CN107851644B - 光电子半导体器件 - Google Patents

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CN107851644B CN201680040359.9A CN201680040359A CN107851644B CN 107851644 B CN107851644 B CN 107851644B CN 201680040359 A CN201680040359 A CN 201680040359A CN 107851644 B CN107851644 B CN 107851644B
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Abstract

提出一种光电子半导体器件，其包括：‑半导体本体(1)，所述半导体本体具有半导体层序列(2)，所述半导体层序列具有p型的半导体区域(3)、n型的半导体区域(5)和设置在p型的半导体区域(3)和n型的半导体区域(5)之间的有源层(3)；‑载体(1)，所述载体具有塑料并且具有第一过孔(11)和第二过孔(12)；‑p连接层(7)和n连接层(8)，所述p连接层和n连接层至少局部地设置在载体(10)和半导体本体(1)之间，其中p连接层(7)将第一过孔(11)与p型半导体区域(3)连接，并且n连接层(8，8A)将第二过孔(12)与n型半导体区域(5)连接；和‑ESD保护元件(15)，所述ESD保护元件设置在载体(10)和半导体本体(1)之间，其中ESD保护元件(15)与第一过孔(11)和第二过孔(12)导电连接，并且其中ESD保护元件(15)的导通方向与半导体层序列(2)的导通方向反并联。

Description

光电子半导体器件
技术领域
本申请涉及一种光电子半导体器件，所述光电子半导体器件具有半导体本体和由塑料材料构成的载体。
本专利申请要求德国专利申请10 2015 111 485.2的优先权，其公开内容通过参引的方式并入本文。
背景技术
光电子半导体器件尤其能够具有半导体本体和借助浇注法制造的塑料载体，所述塑料载体为了电接触半导体本体设有过孔。
发明内容
要实现的目的在于：提出一种改进的光电子半导体器件，所述光电子半导体器件的特征在于相对于短路和/或静电放电(ESD-Electrostatic Discharge)敏感性低并且能够相对简单地制造。
所述目的通过光电子半导体器件来实现。
根据一个实施方式，光电子半导体器件具有半导体本体，所述半导体本体具有半导体层序列，所述半导体层序列具有p型的半导体区域、n型的半导体区域和设置在p型的半导体区域和n型的半导体区域之间的有源层。有源层尤其能够是发射辐射的有源层。p型的半导体区域、n型的半导体区域和有源层能够分别包括一个或多个半导体层。p型的半导体区域包含一个或多个p掺杂的半导体层并且n掺杂的半导体区域包括一个或多个n掺杂的半导体层。也可行的是：p型的半导体区域和/或n型的半导体区域包含一个或多个未掺杂的半导体层。
有源层例如能够构成为pn结、构成为双异质结构、构成为单量子系统结构或多量子系统结构。在此，术语量子系统结构包括如下结构，其中载流子通过限域(Confinement)经受其能量状态的量子化。特别地，术语量子系统结构不包含关于量子化维度的说明。因此，其还包括量子阱、量子线和量子点和这些结构的任意组合。
此外，光电子器件具有载体，所述载体具有塑料。载体尤其能够借助于浇注法来制造。换言之，载体是所谓的模制体。在此，术语浇注法包括如下制造方法，其中将模塑料引入到预设的模具中并且尤其将其随后硬化。特别地，术语浇注法包括浇注(Casting，Potting)、喷射浇注(Injection Molding)、压力注塑(Transfer Molding)和模压(Compression Molding)。优选地，载体通过模压或通过薄膜辅助的浇注法(Film AssistedTransfer Molding)来构成。
载体的塑料优选具有浇注树脂、即例如环氧树脂，或硅树脂。塑料能够包含一种或多种附加材料作为混入物。例如，载体能够具有用于设定热膨胀系数的SiO2颗粒。载体例如能够具有50μm和500μm之间的、优选100μm和200μm之间的、典型地为150μm的厚度。
根据至少一个实施方式，载体具有第一过孔和第二过孔，所述第一和第二过孔分别从载体的朝向半导体本体的第一主面引导至载体的背离半导体本体的第二主面。
通过过孔从载体的第一主面引导至载体的相对置的第二主面的方式，光电子器件能够有利地在载体的第二主面处设有电端子。特别地，通过例如第一过孔借助焊料层与电路板的第一印制导线连接和第二过孔借助第二焊料层与电路板的第二印制导线连接的方式，光电子器件能够在载体的第二主面处与电路板的印制导线连接。因此，光电子器件能够有利地进行表面安装。
此外，光电子半导体器件有利地具有p连接层和n连接层，所述p连接层和n连接层至少局部地设置在载体和半导体本体之间，其中p连接层将第一过孔与p型半导体区域连接，并且n连接层将第二过孔与n型半导体区域连接。第一和第二电接触层通过电绝缘层彼此绝缘。有利地，在光电子半导体芯片中，p型半导体区域和n型半导体区域从载体的侧部起接触。这具有的优点是：半导体本体的与载体相对置的辐射出射面能够不具有连接层。以该方式有利地提高辐射产率。
在一个优选的实施方式中，n连接层穿过p型半导体区域和有源层中的穿孔引导到n型半导体区域中。在穿孔的区域中，n连接层通过电绝缘层与有源层和p型半导体区域分开。
此外，有利的是：n连接层和/或p连接层对于由有源层发射的辐射而言是反射性的，以便将朝载体方向发射的辐射朝向辐射出射面反射。n连接层和/或p连接层尤其能够包括反射性的金属层并且优选包含银或铝。可行的是：n连接层和/或p连接层包括多个子层，尤其金属层和由透明导电氧化物、即例如ITO或掺杂的ZnO构成的层，其中掺杂材料例如能够是Al或Ga。
此外，光电子半导体器件有利地包含ESD保护元件，所述ESD保护元件设置在载体和半导体本体之间。
ESD保护元件与第一过孔和第二过孔导电连接，其中ESD保护元件的导通方向与半导体层序列的导通方向反并联。ESD保护元件具有方向相关的导电性，其中导通方向是具有较大的导电性的方向。换言之，ESD保护元件在半导体层序列的反向方向上具有更高的导电性并且在半导体层序列的正向方向上具有更低的导电性，或者优选是不导电的。ESD保护元件以这种方式有利地保护半导体层序列免受在半导体层序列的截止方向上的高电压，所述高电压尤其由于静电放电而产生并且能够导致光电子半导体器件的损坏。
ESD保护元件优选是平坦的层，所述平坦的层集成到光电子半导体器件中。换言之，ESD保护元件尤其不是分开制造的器件，并且不具有壳体。ESD保护元件例如能够构成为二极管、构成为肖特基接触件或构成为变阻器。ESD保护元件例如能够具有下述材料中的至少一种或者由其构成：ZnO、Si、TiO、ITO、SnO、Ge、Se、Te、AlN或石墨。ESD保护元件的材料能够至少局部地设有n掺杂材料或p掺杂材料，以便例如构成二极管。
在一个优选的设计方案中，ESD保护元件设置在载体的朝向半导体本体的边界面上。通过设置在载体和半导体本体之间，ESD保护元件有利地由载体的塑料材料保护以免受外部影响，并且优选从外部不可见。
ESD保护元件尤其能够直接地邻接于载体的第一过孔和第二过孔。在制造过孔和载体之前，ESD保护元件例如能够施加在光电子半导体器件的朝向载体的面上。例如，首先制造ESD保护元件，此后例如以电镀的方式制造过孔，并且在另一步骤中通过浇注法制造载体。
在一个优选的设计方案中，ESD保护元件是二极管，所述二极管具有p传导区域和n传导区域。在该情况下，n传导区域与第一过孔导电连接并且p传导区域与第二过孔导电连接。优选地，n传导区域直接地邻接于第一过孔，并且p传导区域直接地邻接于第二过孔。
在一个优选的设计方案中，p传导区域和n传导区域分别环形地构成。例如，n传导区域能够环形地围绕第一过孔设置，其中p传导区域环形地围绕n传导区域设置。在该设计方案中，n连接层或第二过孔环形地包围p传导区域。
替选地也可行的是：p传导区域环形地围绕第二过孔设置，其中n传导区域环形地包围p传导区域。在该设计方案中，p连接层或第一过孔能够环形地包围n传导区域。
ESD保护元件的p传导区域和n传导区域的环形的设计方案具有的优点是：pn结具有相对大的面积。以该方式，实现高的载流能力进而在沿半导体层序列的截止方向的电压脉冲下实现尤其良好的ESD保护。
附图说明
下面，根据实施例结合图1至4详细阐述本发明。
附图示出：
图1示出贯穿根据第一实施例的光电子半导体器件的横截面的示意图，
图2示出第一实施例中的ESD保护元件在第一和第二过孔之间的设置的示意俯视图，
图3示出贯穿根据第二实施例的光电子半导体器件的横截面的示意图，
图4示出第二实施例中的ESD保护元件在第一和第二过孔之间的设置的示意俯视图。
在附图中示出的组成部分以及组成部分彼此件的尺寸比例不视作为是符合比例的。
具体实施方式
图1中示出的实施例的光电子半导体器件为LED。LED具有半导体本体1，所述半导体本体具有半导体层序列2，所述半导体层序列具有适合于发射辐射的有源层4。有源层4例如能够具有pn结或单量子系统结构或多量子系统结构，以产生辐射。有源层4设置在p型半导体区域3和n型半导体区域5之间。
半导体层序列2优选基于III-V族化合物半导体材料，尤其基于砷化物-、氮化物-或磷化物化合物半导体材料。例如，半导体层序列2能够包含InxAlyGa1-x-yN、InxAlyGa1-x-yP或InxAlyGa1-x-yAs，其中分别适用0≤x≤1，0≤y≤1并且x+y≤1。在此，III-V族化合物半导体材料不必强制性地具有根据上式的数学上的精确的组成。更确切地说，其能够具有一种或多种掺杂材料以及附加的组成部分，所述掺杂材料以及附加的组成部分基本上不改变材料的物理特性。然而为了简单性，上式仅包含晶格的主要组成部分，即使其能够部分地通过少量其他材料取代时也如此。
根据该实施例的LED为所谓的薄膜LED，所述薄膜LED的用于生长半导体层序列2的生长衬底后续地从半导体层序列2剥离。原始的生长衬底、例如蓝宝石衬底、硅衬底或GaAs衬底从半导体本体1的侧部剥离，辐射出射面16目前位于该侧部上。半导体本体1能够在其辐射出射面16处粗化或设有结构化部，以便改进从半导体本体1中的辐射耦合输出。半导体本体1在辐射出射面16上的结构化或粗化尤其能够借助刻蚀工艺进行。
在与辐射出射面16相对置的表面上，半导体本体1与载体10连接。载体10由塑料形成。特别地，载体10能够借助于模压、压力注塑或浇注法来制造。载体10的塑料材料例如能够具有环氧树脂或硅树脂。
载体10具有朝向半导体本体1的第一主面17和背离半导体本体的第二主面18。载体10具有第一过孔11和第二过孔12，所述过孔分别从载体10的第一主面17引导至第二主面18。过孔11、12有利地具有金属或金属合金，并且尤其能够以电镀的方式制造。过孔11、12例如能够包含Cu、Ni或焊料。
这两个过孔11、12用于电接触半导体本体1。例如，第一过孔11与半导体层序列2的p型半导体区域3导电连接并且第二过孔12与n型半导体区域5导电连接。
尤其借助于p连接层7进行第一过孔11和p型半导体区域3之间的导电连接，所述p连接层设置在半导体本体1和载体10之间。p连接层7在该实施例中不直接地邻接于p型半导体区域3。更确切地说，在p型半导体区域3和p连接层7之间设置有能导电的镜层6，所述镜层将由有源层4朝载体10的方向发射的辐射朝向辐射出射面16偏转。镜层6优选包含银层。镜层6也能够包括多个子层，尤其金属层和由透明导电氧化物，即例如ITO或ZnO构成的层。
第二过孔12借助于n连接层8、8A与n型半导体区域5导电连接。这例如能够进行为，使得n连接层8的一部分穿过贯穿半导体层序列2的穿孔引导直至n型半导体区域5中，并且以该方式构成穿通接触部8A。n连接层8、8A通过一个或多个电绝缘层9与p型半导体区域3、有源层4、p连接层7和第一过孔11电绝缘。至少一个电绝缘层9例如能够具有氧化硅或氧化铝。
借助于引导穿过有源区4的n连接层8、8A接触光电子器件具有的优点是：n型半导体区域5和p型半导体区域3的接触从半导体本体1的朝向载体10的侧部起进行。因此，光电子器件的辐射出射面16有利地不具有电接触元件，即例如焊盘、接触金属化部或连接线。以该方式，防止通过辐射出射面16处的接触元件吸收辐射。
能够在载体10的与半导体本体1相对置的第二主面18上有利地从外部连接过孔11、12。特别地，导电的过孔11、12能够在载体10的第二主面18上例如与印制导线连接。因此，光电子半导体器件能够有利地进行表面安装。
在光电子半导体器件中，在载体10和半导体层序列2之间有利地设置有ESD保护元件15。ESD保护元件15具有方向相关的导电性并且与半导体层序列2的导通方向反并联。特别地，ESD保护元件15在半导体层序列2的正向方向上具有低于在半导体层序列2的反向方向上的导电性。
在该实施例中，ESD保护元件15构成为二极管，所述二极管具有p传导区域13和n传导区域14。在此，n传导的区域14邻接于第一过孔11，所述第一过孔与半导体层序列2的p型半导体区域3导电连接。P传导区域13邻接于第二过孔12，所述第二过孔与n型半导体区域5导电连接。因此，ESD保护元件15的pn结与半导体层序列2反并联。在沿半导体层序列2的截止方向的ESD电压脉冲的情况下，因此从中产生的电流能够经由ESD保护元件15的pn结来导出。以该方式有利地防止通过静电放电损坏半导体层序列2。
替选于构成为二极管，ESD保护元件15也能够构成为肖特基接触件或构成为变阻器。
ESD保护元件15有利地设置在载体10的朝向半导体层序列2的第一主面17上。特别地，ESD保护元件15能够直接地邻接于载体10，其中p传导区域13直接地邻接于第二过孔12并且n传导区域14直接邻接于第一过孔13。ESD保护元件能够至少局部地邻接于载体10的塑料材料。ESD保护元件15因此设置在光电子半导体器件的内部中并且以该方式被保护免受外部影响。
如在图2中在ESD保护元件15的俯视图中可见：ESD保护元件15在图1的实施例中构成在第一过孔11和第二过孔12之间。在俯视图中示意示出的电路图说明：ESD保护元件与发光半导体层序列反并联。
在图3和4中示出另一实施例的横截面图和ESD保护元件15的示意示出的俯视图。如在第一实施例中，ESD保护元件15是二极管，所述二极管具有n传导区域14和p传导区域13。与在第一实施例中不同，ESD保护元件15不直接地邻接于与载体10的边界面，而是构成在p连接层7和n连接层8之间的区域中。
如在图4的俯视图中可见：n传导区域14和p传导区域13分别环形地构成。n传导区域14与p连接层7导电连接并且尤其能够直接邻接于p连接层7。以该方式，n传导区域14间接地与半导体层序列2的p型半导体区域3和第一过孔11导电连接。n传导区域14尤其环形地围绕p连接层7引导。
p传导区域13环形地围绕n传导区域14引导，所述n传导区域与n连接层8导电连接并且尤其能够直接邻接于n连接层8。以该方式，p传导区域13间接地与半导体层序列2的n型半导体区域5和第二过孔12导电连接。在俯视图中示意示出的电路图说明：ESD保护元件15与发光半导体层序列2的导通方向反并联。
p传导区域13和n传导区域14的环形的构成方案具有的优点是：ESD保护元件15的pn结与p传导区域13和n传导区域14的线性设置方式相比具有相对大的面积。以该方式，实现沿光电子半导体器件1的截止方向的大的载流能力进而实现尤其良好的ESD保护。
本发明不受限于根据所述实施例进行的描述。更确切地说，本发明包括各个新的特征以及特征的任意的组合，这尤其包含专利权利要求中的特征的任意组合，即使所述特征或所述组合本身没有在专利权利要求或实施例中明确地说明时也是如此。
附图标记列表
1 半导体本体
2 半导体层序列
3 p掺杂的半导体区域
4 有源层
5 n掺杂的半导体区域
6 镜层
7 p连接层
8 n连接层
9 电绝缘层
10 载体
11 第一过孔
12 第二过孔
13 p传导区域
14 n传导区域
15 ESD保护元件
16 辐射出射面
17 第一主面
18 第二主面

Claims (9)

1.一种光电子半导体器件，其具有：
-半导体本体(1)，所述半导体本体具有半导体层序列(2)，所述半导体层序列具有p型的半导体区域(3)、n型的半导体区域(5)和设置在所述p型的半导体区域(3 )和所述n型的半导体区域(5)之间的有源层(4 )；
-载体(10 )，所述载体具有塑料并且具有第一过孔(11)和第二过孔(12)；
-p连接层(7)和n连接层(8，8A)，所述p连接层和n连接层至少局部地设置在所述载体(10)和所述半导体本体(1)之间，其中所述p连接层(7)将所述第一过孔(11)与所述p型半导体区域(3)连接，并且所述n连接层(8，8A)将所述第二过孔(12)与所述n型半导体区域(5)连接；
-ESD保护元件(15)，所述ESD保护元件设置在所述载体(10)和所述半导体本体(1)之间，其中所述ESD保护元件(15)与所述第一过孔(11)和所述第二过孔(12)导电连接，其中所述ESD保护元件(15)的导通方向与所述半导体层序列(2)的导通方向反并联，并且其中所述ESD保护元件(15)直接地邻接于所述第一过孔(11)和所述第二过孔(12)。
2.根据权利要求1所述的光电子半导体器件，其中所述ESD保护元件(15)构成为平坦的层。
3.根据权利要求1或2所述的光电子半导体器件，其中所述ESD保护元件(15)构成为二极管、构成为肖特基接触件或构成为变阻器。
4.根据权利要求1或2所述的光电子半导体器件，其中所述ESD保护元件(15)具有下述材料中的至少一种：ZnO、Si、TiO、ITO、SnO、Ge、Se、Te、AlN或石墨。
5.根据权利要求1或2所述的光电子半导体器件，其中所述ESD保护元件(15)设置在所述载体(10)的朝向所述半导体本体(1)的边界面上。
6.根据权利要求1或2所述的光电子半导体器件，其中所述ESD保护元件(15)是二极管，所述二极管具有p传导区域(13)和n传导区域(14)，其中所述n传导区域(14)与所述第一过孔(11)导电连接并且所述p传导区域(13)与所述第二过孔(12)导电连接。
7.根据权利要求6所述的光电子半导体器件，其中所述p传导区域(13)和所述n传导区域(14)构成所述第一过孔(11)和所述第二过孔(12)之间的线性连接。
8.根据权利要求6所述的光电子半导体器件，其中所述p传导区域(13)和所述n传导区域(14)分别环形地构成。
9.根据权利要求1或2所述的光电子半导体器件，其中所述n连接层(8，8A)穿过所述p型半导体区域(3)和所述有源层(4 )中的穿孔引导到所述n型半导体区域(5)中。
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