半導體二極體和用於製造半導體二極體的方法
2023-06-25 04:38:31 1
專利名稱：半導體二極體和用於製造半導體二極體的方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體二極體和一種用於製造半導體二極體的方法。
背景技術：
半導體二極體用於多種應用中。特殊的應用為發光二極體(LED)。LED是藉助於電致發光從電能中產生出如光的光學輻射的半導體器件。在此，通常設有半導體，例如III-V族半導體。在襯底上生長的外延層作為半導體層序列是可能的。半導體層序列包括適當的有源區用於產生電磁輻射。有源區能夠為Pn結、雙異質結構或如單量子講結構(SQW, single quantum well (單量子講))或多量子講結構(MQW,multi quantumwell (多量子阱))的量子阱結構以用於產生輻射。
在LED中，特別期望的是，輻射耦合輸出側保持得儘可能沒有遮暗，以便實現良好的光I禹合輸出。
發明內容
本發明基於下述問題，提供一種半導體二極體，其能夠經由半導體層序列的單側被接觸。該問題通過一種根據權利要求I所述的半導體二極體或者通過一種根據權利要求8所述的、用於製造的半導體二極體的方法來解決。發光裝置的改進形式和有利的擴展方案在從屬權利要求中說明。半導體二極體的不同的實施形式具有第一導電類型的第一半導體層和具有摻雜的第二導電類型的第二半導體層。第二半導體具有與第一半導體層連接的、豎直的電穿通接觸區域，在所述電穿通接觸區域中改變摻雜，使得電穿通接觸區域具有第一導電類型。因此，提供半導體二極體，其兩個半導體層能夠從半導體二極體的一側來接觸。這通過改變在第二半導體層中的摻雜來實現。第二半導體層保持如此。平面的結構、尤其是電穿通接觸區域沒有機械地結構化，而是第二半導體層中的摻雜局部地改變。電穿通接觸區域能夠根據期望的結構任意地進行改變。藉助經由第二半導體層的側來接觸半導體二極體的可能性能夠保持第一半導體層的側沒有接觸元件。這結合LED是尤其有利地的，因為由此第一半導體層的側能夠用作為輻射耦合輸出側，而不必設有遮暗的接觸元件。此外，由此能夠使用例如所謂的晶圓級封裝的其他殼體還或者例如所謂的系統級封裝的多晶片殼體，在所述多晶片殼體中將半導體二極體安裝到其他的半導體器件上。於是，例如能夠將LED安裝在包含驅動電路的半導體器件上，並且將驅動電路和LED安置在殼體中。在製造電穿通接觸區域時的簡單的工藝管理方面獲得半導體二極體的主要的優點。所述電穿通接觸區域通過局部地改變第二半導體層序列的摻雜來產生。因此取消了耗費的工藝管理步驟，如其在製造作為穿通接觸部的所謂通孔結構部的參考文獻[I]中已知。首先，在製造所描述的半導體晶片時取消結構的刻蝕。工藝化通過少量的光刻步驟和通過用於補償拓撲結構區別的後續工藝步驟來簡化。因此，能夠以簡單的並且低成本的方式提供半導體二極體，所述半導體二極體的一側沒有接觸元件。在一些實施形式中，第一導電類型對應於η摻雜並且第二導電類型對應於P摻雜。在此，尤其有利的是，正好允許稍微改變或者損毀P摻雜。在一些實施形式中，第一半導體層經由電穿通接觸區域和第一接觸部來電接觸。第二半導體層被第二接觸部電接觸。在一些實施形式中，電穿通接觸區域通過局部地破壞在第二半導體層中的摻雜來產生。破壞能夠通過多種方法來進行。所述方法例如為離子注入、離子轟擊(在氮化鎵(GaN)半導體的情況下例如藉助氬(Ar)離子進行轟擊)、將缺陷或者雜質引入到半導體中或者通過將氫引入到半導體中進行電鈍化。後者例如能夠通過暴露於等離子體或者通過在氫氣氣氛中退火來進行。在此，所述幹預措施直接地作用到第二半導體層中的摻雜或者載流子上。 然而重要的是，局部地在電穿通接觸區域中毀壞Pn結的二極體特性。在一些實施形式中，沿著第二半導體層的側面設置電穿通接觸區域。由此，毀壞沿著半導體二極體側面的二極體特性。因此，在所述區域中沒有電勢下降，特別地，由此可以不造成由於電場引起的離子運輸。在尤其優選的實施形式中，電穿通接觸區域環繞第二半導體層的側面。在一些實施形式中，半導體二極體設置為光電子二極體，例如LED。在一些實施形式中，半導體二極體設置為薄層半導體器件。用於製造半導體二極體的方法的不同的實施形式包括-提供第一導電類型的第一半導體層；-提供第二導電類型的第二半導體層；-局部地改變第二半導體層的摻雜，使得在第二半導體層中產生用於接觸第一半導體層的電穿通接觸區域。通過該方法以簡單的並且有效的方式提供半導體二極體，其僅需要從第二半導體層的側來接觸。在一些實施形式中，為了改變第二半導體層的摻雜而破壞所述第二半導體層。在一些實施例中，通過下述工藝或者各個所述工藝的組合弓I起破壞-離子注入，-離子轟擊(在氮化鎵(GaN)半導體的情況下例如藉助氬(Ar)離子進行轟擊)，-將缺陷或雜質引入到所述第二半導體層中，或-通過將氫引入到所述第二半導體層中進行電鈍化，例如通過暴露於等離子體或者通過在氫氣氣氛中退火。
半導體二極體和用於製造半導體二極體的方法的不同的實施例在下面結合附圖詳細闡明。在附圖中，附圖標記的第一數字說明在所述附圖中首先使用附圖標記的附圖。在全部附圖中，相同附圖標記用於同類的或者起相同作用的元件或者特性。其示出圖I示出橫貫半導體二極體的第一實施例的示意橫截面圖2示出橫貫半導體二極體的第二實施例的示意橫截面圖；圖3示出半導體二極體的第三實施例的第二半導體層的接觸層的示意結構圖，和圖4示出用於製造半導體二極體的方法的示意流程。
具體實施例方式圖I不出橫貫半導體二極體100的第一實施例的不意橫截面圖。半導體100具有包括第一半導體層102和第二半導體層104的半導體層序列。半導體層序列例如通過薄層方法來製造。所述薄層方法例如在參考文獻[2]或者參考文獻[3]中描述，其公開內容在此通過引用併入本文。第一半導體層102通過以第一摻雜材料進行摻雜而具有第一導電類型。在第一實施例中，第一半導體層102為η摻雜的半導體，例如為用Si摻雜的GaN半導體。第二半導體層104通過以第二摻雜材料進行摻雜而具有第二導電類型。在第二實施例中，第二半導體層為P摻雜的半導體，例如用鎂(Mg)摻雜的GaN半導體。
為了能夠經由第二半導體層104的側接觸第一半導體層102，第二半導體層104具有至少一個電穿通接觸區域106，在所述電穿通接觸區域中改變第二半導體層104的帶有第二摻雜材料的摻雜。這例如通過局部的等離子體工藝來進行，所述等離子體工藝作用到電穿通接觸區域106上。例如，第二半導體層102在電穿通接觸區域106中暴露於任意的等離子體，例如Ar等離子體。通過等離子體破壞第二半導體層104的摻雜。破壞同樣能夠通過多種其他的方法而導致。所述其他的方法例如是離子注入、離子轟擊(在GaN半導體的情況下例如藉助Ar離子進行轟擊)、將缺陷或者雜質引入到第二半導體層104中或者通過將氫引入到第二半導體層104中進行電鈍化。後者例如能夠通過將第二半導體層104暴露於等離子體或者通過在氫氣氣氛中退火來進行。在此，所述幹預措施直接對摻雜或者在第二半導體層104中的載流子起作用。然而重要的是，ρη結的二極體特性局部地在電穿通接觸區域106中損毀。在雜質的附近，更多的施主或載流子可供使用，使得在P導電的第二半導體層104中製造η導電的電穿通接觸區域106。因此，能夠從第二半導體層104的側接觸整個半導體二極體100。為此，第一接觸端子108連接到電穿通接觸區域106上。第二接觸端子110直接地連接到第二半導體層104上。尤其證實為是有利的是，由於破壞產生的電穿通接觸區域106在側向方向上出現到沒有被破壞的第二半導體層104的高歐姆過渡部。基本上沒有發生側向的或者橫向的載流子運輸，使得經由電穿通接觸區域106引入的電流的絕大部分輸送給第一半導體層102。因此，在電穿通接觸區域106和沒有被破壞的第二半導體區域104之間設有特殊的電絕緣不是必要的。此外，因此能夠在發光半導體二極體100中實現尤其均勻的照明樣式。圖2示出橫貫半導體二極體200的第二實施例的示意橫截面圖。半導體二極體200具有由半導體層序列組成的半導體本體。半導體本體為臺面結構。半導體層序列包括第一半導體層102和第二半導體層104。在此,第一半導體層102為如在第一實施例中描述的η摻雜的半導體材料。在此，第二半導體層104為如在第一實施例中描述的P摻雜的半導體材料。為了能夠經由第二半導體層104的側接觸第一半導體層102，第二半導體層104具有至少一個電穿通接觸區域106，在所述電穿通接觸區域中改變第二半導體層104的具有第二摻雜材料的摻雜。這例如通過局部的等離子體工藝來進行，所述等離子體工藝作用到電穿通接觸區域106上。例如，第二半導體層102在電穿通接觸區域106中暴露於任意的等離子體，例如氬(Ar)等離子體。通過等離子體破壞第二半導體層104的摻雜，特別地，將雜質引入到半導體材料中。在雜質附近，多個施主可供使用，使得在P導電的第二半導體層104中製造η導電的電穿通接觸區域106。半導體本體被施加在端子結構上。端子結構具有與電穿通接觸區域106電連接的第一接觸部108。第一接觸部108通常為良好的電導體，例如為金屬層。同時，第一接觸部108用作為用於在半導體本體中產生的電磁輻射的鏡，以便經由(「η側」的)半導體本體的對置於端子結構的側獲得輻射耦合輸出的更高的效率。因此，第一接觸部108由良好反射輻射的導體製成，例如銀(Ag)或者含銀的合金。此外，端子結構具有與第二半導體層104電連接的第二接觸部110。第二接觸部110與第一接觸部108—樣是良好的電導體，例如金屬層。第二接觸部110同樣用作為用於 提高經由η側的輻射耦合輸出的鏡。因此，所述第二接觸部同樣由良好反射輻射的導體製成，例如銀(Ag)或者含銀的合金。為了避免短路，第一接觸部108和第二接觸部110通過電介質202彼此電絕緣。電介質例如包含二氧化矽(SiO2)或氮化矽(SiN)或者由所述材料製成。所述電介質能夠同時用於鈍化第一接觸部108和第二接觸部110。因此，例如避免由於氧化和離子遷移造成的接觸部的劣化。為了接觸接觸部而設有接觸端子或者所謂的接合墊，經由所述接觸端子或者所謂的接合墊藉助於小焊線或者其他適合的電連接部建立電接觸部。例如，設有用於電接觸第二接觸部110的接觸端子204。接合墊204由電導體組成，所述電導體相對於外部影響是儘可能惰性的，並且所述電導體能夠容易地例如通過焊接連接來連接到電連接部處。適當的材料例如為金(Au) JS(Pt)或鈦(Ti)或者包含一種或多種上述材料的合金。半導體本體連同端子結構一起施加到支承體206上。所述半導體本體和端子結構經由連接焊料208與支承體206固定。連接焊料208具有低熔點的金屬或者低熔點的金屬
I=I -Wl O電穿通接觸區域106沿著半導體本體的臺面側面(臺面稜邊)的外稜邊延伸。由此，在側面處，在η摻雜的和P摻雜的半導體區域之間不存在接觸面。由於在外側處缺少ρη結而避免了特別的效應，如Ag+離子從第二接觸部110中遷移到半導體本體中。包含在第二接觸部110中的材料的遷移通過外部電場形成，其中金屬離子沿著場的場線移動。由此，離子例如可以到達半導體本體中並且在那裡造成損傷，其方式為例如這些離子改變半導體層序列的電特性。圖3示出半導體二極體的第三實施例的第二半導體層的接觸側300。接觸側300包括第二半導體層104的側。在第二半導體層104中，通過破壞第二半導體層104的摻雜引入多個電穿通接觸區域106。電穿通接觸區域106環繞地沿著接觸側300的外側延伸。此外，設有多個彼此分開設置的單個穿通區域106。通過穿通區域的尺寸和布置能夠影響供電並且因此例如影響半導體二極體的發光密度。除了以方形網絡結構示出的布置之外，例如還能夠考慮以六邊形結構或者其他適合結構的布置。圖4示出用於製造半導體二極體的方法的示意流程。在此，在第一方法步驟400中，例如通過外延生長提供第一導電類型的第一半導體層。在第二方法步驟402中，例如通過在第一半導體層上的外延生長提供第二導電類型的第二半導體層。在此，第一半導體層例如能夠為η摻雜的半導體，而第二半導體層為P摻雜的半導體。在其他實施形式中，首先提供第二半導體層並且接下來提供第一半導體層。在第三方法步驟404中，局部地改變第二半導體層的摻雜，使得在第二半導體層中產生用於接觸第一半導體層的電穿通接觸區域。摻雜的改變在提供第一半導體層之前已經進行。為了改變第二半導體層的摻雜能夠破壞所述第二半導體層。破環能夠通過多種工藝進行。屬於此工藝的例如為-離子注入，-離子轟擊(在氮化鎵(GaN)半導體的情況下例如藉助IS(Ar)離子進行轟擊)，-將缺陷引入到半導體中，或 -通過將氫引入到所述第二半導體層中進行電鈍化，例如通過暴露於等離子體或者通過在氫氣氣氛中退火。根據一些實施例描述半導體二極體和用於製造半導體二極體的方法以用於表明所基於的思想。在此，實施例不限制於特定的特徵組合。即使一些特徵和擴展方案僅結合特殊的實施例或者單個實施例來描述，其分別能夠與出自其他實施例的其他特徵組合。只要保持實現普通的技術理論，同樣可能的是在實施例中取消或者添加單個示出的特徵或者特殊的擴展方案。參考文獻在該申請文件中引用下述公開文獻[I]DE 10 2008 051048 ；[3] EP O 905 797 Α2 ;和[4]WO 02/13281 Al。附圖標記列表100半導體二極體102第一半導體層104第二半導體層108電穿通接觸區域110第一接觸部112第二接觸部200半導體二極體202 電介質204接觸端子206支承體208連接焊料300接觸側400第一方法步驟402第二方法步驟404第三方法步驟
權利要求
1.半導體二極體，包括 -第一導電類型的第一半導體層(102)，和 -具有摻雜的第二導電類型的第二半導體層(104)， 其中所述第二半導體層具有與所述第一半導體層連接的、豎直的電穿通接觸區域(106)，在所述電穿通接觸區域中將所述摻雜改變為使得所述電穿通接觸區域(106)具有所述第一導電類型。
2.根據權利要求I所述的半導體二極體，其中所述第一導電類型對應於η摻雜並且所述第二導電類型對應於P摻雜。
3.根據上述權利要求之一所述的半導體二極體，其中所述第一半導體層(102)經由所述電穿通接觸區域(106)和第一接觸部(108)被電接觸，並且所述第二半導體層(104)被第二接觸部(I 10)電接觸。
4.根據上述權利要求之一所述的半導體二極體，其中所述電穿通接觸區域(106)通過在所述第二半導體層(104)中局部地破壞所述摻雜來產生。
5.根據上述權利要求之一所述的半導體二極體，其中所述電穿通接觸區域(106)沿著所述第二半導體層(104)的側面設置。
6.根據上述權利要求之一所述的半導體二極體，所述半導體二極體設置為光電子二極體。
7.根據上述權利要求之一所述的半導體二極體，所述半導體二極體設置為薄層半導體器件。
8.用於製造半導體二極體的方法，包括 -提供第一導電類型的第一半導體層； -提供第二導電類型的第二半導體層； -局部地改變所述第二半導體層的摻雜，使得在所述第二半導體層中產生用於接觸所述第一半導體層的電穿通接觸區域。
9.根據權利要求8所述的方法，包括 -破壞所述第二半導體層的摻雜以改變所述摻雜。
10.根據權利要求9所述的方法，其中所述破壞通過下述工藝之一或各個所述工藝的組合來進行 -離子注入， _尚子轟擊J -將缺陷引入到所述第二半導體層中，或 -通過將氫引入到所述第二半導體層中來進行電鈍化。
全文摘要
一種半導體二極體具有第一導電類型的第一半導體層(102)和帶有摻雜的第二導電類型的第二半導體層。第二半導體層具有與第一半導體層連接的豎直的電穿通接觸區域(106)，在所述電穿通接觸區域中改變摻雜，使得電穿通接觸區域(106)具有第一導電類型。描述了一種用於製造這種半導體二極體的方法。
文檔編號H01L33/38GK102782885SQ201180009860
公開日2012年11月14日 申請日期2011年2月10日 優先權日2010年2月22日
發明者託尼·阿爾布雷希特, 馬丁·羅伊費爾, 馬庫斯·毛特, 黑裡貝特·齊爾 申請人:歐司朗光電半導體有限公司