光电子半导体设备和载体复合件

摘要

本发明提出一种具有光电子器件(2)和另外的器件(3)的光电子半导体设备(1)。光电子器件和另外的器件在半导体设备运行时彼此并联连接。光电子器件与用于外部地接触半导体设备的第一接触部(6)和第二接触部(7)连接并且另外的器件与半导体设备的至少一个另外的接触部(8)连接。本发明还提出一种载体复合件。

说明书

技术领域

本申请涉及一种光电子半导体设备以及一种载体复合件。

背景技术

光电子半导体设备通常具有两个或更多个共同地运行的器件。然而 多个器件的这种集成能够使器件在制造期间的测试变难。

发明内容

本发明的目的是，简化器件在制造期间的测试。

根据光电子半导体设备的至少一个实施方式，半导体设备具有光电 子器件。光电子器件能够设置用于接收和/或产生电磁辐射、尤其是红 外光谱范围、可见光谱范围或紫外光谱范围中的辐射。

特别地，光电子器件能够包括具有半导体层序列的半导体本体，其 中半导体层序列具有设置用于接收和/或产生辐射的有源区域。

根据光电子半导体设备的至少一个实施方式，半导体设备具有另外 的器件。另外的器件能够是电子器件或另外的光电子器件。电子器件例 如能够构成为ESD(静电放电)保护二极管，所述ESD保护二极管设 置用于保护光电子器件免受静电放电。

另外的光电子器件和光电子器件能够相同类型地构成。光电子器件 和另外的光电子器件例如能够分别具有半导体本体，其中半导体本体在 制造时由相同的半导体层序列产生。也就是说，光电子器件的半导体层 和另外的光电子器件的半导体层除制造公差之外是相同的。

替选地，光电子器件和另外的光电子器件也能够彼此不同。光电子 器件和另外的光电子器件例如能够设置用于发射具有不同峰值波长或 具有不同光谱分布的辐射。

根据光电子半导体设备的至少一个实施方式，光电子器件和另外的 器件在设备运行时彼此并联连接。术语“彼此并联连接”不仅包含光电 子器件和另外的器件的导通方向彼此平行地定向的连接还包括导通方 向反平行地定向的连接。

根据光电子半导体设备的至少一个实施方式，光电子器件与第一接 触部和第二接触部连接。第一接触部和第二接触部设置用于外部地电接 触半导体设备。载流子在光电子半导体设备运行时例如能够经由第一接 触部和第二接触部从不同的侧注入到光电子器件的有源区域中并且在 那里在发射辐射的情况下重组。

根据光电子半导体设备的至少一个实施方式，另外的器件与半导体 设备的至少一个另外的接触部连接。所述另外的接触部与第一接触部和 第二接触部电分离。也就是说，在第一接触部和另外的接触部之间并且 在第二接触部和另外的接触部之间不存在直接的电流路径。

借助于另外的接触部，可以至少在制造光电子半导体设备期间、尤 其是与光电子器件不相关地电接触另外的器件。

根据光电子半导体设备的至少一个实施方式，半导体设备具有光电 子器件和另外的器件，所述光电子器件和所述另外的器件在设备运行时 彼此并联。光电子器件与用于外部地接触半导体设备的第一接触部和第 二接触部连接并且另外的器件与半导体设备的至少一个另外的接触部 连接。

根据光电子半导体设备的至少一个实施方式，第一接触部和另外的 接触部在安装在连接载体上时设置用于固定在连接载体的共同的电连 接载体面上。也就是说，在安装时，第一接触部和另外的接触部经由共 同的电连接载体面彼此导电连接。也就是说，在固定在连接载体上时， 将第一接触部和另外的接触部电短路。也就是说，与常见的使单独的接 触部也彼此单独地电接触的处理方式不同，故意将两个接触部电短路， 以便因此实现器件的电并联连接。也就是说，用于接触光电子半导体设 备的电连接载体面的数量小于光电子半导体设备的接触部的数量。特别 地，光电子半导体设备刚好能够具有三个接触部并且连接载体刚好能够 具有两个用于半导体设备的电连接载体面。

也就是说，这种半导体装置包括至少一个光电子半导体设备和连接 载体，其中半导体设备的第一接触部和另外的接触部设置在连接载体的 共同的电连接载体面上。

根据光电子半导体设备的至少一个实施方式，光电子器件在安装在 连接载体上之前可借助于第一接触部和第二接触部与另外的器件无关 地运行。也就是说，光电子器件例如能够为了测试目的被接触，而另外 的器件不会也同时运行。

根据光电子半导体设备的至少一个实施方式，另外的器件与第二接 触部导电连接。光电子器件和另外的器件的并行的运行能够通过建立在 第一接触部和另外的接触部之间的电连接来进行。

根据光电子半导体设备的至少一个实施方式，半导体设备具有带有 主面的载体，在所述主面上设置有光电子器件。在竖直方向上，载体在 主面和背离光电子器件的背侧之间延伸。在载体的主面上能够设有用于 光电子器件的和/或用于另外的器件的一个或多个连接面。在载体的背 侧上，能够设置有一个或多个背侧的接触面。优选地，所有的对于运行 半导体设备所需要的接触部是从背侧起可触及的。

载体优选包含半导体材料、例如硅。但是也能够应用其他的半导体 材料，例如锗或者砷化镓。替选地，载体能够包含陶瓷，例如氮化铝、 氧化铝或者氮化硼。

根据光电子半导体设备的至少一个实施方式，载体在主面上具有第 一连接面。第一连接面与光电子器件导电连接。经由穿过载体的通孔， 第一连接面与第一接触部的设置在载体的背侧上的背侧的第一接触面 导电连接。也就是说，光电子器件是从载体背侧起可电接触的。

根据光电子半导体设备的至少一个实施方式，载体在主面上具有前 侧的第一接触面。前侧的第一接触面经由另外的通孔与背侧的第一接触 面连接。此外，前侧的第一接触面与第一连接面隔开。也就是说，光电 子器件除了背侧的第一接触面之外也可以经由前侧的第一接触面电接 触。从前侧起测试半导体设备因此被简化。

根据光电子半导体设备的至少一个实施方式，半导体设备在第一连 接面和前侧的第一接触面之间不具有直接的前侧的电流路径。第一连接 面和第一接触面之间的电流路径在垂直于主面伸展的竖直的方向上两 次横穿载体。也就是说，在借助于前侧的第一接触面电接触来测试半导 体设备的情况下，也能够测试和考虑通孔。此外，第一连接面能够构成 为，使得其为了测试目的在前侧是可电接触的。第一连接面在半导体设 备的俯视图中例如能够伸出光电子器件。也就是说，第一连接面的至少 一个区域在前侧可自由触及。

前侧的第一接触面和光电子器件在半导体设备的俯视图中能够无 重叠地并排设置。

根据光电子半导体设备的至少一个实施方式，另外的器件集成在载 体中。另外的器件例如能够是集成到载体中的ESD保护二极管。ESD 保护二极管例如能够借助于载体的至少一个掺杂区域形成。特别地，载 体能够具有p型区域和n型区域。

根据光电子半导体设备的至少一个实施方式，第一接触部和另外的 接触部之间的间距小于第一接触部和第二接触部之间的间距。第一接触 部和另外的接触部之间的间距例如能够在1μm和100μm之间，包括边 界值。

为了制造多个半导体设备，载体优选在载体复合件中构成。在载体 复合件装配光电子器件和必要时的电子器件之后，能够通过分割载体复 合件来得出半导体设备，其中载体复合件的一部分分别形成载体。

载体复合件优选具有多个器件区域，所述器件区域还优选在横向方 向上并排设置，例如阵列形地设置。载体复合件的至少一个器件区域、 优选每个器件区域优选具有一个或多个结合载体所描述的特征。

根据载体复合件的至少一个实施方式，载体复合件具有多个器件区 域，所述器件区域在横向方向上并排设置。每个器件区域在主面上具有 第一连接面和第二连接面，所述第一连接面和第二连接面分别设置用于 电接触光电子半导体器件。每个器件区域在与主面相对置的背侧上具有 背侧的第一接触面和背侧的第二接触面。背侧的第一接触面和背侧的第 二接触面分别经由通孔与第一连接面或第二连接面导电连接。每个器件 区域在主面上具有前侧的第一接触面，所述前侧的第一接触面经由另外 的通孔与背侧的第一接触面导电连接。

载体复合件尤其适合于制造上述半导体设备。结合半导体设备描述 的特征因此也能够用于载体复合件并且反之亦然。

附图说明

其他的特征、设计方案和适宜方案从下述结合附图对实施例的描述 中得出。

附图示出：

图1A和1B在示意的剖视图中示出半导体设备的一个实施例以及图 1C在示意的剖视图中示出具有这种半导体设备的半导体装置的一个实 施例；

图2A在示意图与相应的等效电路图中示出在电接触半导体设备之 前(图2B)和在接触之后(图2C)的半导体设备的第二实施例；

图3A和3B在示意俯视图(图3A)和图3B中的相应的剖面图中 示出根据第一实施例的载体复合件的一部分；

图4A和4B在示意图俯视图(图4A)和图4B中的相应的剖面图 中示出根据第二实施例的载体复合件的一部分。

具体实施方式

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。附图中示出的元件彼此间的大小比例和附图不视为是合乎比例的。 更确切地说，为了更好的可视性和/或为了更好的理解能够夸大地示出 各个元件。

在图1A中在示意剖面图中示出半导体设备的第一实施例。半导体 设备1具有光电子器件2。光电子器件包括具有半导体层序列的半导体 本体20。半导体层序列形成半导体本体。半导体层序列包括设置用于产 生辐射的有源区域23，所述有源区域设置在第一半导体层21和第二半 导体层22之间。第一半导体层、第二半导体层和有源区域优选分别多 层地构成。光电子器件2例如能够构成为荧光二极管芯片，例如构成为 发光二极管芯片或激光二极管芯片。替选地，光电子器件2也能够构成 为辐射接收器，其中检测在有源区域23中吸收的辐射。

半导体本体20、尤其有源区域23优选包含III-V族化合物半导体 材料。III-V族化合物半导体材料尤其适合于在紫外光谱 (Al_xIn_yGa_1-x-yN)经由可见光谱(尤其对于蓝色至绿色辐射为 Al_xIn_yGa_1-x-yN，或尤其对于黄色至红色辐射为Al_xIn_yGa_1-x-yP)至红外光 谱(Al_xIn_yGa_1-x-yAs)中的辐射产生。在此分别适用的是0≤x≤1，0≤y ≤1并且x+y≤1，其中尤其x≠1，y≠1，x≠0和/或y≠0。借助于尤其 是出自上述材料体系的III-V族化合物半导体材料还能够在产生辐射时 实现高的内部量子效率。

光电子器件2设置在载体5上。载体沿竖直方向在朝向光电子器件 2的主面50和背离器件的背侧51之间延伸。

载体5优选包含半导体材料，例如硅。但是也能够应用其他的半导 体材料，例如锗或者砷化镓。电子器件能够尤其简单地集成到基于半导 体材料的载体中。尤其是当另外的器件3构成在载体5之外时，对于载 体也能够应用其他的材料，例如陶瓷，例如氮化铝、氧化铝或者氮化硼。

在主面50上构成有第一连接面41和第二连接面42。连接面41、 42构成和设置为，使得能够经由连接面从不同的侧将载流子注入到有源 区域23中。第一连接面41和第二连接面42优选无重叠地设置在载体 的主面50上并且彼此电绝缘。在半导体设备1的俯视图中，光电子器 件2至少局部地遮盖第一连接面41和第二连接面42。

在所示出的实施例中，半导体本体20具有多个凹部25，所述凹部 分别从半导体本体的朝向载体5的一侧延伸穿过第二半导体层22和有 源区域23。在凹部25中构成有第一接触层27。第一接触层27与第一 连接面41导电连接，例如经由能导电的连接机构、例如焊料或能导电 的粘接层(在附图中未明确示出)来导电连接。

在第二半导体层22上构成有第二接触层28。第二接触层28用于电 接触第二半导体层22。此外，第二接触层28优选构成为用于在有源区 23中产生的辐射的镜层。第二接触层优选包含银、铑、钯、铱或铝或者 具有上述金属中的至少一种的金属合金。所提到的材料的特征在于在可 见光谱范围和紫外光谱范围中的高的反射率。第二接触层28局部地设 置在第一接触层27和第二接触层22之间。也就是说，在半导体设备的 俯视图中，第一接触层和第二接触层局部地重叠。

在第一接触层27和第二接触层28之间优选构成有电绝缘层，例如 氧化层、如氧化硅层，使得在第一接触层和第二接触层之间不存在直接 的电接触。该绝缘层为了简化视图在附图中未示出。此外，在凹部25 的区域中能够设有用于将第一接触层27与有源区域23和第二半导体层 22电绝缘的绝缘层(未明确示出)。

在背离载体5的一侧上，半导体本体20具有结构化部26。结构化 部设置用于提高在有源区域23中产生的辐射的耦合输出效率。结构化 部例如能够机械地、例如借助于磨削或研磨，或化学地、例如借助于湿 法化学蚀刻或干法化学刻蚀来进行。结构化部还能够规则地或不规则地 构成。

半导体设备1还具有第一接触部6和第二接触部7。经由这些接触 部进行半导体设备1的外部的电接触。半导体设备构成为表面安装的器 件(surface mounted device，SMD)。

在所示出的实施例中，光电子器件3构成为薄膜器件，其中移除用 于半导体层序列的生长衬底。与其不同的是，光电子器件3能够具有生 长衬底。第一半导体层21和第二半导体层22的接触也能够以不同的方 式构成。

第一接触部6具有背侧的第一接触面61和前侧的第一接触面62。 前侧的第一接触面62和第一连接面41无重叠地并排设置在载体5的主 面50上。第一连接面41经由通孔65与背侧的第一接触面61导电连接。 此外，前侧的第一接触面62经由另外的通孔66与背侧的第一接触面61 导电连接。

也就是说，第一连接面41和前侧的第一接触面62不经由直接的前 侧连接部、而是仅经由电流路径彼此连接，所述电流路径在竖直方向上 两次延伸穿过载体5。

第二接触部7以类似的方式具有背侧的第二接触面71、前侧的第二 接触面72、通孔75和另外的通孔76。也就是说，前侧的第二接触面72 经由通孔75和另外的通孔76与第二连接面42导电连接。

半导体设备1还包括另外的器件3。在所示出的实施例中，另外的 器件构成为电子器件，所述电子器件集成到载体5中。特别地，电子器 件3设置为用于保护光电子器件2免受静电放电的ESD保护二极管。 保护二级管例如能够通过载体5的不同掺杂的区域形成。这结合图4A 和4B详细地描述。但是与其不同的是，电子器件也能够构成在载体5 上。

电子器件3具有另外的接触部8。经由另外接触部8和第二接触部 7可外部地电接触另外的器件3。半导体设备1的为了测试目的的电布 线在图1B中示出。通过在第一接触部6的前侧的第一接触面62和第二 接触部7的前侧的第二接触面72之间施加电压能够从不同侧将载流子 注入到光电子器件2的有源区域23中并且在那里在发射辐射的情况下 重组。

而另外的器件3与接触部中的至少一个电绝缘，在所示出的实施例 中与第一接触部6电绝缘，使得能够与ESD保护二极管无关地测试光 电子器件2。特别地，也能够沿封闭方向对光电子器件2进行测试。而 如果另外的器件3与第一接触部6和第二接触部7导电连接，那么不沿 着封闭方向来表征光电子器件2的特性，因为载流子由于导通方向的反 平行的定向而经由另外的器件3流出。

此外，经由电流路径来表征光电子器件2的特性，所述电流路径在 第一接触部6的通孔65、66上以及在载体5的第二接触部7的通孔75、 76上伸展。由此，也能够研究通孔例如在半导体设备1的串联电阻方面 的影响。

附加地，也能够通过接触第一连接面41而不是前侧的第一接触面 62来表征光电子器件2的特性。也就是说，在这种情况下，绕开通孔 65和另外的通孔66。因此能够尤其可靠地确定因通孔引起的串联电阻。

半导体设备1在安装在连接载体上之后的连接在示出这种半导体装 置的图1C中示出。连接载体9具有第一连接载体面91和第二连接载体 面92。第一连接载体面91与第一接触部6和另外的接触部8导电连接。 第二连接载体面92与第二接触部7导电连接。也就是说，第一接触部6 和另外的接触部8因此设置在共同的连接载体面上。通过安装半导体设 备1，进行光电子器件2与另外的器件3的并联连接。光电子器件2和 另外的器件3关于导通方向彼此反平行地取向，使得载流子在静电充电 的情况下能够沿光电子器件2的封闭方向经由另外的器件2流出。

也就是说不需要用于并联连接光电子器件2和另外的器件3的附加 的制造步骤。另外的接触部8和第一接触部6之间的间距因此优选小于 另外的接触部8和第二接触部7之间的间距以及小于第一接触部6和第 二接触部76之间的间距。通过第一接触部和另外的接触部之间的小的 间距，这些接触部能够经由一个共同的连接载体面简化地彼此导电连 接，而不必为此提高连接载体面91的大小。

借助于所描述的接触引导能够以简单且可靠的方式进行半导体设 备中的两个器件的并联连接，其中因此在制造时能够彼此独立地测试所 述器件中的至少一个或者这两个器件。特别地，ESD保护二极管能够集 成到光电子器件的载体5中，而集成到载体中的器件不会使关于测试目 的的表征变难。

显然，半导体设备1也能够具有多于一个的另外的器件3。为了相 应分开的可接触性，能够将单独的另外的接触部8与每个另外的器件相 关联。替选地也可以考虑的是，将各个另外的接触部与具有两个或更多 个另外的器件的各个组相关联。

在图2A中示出的半导体设备的第二实施例基本上对应于结合图1A 至1C所描述的第一实施例。与其不同的是，另外的器件3是光电子器 件。

另外的器件3不集成到载体5中，而是设置在载体5的主面50上。

特别地，光电子器件2和另外的器件3能够同类地构成。光电子器 件和另外的器件例如能够发射相同波长范围中的辐射。在制造时，器件 的半导体本体20能够由相同的半导体层序列产生。但是替选地，光电 子器件2和另外的器件3也能够彼此不同地构成。器件例如能够发射在 彼此不同的波长范围中的或具有彼此不同的光谱分布的和/或彼此不同 的强度的辐射。

在安装半导体设备1之前，光电子器件2和另外的光电子器件3如 在图2B中示意地示出那样仍可彼此分开地电接触。

在安装在连接载体9上之后，器件2、3如在图2C中示出的那样彼 此并联连接。在作为光电子器件的另外的器件3的设计方案中，光电子 器件2和另外的器件3关于其导通方向优选并联连接，使得这两个器件 同时发射辐射。整体上通过半导体设备1发射的辐射功率因此能够被提 高。

载体复合件的一个实施例在图3A中在示意俯视图中示出并且在图 3B中示出相应的剖面图。为了简化视图，附图分别示出载体复合件的 一部分，所述部分刚好对应于器件区域500。特别地，在用光电子器件 2和必要时的另外的器件进行装配之后，能够沿着分割线550分割载体 复合件，使得每个半导体设备具有载体5。这种载体尤其能够应用在如 结合图1A至1C和2A至2C所描述的那样构成的半导体设备中。

如结合图1A至1C所描述的那样，载体5在主面50上具有第一连 接面41和第二连接面42。在将光电子器件安装在安装区域501中时， 光电子器件分别至少局部地遮盖第一连接面和第二连接面。

第一连接面41经由通孔65、背侧的第一接触面61和另外的通孔 66与前侧的第一接触面62导电连接。

类似地，第二连接面42经由通孔75、背侧的第二接触面71和另外 的通孔76与前侧的第二接触面72导电连接。在将光电子器件2安装在 安装区域501中之后，能够从前侧进行光电子器件的电接触，在所述前 侧上也设置有器件。而从载体复合件中分割的半导体设备能够通过减小 的空间需求在背侧被电接触。

载体复合件的在图4A中示出的第二实施例基本上对应于结合图3A 和3B所描述的第一实施例。与此不同的是，器件区域500具有另外的 接触部8。另外的接触部8包括背侧的另外的接触面81、前侧的另外的 接触面82和通孔85。在载体复合件的俯视图中，背侧的第一接触面61 和背侧的另外的接触面81无重叠地并排设置。

载体5还具有第一区域55和第二区域56，其中第一区域和第二区 域关于传导类型彼此不同地掺杂。第一区域例如能够构成为p型并且第 二区域构成为n型或者相反。借助于区域55、56以集成到载体中的保 护二极管的形式构成另外的器件3。在所示出的实施例中，另外的器件 在载体5的主面50的区域中构成。在载体5的主面50上设置有绝缘层 52。绝缘层设置在载体和第二连接面42之间以及载体和前侧的另外的 接触面之间。绝缘层被局部地打开，使得第二连接面在开口中与第一区 域55导电连接并且前侧的另外的接触面82在另外的开口中与第二区域 56导电连接。

在所示出的实施例中，第一区域55与第二连接面42导电连接并且 第二区域56与另外的接触部8的前侧的另外的接触面82导电连接。然 而，另外的器件3的设计方案和位置也能够与其不同。第一区域55和 第二区域56例如也能够设置在载体5的背侧上，其中区域中的一个与 第二接触部7、例如背侧的第二接触面72导电连接，并且另一个区域与 另外的接触部8、例如背侧的另外的接触面81导电连接。为了与另外的 器件3无关地单独地测试已安装的光电子器件，适当地仅要么将第一区 域55要么将第二区域56与第一接触部6或第二接触部7导电连接。

本专利申请要求德国专利申请10 2012 108 627.3的优先权，所述德 国专利申请的公开内容就此通过参考并入本文。

本发明不通过根据实施例的描述受到限制。更确切地说，本发明包 括每个新特征以及特征的每个组合，这尤其是包含在权利要求中的特征 的每个组合，即使该特征或该组合本身没有明确地在权利要求中或实施 例中说明时也是如此。