯片的光输出功率的优势外，还因采用了绝缘衬底，无需在深孔内制备电极绝缘隔离层使P和N型电极独立开，以往在只有2-10微米深度50-500微米的孔径内壁制备绝缘隔离层是一件非常复杂的工艺，因此，此电极共面LED基板制备技术可极大提高目前LED芯片的发光效率。
附图说明
图1为本发明的电极共面LED基板的剖视图。
图2为采用本发明的电极共面LED基板的LED芯片(带有基底)剖视图。
图3为将图1与图2对准键合并剥离掉基底的剖视图。
图4为采用本发明的电极共面LED基板的完整电极共面LED芯片剖视图。
图5为采用本发明的电极共面LED基板的完整电极共面LED芯片俯视图。
图6为传统LED芯片的结构示意图。
图1～6中，110-绝缘衬底；111-导电粘结层；112-P型引出电极；113-N型引出电极；101-生长衬底；102-N型GaN层；103-InGaN/GaN多量子阱层；104-P型GaN层；105-P接触反射镜金属及保护层；106-绝缘层；107-第一粘结层；108-柱状N电极；109-柱状P电极，11，传统LED芯片衬底；12，传统LED芯片N型缓冲层；13，传统LED芯片N型层；14，传统LED芯片负电极；15，传统LED芯片有源区量子阱；16，传统LED芯片P型层；17，传统LED芯片透明导电层；18，传统LED芯片正电极。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
实施例1
请参阅图1，本实施例提供一种电极共面LED基板，包括：绝缘衬底110；贯穿所述绝缘衬底110的P型引出电极112和N型引出电极113；以及位于所述绝缘衬底110一侧的导电粘结层111。在本实施例中，所述绝缘衬底110采用高阻Si衬底，厚度为400μm。所述导电粘结层111厚度为8μm，材质为Au。所述P型引出电极112和所述N型引出电极113材质为Cu，其表面设有厚度2000A的金属种子层，金属种子层材质为Au。该电极共面LED基板的制备方法，包括以下步骤：
(1)取一厚度为400微米的高阻硅片衬底110，采用深硅刻蚀工艺刻出深度为120微米的多个深孔；
(2)然后采用溅射方法往这些深孔种溅射一层厚度2000A的金；
(3)对孔内进行电镀铜工艺，并分别电镀出P型电极Pad112和N型电极Pad113；
(4)然后通过电子束蒸发和剥离工艺图形化制备一层厚度8微米的金粘结层111；
(5)对高阻硅衬底110的背面进行机械减薄直至露出深硅刻蚀孔；
(6)对高阻硅衬底110减薄面露出的通孔进行再一次溅射和电镀，已确保孔内金属连接正常，然后通过电电子束蒸发和图形化工艺做好减薄面的电极Pad，到此共面电极LED基板制备完成。
此外，本发明的绝缘衬底还可以采用蓝宝石衬底、有机高分子材料等绝缘易加工材料，厚度在50～500μm即可，衬底厚度适宜有利于最终形成的LED芯片的导电性能，但如果低于50μm，衬底过于薄，不利于后期P型电极和N型电极的电镀形成，如果过高又会加大深硅刻蚀工艺的难度。P型引出电极和N型引出电极材质还可以采用Al、Ti、Cr、Ag、Au、Pt中的至少一种或ITO导电非金属材料。导电粘结层厚度为500nm～10μm，材质还可以为Ni、Sn、Ti。
实施例2
请参阅图2-5，本实施例提供一种电极共面LED芯片，包括实施例1所述结构的电极共面LED基板和图2所示结构的LED芯片。所述LED芯片结构如图2所示，包括从上到下依次是第一粘结层107、柱状P电极109、柱状N电极108、绝缘层106、P接触反射镜金属及保护层105、P型GaN层104、InGaN/GaN多量子阱层103、n型GaN层102、生长衬底101。嵌入式柱状N电极108从上到下径向贯穿绝缘层106，P型GaN层104和InGaN/GaN多量子阱层103，最终深入到n型GaN层102并与其形成欧姆接触；绝缘层106深入到孔径在柱状N电极108内壁形成绝缘保护；柱状P电极109顶端贯穿绝缘层106与P接触反射镜金属及保护层105形成电导通。通过键合技术将该LED芯片与实施例1的基板进行对准键合，柱状P电极109与基板上P型引出电极112对应键合，第一粘结层107与基板上导电粘结层111键合，实现LED芯片与基板的电气连接，获得一种全新的电极共面LED芯片。本实施例的电极共面LED芯片性能参数如表1所示。
表1实施例2的电极共面LED芯片性能参数
对比例1
本对比例提供传统LED芯片的详细介绍，图6为传统LED芯片结构示意图，如图6所示，在传统的LED芯片中，衬底11上设有N型缓冲层12、N型层13、有源区量子阱15、P型层16、透明导电层17、正电极18和负电极14。传统LED芯片大致工艺流程例如：制作衬底，进行结构设计，缓冲层生长，N型GaN层生长，多量子阱发光层生长，P型GaN层生长，退火，检测(光荧光、X射线)，结构设计、加工掩模版，光刻，离子刻蚀，N型电极(镀膜、退火、刻蚀)，P型电极(镀膜、退火、刻蚀)，划片，芯片分检、分级等。由于传统LED芯片生产工艺已经发展得相当成熟，这里仅举一例说明其大致工艺流程，本领域技术人员熟知，具体生产时工艺过程可能有一些细节的变化。目前该结构的LED芯片性能已达到极限，与本发明基板所制备的LED芯片性能对比如表1所示。
综上所述，本发明提供的电极共面LED基板，除了可实现LED芯片电极制备于同侧，避免了以往制作电极而损失一部分发光面积，有效提升了芯片的光输出功率的优势外，还因采用了绝缘衬底，无需在深孔内制备电极绝缘隔离层使P和N型电极独立开，以往在只有2-10微米深度50-500微米的孔径内壁制备绝缘隔离层是一件非常复杂的工艺，因此，此电极共面LED基板、LED芯片制备技术极大的简化了工艺难度，提高了产能。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
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