CN102782885A - 半导体二极管和用于制造半导体二极管的方法 - Google Patents
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Abstract
一种半导体二极管具有第一导电类型的第一半导体层（102）和带有掺杂的第二导电类型的第二半导体层。第二半导体层具有与第一半导体层连接的竖直的电穿通接触区域（106），在所述电穿通接触区域中改变掺杂，使得电穿通接触区域（106）具有第一导电类型。描述了一种用于制造这种半导体二极管的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体二极管和一种用于制造半导体二极管的方法。
背景技术
半导体二极管用于多种应用中。特殊的应用为发光二极管（LED）。
LED是借助于电致发光从电能中产生出如光的光学辐射的半导体器件。在此，通常设有半导体，例如III-V族半导体。在衬底上生长的外延层作为半导体层序列是可能的。半导体层序列包括适当的有源区用于产生电磁辐射。有源区能够为pn结、双异质结构或如单量子阱结构（SQW，single quantum well（单量子阱））或多量子阱结构（MQW，multi quantum well（多量子阱））的量子阱结构以用于产生辐射。
在LED中，特别期望的是，辐射耦合输出侧保持得尽可能没有遮暗，以便实现良好的光耦合输出。
发明内容
本发明基于下述问题，提供一种半导体二极管，其能够经由半导体层序列的单侧被接触。
该问题通过一种根据权利要求1所述的半导体二极管或者通过一种根据权利要求8所述的、用于制造的半导体二极管的方法来解决。
发光装置的改进形式和有利的扩展方案在从属权利要求中说明。
半导体二极管的不同的实施形式具有第一导电类型的第一半导体层和具有掺杂的第二导电类型的第二半导体层。第二半导体具有与第一半导体层连接的、竖直的电穿通接触区域，在所述电穿通接触区域中改变掺杂，使得电穿通接触区域具有第一导电类型。
因此，提供半导体二极管，其两个半导体层能够从半导体二极管的一侧来接触。这通过改变在第二半导体层中的掺杂来实现。第二半导体层保持如此。平面的结构、尤其是电穿通接触区域没有机械地结构化，而是第二半导体层中的掺杂局部地改变。电穿通接触区域能够根据期望的结构任意地进行改变。
借助经由第二半导体层的侧来接触半导体二极管的可能性能够保持第一半导体层的侧没有接触元件。这结合LED是尤其有利地的，因为由此第一半导体层的侧能够用作为辐射耦合输出侧，而不必设有遮暗的接触元件。此外，由此能够使用例如所谓的晶圆级封装的其他壳体还或者例如所谓的系统级封装的多芯片壳体，在所述多芯片壳体中将半导体二极管安装到其他的半导体器件上。于是，例如能够将LED安装在包含驱动电路的半导体器件上，并且将驱动电路和LED安置在壳体中。
在制造电穿通接触区域时的简单的工艺管理方面获得半导体二极管的主要的优点。所述电穿通接触区域通过局部地改变第二半导体层序列的掺杂来产生。因此取消了耗费的工艺管理步骤，如其在制造作为穿通接触部的所谓通孔结构部的参考文献[1]中已知。首先，在制造所描述的半导体芯片时取消结构的刻蚀。工艺化通过少量的光刻步骤和通过用于补偿拓扑结构区别的后续工艺步骤来简化。因此，能够以简单的并且低成本的方式提供半导体二极管，所述半导体二极管的一侧没有接触元件。
在一些实施形式中，第一导电类型对应于n掺杂并且第二导电类型对应于p掺杂。在此，尤其有利的是，正好允许稍微改变或者损毁p掺杂。
在一些实施形式中，第一半导体层经由电穿通接触区域和第一接触部来电接触。第二半导体层被第二接触部电接触。
在一些实施形式中，电穿通接触区域通过局部地破坏在第二半导体层中的掺杂来产生。破坏能够通过多种方法来进行。所述方法例如为离子注入、离子轰击（在氮化镓（GaN）半导体的情况下例如借助氩（Ar）离子进行轰击）、将缺陷或者杂质引入到半导体中或者通过将氢引入到半导体中进行电钝化。后者例如能够通过暴露于等离子体或者通过在氢气气氛中退火来进行。在此，所述干预措施直接地作用到第二半导体层中的掺杂或者载流子上。然而重要的是，局部地在电穿通接触区域中毁坏pn结的二极管特性。
在一些实施形式中，沿着第二半导体层的侧面设置电穿通接触区域。由此，毁坏沿着半导体二极管侧面的二极管特性。因此，在所述区域中没有电势下降，特别地，由此可以不造成由于电场引起的离子运输。在尤其优选的实施形式中，电穿通接触区域环绕第二半导体层的侧面。
在一些实施形式中，半导体二极管设置为光电子二极管，例如LED。
在一些实施形式中，半导体二极管设置为薄层半导体器件。
用于制造半导体二极管的方法的不同的实施形式包括：
-提供第一导电类型的第一半导体层；
-提供第二导电类型的第二半导体层；
-局部地改变第二半导体层的掺杂，使得在第二半导体层中产生用于接触第一半导体层的电穿通接触区域。
通过该方法以简单的并且有效的方式提供半导体二极管，其仅需要从第二半导体层的侧来接触。
在一些实施形式中，为了改变第二半导体层的掺杂而破坏所述第二半导体层。在一些实施例中，通过下述工艺或者各个所述工艺的组合引起破坏：
-离子注入，
-离子轰击（在氮化镓（GaN）半导体的情况下例如借助氩（Ar）离子进行轰击），
-将缺陷或杂质引入到所述第二半导体层中，或
-通过将氢引入到所述第二半导体层中进行电钝化，例如通过暴露于等离子体或者通过在氢气气氛中退火。
附图说明
半导体二极管和用于制造半导体二极管的方法的不同的实施例在下面结合附图详细阐明。在附图中，附图标记的第一数字说明在所述附图中首先使用附图标记的附图。在全部附图中，相同附图标记用于同类的或者起相同作用的元件或者特性。
其示出：
图1示出横贯半导体二极管的第一实施例的示意横截面图；
图2示出横贯半导体二极管的第二实施例的示意横截面图；
图3示出半导体二极管的第三实施例的第二半导体层的接触层的示意结构图，和
图4示出用于制造半导体二极管的方法的示意流程。
具体实施方式
图1示出横贯半导体二极管100的第一实施例的示意横截面图。半导体100具有包括第一半导体层102和第二半导体层104的半导体层序列。半导体层序列例如通过薄层方法来制造。所述薄层方法例如在参考文献[2]或者参考文献[3]中描述，其公开内容在此通过引用并入本文。第一半导体层102通过以第一掺杂材料进行掺杂而具有第一导电类型。在第一实施例中，第一半导体层102为n掺杂的半导体，例如为用Si掺杂的GaN半导体。第二半导体层104通过以第二掺杂材料进行掺杂而具有第二导电类型。在第二实施例中，第二半导体层为p掺杂的半导体，例如用镁（Mg）掺杂的GaN半导体。
为了能够经由第二半导体层104的侧接触第一半导体层102，第二半导体层104具有至少一个电穿通接触区域106，在所述电穿通接触区域中改变第二半导体层104的带有第二掺杂材料的掺杂。这例如通过局部的等离子体工艺来进行，所述等离子体工艺作用到电穿通接触区域106上。例如，第二半导体层102在电穿通接触区域106中暴露于任意的等离子体，例如Ar等离子体。通过等离子体破坏第二半导体层104的掺杂。破坏同样能够通过多种其他的方法而导致。所述其他的方法例如是：离子注入、离子轰击（在GaN半导体的情况下例如借助Ar离子进行轰击）、将缺陷或者杂质引入到第二半导体层104中或者通过将氢引入到第二半导体层104中进行电钝化。后者例如能够通过将第二半导体层104暴露于等离子体或者通过在氢气气氛中退火来进行。在此，所述干预措施直接对掺杂或者在第二半导体层104中的载流子起作用。然而重要的是，pn结的二极管特性局部地在电穿通接触区域106中损毁。在杂质的附近，更多的施主或载流子可供使用，使得在p导电的第二半导体层104中制造n导电的电穿通接触区域106。
因此，能够从第二半导体层104的侧接触整个半导体二极管100。为此，第一接触端子108连接到电穿通接触区域106上。第二接触端子110直接地连接到第二半导体层104上。尤其证实为是有利的是，由于破坏产生的电穿通接触区域106在侧向方向上出现到没有被破坏的第二半导体层104的高欧姆过渡部。基本上没有发生侧向的或者横向的载流子运输，使得经由电穿通接触区域106引入的电流的绝大部分输送给第一半导体层102。因此，在电穿通接触区域106和没有被破坏的第二半导体区域104之间设有特殊的电绝缘不是必要的。此外，因此能够在发光半导体二极管100中实现尤其均匀的照明样式。
图2示出横贯半导体二极管200的第二实施例的示意横截面图。半导体二极管200具有由半导体层序列组成的半导体本体。半导体本体为台面结构。半导体层序列包括第一半导体层102和第二半导体层104。在此，第一半导体层102为如在第一实施例中描述的n掺杂的半导体材料。在此，第二半导体层104为如在第一实施例中描述的p掺杂的半导体材料。
为了能够经由第二半导体层104的侧接触第一半导体层102，第二半导体层104具有至少一个电穿通接触区域106，在所述电穿通接触区域中改变第二半导体层104的具有第二掺杂材料的掺杂。这例如通过局部的等离子体工艺来进行，所述等离子体工艺作用到电穿通接触区域106上。例如，第二半导体层102在电穿通接触区域106中暴露于任意的等离子体，例如氩（Ar）等离子体。通过等离子体破坏第二半导体层104的掺杂，特别地，将杂质引入到半导体材料中。在杂质附近，多个施主可供使用，使得在p导电的第二半导体层104中制造n导电的电穿通接触区域106。
半导体本体被施加在端子结构上。端子结构具有与电穿通接触区域106电连接的第一接触部108。第一接触部108通常为良好的电导体，例如为金属层。同时，第一接触部108用作为用于在半导体本体中产生的电磁辐射的镜，以便经由（“n侧”的）半导体本体的对置于端子结构的侧获得辐射耦合输出的更高的效率。因此，第一接触部108由良好反射辐射的导体制成，例如银（Ag）或者含银的合金。
此外，端子结构具有与第二半导体层104电连接的第二接触部110。第二接触部110与第一接触部108一样是良好的电导体，例如金属层。第二接触部110同样用作为用于提高经由n侧的辐射耦合输出的镜。因此，所述第二接触部同样由良好反射辐射的导体制成，例如银（Ag）或者含银的合金。为了避免短路，第一接触部108和第二接触部110通过电介质202彼此电绝缘。电介质例如包含二氧化硅（SiO2）或氮化硅（SiN）或者由所述材料制成。所述电介质能够同时用于钝化第一接触部108和第二接触部110。因此，例如避免由于氧化和离子迁移造成的接触部的劣化。
为了接触接触部而设有接触端子或者所谓的接合垫，经由所述接触端子或者所谓的接合垫借助于小焊线或者其他适合的电连接部建立电接触部。例如，设有用于电接触第二接触部110的接触端子204。接合垫204由电导体组成，所述电导体相对于外部影响是尽可能惰性的，并且所述电导体能够容易地例如通过焊接连接来连接到电连接部处。适当的材料例如为金（Au）、铂（Pt）或钛（Ti）或者包含一种或多种上述材料的合金。
半导体本体连同端子结构一起施加到支承体206上。所述半导体本体和端子结构经由连接焊料208与支承体206固定。连接焊料208具有低熔点的金属或者低熔点的金属合金。
电穿通接触区域106沿着半导体本体的台面侧面（台面棱边）的外棱边延伸。由此，在侧面处，在n掺杂的和p掺杂的半导体区域之间不存在接触面。由于在外侧处缺少pn结而避免了特别的效应，如Ag+离子从第二接触部110中迁移到半导体本体中。包含在第二接触部110中的材料的迁移通过外部电场形成，其中金属离子沿着场的场线移动。由此，离子例如可以到达半导体本体中并且在那里造成损伤，其方式为例如这些离子改变半导体层序列的电特性。
图3示出半导体二极管的第三实施例的第二半导体层的接触侧300。接触侧300包括第二半导体层104的侧。在第二半导体层104中，通过破坏第二半导体层104的掺杂引入多个电穿通接触区域106。电穿通接触区域106环绕地沿着接触侧300的外侧延伸。此外，设有多个彼此分开设置的单个穿通区域106。通过穿通区域的尺寸和布置能够影响供电并且因此例如影响半导体二极管的发光密度。除了以方形网络结构示出的布置之外，例如还能够考虑以六边形结构或者其他适合结构的布置。
图4示出用于制造半导体二极管的方法的示意流程。
在此，在第一方法步骤400中，例如通过外延生长提供第一导电类型的第一半导体层。在第二方法步骤402中，例如通过在第一半导体层上的外延生长提供第二导电类型的第二半导体层。在此，第一半导体层例如能够为n掺杂的半导体，而第二半导体层为p掺杂的半导体。在其他实施形式中，首先提供第二半导体层并且接下来提供第一半导体层。
在第三方法步骤404中，局部地改变第二半导体层的掺杂，使得在第二半导体层中产生用于接触第一半导体层的电穿通接触区域。掺杂的改变在提供第一半导体层之前已经进行。
为了改变第二半导体层的掺杂能够破坏所述第二半导体层。破环能够通过多种工艺进行。属于此工艺的例如为：
-离子注入，
-离子轰击（在氮化镓（GaN）半导体的情况下例如借助氩（Ar）离子进行轰击），
-将缺陷引入到半导体中，或
-通过将氢引入到所述第二半导体层中进行电钝化，例如通过暴露于等离子体或者通过在氢气气氛中退火。
根据一些实施例描述半导体二极管和用于制造半导体二极管的方法以用于表明所基于的思想。在此，实施例不限制于特定的特征组合。即使一些特征和扩展方案仅结合特殊的实施例或者单个实施例来描述，其分别能够与出自其他实施例的其他特征组合。只要保持实现普通的技术理论，同样可能的是在实施例中取消或者添加单个示出的特征或者特殊的扩展方案。
参考文献
在该申请文件中引用下述公开文献：
[1]DE 10 2008 051048；
[3]EP 0 905 797 A2；和
[4]WO 02/13281 A1。
附图标记列表
100 半导体二极管
102 第一半导体层
104 第二半导体层
108 电穿通接触区域
110 第一接触部
112 第二接触部
200 半导体二极管
202 电介质
204 接触端子
206 支承体
208 连接焊料
300 接触侧
400 第一方法步骤
402 第二方法步骤
404 第三方法步骤
Claims (10)
1.半导体二极管，包括：
-第一导电类型的第一半导体层（102），和
-具有掺杂的第二导电类型的第二半导体层（104），
其中所述第二半导体层具有与所述第一半导体层连接的、竖直的电穿通接触区域（106），在所述电穿通接触区域中将所述掺杂改变为使得所述电穿通接触区域（106）具有所述第一导电类型。
2.根据权利要求1所述的半导体二极管，其中所述第一导电类型对应于n掺杂并且所述第二导电类型对应于p掺杂。
3.根据上述权利要求之一所述的半导体二极管，其中所述第一半导体层（102）经由所述电穿通接触区域（106）和第一接触部（108）被电接触，并且所述第二半导体层（104）被第二接触部（110）电接触。
4.根据上述权利要求之一所述的半导体二极管，其中所述电穿通接触区域（106）通过在所述第二半导体层（104）中局部地破坏所述掺杂来产生。
5.根据上述权利要求之一所述的半导体二极管，其中所述电穿通接触区域（106）沿着所述第二半导体层（104）的侧面设置。
6.根据上述权利要求之一所述的半导体二极管，所述半导体二极管设置为光电子二极管。
7.根据上述权利要求之一所述的半导体二极管，所述半导体二极管设置为薄层半导体器件。
8.用于制造半导体二极管的方法，包括：
-提供第一导电类型的第一半导体层；
-提供第二导电类型的第二半导体层；
-局部地改变所述第二半导体层的掺杂，使得在所述第二半导体层中产生用于接触所述第一半导体层的电穿通接触区域。
9.根据权利要求8所述的方法，包括：
-破坏所述第二半导体层的掺杂以改变所述掺杂。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述破坏通过下述工艺之一或各个所述工艺的组合来进行：
-离子注入，
-离子轰击，
-将缺陷引入到所述第二半导体层中，或
-通过将氢引入到所述第二半导体层中来进行电钝化。
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