專利名稱：半導(dǎo)體二極管和用于制造半導(dǎo)體二極管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體二極管和一種用于制造半導(dǎo)體二極管的方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體二極管用于多種應(yīng)用中。特殊的應(yīng)用為發(fā)光二極管(LED)。LED是借助于電致發(fā)光從電能中產(chǎn)生出如光的光學(xué)輻射的半導(dǎo)體器件。在此，通常設(shè)有半導(dǎo)體，例如III-V族半導(dǎo)體。在襯底上生長的外延層作為半導(dǎo)體層序列是可能的。半導(dǎo)體層序列包括適當(dāng)?shù)挠性磪^(qū)用于產(chǎn)生電磁輻射。有源區(qū)能夠?yàn)镻n結(jié)、雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)或如單量子講結(jié)構(gòu)(SQW, single quantum well (單量子講))或多量子講結(jié)構(gòu)(MQW,multi quantumwell (多量子阱))的量子阱結(jié)構(gòu)以用于產(chǎn)生輻射。
在LED中，特別期望的是，輻射耦合輸出側(cè)保持得盡可能沒有遮暗，以便實(shí)現(xiàn)良好的光I禹合輸出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于下述問題，提供一種半導(dǎo)體二極管，其能夠經(jīng)由半導(dǎo)體層序列的單側(cè)被接觸。該問題通過一種根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體二極管或者通過一種根據(jù)權(quán)利要求8所述的、用于制造的半導(dǎo)體二極管的方法來解決。發(fā)光裝置的改進(jìn)形式和有利的擴(kuò)展方案在從屬權(quán)利要求中說明。半導(dǎo)體二極管的不同的實(shí)施形式具有第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層和具有摻雜的第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層。第二半導(dǎo)體具有與第一半導(dǎo)體層連接的、豎直的電穿通接觸區(qū)域，在所述電穿通接觸區(qū)域中改變摻雜，使得電穿通接觸區(qū)域具有第一導(dǎo)電類型。因此，提供半導(dǎo)體二極管，其兩個(gè)半導(dǎo)體層能夠從半導(dǎo)體二極管的一側(cè)來接觸。這通過改變在第二半導(dǎo)體層中的摻雜來實(shí)現(xiàn)。第二半導(dǎo)體層保持如此。平面的結(jié)構(gòu)、尤其是電穿通接觸區(qū)域沒有機(jī)械地結(jié)構(gòu)化，而是第二半導(dǎo)體層中的摻雜局部地改變。電穿通接觸區(qū)域能夠根據(jù)期望的結(jié)構(gòu)任意地進(jìn)行改變。借助經(jīng)由第二半導(dǎo)體層的側(cè)來接觸半導(dǎo)體二極管的可能性能夠保持第一半導(dǎo)體層的側(cè)沒有接觸元件。這結(jié)合LED是尤其有利地的，因?yàn)橛纱说谝话雽?dǎo)體層的側(cè)能夠用作為輻射耦合輸出側(cè)，而不必設(shè)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(tǒng)級封裝的多芯片殼體，在所述多芯片殼體中將半導(dǎo)體二極管安裝到其他的半導(dǎo)體器件上。于是，例如能夠?qū)ED安裝在包含驅(qū)動(dòng)電路的半導(dǎo)體器件上，并且將驅(qū)動(dòng)電路和LED安置在殼體中。在制造電穿通接觸區(qū)域時(shí)的簡單的工藝管理方面獲得半導(dǎo)體二極管的主要的優(yōu)點(diǎn)。所述電穿通接觸區(qū)域通過局部地改變第二半導(dǎo)體層序列的摻雜來產(chǎn)生。因此取消了耗費(fèi)的工藝管理步驟，如其在制造作為穿通接觸部的所謂通孔結(jié)構(gòu)部的參考文獻(xiàn)[I]中已知。首先，在制造所描述的半導(dǎo)體芯片時(shí)取消結(jié)構(gòu)的刻蝕。工藝化通過少量的光刻步驟和通過用于補(bǔ)償拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)區(qū)別的后續(xù)工藝步驟來簡化。因此，能夠以簡單的并且低成本的方式提供半導(dǎo)體二極管，所述半導(dǎo)體二極管的一側(cè)沒有接觸元件。在一些實(shí)施形式中，第一導(dǎo)電類型對應(yīng)于η摻雜并且第二導(dǎo)電類型對應(yīng)于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(shí)施形式中，第一半導(dǎo)體層經(jīng)由電穿通接觸區(qū)域和第一接觸部來電接觸。第二半導(dǎo)體層被第二接觸部電接觸。在一些實(shí)施形式中，電穿通接觸區(qū)域通過局部地破壞在第二半導(dǎo)體層中的摻雜來產(chǎn)生。破壞能夠通過多種方法來進(jìn)行。所述方法例如為離子注入、離子轟擊(在氮化鎵(GaN)半導(dǎo)體的情況下例如借助氬(Ar)離子進(jìn)行轟擊)、將缺陷或者雜質(zhì)引入到半導(dǎo)體中或者通過將氫引入到半導(dǎo)體中進(jìn)行電鈍化。后者例如能夠通過暴露于等離子體或者通過在氫氣氣氛中退火來進(jìn)行。在此，所述干預(yù)措施直接地作用到第二半導(dǎo)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(qū)域中毀壞Pn結(jié)的二極管特性。在一些實(shí)施形式中，沿著第二半導(dǎo)體層的側(cè)面設(shè)置電穿通接觸區(qū)域。由此，毀壞沿著半導(dǎo)體二極管側(cè)面的二極管特性。因此，在所述區(qū)域中沒有電勢下降，特別地，由此可以不造成由于電場引起的離子運(yùn)輸。在尤其優(yōu)選的實(shí)施形式中，電穿通接觸區(qū)域環(huán)繞第二半導(dǎo)體層的側(cè)面。在一些實(shí)施形式中，半導(dǎo)體二極管設(shè)置為光電子二極管，例如LED。在一些實(shí)施形式中，半導(dǎo)體二極管設(shè)置為薄層半導(dǎo)體器件。用于制造半導(dǎo)體二極管的方法的不同的實(shí)施形式包括-提供第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層；-提供第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層；-局部地改變第二半導(dǎo)體層的摻雜，使得在第二半導(dǎo)體層中產(chǎn)生用于接觸第一半導(dǎo)體層的電穿通接觸區(qū)域。通過該方法以簡單的并且有效的方式提供半導(dǎo)體二極管，其僅需要從第二半導(dǎo)體層的側(cè)來接觸。在一些實(shí)施形式中，為了改變第二半導(dǎo)體層的摻雜而破壞所述第二半導(dǎo)體層。在一些實(shí)施例中，通過下述工藝或者各個(gè)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(dǎo)體的情況下例如借助氬(Ar)離子進(jìn)行轟擊)，-將缺陷或雜質(zhì)引入到所述第二半導(dǎo)體層中，或-通過將氫引入到所述第二半導(dǎo)體層中進(jìn)行電鈍化，例如通過暴露于等離子體或者通過在氫氣氣氛中退火。


半導(dǎo)體二極管和用于制造半導(dǎo)體二極管的方法的不同的實(shí)施例在下面結(jié)合附圖詳細(xì)闡明。在附圖中，附圖標(biāo)記的第一數(shù)字說明在所述附圖中首先使用附圖標(biāo)記的附圖。在全部附圖中，相同附圖標(biāo)記用于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(dǎo)體二極管的第一實(shí)施例的示意橫截面圖2示出橫貫半導(dǎo)體二極管的第二實(shí)施例的示意橫截面圖；圖3示出半導(dǎo)體二極管的第三實(shí)施例的第二半導(dǎo)體層的接觸層的示意結(jié)構(gòu)圖，和圖4示出用于制造半導(dǎo)體二極管的方法的示意流程。
具體實(shí)施例方式圖I不出橫貫半導(dǎo)體二極管100的第一實(shí)施例的不意橫截面圖。半導(dǎo)體100具有包括第一半導(dǎo)體層102和第二半導(dǎo)體層104的半導(dǎo)體層序列。半導(dǎo)體層序列例如通過薄層方法來制造。所述薄層方法例如在參考文獻(xiàn)[2]或者參考文獻(xiàn)[3]中描述，其公開內(nèi)容在此通過引用并入本文。第一半導(dǎo)體層102通過以第一摻雜材料進(jìn)行摻雜而具有第一導(dǎo)電類型。在第一實(shí)施例中，第一半導(dǎo)體層102為η摻雜的半導(dǎo)體，例如為用Si摻雜的GaN半導(dǎo)體。第二半導(dǎo)體層104通過以第二摻雜材料進(jìn)行摻雜而具有第二導(dǎo)電類型。在第二實(shí)施例中，第二半導(dǎo)體層為P摻雜的半導(dǎo)體，例如用鎂(Mg)摻雜的GaN半導(dǎo)體。
為了能夠經(jīng)由第二半導(dǎo)體層104的側(cè)接觸第一半導(dǎo)體層102，第二半導(dǎo)體層104具有至少一個(gè)電穿通接觸區(qū)域106，在所述電穿通接觸區(qū)域中改變第二半導(dǎo)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(jìn)行，所述等離子體工藝作用到電穿通接觸區(qū)域106上。例如，第二半導(dǎo)體層102在電穿通接觸區(qū)域106中暴露于任意的等離子體，例如Ar等離子體。通過等離子體破壞第二半導(dǎo)體層104的摻雜。破壞同樣能夠通過多種其他的方法而導(dǎo)致。所述其他的方法例如是離子注入、離子轟擊(在GaN半導(dǎo)體的情況下例如借助Ar離子進(jìn)行轟擊)、將缺陷或者雜質(zhì)引入到第二半導(dǎo)體層104中或者通過將氫引入到第二半導(dǎo)體層104中進(jìn)行電鈍化。后者例如能夠通過將第二半導(dǎo)體層104暴露于等離子體或者通過在氫氣氣氛中退火來進(jìn)行。在此，所述干預(yù)措施直接對摻雜或者在第二半導(dǎo)體層104中的載流子起作用。然而重要的是，ρη結(jié)的二極管特性局部地在電穿通接觸區(qū)域106中損毀。在雜質(zhì)的附近，更多的施主或載流子可供使用，使得在P導(dǎo)電的第二半導(dǎo)體層104中制造η導(dǎo)電的電穿通接觸區(qū)域106。因此，能夠從第二半導(dǎo)體層104的側(cè)接觸整個(gè)半導(dǎo)體二極管100。為此，第一接觸端子108連接到電穿通接觸區(qū)域106上。第二接觸端子110直接地連接到第二半導(dǎo)體層104上。尤其證實(shí)為是有利的是，由于破壞產(chǎn)生的電穿通接觸區(qū)域106在側(cè)向方向上出現(xiàn)到?jīng)]有被破壞的第二半導(dǎo)體層104的高歐姆過渡部?；旧蠜]有發(fā)生側(cè)向的或者橫向的載流子運(yùn)輸，使得經(jīng)由電穿通接觸區(qū)域106引入的電流的絕大部分輸送給第一半導(dǎo)體層102。因此，在電穿通接觸區(qū)域106和沒有被破壞的第二半導(dǎo)體區(qū)域104之間設(shè)有特殊的電絕緣不是必要的。此外，因此能夠在發(fā)光半導(dǎo)體二極管100中實(shí)現(xiàn)尤其均勻的照明樣式。圖2示出橫貫半導(dǎo)體二極管200的第二實(shí)施例的示意橫截面圖。半導(dǎo)體二極管200具有由半導(dǎo)體層序列組成的半導(dǎo)體本體。半導(dǎo)體本體為臺面結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體層序列包括第一半導(dǎo)體層102和第二半導(dǎo)體層104。在此,第一半導(dǎo)體層102為如在第一實(shí)施例中描述的η摻雜的半導(dǎo)體材料。在此，第二半導(dǎo)體層104為如在第一實(shí)施例中描述的P摻雜的半導(dǎo)體材料。為了能夠經(jīng)由第二半導(dǎo)體層104的側(cè)接觸第一半導(dǎo)體層102，第二半導(dǎo)體層104具有至少一個(gè)電穿通接觸區(qū)域106，在所述電穿通接觸區(qū)域中改變第二半導(dǎo)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(jìn)行，所述等離子體工藝作用到電穿通接觸區(qū)域106上。例如，第二半導(dǎo)體層102在電穿通接觸區(qū)域106中暴露于任意的等離子體，例如氬(Ar)等離子體。通過等離子體破壞第二半導(dǎo)體層104的摻雜，特別地，將雜質(zhì)引入到半導(dǎo)體材料中。在雜質(zhì)附近，多個(gè)施主可供使用，使得在P導(dǎo)電的第二半導(dǎo)體層104中制造η導(dǎo)電的電穿通接觸區(qū)域106。半導(dǎo)體本體被施加在端子結(jié)構(gòu)上。端子結(jié)構(gòu)具有與電穿通接觸區(qū)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(dǎo)體，例如為金屬層。同時(shí)，第一接觸部108用作為用于在半導(dǎo)體本體中產(chǎn)生的電磁輻射的鏡，以便經(jīng)由(“η側(cè)”的)半導(dǎo)體本體的對置于端子結(jié)構(gòu)的側(cè)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(dǎo)體制成，例如銀(Ag)或者含銀的合金。此外，端子結(jié)構(gòu)具有與第二半導(dǎo)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(dǎo)體，例如金屬層。第二接觸部110同樣用作為用于 提高經(jīng)由η側(cè)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(dǎo)體制成，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(zhì)202彼此電絕緣。電介質(zhì)例如包含二氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiN)或者由所述材料制成。所述電介質(zhì)能夠同時(shí)用于鈍化第一接觸部108和第二接觸部110。因此，例如避免由于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(shè)有接觸端子或者所謂的接合墊，經(jīng)由所述接觸端子或者所謂的接合墊借助于小焊線或者其他適合的電連接部建立電接觸部。例如，設(shè)有用于電接觸第二接觸部110的接觸端子204。接合墊204由電導(dǎo)體組成，所述電導(dǎo)體相對于外部影響是盡可能惰性的，并且所述電導(dǎo)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(dāng)?shù)牟牧侠鐬榻?Au) JS(Pt)或鈦(Ti)或者包含一種或多種上述材料的合金。半導(dǎo)體本體連同端子結(jié)構(gòu)一起施加到支承體206上。所述半導(dǎo)體本體和端子結(jié)構(gòu)經(jīng)由連接焊料208與支承體206固定。連接焊料208具有低熔點(diǎn)的金屬或者低熔點(diǎn)的金屬
I=I -Wl O電穿通接觸區(qū)域106沿著半導(dǎo)體本體的臺面?zhèn)让?臺面棱邊)的外棱邊延伸。由此，在側(cè)面處，在η摻雜的和P摻雜的半導(dǎo)體區(qū)域之間不存在接觸面。由于在外側(cè)處缺少ρη結(jié)而避免了特別的效應(yīng)，如Ag+離子從第二接觸部110中遷移到半導(dǎo)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(dòng)。由此，離子例如可以到達(dá)半導(dǎo)體本體中并且在那里造成損傷，其方式為例如這些離子改變半導(dǎo)體層序列的電特性。圖3示出半導(dǎo)體二極管的第三實(shí)施例的第二半導(dǎo)體層的接觸側(cè)300。接觸側(cè)300包括第二半導(dǎo)體層104的側(cè)。在第二半導(dǎo)體層104中，通過破壞第二半導(dǎo)體層104的摻雜引入多個(gè)電穿通接觸區(qū)域106。電穿通接觸區(qū)域106環(huán)繞地沿著接觸側(cè)300的外側(cè)延伸。此外，設(shè)有多個(gè)彼此分開設(shè)置的單個(gè)穿通區(qū)域106。通過穿通區(qū)域的尺寸和布置能夠影響供電并且因此例如影響半導(dǎo)體二極管的發(fā)光密度。除了以方形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示出的布置之外，例如還能夠考慮以六邊形結(jié)構(gòu)或者其他適合結(jié)構(gòu)的布置。圖4示出用于制造半導(dǎo)體二極管的方法的示意流程。在此，在第一方法步驟400中，例如通過外延生長提供第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層。在第二方法步驟402中，例如通過在第一半導(dǎo)體層上的外延生長提供第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層。在此，第一半導(dǎo)體層例如能夠?yàn)棣菗诫s的半導(dǎo)體，而第二半導(dǎo)體層為P摻雜的半導(dǎo)體。在其他實(shí)施形式中，首先提供第二半導(dǎo)體層并且接下來提供第一半導(dǎo)體層。在第三方法步驟404中，局部地改變第二半導(dǎo)體層的摻雜，使得在第二半導(dǎo)體層中產(chǎn)生用于接觸第一半導(dǎo)體層的電穿通接觸區(qū)域。摻雜的改變在提供第一半導(dǎo)體層之前已經(jīng)進(jìn)行。為了改變第二半導(dǎo)體層的摻雜能夠破壞所述第二半導(dǎo)體層。破環(huán)能夠通過多種工藝進(jìn)行。屬于此工藝的例如為-離子注入，-離子轟擊(在氮化鎵(GaN)半導(dǎo)體的情況下例如借助IS(Ar)離子進(jìn)行轟擊)，-將缺陷引入到半導(dǎo)體中，或 -通過將氫引入到所述第二半導(dǎo)體層中進(jìn)行電鈍化，例如通過暴露于等離子體或者通過在氫氣氣氛中退火。根據(jù)一些實(shí)施例描述半導(dǎo)體二極管和用于制造半導(dǎo)體二極管的方法以用于表明所基于的思想。在此，實(shí)施例不限制于特定的特征組合。即使一些特征和擴(kuò)展方案僅結(jié)合特殊的實(shí)施例或者單個(gè)實(shí)施例來描述，其分別能夠與出自其他實(shí)施例的其他特征組合。只要保持實(shí)現(xiàn)普通的技術(shù)理論，同樣可能的是在實(shí)施例中取消或者添加單個(gè)示出的特征或者特殊的擴(kuò)展方案。參考文獻(xiàn)在該申請文件中引用下述公開文獻(xiàn)[I]DE 10 2008 051048 ；[3] EP O 905 797 Α2 ;和[4]WO 02/13281 Al。附圖標(biāo)記列表100半導(dǎo)體二極管102第一半導(dǎo)體層104第二半導(dǎo)體層108電穿通接觸區(qū)域110第一接觸部112第二接觸部200半導(dǎo)體二極管202 電介質(zhì)204接觸端子206支承體208連接焊料300接觸側(cè)400第一方法步驟402第二方法步驟404第三方法步驟
權(quán)利要求
1.半導(dǎo)體二極管，包括 -第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層(102)，和 -具有摻雜的第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層(104)， 其中所述第二半導(dǎo)體層具有與所述第一半導(dǎo)體層連接的、豎直的電穿通接觸區(qū)域(106)，在所述電穿通接觸區(qū)域中將所述摻雜改變?yōu)槭沟盟鲭姶┩ń佑|區(qū)域(106)具有所述第一導(dǎo)電類型。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體二極管，其中所述第一導(dǎo)電類型對應(yīng)于η摻雜并且所述第二導(dǎo)電類型對應(yīng)于P摻雜。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的半導(dǎo)體二極管，其中所述第一半導(dǎo)體層(102)經(jīng)由所述電穿通接觸區(qū)域(106)和第一接觸部(108)被電接觸，并且所述第二半導(dǎo)體層(104)被第二接觸部(I 10)電接觸。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的半導(dǎo)體二極管，其中所述電穿通接觸區(qū)域(106)通過在所述第二半導(dǎo)體層(104)中局部地破壞所述摻雜來產(chǎn)生。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的半導(dǎo)體二極管，其中所述電穿通接觸區(qū)域(106)沿著所述第二半導(dǎo)體層(104)的側(cè)面設(shè)置。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的半導(dǎo)體二極管，所述半導(dǎo)體二極管設(shè)置為光電子二極管。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的半導(dǎo)體二極管，所述半導(dǎo)體二極管設(shè)置為薄層半導(dǎo)體器件。
8.用于制造半導(dǎo)體二極管的方法，包括 -提供第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層； -提供第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層； -局部地改變所述第二半導(dǎo)體層的摻雜，使得在所述第二半導(dǎo)體層中產(chǎn)生用于接觸所述第一半導(dǎo)體層的電穿通接觸區(qū)域。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，包括 -破壞所述第二半導(dǎo)體層的摻雜以改變所述摻雜。
10.根據(jù)權(quán)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(gè)所述工藝的組合來進(jìn)行 -離子注入， _尚子轟擊J -將缺陷引入到所述第二半導(dǎo)體層中，或 -通過將氫引入到所述第二半導(dǎo)體層中來進(jìn)行電鈍化。
全文摘要
一種半導(dǎo)體二極管具有第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層(102)和帶有摻雜的第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體層。第二半導(dǎo)體層具有與第一半導(dǎo)體層連接的豎直的電穿通接觸區(qū)域(106)，在所述電穿通接觸區(qū)域中改變摻雜，使得電穿通接觸區(qū)域(106)具有第一導(dǎo)電類型。描述了一種用于制造這種半導(dǎo)體二極管的方法。
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(yōu)先權(quán)日2010年2月22日
發(fā)明者托尼·阿爾布雷希特, 馬丁·羅伊費(fèi)爾, 馬庫斯·毛特, 黑里貝特·齊爾 申請人:歐司朗光電半導(dǎo)體有限公司