半导体发光器件及其制造方法
阅读说明：本技术 半导体发光器件及其制造方法 (Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same ) 是由 全水根 百成皓 崔源載 晋根模 郑然湖 洪建一 于 2021-05-25 设计创作，主要内容包括：本公开涉及半导体发光器件及其制造方法,半导体发光器件包括：半导体发光器件芯片；以及第一电极,其与半导体发光器件芯片电连接,并且第一电极的平面面积比半导体发光器件芯片的平面面积大,其中,第一电极的下表面露出在外部,第一电极的内侧面之间填充有绝缘物质。(The present disclosure relates to a semiconductor light emitting device and a method of manufacturing the same, the semiconductor light emitting device including: a semiconductor light emitting device chip; and a first electrode electrically connected to the semiconductor light emitting device chip, wherein a planar area of the first electrode is larger than a planar area of the semiconductor light emitting device chip, a lower surface of the first electrode is exposed to the outside, and an insulating material is filled between inner side surfaces of the first electrode.)
技术领域
本公开(Disclosure)总体涉及半导体发光器件，尤其是涉及提高了可靠性的半导体发光器件及其制造方法。
其中，半导体发光器件表示通过电子和空穴的复合来生成光的半导体光器件，作为例子可以例举第3族氮化物半导体发光器件LED、LD。第3族氮化物半导体由Al(x)Ga(y)In(1-x-y)N(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的化合物构成。除此之外，可以例举用于发射红光的GaAs系半导体发光器件等。
背景技术
下面提供涉及本公开的
背景技术
，但是并不表示这些一定是公知技术。并且在本说明书中，上侧/下侧、上/下等指向以附图为基准。图1是现有的半导体发光器件芯片的一例的示意图。
半导体发光器件芯片包括成长基板10(例如：蓝宝石基板)，并且在成长基板10之上依次层叠有缓冲层20、具有第一导电性的第一半导体层30(例如：n型GaN层)、通过电子和空穴的复合产生光的有源层40(例如；INGaN/(In)GaNMQWs)、具有与第一导电性不同的第二导电性的第二半导体层50(例如：p型GaN层)，在其上形成有用于扩散电流的透光性导电膜60和起到焊盘作用的焊盘电极70，通过蚀刻露出的第一半导体层30上形成有起到焊盘作用的焊盘电极80(例如：Cr/Ni/Au层叠金属焊盘)。将图1所示方式的半导体发光器件特意称为横向芯片(Lateral Chip)。其中，成长基板10侧变成与外部基板电连接时的安装面。在本说明书中，半导体发光器件芯片或者半导体发光器件所电连接的外部基板表示PCB(PrintedCircuit Board：印刷电路板)、次黏着基台、TFT(Thin Film Transistor：薄膜晶体管)等。
图2是美国授权专利公报第7,262,436号公开的半导体发光器件芯片的另一例子的示意图。为了便于说明，改变了附图标记以及一部分术语。
半导体发光器件芯片包括成长基板10，并且在成长基板10之上依次蒸镀有具有第一导电性的第一半导体层30、通过电子和空穴的复合生成光的有源层40、具有与第一导电性不同的第二导电性的第二半导体层50，在其上形成有用于向成长基板10侧反射光的三层的电极膜90、91、92。电极膜90、91、92是起到焊盘功能的焊盘电极。第一电极膜90可以是Ag反射膜，第二电极膜91可以是Ni扩散防止膜，第三电极膜92可以是Au粘接层。蚀刻露出的第一半导体层30上形成有起到焊盘作用的焊盘电极80。其中，电极膜92侧将变成与外部基板电连接时的安装面。将图2所示方式的半导体发光器件芯片特意称为倒装芯片(FlipChip)。在图2示出的倒装芯片中，形成在第一半导体层30上的电极80位于比形成在第二半导体层上的电极膜90、91、92更低的高度，但是，还可以形成在相同的高度。在这里，高度的标准可以是从成长基板10起的高度。
图3是美国授权专利公报第8,008,683号公开的半导体发光器件芯片的另一例子示意图。为了便于说明，改变了附图标记以及一部分术语。
半导体发光器件芯片依次形成有具有第一导电性的第一半导体层30、通过电子和空穴的复合生成光的有源层40、具有与第一导电性不同的第二导电性的第二半导体层50，并且包括形成于去除了成长基板的一侧的上部电极31、向第二半导体层50供给电流同时支撑半导体层30、40、50的支撑基板51以及形成于支撑基板51的下部电极52。上部电极31利用引线键合与外部电连接。下部电极52侧在与外部基板电连接时起到安装面的功能。将如图3所示的在有源层40的上下分别具有一个电极31、52的结构的半导体发光器件芯片称为垂直芯片(Vertical Chip)。
图4是现有的半导体发光器件的一例示意图。
半导体发光器件100具有引线框架110、120、模具130以及空腔140内的垂直式半导体发光器件芯片150(Vertical Type Light Emitting Chip)，空腔140中填充有包含波长转换材料160的密封件170。垂直式半导体发光器件芯片150的下表面直接电连接于引线框架110，上表面通过引线180电连接于引线框架120。从垂直式半导体发光器件芯片150发出的光的一部分可以激励波长转换材料160来产生不同颜色的光，两个彼此不同的光混合来生成白色光。例如，半导体发光器件芯片150生成蓝色光，被波长转换材料160激励后生成的光是黄色光，蓝色光和黄色光混合，从而生成白色光。图4示出了使用图3示出的垂直式半导体发光器件芯片150的半导体发光器件，但是，还可以使用图1以及图2示出的半导体发光器件芯片来制造如图4所示方式的半导体发光器件。
将图4示出的类型的半导体发光器件通常称为封装(Package)类型(Type)的半导体发光器件，将半导体发光器件芯片大小的半导体发光器件称为CSP(Chip ScalePackage：芯片级封装)类型的半导体发光器件。在韩国公开专利公报第2014-0127457号公开了与CSP类型的半导体发光器件相关的技术。最近，随着半导体发光器件大小的小型化趋势，积极进行着对于CSP类型的半导体发光器件的开发。只是随着使用用于CSP类型的半导体发光器件的半导体发光器件芯片的大小在平面上最大宽度为150um以下、优选在100um以下的微型半导体发光器件芯片，从而发现了减小焊盘电极的大小，热阻增大，对于组装工序的限制增加的问题。
图5是韩国公开专利公报第2013-0114011号记载的CSP类型的半导体发光器件的一例示意图。为了便于说明，改变了附图标记以及一部分术语。
半导体发光器件100包括包含焊盘电极151、152的半导体发光器件芯片150、与外部电连接的第一电极191、192、绝缘层190以及密封件170。
图5示出的CSP类型的半导体发光器件使用第一电极190、191与外部基板电连接，从而可以解决由半导体发光器件芯片150的焊盘电极151、152缩小而发生的问题，但是，图5示出的半导体发光器件100由于在形成树脂系列的密封件170之后通过蒸镀等高温工序形成第一电极190、191或者绝缘层190，所以存在如下问题，即在因温度变化带来的树脂系列的密封件170膨胀及收缩过程中第一电极190、191或者绝缘层190与密封件170之间的粘贴力减弱，第一电极190、191或者绝缘层190容易剥离。并且由于在形成树脂系列的密封件170之后通过蒸镀等高温工序来形成第一电极190、191或者绝缘层190，经过了一次固化的树脂系列的密封件170再次受热，从而树脂系列的密封件170的强度、透光性等材质的特性有可能发生变更。并且，第一电极190、191之间没有绝缘物质，所以在与外部基板电连接的过程中有可能发生短路问题。
本公开的目的在于提供半导体发光器件及其制造方法，解决了由于用于CSP类型半导体发光器件的半导体发光器件芯片的焊盘电极缩小而发生的问题，并且提高了与外部基板电连接的电极(例如：图5示出的第一电极)与密封件之间的粘贴力。
发明内容
本发明要解决的技术问题
在“
具体实施方式
”的后面说明技术问题。
解决课题的手段
在这里，提供本公开的总体摘要，不应该理解为用于限制本公开的范围。
根据本公开的一方面，提供半导体发光器件，其包括：半导体发光器件芯片；以及第一电极，其与半导体发光器件芯片电连接，并且第一电极的平面面积比半导体发光器件芯片的平面面积大，其中，第一电极的下表面露出在外部，第一电极的内侧面之间填充有绝缘物质。
根据本公开的另一方面，提供半导体发光器件制造方法，包括如下步骤：准备牺牲基板，该牺牲基板包括透光性支撑板以及形成于透光性支撑板上的牺牲层；在牺牲基板上形成第一电极；对第一电极电连接至少一个以上的半导体发光器件芯片；以及去除牺牲基板而向外部露出第一电极。
发明效果
在“具体实施方式”的后面说明发明效果。
附图说明
图1是现有的半导体发光器件芯片的一例示意图。
图2是美国授权专利公报第7,262,436号公开的半导体发光器件芯片的另一例子示意图。
图3是美国授权专利公报第8,008,683号公开的半导体发光器件芯片的又一例子示意图。
图4是现有的半导体发光器件的一例示意图。
图5是韩国公开专利公报第2013-0114011号公开的CSP类型的半导体发光器件的一例示意图。
图6是根据本公开的半导体发光器件的一例示意图。
图7是根据本公开的半导体发光器件的另一例子示意图。
图8是根据本公开的半导体发光器件的另一例子示意图。
图9以及图10是根据本公开的半导体发光器件制造方法的一例示意图。
图11是根据本公开的半导体发光器件制造方法的另一例子示意图。
图12是根据本公开的半导体发光器件制造方法的另一例子示意图。
标记说明
半导体发光器件：100、200、350
半导体发光器件芯片：150、210、320
焊盘电极：70、80、151、152、211
第一电极：191、192、220、310
密封件：170、230、340
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本公开。并且，在本说明书中，上侧/下侧、上/下等指向以附图为基准。
图6是根据本公开的半导体发光器件的一例示意图。
图6的(a)是仰视图，图6的(b)是沿AA'切断的剖面图。
半导体发光器件200包括半导体发光器件芯片210、第一电极220以及覆盖半导体发光器件芯片210以及第一电极220的密封件230。
关于半导体发光器件芯片210，在图6示出了包括焊盘电极211的倒装芯片，但是并不限定于此，还可以是横向芯片或垂直芯片。焊盘电极211可以由与第一电极220相同的物质形成。
第一电极220可以由金(Au)形成或者层叠一种以上的金属(例如：Cr/Ni/Au)形成。第一电极220的下表面221以及外侧面222从密封件230露出。并且，参照图6的(a)，第一电极220的平面面积的大小比半导体发光器件芯片210的平面面积的大小以及焊盘电极211的平面面积大。因此根据本公开的半导体发光器件200通过第一电极220与PCB等外部基板电连接，从而解决了随着半导体发光器件芯片210的大小缩小而产生的热阻增大的问题以及组装工序问题。
密封件230可以由透光性材质(例如：聚酰亚胺、环氧树脂等)形成。并且作为绝缘物质的密封件230形成于第一电极220的内侧面223之间，从而能够提高绝缘效果。并且，形成于第一电极220的内侧面223之间的密封件230的下表面231与第一电极220的下表面221以无高低差的方式连接。在本公开中，无高低差是指在没有故意形成高低差的情况下因公差产生的几μm以内的差异实质上与无高低差相同。
图7是根据本公开的半导体发光器件的另一例子示意图。
半导体发光器件200中半导体发光器件芯片210的焊盘电极211与第一电极220可以通过导电性粘贴物质240电连接。根据本公开的半导体发光器件200，在形成第一电极220之后将第一电极220与半导体发光器件芯片210电连接，所以有可能需要通过导电性粘贴物质240实现电连接，这一点在图9中重复说明。例如，导电性粘贴物质240可以是锡球(例如：AuSn、SAC、SnAg)以及银膏(Ag paste)中的一个。并且第一电极220的外侧面222可以被密封件230覆盖。这是因为如图6所示，在第一电极220的外侧面222从密封件230露出的情况下，在切断工序中(参照图9)有可能出现形成第一电极220的金属毛刺(burr)，在将半导体发光器件200通过SMT工序粘贴于PCB等外部基板时，如图7的(b)所示，有可能出现焊料241沿第一电极220的外侧面222溢出的问题。除了在图7中说明的部分之外，图7示出的半导体发光器件200与图6示出的半导体发光器件200实质上相同。
图8是根据本公开的半导体发光器件的另一例子示意图。
半导体发光器件200可以包括在密封件230与第一电极220之间具有贯通孔的绝缘层250。具有贯通孔的绝缘层250的结构在图12中详细示出。绝缘层250可以以绝缘物质形成。例如可以以二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)、氮化硅、环氧树脂以及聚酰亚胺等材料中的至少一个形成。绝缘层250覆盖第一电极220的上表面224并且填充内侧面223之间，从而能够降低短路危险。通过贯通孔，半导体发光器件芯片210的焊盘电极211与第一电极220可以电连接。并且为了组装工序的安全性，第一电极220的内侧面223之间的间隔需要确保为比半导体发光器件芯片210的焊盘电极211之间的间隔更大，在这种情况下，为了实现第一电极220与半导体发光器件芯片210的焊盘电极211的顺畅的电连接，可以在贯通孔形成第二电极260。第二电极260可以以与第一电极220相同的物质形成。并且为了提高半导体发光器件200的发光效率，优选地，绝缘层250具有对从半导体发光器件芯片210发出的光进行反射的反射功能。例如，绝缘层250可以是DBR(Distributed Bragg Reflectors：分布布拉格反射器)。并且形成于第一电极220的内侧面223之间的绝缘层250的下表面251与第一电极220的下表面221以无高低差的方式连接。在本公开中，无高低差是指在没有故意形成高低差的情况下因公差产生的几μm以内的差异实质上与无高低差相同。除了在图8中说明的部分之外，图8示出的半导体发光器件200与图6示出的半导体发光器件200实质上相同。
图9以及图10是根据本公开的半导体发光器件制造方法的一例示意图。
首先，准备牺牲基板300(S1)。牺牲基板300可以包括紫外线透过的透光性支撑板301以及形成于透光性支撑板301上的牺牲层302。透光性支撑板301可以是玻璃以及蓝宝石基板中的一个，牺牲层302可以是GaN、SiO2、GaP、PI、SiN、ITO以及环氧树脂中的一个。之后，牺牲基板300上形成第一电极310(S2)。第一电极310例如可以通过高温(如100℃以上)蒸镀金(Au)的工序形成。之后，在第一电极310电连接至少一个以上的半导体发光器件320(S3)。在形成第一电极310之后电连接半导体发光器件芯320，所以可以使用导电性粘贴物质330来进行连接。之后，形成覆盖第一电极310和半导体发光器件芯320的密封件340(S4)。根据本公开的制造方法，形成密封件340的物质是基于温度变化的膨胀收缩比金属更大的树脂系列(例如聚酰亚胺、环氧树脂等)，但是，在结束形成第一电极310的高温的金属蒸镀工序之后形成，所以能够解决由于密封件340的膨胀收缩带来的密封件340与第一电极310之间的粘贴力减弱的问题。并且，在本公开中记载了形成密封件340的情况，但是，还可以不形成密封件340。在图5示出的现有技术中，为了形成第一电极191、192一定要形成作为用于形成第一电极191、192的支撑板的密封件170，但是，在本公开中，第一电极310形成在牺牲基板300上，所以不需要额外的密封件。之后去除牺牲基板300(S5)。可以通过利用激光打掉牺牲层302的LLO(Laser Lift-Off)去除牺牲基板300。之后，沿虚线切断，得到各个半导体发光器件350(S6)。只是在半导体发光器件芯片320存在两个以上并且相邻的半导体发光器件芯片320共享一个第一电极310的状态下进行切断工序的情况下，切断密封件340和第一电极310，得到图6示出的各个半导体发光器件200。在这种情况下，如图7的(b)示出，第一电极220的外侧面222有可能从密封件230露出，切断过程中有可能出现金属毛刺或者在连接于外部基板时有可能出现焊料241沿第一电极220的外侧面222上升的问题。因此，如图10示出，在半导体发光器件芯片320存在两个以上并且相邻的半导体发光器件芯片320分别与第一电极310电连接的情况下，在沿虚线切断的过程中，可以仅切断密封件340，从而得到如图7所示第一电极220的外侧面222被密封件230覆盖的半导体发光器件200。半导体发光器件芯片320存在两个以上并且相邻的半导体发光器件芯片320分别与第一电极310电连接的情况，可以通过图9中的S2步骤和S3步骤实现。
图11是根据本公开的半导体发光器件制造方法的另一例子示意图。
在图9示出的准备牺牲基板300的步骤(S1)中，牺牲基板300可以在牺牲层302上包括缓冲层303。缓冲层303可以由SiO2、SiN、SiON、Al2O3以及金属中的至少一个形成。形成缓冲层303的理由在于在去除牺牲基板300的LLO过程中第一电极被激光受损的可能性较高。在图9示出的去除牺牲基板300的步骤(S5)中，利用激光打掉牺牲层302去除透光性基板301之后，残留在第一电极310侧的缓冲层303可以通过干式蚀刻以及湿式蚀刻中的一种方法去除。除了在图11中说明的部分之外，图11示出的半导体发光器件的制造方法与图9示出的半导体发光器件的制造方法实质上相同。
图12是根据本公开的半导体发光器件制造方法的另一例子示意图。
在图9示出的牺牲基板300上形成第一电极310的步骤(S2)与在第一电极310电连接至少一个以上的半导体发光器件芯片310的步骤(S3)之间，还可以包括在第一电极310以及牺牲基板300上形成具有贯通孔361的绝缘层360的步骤(S2-1)。绝缘层360通过高温(例如：250℃以上)的蒸镀工序形成绝缘层360，第一电极310与绝缘层360之间的粘贴力较高，并且在通过高温的蒸镀工序形成绝缘层360之后形成树脂系列的密封件，所以减轻绝缘层360与密封件之间的剥离问题，从而能够解决第一电极310从密封件剥离而发生的可靠性问题。并且在形成具有贯通孔361的绝缘层360的步骤(S2-1)之后，还可以包括在绝缘层360的贯通孔361形成第二电极370的步骤(S2-2)。只是为了与之间的间隔较短的半导体发光器件芯片的焊盘电极顺畅地电连接，优选地，第二电极370的上表面371的大小比贯通孔361的上表面362的大小更大。并且在电连接半导体发光器件芯片310的步骤(S3)之前形成绝缘层360从而填充于第一电极310的内侧面311之间的绝缘物质为绝缘层360的情况比在电连接半导体发光器件芯片310的步骤(S3)之后形成密封件340从而填充于第一电极310的内侧面311之间的绝缘物质为密封件340的情况优选。这是因为在电连接半导体发光器件芯片310的步骤(S3)之后形成密封件340的情况下，为了在第一电极310的内侧面311之间填充作为绝缘物质的密封件，需要使密封件340从半导体发光器件芯片310与第一电极310之间渗入，但是，随着半导体发光器件芯片310大小的小型化，半导体发光器件芯片310与第一电极310之间的间隔变窄，从而密封件340有可能不会很好地渗入。在第一电极310的内侧面311之间填充有绝缘物质的情况下，在半导体发光器件350与外部基板电连接时，绝缘物质起到阻焊剂(Solder resist)功能，能够提高电气可靠性。只是在绝缘物质为树脂系列的密封件340的情况下，在焊接(soldering)工序，由于热膨胀以及收缩，第一电极310的内侧面311与密封件340之间有可能出现分离，焊料从分离部分渗透而发生电气不良，因此，绝缘物质优选是热带来的热变形较小的绝缘层360，而不是树脂系列的密封件340。并且根据图9至图12，作为绝缘物质的密封件340或者绝缘层360在牺牲基板300上与第一电极310一同形成，所以第一电极310的下表面与绝缘物质之间的边界可以以无高低差的方式形成。除了图12中说明的部分之外，图12示出的半导体发光器件制造方法与图9示出的半导体发光器件制造方法实质上相同。
下面说明本公开的各种实施方式。
(1)一种半导体发光器件制造方法，半导体发光器件制造方法包括如下步骤：准备牺牲基板，该牺牲基板包括透光性支撑板以及形成于透光性支撑板上的牺牲层；在牺牲基板上形成第一电极；在第一电极电连接至少一个以上的半导体发光器件芯片；以及去除牺牲基板而向外部露出第一电极。
(2)在半导体发光器件制造方法中，在第一电极电连接至少一个以上的半导体发光器件芯片的步骤之后，包括：形成覆盖第一电极和半导体发光器件芯片的密封件的步骤。
(3)在半导体发光器件制造方法中，透光性支撑板是玻璃以及蓝宝石基板中的一个，牺牲层是GaN、SiO2、GaP、PI、SiN、ITO以及环氧树脂中的一个，去除牺牲基板的步骤中利用激光打掉牺牲层来去除牺牲基板。
(4)在半导体发光器件制造方法中，在第一电极电连接一个以上的半导体发光器件芯片的步骤中，半导体发光器件芯片是两个以上，相邻的半导体发光器件芯片共享一个第一电极。
(5)在半导体发光器件制造方法中，作为切断密封件和第一电极得到各个半导体发光器件的步骤，包括：切断相邻的半导体发光器件芯片所共享的第一电极，得到各个半导体发光器件的步骤。
(6)在半导体发光器件制造方法中，在第一电极电连接一个以上的半导体发光器件芯片的步骤中，半导体发光器件芯片是两个以上，与相邻的半导体发光器件芯片分别电连接的第一电极之间形成有密封件。
(7)在半导体发光器件制造方法中，作为切断密封件得到各个半导体发光器件的步骤，包括：切断与相邻的半导体发光器件芯片分别电连接的第一电极之间的密封件，得到各个半导体发光器件的步骤。
(8)在半导体发光器件制造方法中，在准备牺牲基板的步骤，牺牲基板包括形成于牺牲层上的缓冲层。
(9)在半导体发光器件制造方法中，缓冲层由SiO2、SiN、SiON、Al2O3以及金属中的至少一个形成。
(10)在半导体发光器件制造方法中，在去除牺牲基板的步骤，利用激光打掉牺牲层从而去除牺牲基板，残留在第一电极的缓冲层通过干式蚀刻以及湿式蚀刻中的一种方法去除。
(11)在半导体发光器件制造方法中，在牺牲基板上形成第一电极的步骤和在第一电极电连接至少一个以上的半导体发光器件芯片的步骤之间，包括：在第一电极以及牺牲基板上形成具有贯通孔的绝缘层的步骤。
(12)在半导体发光器件制造方法中，作为在绝缘层的贯通孔形成第二电极的步骤，包括：形成位于第一电极与半导体发光器件芯片之间从而电连接第一电极和半导体发光器件芯片的第二电极的步骤，第二电极的上表面的大小形成为比贯通孔的上表面的大小更大。
(13)一种半导体发光器件，半导体发光器件包括：半导体发光器件芯片；以及第一电极，其与半导体发光器件芯片电连接，并且第一电极的平面面积比半导体发光器件芯片的平面面积大，其中，第一电极的下表面露出在外部，第一电极的内侧面之间填充有绝缘物质。
(14)在半导体发光器件中，包括：覆盖第一电极和半导体发光器件芯片的密封件，绝缘物质是密封件。
(15)在半导体发光器件中，第一电极的外侧面被密封件覆盖。
(16)在半导体发光器件中，包括：在半导体发光器件芯片下方具有贯通孔的绝缘层，绝缘物质是绝缘层。
(17)在半导体发光器件中，绝缘层在半导体发光器件芯片与第一电极电连接之前形成。
(18)在半导体发光器件中，绝缘层是DBR。
(19)在半导体发光器件中，包括：形成于贯通孔的第二电极，第二电极的上表面的大小比贯通孔的上表面的大小大。
(20)在半导体发光器件中，包括：覆盖第一电极和半导体发光器件芯片的密封件；以及，在半导体发光器件芯片的下方具有贯通孔的绝缘层，绝缘物质是绝缘层，在半导体发光器件芯片与第一电极电连接之前以及形成密封件之前以与密封件不同的物质形成绝缘层。
(21)在半导体发光器件中，第一电极和半导体发光器件芯片通过导电性粘贴物质电连接。
(22)在半导体发光器件中，第一电极的下表面和绝缘物质的下表面以无高低差的方式连接。
根据本公开，能够得到提高了第一电极与密封件之间的粘贴力的半导体发光器件。
根据本公开，能够得到在没有密封件的状态下可以形成第一电极或者绝缘层的半导体发光器件的制造方法。
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