光电子半导体器件和具有光电子半导体器件的设备的制作方法

本发明涉及一种光电子半导体器件和一种具有光电子半导体器件的设备。

背景技术：

在光电子半导体器件、即例如发光二极管中存在如下危险：在运输器件时或在加工器件时由于静电放电(electrostaticdischarge，esd)出现不可修复的损坏。据估计：大约8％至33％的电子元件失效要归因于这种esd损坏。为了避免这种损坏，能够将esd保护二极管集成到器件中。然而这种器件不能够用于如下应用：在所述应用中esd保护二极管起干扰作用或者至少是不期望的。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供一种光电子半导体器件，所述光电子半导体器件提供esd保护的功能并且是能普遍适用的。

所述目的还通过根据专利权利要求1的光电子半导体器件实现。其他的设计方案和适宜方案是从属权利要求的主题。

根据光电子半导体器件的至少一个实施方式，半导体器件具有发射区域。发射区域具有半导体层序列，所述半导体层序列具有第一半导体层、第二半导体层和设置在第一半导体层和第二半导体层之间的有源区域。有源区域设置用于产生辐射，例如紫外的、可见的或红外的光谱范围中的辐射。例如，将有源区设置在第一半导体层和第二半导体层之间。第一半导体层和第二半导体层适当地在传导类型方面彼此不同，使得有源区域处于pn结中。例如，第一半导体层是n型传导的并且第二半导体层是p型传导的或者相反。第一半导体层和/或第二半导体层能够单层地或者也能够多层地构成。

根据半导体器件的至少一个实施方式，半导体器件具有保护二极管区域。保护二极管区域尤其设置用于保护防止esd损坏。与发射区域不同，保护二极管区域在半导体器件运行时不用于产生辐射。

根据半导体器件的至少一个实施方式，半导体器件具有用于外部电接触半导体器件的接触部。例如，发射区域的第一半导体层或第二半导体层与接触部导电连接。接触部尤其构成和设置成，使得其对于借助于连接线路、例如键合线连接进行的外部电接触是可用的。换言之，接触部是焊盘。

根据半导体器件的至少一个实施方式，接触部具有第一接触区域，所述第一接触区域与发射区域导电连接。在半导体器件运行时，载流子能够经由第一接触区域到达发射区域中。

根据半导体器件的至少一个实施方式，接触部具有第二接触区域，所述第二接触区域与第一接触区域间隔开并且与保护二极管区域导电连接。尤其，第二接触区域不与发射区域导电连接。

第一接触区域和第二接触区域因此是接触部的子区域，其中所述子区域不直接彼此导电连接。因此，在接触部之内在第一接触区域和第二接触区域之间不存在电流路径。换言之，接触部被分成两个、尤其刚好两个彼此分离的子区域。

根据半导体器件的至少一个实施方式，第一接触区域和第二接触区域能够借助于连接线路的共同的端部、例如键合线连接的共同的端部来外部电接触。连接线路的一个端部、例如键合线连接的球形部或楔形部(wedge)，因此能够定位成，使得所述端部与第一接触区域和与第二接触区域导电连接。换言之，第一接触区域和第二接触区域经由连接线路的共同的端部彼此导电连接。连接线路的另一端部例如能够与连接载体、例如电路板或导体框连接。因此，对于在发射区域和保护二极管区域之间的电连接不需要如下连接线路，所述连接线路借助一个端部固定在第一接触区域上，并且借助另一端部固定在第二接触区域上。意即，唯一的连接线路足以将发射区域和保护二极管区域与连接载体电接触。

在半导体器件的至少一个实施方式中，半导体器件具有发射器区域，其中发射区域具有半导体层序列，所述半导体层序列具有第一半导体层、第二半导体层和设置在第一半导体层和所述第二半导体层之间的设为用于产生辐射的有源区域。半导体器件具有保护二极管区域。半导体器件具有用于外部电接触半导体器件的接触部。接触部具有第一接触区域，所述第一接触区域与发射区域导电连接。接触部具有第二接触区域，所述第二接触区域与第一接触区域间隔开，其中所述第二接触区域与保护二极管区域导电连接。第一接触区域和第二接触区域能够借助于连接线路的共同的端部、尤其唯一的连接线路的共同的端部外部电接触。

根据半导体器件的至少一个实施方式，第一接触区域能够借助于连接线路与第二接触区域无关地外部电接触。半导体器件因此借助于连接线路提供两个彼此不同的接触选项。例如，连接线路是键合线连接。

在电接触中可以选择：除了发射区域之外，保护二极管是否被电接触。尤其，第一接触区域大至，使得其能够与键合线连接部电接触，而不会同样电接触第二接触区域。如果借助于连接线路进行电接触，使得不碰触第二接触区域，那么半导体器件如未集成有保护二极管区域的半导体器件那样表现。因此扩大半导体器件的使用范围。

根据半导体器件的至少一个实施方式，保护二极管区域是半导体本体，所述半导体本体具有与所述发射区域相同的层结构。在制造半导体器件时，发射区域和保护二极管区域能够从共同的半导体层序列中产生。发射区域和保护二极管区域因此是半导体层序列的在横向方向上、即沿着半导体层序列的半导体层的主延伸平面彼此分开的子区域。保护二极管区域尤其同样具有在层结构方面对应于该有源区域的有源区域，然而其中，所述区域在半导体器件运行时不发射辐射，尤其对于这两个上述类型的电接触部而言不发射辐射。

尤其，在半导体器件运行时，在保护二极管区域上要么不施加电压，要么在运行时沿截止方向在保护二极管区域上施加电压，使得不发射辐射。适当地，发射区域和保护二极管区域在半导体器件运行时关于其导通方向彼此反并联地连接。

根据半导体器件的至少一个实施方式，第一接触区域和第二接触区域设置在发射区域的侧向和保护二极管区域的侧向。换言之，第一接触区域和第二接触区域在半导体器件的俯视图中分别与发射区域和保护二极管区域无叠加地设置。第一接触区域和第二接触区域因此处于如下区域中，在所述区域中移除半导体器件的半导体层序列。

根据半导体器件的至少一个实施方式，第一接触区域和第二接触区域在半导体器件的俯视图中与保护二极管区域叠加。尤其，第一接触区域和第二接触区域在半导体器件的俯视图中完全地位于保护二极管区域之内。为了构成第一接触区域和第二接触区域，因此不需要附加的面，所述面不可用于产生辐射。

根据半导体器件的至少一个实施方式，半导体器件具有用于外部电接触的另一接触部，其中另一接触部与发射区域和保护二极管区域导电连接。尤其，通过在该接触部和另一接触部之间施加外部电压能够将载流子从不同的侧注入到有源区域中，并且在该处复合以发射辐射。例如，另一接触部与发射区域的第二半导体层和与保护二极管区域的第一半导体层导电连接。

根据半导体器件的至少一个实施方式，半导体层序列设置在载体上。例如，半导体层序列借助于连接层、例如焊料层或粘接层固定在载体上。载体尤其与用于外延沉积半导体层序列的生长衬底不同。载体用于机械地稳定半导体层序列。用于此的生长衬底不再是必需的进而能够完全地或至少部分地被移除。移除了生长衬底的半导体器件也称作为薄膜半导体器件。

根据半导体器件的至少一个实施方式，接触部设置在载体的朝向半导体层序列的一侧上。因此，接触部为前侧的接触部，其中将半导体器件的如下侧视作为前侧，在所述侧上在半导体器件运行时射出最多的辐射。

根据半导体器件的至少一个实施方式，接触部设置在载体的朝向半导体层序列的一侧上，并且另一接触部设置在载体的背离半导体层序列的一侧上。因此，半导体器件具有前侧的接触部和后侧的接触部。与此不同地也能够考虑的是：另一接触部也处于载体的前侧上。

根据半导体器件的至少一个实施方式，第一半导体层在发射区域中与第一联接层导电连接，其中第一联接层局部地在载体和发射区域之间伸展。尤其，第一联接层沿竖直方向观察、即垂直于半导体层序列的半导体层的主延伸平面在发射区域和载体之间伸展。尤其，第一半导体层在发射区域中经由第一联接层与第一接触区域导电连接。

根据半导体器件的至少一个实施方式，发射区域具有至少一个凹部，所述凹部穿过第一半导体层和有源区域延伸到第二半导体层中。第二半导体层在至少一个凹部中与第二联接层导电连接，其中第二联接层局部地在载体和发射区域之间伸展。尤其，第一联接层局部地在第二联接层和发射区域之间伸展。在半导体器件的俯视图中，第一联接层和第二联接层局部地叠加。

根据半导体器件的至少一个实施方式，第一接触区域的背离载体的表面和第二接触区域的背离载体的表面距载体的间距相同或间距基本相同。“间距基本相同”表示：间距最多彼此相差5μm。优选地，该差异最高为2μm，尤其优选最高为1μm。换言之，第一接触区域和第二接触区域的背离载体的表面形成共同的平面。因此，简化借助于一个连接线路来同时电接触第一接触区域和第二接触区域。

根据半导体器件的至少一个实施方式，第一接触区域和第二接触区域以位于0.1μm和50μm之间的、优选位于2μm和5μm之间的间距相对于彼此设置，其中包括边界值。在第一接触区域和第二接触区域之间的这种间距的情况下，根据期望的外部接触的类型能够可靠地实现仅对第一接触区域进行接触和可靠地实现第一接触区域和第二接触区域的共同的接触。

附图说明

结合附图从实施例的下述说明中得出其他的设计方案和适宜方案。

附图示出：

图1a示出用于半导体器件的一个实施例的示意剖面图；

图1b和1c示出用于具有根据图1a的半导体器件的不同类型的电接触的设备的实施例；

图1d示出用于半导体器件的一个实施例的示意俯视图；

图2a示出用于半导体器件的一个实施例的示意剖面图；

图2b和2c示出用于具有根据图2a的半导体器件的不同类型的电接触的设备的实施例；

图3示出半导体器件的示意俯视图。

相同的、同类的或起相同作用的元件在附图中设有相同的附图标记。

附图分别是示意图进而不一定是合乎比例的。更确切地说，为了说明能够夸大地示出相对小的元件和尤其层厚度。

具体实施方式

在图1a中以示意剖面图示出光电子半导体器件1的实施例。半导体器件1具有发射区域3。发射区域具有半导体层序列2，所述半导体层序列具有设置用于产生辐射的有源区域20。有源区域20设置在第一传导类型的第一半导体层21和与第一传导类型不同的第二传导类型的第二半导体层22之间。例如，第一半导体层是p型传导的并且第二半导体层是n型传导的。

半导体器件1还具有保护二极管区域4。在所示出的实施例中，保护二极管区域构成为半导体本体，所述半导体本体在制造半导体器件时从与发射区域3相同的半导体层序列23中产生。因此，保护二极管区域4同样具有有源区域20，然而其中与发射区域3的有源区域不同，所述保护二极管区域在半导体器件运行时不设置用于产生辐射。

将具有发射区域3和保护二极管区域4的半导体层序列2设置在载体7上。例如，半导体层序列借助于连接层525、例如焊料层或尤其能导电的粘接层固定在载体上。载体与用于外延沉积半导体层序列2的生长衬底不同。例如，载体包括半导体材料，例如硅或锗或者尤其由这种材料构成。载体7沿竖直方向、即垂直于半导体层序列2的半导体层的主延伸平面在朝向半导体层序列2的前侧71和背离半导体层序列的后侧72之间延伸。

半导体器件1具有用于外部电接触半导体器件1的接触部6。接触部6分成第一接触区域61和第二接触区域62。第一接触区域61与发射区域3导电地连接。第二接触区域62与保护二极管区域4导电地连接。第一接触区域61和第二接触区域62是接触部6的彼此间隔开的子区域，所述子区域不直接彼此导电地连接。

半导体器件1具有用于外部电接触半导体器件的另一接触部65。在半导体器件运行时，通过在接触部6和另一接触部65之间施加电压能够将载流子从相对置的侧注入到有源区域中并且在该处复合以发射辐射。另一接触部65设置在载体的后侧72上。接触部6和另一接触部65因此设置在载体7的相对置的侧上。因此，如图1b中示出，在将半导体器件固定在连接载体110上、例如电路板或导体框上时，半导体器件1能够被电接触。与此不同，另一接触部65也能够设置在载体的前侧71上并且例如借助于另一连接线路电接触。

另一接触部与发射区域3和保护二极管区域4导电连接。在所示出的实施例中，另一接触部65与发射区域3的第二半导体层22和与保护二极管区域4的第一半导体层21导电连接。

第一接触区域61与发射区域3的第一半导体层21导电连接。第二接触区域62与保护二极管区域4的第二半导体层导电连接。

第一接触区域61和第二接触区域62相对于彼此设置成，使得其如在图1b中示出那样能够借助于连接线路9的共同的端部95、例如键合线连接的共同的端部外部电接触。第一接触区域61的背离载体的表面610和第二接触区域62的背离载体的表面620距载体7的间距相同或间距至少基本上相同。第一接触区域61和第二接触区域62因此形成用于借助于连接线路外部电接触半导体器件1的共同的面。第一接触区域61和第二接触区域62之间的间距优选位于0.1μm和50μm之间，尤其优选位于2μm和5μm之间，其中包括边界值。

在图1b和1c中，示意地示出用于具有根据图1a构成的半导体器件1的设备11的实施例。半导体器件1借助于连接线路9与设备的联接面12导电连接。连接线路9在邻接于接触部6的端部和邻接于联接面12的另一端部96之间延伸。另一接触部65与另一联接面13导电连接。联接面12和另一联接面13例如是联接载体110如电路板的面。与此不同，联接载体例如也能够是导体框，其中联接载体的子区域形成第一联接面和第二联接面。

通过图1b中示出的连接线路9的构成方案，发射区域3和保护二极管区域4都与连接线路98导电接触，使得联接面12借助仅一条连接线路与发射区域和保护二极管区域连接。发射区域3和保护二极管区域4关于导通方向彼此反并联。因此，在半导体器件1正常运行时将载流子注入到发射区域3中并且在该处复合以发射辐射。而保护二极管区域沿截止方向取向。相反，在静电充电的情况下，载流子能够经由保护二极管区域4流出，使得避免esd损坏，其中所述静电充电引起沿截止方向施加在发射区域上的电压。保护二极管区域4因此提供集成到半导体器件中的esd保护，其中保护二极管区域4在电接触半导体器件时才与发射区域互联。

替选地，如图1c中示出那样，能够借助于连接线路9进行电接触，使得仅第一接触区域61被电接触，然而第二接触区域62不被电接触。同样如在图2b和2c中，在图1c中为了简化示出分别仅绘出设备11的局部，该局部示出连接线路9的一部分和半导体器件1。

第一接触区域61大至，使得连接线路的端部、例如键合线连接的球形部在半导体器件1的俯视图中能够完全地安置在第一接触区域之内。

在半导体器件1的这种类型的接触的情况下，保护二极管区域4因此不被电连接，使得半导体器件1在运行时与没有集成的保护二极管的发射辐射的半导体器件表现一样。

因此在电接触半导体器件1时才确定：是否将集成到半导体器件中的保护二极管区域4接入发射区域4。半导体器件因此适合于需要集成的esd保护的设备和其中不期望这种esd保护的设备。为了电接触保护二极管区域4，不需要附加的制造步骤或者对电接触的类型进行修改改型。足够的是：对于电接触发射区域总归需要的连接线路被安置成，使得连接线路9的端部95触及第一接触区域61和第二接触区域62。

在图1a中示出的实施例中，发射区域3的第一半导体层21借助于第一联接层51与第一接触区域61导电连接。第一联接层51沿竖直方向观察局部地在发射区域3和载体7之间伸展。

发射区域3具有多个凹部25，所述凹部延伸穿过第一半导体层21和有源区域20。在凹部中将第二半导体层22与第二联接层52导电连接。载体7的前侧71局部地由第一联接层51和第二联接层52遮盖。因此，在半导体器件的俯视图中，第一联接层51和第二联接层52局部地叠加。第二半导体层22在发射区域3中经由第二联接层52、连接层525和载体7与另一接触部65导电连接。连接层525仅为了简化视图作为平坦的层示出。然而，连接层例如能够在背离载体7的一侧上至少部分地填充第二联接层52的凹陷部，例如在凹部25的区域中至少部分地填充。

第一联接层51优选设置作为用于在有源区域20中产生的辐射的镜层。例如，第一联接层包含银、铑、铝、镍或铬。所述材料的特征在于可见和紫外光谱范围中的高的反射率。例如金适合于红色和红外的光谱范围。

前述材料也适合于第二联接层52。第一联接层51和第二联接层52尤其也能够多层地构成。例如，第一联接层的子层和/或第二联接层的子层能够用作为附着层或扩散阻挡层。

在第一联接层51和第二联接层52之间为了电绝缘设置有第一绝缘层81。第一绝缘层也覆盖凹部25的侧面，以避免在第二联接层52和发射区域3中的第一半导体层21和有源区域20之间的电短路。例如氧化物、如氧化硅或氮化物、例如氮化硅适合于绝缘层。

第一绝缘层81还局部地覆盖保护二极管区域4的朝向载体7的后侧42。在第一绝缘层81的开口810中，第二联接层52与保护二极管区域的后侧42导电地连接。

将接触部6与第一接触区域61和第二接触部62设置在发射区域3的侧向和保护二极管区域4的侧向。接触部6因此在半导体器件1的俯视图中与半导体层序列2无叠加地设置。第一接触区域61的表面610和第二接触区域62的表面620是对于外部电接触可自由接近的面，所述面与发射区域3的辐射出射面10和保护二极管区域4的上侧40相比更近地设置在载体7上。

发射区域3的辐射出射面10不与半导体器件电接触。由此避免通过辐射不可透过的接触材料、例如金属引起的遮蔽。相反，保护二极管区域4的上侧40能够完全地或部分地用金属材料覆盖，尤其由接触区层60覆盖。因此能够完全地或至少部分地阻碍在静电放电的情况下产生的辐射从半导体器件1中射出。

第二接触区域62借助于接触层60形成。接触层60在保护二极管区域4的背离载体7的上侧40上建立与保护二极管区域4的第二半导体层22的电接触。接触层60经由保护二极管区域4的侧面41引导。为了避免电短路，在接触层60和侧面41之间设置有第二绝缘层82。接触层60和保护二极管区域4之间的电接触在第二绝缘层82的接触开口45中进行。

术语如“第一绝缘层”和“第二绝缘层”仅用于简化地提出层或层的区域，并且在本申请的范围内不表示在制造各个层时的顺序。此外，例如术语“第二绝缘层”不必须以存在第一绝缘层为前提。

适当地，接触层60和第一联接层51在半导体器件1的俯视图中无叠加地并排设置。在所述层之间的电短路因此能够以简单地方式被避免。替选地能够考虑的是：在所述层叠加的情况下在这些层之间设有另一绝缘层。

在图1d中以半导体器件1的俯视图示意地示出结合图1b和1c描述的电接触的替选类型。将连接线路9b安置成，使得其与第一接触区域61和与第二接触区域62建立电接触(参见图1b)。

在通过连接线路9a示出的替选接触的情况下，仅接触第一接触区域61，使得保护二极管区域4不与发射区域3互联(参见图1c)。

在图2a中示出的用于光电子半导体器件1的实施例和图2b和2c中示出的接触的变型形式基本上对应于结合图1a至1d描述的、用于半导体器件和设备的实施例。

与此不同，接触部6的第一接触区域61和第二接触区域62设置在保护二极管区域4的上侧40上。因此，第一接触区域61的表面610和第二接触区域62的表面620与保护二极管区域4的上侧40和发射区域3的辐射出射面10相比与载体相隔更远，或者距载体更远。在半导体器件1的俯视图中，第一接触区域61和第二接触区域62与保护二极管区域叠加。尤其，第一接触区域和第二接触区域完全地位于保护二极管区域4之内。对于外部电接触半导体器件可用的接触部6因此位于半导体器件1的如下区域中，所述区域与发射区域3分离并且用作为保护二极管区域，其中所述接触部具有第一接触区域61和第二接触区域62。因此不需要为了构成接触部6而附加地移除半导体层序列2的材料。

接触区域61经由接触层60与第一联接层51导电地连接，所述接触层经由保护二极管区域4的侧面41引导。

这两个在图2b和2c中示出的、具有电接触半导体器件1的不同的变型形式的设备类似于根据图1b或1c的变型形式并且允许共同地电接触发射区域3和保护二极管区域4(图2b)，或者在没有联接保护二极管区域4的情况下仅电接触发射区域3(图2c)。

根据图3，针对如下情况示例性地示出可行的大小比例：半导体器件1是具有大致1mm边长的半导体芯片。对于接触部6，例如能够应用具有四分之一圆的基本形状的面，所述四分之一圆具有140μm的半径。因此确保可靠地安置用于电接触半导体器件的连接线路。将接触部6进行划分在该附图中为了简化视图而未被示出。优选的是，保护二极管区域4和其电接触构成为，使得在出现esd脉冲时产生的温度短暂地不超过250℃。热模拟显示出：保护二极管区域的60μm的边长结合用于保护二极管区域的、具有12μm半径的圆形的接触开口45满足8kv脉冲的该要求。因此，仅需要半导体器件的面积的大约3％来实现集成到半导体器件中到esd保护装置。尤其在将保护二极管区域4设置在总归设置用于接触半导体器件1的发射区域3的接触部6之下时，为了构成保护二极管区域，不需要发射区域的面积的用于降低辐射功率的进一步降低。

本专利申请要求德国专利申请102014116512.8的优先权，其公开内容通过参引的方式并入本文。

本发明不局限于根据所述实施例进行的描述。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，这尤其包含权利要求中的特征的每个组合，即使所述特征或所述组合本身没有在权利要求或实施例中明确地说明时也是如此。