CN105103288A - 光电子半导体芯片和光电子模块 - Google Patents

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Abstract

说明一种光电子半导体芯片（1），该光电子半导体芯片具有载体（5）和布置在载体（5）上的具有半导体层序列的半导体本体（2），其中所述半导体层序列包括有源区域（20），所述有源区域被布置在第一半导体层（21）和第二半导体层（22）之间并且被设置用于产生或接收辐射；第一半导体层（21）与第一接触部（41）并且与第二接触部（42）导电连接；第一接触部被构造在载体的朝向半导体本体的正面（51）上；第二接触部被构造在载体的背向半导体本体的背面（52）上；以及第一接触部和第二接触部相互导电连接。此外说明一种光电子模块（10）。

Description

光电子半导体芯片和光电子模块
技术领域
本申请涉及一种光电子半导体芯片和一种具有至少一个光电子半导体芯片的光电子模块。
背景技术
对于致力于发光二极管的尽可能高的堆积密度的光电子模块通常期望的是，发光二极管直接通过接合线连接相互串联连接。然而，通过将上侧的焊盘布置在发光二极管上使得矩形辐射面的提供变难，这特别是对于投影应用是适宜的。
发明内容
任务是说明一种半导体芯片，该半导体芯片的特征在于在同时好的光电子特性的情况下的特别通用的适用性。此外应该说明一种光电子模块，该光电子模块可以简单并且可靠地制造。
该任务特别是通过根据专利权利要求1的光电子半导体芯片来解决。其他设计方案和适宜性是从属专利权利要求的主题。
根据光电子半导体芯片的至少一种实施方式，光电子半导体芯片具有拥有半导体层序列的半导体本体。半导体层序列特别是包括有源区域，该有源区域被设置用于产生和/或接收辐射。有源区域例如被设置用于接收或产生紫外、可见光或红外光谱范围中的辐射。有源区域例如被布置在第一半导体层和第二半导体层之间。适宜地，第一半导体层和第二半导体层关于导通类型彼此不同。例如第一半导体层是n导通的并且第二半导体层是p导通的或者反之。在垂直方向上、即在与半导体层序列的半导体层的主延伸平面垂直伸展的方向上，半导体本体特别是在辐射通过面和主面之间延伸。
根据光电子半导体芯片的至少一种实施方式，光电子半导体芯片具有载体。在垂直方向上，载体在载体的朝向半导体本体的正面和背向半导体本体的背面之间延伸。半导体本体被布置并且特别是被固定在载体上。例如半导体本体与载体材料决定地连接。
在材料决定的连接的情况下，优选预制的连接伙伴借助原子和/或分子力粘紧。材料决定的连接例如可以借助连接剂、例如粘合剂或焊剂来实现。通常，连接的分离伴随着连接剂和/或至少一个连接伙伴的破坏。
例如半导体本体借助结合层、特别是能导电的结合层固定在载体上。
根据光电子半导体芯片的至少一种实施方式，光电子半导体芯片具有第一接触部，该第一接触部与第一半导体层导电连接。第一接触部特别是被设置用于半导体芯片的外部的电接触，例如借助连接线、例如接合线连接。第一接触部例如被构造在载体的朝向半导体本体的正面上。换句话说，第一接触部从半导体芯片的背向载体的侧上对于外部的电接触是可达到的。
根据光电子半导体芯片的至少一种实施方式，光电子半导体芯片具有第二接触部，该第二接触部与第一半导体层导电连接。第二接触部特别是被设置用于光电子半导体芯片的外部的电接触。第二接触部例如被构造在载体的背面上。在垂直方向上，载体因此在第一接触部和第二接触部之间伸展。
根据光电子半导体芯片的至少一种实施方式，第一接触部和第二接触部相互导电连接。换句话说，在光电子半导体芯片中，在第一接触部和第二接触部之间存在电流路径。特别是电流路径在载体的正面和背面之间伸展。在光电子半导体芯片的运行中，第一接触部和第二接触部位于相同的电位上。特别是在第一接触部和第二接触部之间施加电压时将没有电流流经半导体本体、特别是有源区域。换句话说，第一接触部和第二接触部之间的导电连接完全在半导体本体之外或至少完全在有源区域之外地伸展。
根据光电子半导体芯片的至少一种实施方式，第一半导体层与第一接触部并且与第二接触部连接。
在光电子半导体芯片的至少一种实施方式中，光电子半导体芯片具有载体和布置在载体上的具有半导体层序列的半导体本体。半导体层序列包括有源区域，该有源区域被布置在第一半导体层和第二半导体层之间并且被设置用于产生和/或接收辐射。第一半导体层与第一接触部并且与第二接触部导电连接。第一接触部被构造在载体的朝向半导体本体的正面上。第二接触部被构造在载体的背向半导体本体的背面上。第一接触部和第二接触部相互导电连接。
根据光电子半导体芯片的至少一种实施方式，载体是能导电的。载体例如包含半导体材料、例如硅或锗。为了提高导电性可以掺杂半导体材料。替代地，载体也可以包含金属或金属合金并且此外金属地构造。在该情况下，载体的背面本身可以构成第二接触部。
也可以与此不同地设想，载体包含电绝缘的材料。例如载体可以具有电绝缘的基体，在从正面到背面的垂直方向上电通孔接触、例如至少部分地利用金属填充的留空延伸经过该基体。例如陶瓷、例如氮化铝或氮化硼适合于电绝缘的载体。
根据光电子半导体芯片的至少一种实施方式，第一半导体层被布置在有源区域的背向载体的侧上。因此有源区域被布置在第一半导体层和载体之间。第一半导体层特别是通过第一连接层与第一接触部导电连接。第一接触部可以是第一连接层的对于外部接触可达到的面或被构造在第一连接层上的接触层。
根据光电子半导体芯片的至少一种实施方式，半导体本体具有至少一个凹槽，该凹槽穿过第二半导体层和有源区域延伸。特别是第一连接层在凹槽中与第一半导体层连接。通过凹槽，第一半导体层可以从半导体本体的主面上被电接触。被布置在第一半导体层的辐射通过面上的接触面因此对于第一半导体层的电接触不是必需的。
根据光电子半导体芯片的至少一种实施方式，半导体芯片具有相对接触部，该相对接触部与第二半导体层导电连接。相对接触部被设置用于光电子半导体芯片的外部的电接触。通过在相对接触部和第一接触部之间或在相对接触部和第二接触部之间施加电压，载流子可以被注射到有源区域中并且在那里在发射辐射的情况下复合。在被构造为辐射接收器的光电子半导体芯片的情况下，在有源区域中产生的载流子可以通过相对接触部和第一接触部或者通过相对接触部和第二接触部来量取。
第二半导体层特别是通过第二连接层与相对接触部导电连接。相对接触部可以是第二连接层的对于外部接触可达到的面或被构造在第二连接层上的接触层。相对接触特别是从载体的正面上对于外部接触是可达到的。例如第二连接层直接邻接于半导体本体的主面。此外，第二连接层可以被构造为用于在有源区域中要产生或要接收的辐射的镜层。例如镜层被构造为金属的镜层。例如第二连接层包含银、铝、铑、钯或金或具有所述材料的至少一个的金属合金。
根据光电子半导体芯片的至少一种实施方式，俯视半导体芯片，第一接触部和相对接触部被布置在半导体本体的旁侧。换句话说，半导体本体、第一接触部和相对接触部不在任何位置相互重叠。特别是，半导体本体的辐射通过面完全不由为外部接触设置的接触面所覆盖。
根据光电子半导体芯片的至少一种实施方式，第一连接层和第二连接层局部地在半导体本体和载体之间伸展。特别是，俯视半导体芯片，第一连接层可以完全或基本上完全、即以至少90％的覆盖度覆盖载体。
根据光电子半导体芯片的至少一种实施方式，第二连接层局部地在第一连接层和半导体本体之间伸展。俯视半导体芯片，因此第一连接层和第二连接层至少局部重叠。
根据光电子半导体芯片的至少一种实施方式，俯视半导体芯片，半导体本体具有矩形的基本形状。俯视半导体芯片，第一接触部和第二接触部特别是并排地被布置在半导体本体的相同侧上。换句话说，第一接触部和相对接触部沿着半导体本体的侧面伸展。俯视半导体芯片，因此半导体本体不在任何位置位于第一接触部和相对接触部之间。
根据光电子半导体芯片的至少一种实施方式，光电子半导体芯片被构造为薄膜半导体芯片。在薄膜半导体芯片中，完全或局部地去除用于特别是外延沉积半导体本体的半导体层序列的生长衬底。载体因此与生长衬底不同并且用于半导体层序列的机械稳定性，使得生长衬底对此不再是必需的。
根据光电子半导体芯片的至少一种实施方式，在半导体本体上布置有辐射转换元件。辐射转换元件特别是被设置用于将半导体芯片中产生的第一峰值波长的一次辐射转换为具有与第一峰值波长不同的第二峰值波长的二次辐射。例如辐射转换元件是固定在半导体芯片上的预制薄板。替代地，辐射转换元件也可以直接被构造在半导体芯片上，例如以施加在半导体芯片上的模塑料的形式。由于辐射通过面的矩形的基本形状，此外可以使用具有矩形的基本形状的辐射转换元件。这样的辐射转换元件可以特别简单地制造。
光电子模块根据至少一种实施方式具有光电子半导体芯片，该光电子半导体芯片被布置在模块载体上。半导体芯片特别是具有光电子半导体芯片的前述特征中的至少一个。
根据模块的至少一种实施方式，模块具有第一半导体芯片和第二半导体芯片，其中第一半导体芯片和第二半导体芯片相互电串联。例如第一半导体芯片的第一接触部和第二半导体芯片的相对接触部通过连接线相互导电连接。半导体芯片的第二接触部在该情况下对于半导体芯片的电接触不是必需的。
根据模块的至少一种实施方式，模块载体被电绝缘地构造。例如陶瓷、例如氮化铝或氮化硼适合于模块载体。替代地，模块载体也可以具有能导电的基体，该基体在朝向半导体芯片的侧上配备有电绝缘的涂层。
根据模块的至少一种实施方式，模块载体是能导电的并且模块的至少一个半导体芯片的第二接触部与模块载体导电连接。例如模块载体可以为模块的两个或更多个半导体芯片、特别是为模块的所有半导体芯片形成共同的背面接触部。至少两个半导体芯片的相对接触部（或广泛地所有半导体芯片的相对接触部）可以同样相互导电连接，使得光电子半导体芯片相互并联。替代地，各个半导体芯片的相对接触部也可以相互电分离，使得可以相互无关地控制半导体芯片。
前述的半导体芯片特别适合于模块。因此结合半导体芯片描述的特征也可以被考虑用于模块并且反之亦然。
通过所描述的光电子半导体芯片或所描述的光电子模块特别是可以实现以下技术效果。
光电子半导体芯片通过第一接触部和相对接触部从载体的正面上对于外部的电接触是可达到的。由此简化这样的半导体芯片的串联。特别是半导体芯片可以以大的堆积密度安装在模块载体上。
此外，第一接触部和相对接触部可以并排地并且在半导体本体的旁侧来布置，使得半导体芯片的辐射通过面具有矩形的基本形状。这样的光电子半导体芯片因此也特别适用于针对投影应用的光电子模块。
电接触可以通过两个连接线、例如两个接合线连接来实现。而半导体芯片的背面接触不是必需的，使得也可以使用电绝缘的模块载体。
此外，光电子半导体芯片也可以替代地通过背面的第二接触部和正面的相对接触部来电接触。半导体芯片的接触因此也可以通过仅仅恰好一个正面接触部来实现。
因此半导体芯片的特征在于关于其可电接触的特别高的灵活性并且因此可以广泛使用。
附图说明
其他特征、设计方案和适宜性由结合附图的实施例的随后描述中得出。
其中：
图1A和1B以示意性的截面图（图1A）和示意性的俯视图（图1B）示出光电子半导体芯片的实施例；
图2A至2C分别以示意性的截面图示出光电子模块的实施例。
相同的、同样的或相同作用的元件在附图中配备相同的附图标记。
附图和在附图中示出的元件的大小比例不应考虑为按照比例的。更确切地说，各个元件和特别是层厚为了更好的可描绘性和/或为了更好的理解可以夸大地被示出。
具体实施方式
光电子半导体芯片1的一个实施例在图1A中以示意性的截面图来示出。
随后示例性地借助被设置用于产生辐射的半导体芯片、例如发光二极管半导体芯片、例如LED进行描述。但是与此不同地，半导体芯片也可以被构造为辐射接收器，其中有源区域被设置用于根据射到有源区域上的辐射功率来产生电信号。
半导体本体2具有拥有有源区域20的半导体层序列。有源区域被设置用于产生紫外、可见光或红外光谱范围中的辐射。在垂直方向上、即在垂直于半导体本体的半导体层序列的主延伸平面的方向上，半导体本体2在辐射通过面26和主面27之间延伸。有源区域20被布置在第一导通类型的第一半导体层21和与第一导通类型不同的第二导通类型的第二半导体层22之间。例如第一半导体层是n导通的并且第二半导体层是p导通的或者反之。半导体本体、特别是有源区域优选地包含III-V化合物半导体材料。
III-V化合物半导体材料特别适合于紫外（AlxInyGa1-x-yN）经过可见光（AlxInyGa1-x-yN特别是用于蓝色至绿色辐射，或AlxInyGa1-x-yP特别是用于黄色至红色辐射）直至红外（AlxInyGa1-x-yAs）光谱范围中的辐射产生。在此分别适用：0≤x≤1，0≤y≤1并且x+y≤1，特别是具有x≠1，y≠1，x≠0和/或y≠0。此外，利用特别是来自所述材料系统的III-V化合物半导体材料可以在辐射产生中实现高的内部的量子效率。
半导体芯片1此外包括载体5，该载体在垂直方向上在正面51和背面52之间延伸。载体例如包含掺杂的半导体材料、例如硅或锗。半导体本体2借助结合层6、例如能导电的粘合层或焊剂层与载体5机械稳定地连接。
半导体本体2具有多个凹槽25，所述凹槽从主面27穿过第二半导体层22和有源区域20延伸到第一半导体层21中并且在那里终止。在凹槽25中，第一半导体层与第一连接层31导电连接。第一连接层31整面地覆盖载体5。在横向方向上、即在沿着半导体层序列的半导体层的主延伸平面伸展的方向上，第一连接层31局部地超出半导体本体2。在第一连接层31的未被半导体本体2覆盖的部分上构造第一接触部41。第一接触部41被构造为用于借助接合线连接来电接触半导体芯片的焊盘。
第一半导体层21此外与第二接触部42导电连接。第二接触部被构造在载体5的背面52上。
第一接触部41和第二接触部42通过电流路径相互导电连接，该电流路径从正面51延伸至背面52。电流路径示例性地通过能导电的载体5伸展。与此不同地，载体5也可以具有电绝缘的基体，其中电通孔接触通过基体从正面51延伸至背面52并且因此相互导电连接第一接触部41和第二接触部42。
第一接触部41不必一定是附加于第一连接层31而设置的层。替代地，第一连接层31的对于外部的电接触可自由达到的区域本身也可以形成第一接触部41。
光电子半导体芯片1此外包括相对接触部45。相对接触部45在第二连接层32上与第二半导体层22导电连接。与所描述的实施例不同，相对接触部45也可以被构造为第二连接层32的对于外部的电接触可自由达到的区域。
俯视半导体芯片1，第二连接层32和第一连接层31至少局部地重叠。在第一连接层和第二连接层之间构造有绝缘层9。绝缘层9也覆盖凹槽25的侧面并且因此将第一连接层31与第二半导体层22并且与有源区域20绝缘。
第二连接层32直接邻接于半导体本体2的主面22。第二连接层32被构造为用于在有源区域20中产生的辐射的镜层。在有源区域中产生的并且朝载体5的方向放射的辐射因此可以在镜层上被反射并且随后通过辐射通过面26出射。对于放射紫外或蓝色光谱范围中的辐射的半导体芯片，例如银、铑或钯或具有所述材料中的至少一个的合金适用于镜层。对于红外光谱范围中的辐射，例如金的特征在于高的反射性。
第一接触部41和相对接触部45分别在半导体本体2的旁侧来布置，使得可以避免辐射通过面26由于辐射不可穿透的接触材料引起的遮挡。在图1A中，第一接触部41和相对接触部45为了改进的可描绘性被布置在半导体本体2的不同侧上。优选地，第一接触部41和相对接触部45如在图1B中示出那样在半导体芯片的俯视中沿着半导体本体2的侧面29伸展。因此以简单的方式实现半导体芯片，其中半导体本体具有矩形的基本形状并且可以通过两个正面的接触部来电接触。
为了运行光电子半导体芯片1，或者可以在相对接触部45和第一接触部41之间或者可以在相对接触部45和第二接触部42之间施加外部电压，使得载流子从不同侧被注射到有源区域20中并且在那里在发射辐射的情况下复合。半导体芯片1的功能与以下无关，即是否第一接触部41或第二接触部42被外部地电接触。因此，半导体芯片的接触或者可以通过正面的接触部和背面的接触部或者可以通过两个正面的接触部实现。
通过凹槽35，载流子可以在横向方向上均匀地被注射到第一半导体层21中。特别是根据第一半导体层21的横向导电性，凹槽的数量可以在宽的界限内变化。在极限情况下，单独的凹槽对于第一半导体层21的电接触已经可以是足够的。
光电子半导体芯片1被构造为薄膜半导体芯片，其中用于半导体本体2的半导体层序列的生长衬底在半导体层序列的外延沉积之后被去除。这样的半导体芯片良好地近似于朗伯表面辐射体。但是与此不同，生长衬底也可以完全保留在半导体芯片中或仅局部地被去除或被减薄。
在半导体本体2的辐射通过面26上布置有辐射转换元件8。
例如可以借助辐射转换元件将半导体本体的有源区域20中产生的蓝色光谱范围中的辐射至少部分地转换为黄色光谱范围中的辐射，使得半导体芯片1总体上对于人眼放射呈现白色的混合辐射。例如具有矩形的基本形状的预制薄板适合作为辐射转换元件，该预制薄板被固定在半导体本体2上。根据要放射的波长也可以放弃辐射转换元件。
在图2A中示出光电子模块10的一个实施例，该光电子模块具有多个半导体芯片1，所述半导体芯片如结合图1A和1B描述那样来实施。根据光电子模块的总共要发射的辐射功率，光电子半导体芯片1的数量可以在宽的界限内变化。
光电子半导体芯片1被布置在电绝缘的模块载体7上并且被固定在该模块载体上。半导体芯片的电接触通过正面的接触部、即分别通过第一接触部41和相对接触部45来实现。第一半导体芯片1a的第一接触部41通过连接线75、例如接合线连接与第二半导体芯片1b的相对接触部45连接，使得这些半导体芯片相互电串联。而半导体芯片的背面的第二接触部不被用于半导体芯片的电接触。
与此不同，模块载体7在图2B和2C中示出的实施例中分别能导电地来构造。光电子半导体芯片1的电接触通过第二接触部42和相对接触部45来实现。而第一接触部41不被外部电接触。在多个光电子半导体芯片的情况下，如图2C中所示，半导体芯片的电并联可以通过相互接触部45之间的导电连接来实现。当然，相对接触部45也可以与此不同地分别单独地被接触，使得可以彼此无关地控制各个半导体芯片。
因此，所描述的光电子半导体芯片不仅适合于其中半导体芯片相互串联的光电子模块而且在以下的光电子模块或光电子器件中也适用，即其中应该实现半导体芯片的背面接触。
本专利申请要求德国专利申请102013103409.8的优先权，德国专利申请的公开内容特此并入本文。
本发明不局限于借助实施例的描述。更确切地说，本发明包括每个新的特征以及特征的每个组合，这特别是包含专利权利要求中的特征的每个组合，即使该特征或该组合本身在专利权利要求或实施例中没有明确说明。

Claims (16)

1.光电子半导体芯片（1），所述光电子半导体芯片具有载体（5）和布置在载体（5）上的具有半导体层序列的半导体本体（2），其中
－所述半导体层序列包括有源区域（20），所述有源区域被布置在第一半导体层（21）和第二半导体层（22）之间并且被设置用于产生或接收辐射；
－第一半导体层（21）与第一接触部（41）并且与第二接触部（42）导电连接；
－第一接触部被构造在载体的朝向半导体本体的正面（51）上；
－第二接触部被构造在载体的背向半导体本体的背面（52）上；以及
－第一接触部和第二接触部相互导电连接。
2.根据权利要求1所述的半导体芯片，其中所述载体是能导电的。
3.根据权利要求1或2所述的半导体芯片，其中第一半导体层被布置在有源区域的背向载体的侧上并且第一半导体层通过第一连接层（31）与第一接触部连接。
4.根据上述权利要求之一所述的半导体芯片，其中所述半导体本体具有至少一个凹槽（25），所述凹槽穿过第二半导体层和有源区域延伸，并且其中第一连接层在凹槽中与第一半导体层连接。
5.根据上述权利要求之一所述的半导体芯片，其中第二半导体层（22）通过第二连接层（32）与相对接触部（45）导电连接。
6.根据权利要求5所述的半导体芯片，其中第一接触部和相对接触部在半导体芯片的俯视中被布置在半导体本体的旁侧。
7.根据权利要求5或6所述的半导体芯片，其中第一连接层和第二连接层局部地在半导体本体和载体之间伸展。
8.根据权利要求5至7之一所述的半导体芯片，其中第二连接层局部地在第一连接层和半导体本体之间伸展。
9.根据上述权利要求之一所述的半导体芯片，其中半导体本体在半导体芯片的俯视中具有矩形的基本形状。
10.根据上述权利要求之一所述的半导体芯片，其中半导体本体与载体材料决定地连接。
11.根据上述权利要求之一所述的半导体芯片，其中第一接触部和第二接触部在半导体芯片运行中位于相同的电位上。
12.具有至少一个根据上述权利要求之一的半导体芯片的光电子模块（10），其中所述至少一个半导体芯片被布置在模块载体（7）上。
13.根据权利要求12所述的光电子模块，其中所述模块具有第一半导体芯片（1a）和第二半导体芯片（1b），并且其中第一半导体芯片和第二半导体芯片相互电串联。
14.根据权利要求12或13所述的光电子模块，其中第一半导体芯片的第一接触部（41）与第二半导体芯片的相对接触部（45）通过连接线（75）相互电连接。
15.根据权利要求12至14之一所述的光电子模块，其中所述模块载体电绝缘地来构造。
16.根据权利要求12所述的光电子模块，其中所述模块载体是能导电的并且所述模块的至少一个半导体芯片的第二接触部与所述模块载体导电连接。
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