[發明專利]具有集成的ESD保護的發射輻射的半導體芯片

有效

• 申請號: 201280021065.3
• 申請日: 2012-04-26
• 公開（公告）號: CN103503172A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 安德烈亞斯·萊夫勒;克里斯蒂安·萊雷爾;賴納·布滕戴奇;托比亞斯·邁耶;馬蒂亞斯·彼得
• 申請（專利權）人: 歐司朗光電半導體有限公司
• 主分類號: H01L33/02
• 分類號: H01L33/02;H01L33/14
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 張春水;田軍鋒

技術領域

提出一種具有集成的ESD（“Electro-static?Discharge”，靜電放電）保護的發射輻射的半導體芯片。所述類型的發射輻射的半導體芯片例如在專利申請PCT/EP2010/070658中描述，其公開內容在此通過參引的方式并入本文。

發明內容

要實現的目的在于，提出一種發射輻射的半導體芯片，所述半導體芯片相對于靜電放電脈沖、即所謂的ESD電壓脈沖是尤其穩定的，而這不伴隨有明顯的輻射損耗。

例如，發射輻射的半導體芯片是發光二極管，所述發光二極管在運行時發射綠色的和/或藍色的光。

根據至少一個實施形式，發射輻射的半導體芯片具有基于氮化物化合物半導體材料的半導體層序列。在此能夠將半導體層序列理解成一系列的半導體層。半導體層的特征尤其在于，在層之內的材料組成不發生改變或幾乎不發生改變，和/或形成層的區域在半導體芯片中執行特定的功能。半導體層在此能夠包括多個單層的半導體材料。

此外，“基于氮化物化合物半導體材料”在本文中表示，半導體層序列或其至少一個層包括氮化物III/V族化合物半導體材料，優選為Al_nGa_mIn_1-n-mN，其中0≤n≤1、0≤m≤1并且n+m≤1。在此，這些材料不必強制性地具有根據上式的數學精確的組成。更確切地說，能夠具有一種或多種摻雜物質以及附加的組成部分，所述一種或多種摻雜物質以及附加的組成部分基本上不改變Al_nGa_mIn_1-n-mN材料的物理特性。然而，為了簡單性，上式僅包含晶格（Al，Ga，In，N）的主要組成部分，即使這些組成部分能夠部分地由少量的其他物質代替時也如此。

根據至少一個實施形式，發射輻射的半導體芯片的半導體層序列具有pn結。pn結處于半導體層序列的p型導通區域和n型導通區域之間。設為用于產生輻射的有源區設置在p型導通區域和n型導通區域之間并且包括pn結。有源區尤其構成為多量子阱結構（MQW，Multiple?Quantum?Well）。

根據至少一個實施形式，半導體層序列包括第一保護層，所述第一保護層具有目的明確地引入的晶體缺陷。“目的明確地引入的”在此表示，在制造第一保護層時將生長參數、尤其是生長溫度設定成，使得產生晶體缺陷。

晶體缺陷尤其是所謂的V形缺陷。V形缺陷在氮化物化合物半導體材料中例如具有敞開的、在生長方向上倒置的棱錐的形式，所述棱錐例如具有六邊形的基面。在橫截面上，所述缺陷具有V形的形式。V形缺陷例如在線位錯（英語：threading?dislocation）的區域中構成，所述線述位錯例如在將半導體材料異質外延到生長襯底上的情況下產生，所述生長襯底具有與半導體材料不同的晶格常數。例如，氮化物化合物半導體材料目前生長到由藍寶石制成的生長襯底上，相對于所述生長襯底，氮化物化合物半導體材料具有大約14%的晶格失配。然而，線位錯也在同質外延的情況下被觀察到，以至于半導體層序列例如也能夠沉積到基于GaN或由GaN制成的生長襯底上。

根據至少一個實施形式，大部分的晶體缺陷具有相似的尺寸。也就是說，至少50%、尤其至少75%或在極端情況下100%的晶體缺陷具有相似的尺寸。在此，例如當晶體缺陷在垂直于生長方向的平面中的基面至多以±25%、尤其至多以±10%在晶體缺陷在該平面中的基面的平均值附近波動時，晶體缺陷具有相似的尺寸。也就是說，因此，大部分的晶體缺陷的特征在于相同的或相似的基面。在具有相似的尺寸的晶體缺陷的區域中，半導體層序列具有相同類型的擊穿性能，這優選地在相同類型的電特性中可見。尤其地，在該區域中在截止方向上的電阻例如是同樣大的。

半導體層序列的pn結在晶體缺陷的區域中引起所謂的微型二極管，所述微型二極管具有對于半導體二極管而言典型的電流電壓特征曲線。在發射輻射的半導體芯片運行時，在晶體缺陷的區域中優選地不發生載流子的輻射復合。也就是說，微型二極管不設為用于產生電磁輻射，至少不設為用于產生在可見范圍中的電磁輻射。

優選地，在半導體芯片運行時，半導體層序列在截止方向上在具有晶體缺陷的區域中的擊穿性能不同于不具有晶體缺陷的區域，其中在靜電放電脈沖的情況下，電荷以均勻分布的方式經由具有晶體缺陷的區域導出。通過均勻的電荷分布，能夠防止半導體芯片中的可導致發射輻射的半導體芯片損壞的臨界電流密度。