(57)【要約】支持体（５）と、放射を生成するために設けられた活性領域（２０）を含む半導体層列を備える半導体本体（２）とを有する、薄膜半導体デバイス（１）が記載されている。半導体本体（２）は、第１の接触部（３１）および第２の接触部（３２）によって外部と電気的に接触可能である。支持体（５）は、半導体本体（２）と電気的に並列に配線された保護ダイオード構造（７）を有している。保護ダイオード構造（７）は第１のダイオード（７１）と第２のダイオード（７２）を有している。第１のダイオード（７１）と第２のダイオード（７２）は、それぞれの順方向に関して互いに反対向きに、電気的に直列に配線されている。さらに、薄膜半導体デバイスを製造する方法が記載される。
2013511142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体（５）と、放射を生成するために設けられた活性領域（２０）を含む半導体層列を備える半導体本体（２）とを有する薄膜半導体デバイス（１）において、
前記半導体本体（２）は第１の接触部（３１）および第２の接触部（３２）によって外部と電気的に接触可能であり、
前記支持体（５）は前記半導体本体（２）と電気的に並列に配線された保護ダイオード構造（７）を有しており、
前記保護ダイオード構造（７）は第１のダイオード（７１）と第２のダイオード（７２）を有しており、
前記第１のダイオード（７１）と前記第２のダイオード（７２）はそれぞれの順方向に関して互いに反対向きに電気的に直列に配線されている半導体デバイス。
【請求項２】
前記保護ダイオード構造は前記支持体に組み込まれている、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項３】
前記保護ダイオード構造は前記半導体本体の阻止方向で電圧が印加されたときにツェナーダイオードに準ずる電流・電圧特性を阻止方向に有している、請求項１または２に記載の半導体デバイス。
【請求項４】
前記半導体本体の前記半導体層列のための成長基板が除去されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体デバイス。
【請求項５】
前記第１の接触部は第１の接触層（３１０）によって形成されるとともに前記第２の接触部は第２の接触層（３２０）によって形成されており、前記第１の接触層は前記支持体の第１の部分領域（５１）に接するとともに前記第２の接触層は第２の部分領域（５２）に接しており、
前記支持体は半導体材料をベースとしており、
前記支持体の前記第１の部分領域と前記第２の部分領域は第１の伝導型を有しており、前記第１の部分領域と前記第２の部分領域の間には、前記第１の伝導型とは異なる第２の伝導型を有する、前記支持体の別の領域（５３）が構成されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体デバイス。
【請求項６】
前記第１の接触層と前記第２の接触層は絶縁層（６）によって前記支持体の前記別の領域から電気的に分離されている、請求項５に記載の半導体デバイス。
【請求項７】
前記第１の部分領域は前記第２の部分領域を少なくとも部分的に取り囲む、請求項５または６に記載の半導体デバイス。
【請求項８】
前記半導体本体は横方向で複数のセグメント（２Ａ，２Ｂ）に区分されている、請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体デバイス。
【請求項９】
前記半導体本体の前記セグメントは少なくとも部分的に互いに独立して外部と電気的に接触可能であり、互いに独立して外部と電気的に接触可能な前記セグメントにそれぞれ少なくとも１つの保護ダイオード構造が付属している、請求項８に記載の半導体デバイス。
【請求項１０】
前記半導体本体の前記セグメントは少なくとも部分的に互いに電気的に直列に配線されている、請求項８または９に記載の半導体デバイス。
【請求項１１】
前記接触部のうち少なくとも１つは前記半導体本体と反対を向いているほうの前記支持体の側に配置されており、前記半導体本体は前記支持体にある少なくとも１つの貫通部（５５）を通して前記接触部と導電接続されている、請求項１から１０のいずれか１項に記載の半導体デバイス。
【請求項１２】
前記接触部のうち少なくとも１つは前記半導体本体のほうを向いている前記支持体の側に配置されている、請求項１から１１のいずれか１項に記載の半導体デバイス。
【請求項１３】
複数の薄膜半導体デバイス（１）を製造する方法において、
ａ）放射を生成するために設けられる活性領域（２０）を備える半導体層列（２００）を成長基板（２３）の上に析出するステップと、
ｂ）前記半導体層列から複数の半導体本体（２）を構成するステップと、
ｃ）前記成長基板（２３）を少なくとも部分領域で除去するステップと、
ｄ）複数の保護ダイオード構造（７）を備える複合支持体（５０）を準備するステップと、
ｅ）複数の前記半導体本体（２）を前記複合支持体（５０）に対して相対的に位置決めして、各々の前記保護ダイオード構造（７）に少なくとも１つの前記半導体本体（２）が付属するようにするステップと、
ｆ）前記保護ダイオード構造（７）と前記半導体本体（２）との導電接続を成立させるステップと、
ｇ）複数の前記半導体デバイスを完成させ、このとき各々の前記半導体デバイスについて１つの支持体（５）が前記複合支持体（５０）から作られるステップと、を有している方法。
【請求項１４】
前記ステップｃ）は前記ステップｆ）の後に実施される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
請求項１から１２のいずれか１項に記載の半導体デバイスが製造される、請求項１３または１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件出願は、保護ダイオード構造を有する、放射を生成するために設けられた活性領域を備える薄膜半導体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえばルミネセンスダイオード半導体チップのようなオプトエレクトロニクス半導体デバイスでは、静電放電（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ，ＥＳＤ）によって損傷をうけたり、破損したりする危険がしばしばある。そうした損傷を回避するために、放射生成ダイオードと電気的に並列に保護ダイオードを配線することができ、このとき保護ダイオードと放射生成ダイオードの順方向は、互いに反平行に向いている。
【０００３】
このような配線により、阻止方向で電圧が放射生成ダイオードに印加されると、保護ダイオードを通じて電流が流れる。保護ダイオードを通じて流れる電流に基づき、阻止方向での放射放出ダイオード構造の電気特性の判定が難しくなる。特にこのことは、放射生成ダイオードの極性すなわち順方向の判定可能性が難しくなることにつながる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｉ．シュニッツァー（Ｉ．Ｓｃｈｎｉｔｚｅｒ）他著のＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６３（１６）、１９９３年１０月１８日、２１７４−２１７６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
解決されるべき課題は、ＥＳＤ損傷に対して防護されており、それと同時に放射生成ダイオードの極性を簡単な仕方で判定可能である半導体デバイスを提供することにある。さらに、そのような半導体デバイスを簡単に具体化可能である方法を提供することが意図される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、独立請求項の対象物によって解決される。実施形態や発展例は従属請求項の対象となっている。
【０００７】
１つの実施形態では、薄膜半導体デバイスは、支持体と、半導体層列を備える半導体本体とを有している。半導体層列は、放射を生成するために設けられた活性領域を含んでいる。半導体本体は、第１の接触部および第２の接触部によって、外部と電気的に接触可能である。支持体は、半導体本体と電気的に並列に配線された保護ダイオード構造を有している。保護ダイオード構造は、第１のダイオードと、第２のダイオードとを有している。第１のダイオードと第２のダイオードは、それぞれの順方向に関して互いに反対向きに、電気的に直列に配線されている。
【０００８】
保護ダイオード構造によって、半導体本体が静電放電に対して防護される。活性領域の順方向に関して阻止方向に印加される、たとえば静電気の帯電によって発生する電圧を、保護ダイオード構造を介して排出することができる。このようにして、半導体本体の損傷が回避される。
【０００９】
薄膜半導体デバイスとは、本件出願の枠内においては、特に、半導体本体の半導体層列のための成長基板が全面的にまたは少なくとも部分的に除去され、もしくは薄くされている半導体デバイスを意味している。
【００１０】
特に薄膜発光ダイオード半導体チップとして製作されていてよい薄膜半導体デバイスは、特に、次の特徴的な構成要件のうちの少なくとも１つによって特徴づけることができる：
−活性領域を備える半導体層列を含む、たとえば支持体のような支持部材のほうを向く半導体本体の第１の主面に、特にエピタキシー層列に、半導体層列で生成される放射の少なくとも１つの部分を半導体層列に反射するミラー層が塗布されており、または、たとえばブラッグミラーとして半導体層列に組み込まれて構成されており、
−半導体層列は２０μｍまたはこれ以下の範囲内の厚みを有しており、特に１０μｍの範囲内の厚みを有しており、および／または、
−半導体層列は、理想的なケースでは半導体層列における光のエルゴード分布を近似的に生じさせる、混合構造を有する少なくとも１つの面を備える少なくとも１つの半導体層を含んでおり、すなわち、この面は可能な限りエルゴード的に不規則な散乱挙動を有している。
【００１１】
薄膜発光ダイオードチップの基本原理は、たとえば非特許文献１に記述されており、この限りにおいて、その開示内容を引用により本件出願に援用する。
【００１２】
支持体は、半導体本体のほうを向く第１の主面と、半導体本体と反対を向く第２の主面とを有することができる。
【００１３】
１つの好ましい実施形態では、保護ダイオード構造は支持体に組み込まれている。保護ダイオード構造は、特に、支持体の第１の主面と第２の主面の間で全面的に構成されていてよい。すなわち支持体の両方の主面は、組み込まれた保護ダイオード構造とともに、平坦に製作されていてよい。それにより、支持体への半導体本体の取付けが簡素化される。
【００１４】
別の好ましい実施形態では、保護ダイオード構造は、少なくとも半導体本体の阻止方向で電圧が印加されたときに、ツェナーダイオードに準ずる電流・電圧特性を阻止方向に有している。特に、第１のダイオードと第２のダイオードはいずれもツェナーダイオードに準じて製作されていてよい。
【００１５】
換言すると、活性領域の阻止方向における保護ダイオード構造の電流・電圧特性は閾値を有している。閾値よりも数値的に低い電圧では、保護ダイオード構造での通電は行われず、もしくは、少なくともさほどの通電は行われない。
【００１６】
閾値は少なくとも１Ｖであるのが好ましく、少なくとも２Ｖであるのが特別に好ましい。さらに閾値は、活性領域の発光閾値よりも数値的に大きいのが好ましい。ここで発光閾値とは、それ以上になると半導体本体が測定可能な放射の放出を示す電圧値を意味している。換言すると閾値は少なくとも、数値的に閾値に相当する電圧が半導体本体の順方向に印加されたときに、半導体デバイスが放射を放出するような大きさであるのが好ましい。
【００１７】
したがって、閾値よりも数値的に低いテスト電圧が印加されたとき、薄膜半導体デバイスは、保護ダイオード構造が組み込まれているにもかかわらず、活性領域に関して順方向で阻止方向よりも高い通電を有している。このように、薄膜半導体デバイスの極性を簡単に判定可能である。
【００１８】
さらに、半導体本体の活性領域の電気特性は、阻止方向に印加されるテスト電圧によって検査可能である。
【００１９】
換言すると保護ダイオード構造は、テスト電圧が印加されたときに薄膜半導体デバイスが、保護ダイオードの組み込まれていない従来式の半導体デバイスと同じように振るまうように構成されていてよい。それに対して閾値よりも数値的に大きい電圧では、保護ダイオード構造が比較的低い抵抗しか示さないので、半導体デバイスの損傷を引き起こしかねない程度に数値的に大きい電圧が阻止方向で印加された場合に、保護ダイオード構造への通電を行うことができる。
【００２０】
１つの好ましい実施形態では、第１の接触部は第１の接触層によって形成されており、第１の接触層は支持体の第１の部分領域に接している。さらに、第２の接触部は第２の接触層によって形成されるのが好ましく、第２の接触層は支持体の第２の部分領域に接している。すなわち、第１の接触部と第２の接触部はいずれも支持体の部分領域とそれぞれ導電接続されていてよい。これらの導電接続のうち少なくとも一方は、好ましくは両方の導電接続は、オームの法則の電流・電圧特性または少なくとも近似的にオームの法則の電流・電圧特性、すなわち電圧と電流の間の線形の比率を有しているのが好ましい。
【００２１】
支持体は、半導体材料をベースとしているのが好ましい。半導体材料は、ツェナーダイオードを構成するのに特別に適している。特にエレクトロニクスでの幅広い用途や、比較的低コストかつ広範囲での入手可能性に基づいてシリコンが好適である。
【００２２】
支持体の第１の部分領域と第２の部分領域は、第１の伝導型を有しているのが好ましい。すなわち第１の部分領域と第２の部分領域は、伝導型に関して同種類に構成されている。さらに、第１の部分領域と第２の部分領域の間には、第１および第２の部分領域の第１の伝導型とは異なる第２の伝導型を有する、支持体の別の領域が構成されているのが好ましい。たとえば第１の部分領域と第２の部分領域はｎ伝導型として構成され、支持体の別の領域はｐ伝導型として構成されていてよく、それによってｎｐｎ構造が得られる。別案として、支持体は伝導型に関してこれを反転して製作されていてもよく、それによって相応にｐｎｐ構造が得られる。第１の部分領域と別の領域との移行部は、保護ダイオード構造の第１のダイオードを形成することができ、第２の部分領域と別の領域との移行部は、第２のダイオードを形成することができる。
【００２３】
１つの好ましい実施形態では、第１の接触層および／または第２の接触層は、絶縁層によって支持体の別の領域から電気的に分離されている。つまり第１の接触層と第２の接触層は、支持体の第１の部分領域ないし第２の部分領域でのみ支持体に接している。特に絶縁層は、半導体デバイスを平面図で見たときに第１の部分領域ないし第２の部分領域に重なり合う、第１の開口部と第２の開口部を有することができる。
【００２４】
１つの好ましい発展例では、第１の部分領域は第２の部分領域を少なくとも部分的に取り囲んでいる。換言すると、第１の部分領域はフレーム状に製作されていてよく、第２の部分領域を少なくとも部分的に包囲する。
【００２５】
１つの好ましい発展例では、半導体本体は横方向で、すなわち半導体本体の半導体層の主平面に沿って延びる方向で、複数のセグメントに区分されている。製造時には、これらのセグメントを半導体本体の共通の半導体層列から生じさせることができる。
【００２６】
１つの実施態様では、半導体本体の各セグメントは少なくとも部分的に互いに独立して外部と電気的に接触可能である。特に、互いに独立して外部と電気的に接触可能な各セグメントには、それぞれ少なくとも１つの、特に別々の、保護ダイオード構造が付属していてよい。それに応じて半導体本体は、それぞれＥＳＤ損傷に対して防護された複数のセグメントを有している。
【００２７】
別案の実施態様では、半導体本体の各セグメントは少なくとも部分的に互いに電気的に直列に配線されている。この場合、互いに直列に配線された各セグメントは、直列の各セグメントと電気的に並列に配線された共通の保護ダイオード構造を有することができる。
【００２８】
半導体デバイスの作動時に電荷担体がさまざまな側から半導体本体の活性領域に注入され、そこで放射を放出しながら再結合することができる接触部の配置は、広い範囲で自由に選択することができる。
【００２９】
接触部のうち少なくとも１つは、半導体本体と反対を向いている支持体の側に配置されていてよい。この場合、半導体本体は支持体の少なくとも１つの貫通部を通して、接触部と導電接続されていてよい。
【００３０】
上記の代替または補足として、接触部のうち少なくとも１つは半導体本体のほうを向いている支持体の側に配置されていてよい。特に両方の接触部が、半導体本体のほうを向いている支持体の側に配置されていてよい。このようにして半導体デバイスを前面から接触可能であり、前面とは、特に、活性領域で生成される放射の大多数の割合が半導体デバイスから出ていく側を意味している。
【００３１】
複数の半導体デバイスを製造する方法では、１つの実施形態によると、放射を生成するために設けられた活性領域を備える半導体層列が成長基板の上に析出される。複数の半導体本体が、半導体層列から形成される。成長基板が少なくとも部分領域で除去される。複数の保護ダイオード構造を備える複合支持体が準備される。複数の半導体本体が複合支持体に対して相対的に位置決めされ、それにより、各々の保護ダイオード構造に少なくとも１つの半導体本体が割り当てられる。半導体本体と保護ダイオード構造との導電接続を成立させる。複数の半導体デバイスが完成し、各々の半導体デバイスについて１つの支持体が複合支持体から得られる。
【００３２】
これらの方法ステップは必ずしも上に掲げた順序で実施される必要はない。
【００３３】
このように保護ダイオード構造は、半導体本体がそれぞれ付属の支持体に取り付けられる以前から、すでに支持体に構成されていてよい。
【００３４】
したがって、それぞれの支持体と半導体本体を接続することによって、それぞれの保護ダイオード構造との電気接続もすでに成立するので、半導体本体が製造時に早期に、特に複合支持体から半導体デバイスが形成される以前に、静電放電による損傷に対して防護されることになる。
【００３５】
１つの好ましい実施形態では、少なくとも部分領域での成長基板の除去は、保護ダイオード構造と半導体本体との導電接続が成立した後に行われる。したがって、複合支持体に半導体本体が取り付けられるまで、成長基板を半導体本体の機械的な安定化に利用することができる。この取付けの後、半導体本体の機械的な安定化はもはや必要ないので、成長基板を除去することができる。
【００３６】
あるいは上記とは異なり、成長基板の除去は、保護ダイオード構造と半導体本体の導電接続が成立する前にすでに行うこともできる。
【００３７】
上述した方法は、特に、上で説明したように製作された半導体デバイスの製造に適している。したがって、半導体デバイスとの関連で挙げた特徴を方法にも援用することができ、その逆もできる。
【００３８】
その他の構成要件、実施形態、および好都合な構成は、図面と関連する以下の実施例の説明から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１Ａ】半導体デバイスの第１の実施例を示す模式的な断面図である。
【図１Ｂ】半導体デバイスの第１の実施例を示す模式的な断面図である。
【図２】半導体デバイスの第２の実施例を示す模式的な平面図（図２Ｂ）、ならびにこれに対応する断面図（図２Ａ）である。
【図３】第１の実施例に基づく半導体デバイスの電流・電圧特性を、従来式のデバイスとの比較で示す図である。
【図４】半導体デバイスの第３の実施例を示す模式的な断面図である。
【図５】半導体デバイスの第４の実施例を示す模式的な断面図である。
【図６】半導体デバイスの第５の実施例を示す模式的な断面図である。
【図７】半導体デバイスを製造する方法の実施例を、それぞれ模式的な断面図で示された中間ステップを用いて示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
同じ部材、同種類の部材、または同じ作用をする部材は、図面では同じ符号が付されている。各図面はそれぞれ模式図であり、したがって必ずしも縮尺に忠実ではない。むしろ、比較的小さい部材および特に層厚は、図解のために誇張して大きく図示されている場合がある。
【００４１】
図１Ａは、薄膜ＬＥＤ半導体チップとして製作された半導体デバイス１の第１の実施例を示している。半導体デバイス１は、半導体本体を形成する半導体層列を備える半導体本体２を有している。半導体層列の成長基板は完全に除去されている。半導体層列は、第１の半導体層２１と第２の半導体層２２の間に配置された活性領域２０を含んでいる。第１の半導体層と第２の半導体層は、それぞれの伝導型に関して互いに相違しているのが好都合であり、それにより、これらがダイオード構造を形成する。
【００４２】
半導体本体２は支持体５の上に配置されており、これと機械的に安定的に結合されている。この結合は、半導体本体２のほうを向いている支持体５の第１の主面５０１と、半導体本体２との間に配置された結合層４によって行われる。
【００４３】
結合層としては、たとえばはんだ層や、特に導電性の接着剤層などが適している。
【００４４】
支持体５は、それぞれ同一の伝導型を有する第１の部分領域５１と第２の部分領域５２を有している。たとえばこれらの部分領域は、それぞれｎ伝導型で構成されていてよい。さらに支持体５は、第１の部分領域と第２の部分領域の間に延び、第１の伝導型とは異なる第２の伝導型を有する別の領域５３を含んでいる。このようにして、第１の部分領域５１と別の部分領域５３の間に、ならびに第２の部分領域５２と別の部分領域５３の間に、それぞれｐｎ接合が生じている。それによって形成される第１のダイオード７１ないし第２のダイオード７２が、保護ダイオード構造７を構成しており、第１のダイオードと第２のダイオードは、それぞれの順方向に関して互いに反対向きに、電気的に直列に配線されている。さらに半導体デバイスは、半導体デバイス１を外部と電気的に接触させるためにそれぞれ設けられた、第１の接触部３１と第２の接触部３２を含んでいる。図示した実施例では、第１の接触部と第２の接触部は、半導体本体２と反対を向いている支持体の第２の主面５０２にそれぞれ構成されている。このように半導体デバイスは、半導体デバイスの放射出口面１０と反対を向いている側から電気的に接触可能である。
【００４５】
第１の接触部３１と第２の接触部３２は、第１の接触層３１０ないし第２の接触層３２０によってそれぞれ形成されている。接触層３１０は、支持体５の第１の部分領域５１に接している。さらに第２の接触部３２の第２の接触層３２０は、支持体の第２の部分領域５２に接している。
【００４６】
第１の部分領域５１と第２の部分領域５２は、第１の部分領域が第２の部分領域を特に全面的に取り囲むように構成されていてもよい（明示的には図示せず）。
【００４７】
半導体本体は、支持体５のほうを向いている半導体本体の側から活性領域２０を通過して延びる切欠き２５を有している。
【００４８】
この半導体本体２は、簡素化した図示のために１つだけの切欠き２５を有しているにすぎない。切欠きの数が多いほど、いっそう横方向で均等に、電荷担体を第１の半導体層２１を介して活性領域へ注入することができ、それにより、放射出口面１０から放射を比較的均一に出すことができる。
【００４９】
切欠き２５の中には第１の接続層３１１が形成されており、これを介して第１の半導体層２１が第１の接触部３１と導電接続されている。さらに、切欠き２５の中の第１の接続層３１１は、電気的な短絡を回避するために、別の絶縁層６５によって活性領域２０や第２の半導体層２２から電気的に絶縁されている。
【００５０】
第２の半導体層２２は、支持体５のほうを向いている半導体本体２の側に第２の接続層３２１を有しており、これを介して第２の半導体層２２が第２の接触部３２と導電接続されている。
【００５１】
第１の接続層および／または第２の接続層は、たとえばＡｇ，Ｒｈ，Ｔｉ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｕ，Ａｌのような金属を含んでいるか、または金属でできているのが好ましく、あるいは、上記の金属のうち少なくとも１つを有する金属の合金を含んでいる。これらの金属は、接触層３１０および／または第２の接触層３２０にも適用することができる。
【００５２】
半導体本体２、特に活性領域２０は、ＩＩＩ−Ｖ半導体材料を有しているのが好ましい。
【００５３】
ＩＩＩ−Ｖ半導体材料は、紫外スペクトル領域（ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ）から可視スペクトル領域（特に青色から緑色の放射についてはＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ、または特に黄色から赤色の放射についてはＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＰ）を経て赤外スペクトル領域（ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＡｓ）までの放射生成に特別に適している。このとき、特にｘ≠１，ｙ≠１，ｘ≠０および／またはｙ≠０で、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１かつｘ＋ｙ≦１がそれぞれ成り立つ。さらにＩＩＩ−Ｖ半導体材料により、特に上記の材料システムから、放射生成時に高い内部量子効率を実現することができる。
【００５４】
支持体５は半導体材料を含んでいるか、または半導体材料でできているのが好ましい。シリコンは、特に確立されているシリコンテクノロジーと比較的低コストな入手可能性に基づき、支持体材料として特別に適している。あるいは、たとえばＧｅやＧａＡｓのようなこれ以外の半導体材料を適用することもできる。
【００５５】
さらに支持体５は、支持体の第１の主面５０１から第１の主面と反対側の第２の主面５０２まで延びる貫通部５５を有している。この貫通部を介して、半導体本体と反対を向いているほうの支持体の側から、半導体本体を電気接触させることが可能である。
【００５６】
支持体の別の領域５３と第１の接触層３１０との間、ならびに第２の接触層３２０との間には、絶縁層６が配置されている。したがって第１の接触部３１および第２の接触部３２は、第１の部分領域５１ないし第２の部分領域５２を介してのみ、オーム接続によってそれぞれ支持体と導電接続されている。そのために絶縁層６は、接触層３１０，３２０が支持体５に接する開口部を有している。
【００５７】
絶縁層６および／または別の絶縁層６５は、酸化物、たとえば酸化ケイ素や酸化チタン、窒化物、たとえば窒化ケイ素、または酸窒化物、たとえば酸窒化ケイ素を含んでいるか、あるいはこれらの材料からなるのが好ましい。
【００５８】
半導体デバイス１の内部の電流経路が、図１Ｂに模式的に示されている。ここでは第１の半導体層２１は一例としてｎ伝導型であり、第２の半導体層２２はそれに応じてｐ伝導型に構成されている。さらに、支持体５の第１の部分領域５１および第２の部分領域５２はそれぞれｎ伝導型であり、支持体の別の領域５３はｐ伝導型として製作されている。
【００５９】
第１の接触部３１に対して相対的に第２の接触部３２に正の電圧が印加されると、活性領域２０が順方向で作動し、その結果、電荷担体がそれぞれ異なる側から第１の半導体層２１および第２の半導体層２２を介して活性領域へ注入され、そこで放射を放出しながら再結合する。電圧が阻止方向に印加されると、保護ダイオード構造７を通じて排出される。ここでは第１のダイオード７１および第２のダイオード７２はそれぞれツェナーダイオードとして製作されており、それにより、阻止方向に電圧が印加されると、保護ダイオード構造を通じて、ある程度の閾値を超えたときに初めて有意な電流が流れる。すなわち閾値の電圧よりも数値的に大きい電圧のとき、保護ダイオード構造は比較的低い抵抗しか有していないので、静電気の帯電が生じた場合、保護ダイオード構造を介して電荷担体を排出することができ、それによって半導体本体の損傷の危険をほぼ回避することができる。
【００６０】
対応する電流・電圧特性が図３に模式的に示されており、曲線８１は、第１の実施例に基づく半導体デバイスについて、印加される電圧Ｕに依存する電流Ｉを表しており、電圧と電流はそれぞれ恣意的な単位で掲げられている。これとの比較で曲線８２は、単純な保護ダイオードが活性領域と反平行に配線された従来式のデバイスについての電流・電圧特性を表している。この曲線は、曲線８１とは異なり、すでに数値的に比較的低い負の電圧のとき、比較的低い抵抗を有している。すなわち図面に矢印８３で図示しているテスト電圧のとき、従来式のデバイスでは活性領域の阻止方向でも非常に高い電流が流れることになり、その結果、半導体デバイスの極性の判定が不可能であり、もしくは非常に困難になる。
【００６１】
これとは異なり、順方向に関して互いに反対向きに配線された２つのツェナーダイオードを備える保護ダイオード構造では、テスト電圧のときに保護ダイオード構造を通じて電流が流れず、もしくは少なくともさほど流れないので、保護ダイオード構造が組み込まれているにもかかわらず、デバイスの極性の判定を簡単な仕方で行うことができる。
【００６２】
半導体本体２０の阻止方向に印加される数値的に高い電圧のとき、それにもかかわらず保護ダイオード構造７の抵抗は、組み込まれた保護ダイオード構造によって半導体デバイスが静電放電に基づく損傷に対して効率的に保護される程度に低い。
【００６３】
さらに図３は、第１のダイオード７１と第２のダイオード７２を備える保護ダイオード構造７についての等価回路図８５を示しており、保護ダイオード構造は活性領域２０と電気的に並列に配線されている。
【００６４】
半導体デバイスの第２の実施例が図２Ａと図２Ｂに模式的な平面図で示されており、ならびに線ＡＡ’に沿った模式的な断面図として示されている。
【００６５】
第１の実施例とは異なり、接触部３１および３２は、半導体本体２の方を向いている支持体５の側にそれぞれ配置されている。したがって、支持体５は貫通部５５なしで構成されていてよい。
【００６６】
すなわち第１の接触部３１、第２の接触部３２、および半導体本体２は、横方向で相並んで配置されている。
【００６７】
当然ながら、接触部のうちの一方が、半導体本体２のほうを向いている支持体の側に配置され、他方の接触部が、半導体本体と反対を向いている支持体の側に配置され、第１の実施例との関連で説明したように、支持体を通る貫通部を介して半導体本体と接続されていてもよい。
【００６８】
半導体デバイスの第３の実施例が、図４に断面図として模式的に示されている。第１の実施例とは異なり、半導体本体２は切欠き２５を有していない。第１の接触部３１と第１の半導体層２１を導電接触するために、第１の接続層３１１は第１の半導体層２１の上面を超えて延びるとともに、第１の接触層３１０に対して斜めに延びている。この斜面は、同時に第１の接続層を活性領域２０および第２の半導体層２２から電気的に分離する平坦化層９によって形成されている。平坦化層は電気絶縁性に製作されているのが好都合である。たとえば平坦化層は、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）、酸化ケイ素、または窒化ケイ素を含んでいるか、このような材料でできていてよい。
【００６９】
さらにこの半導体デバイス１は、特に半導体本体２を機械的な損傷および／または湿度のような不都合な外部環境要因に対して保護するカプセル封じ９１を有している。
【００７０】
図５には、半導体デバイスの第４の実施例が断面図として模式的に示されており、この半導体デバイスは、基本的に、図１との関連で説明したものと同様に製作されている。
【００７１】
これとの相違点として、半導体本体２は複数のセグメントを有しており、本実施例ではあくまで一例として２つのセグメント２Ａおよび２Ｂを有している。半導体デバイスを製造するとき、各セグメントは、半導体本体２の共通の半導体層列から作られる。たとえば各セグメントは、湿式化学および／または乾式化学によるエッチングステップにより、互いに電気的に分離することができる。
【００７２】
図１との関連で説明したように、半導体本体の各セグメントはそれぞれ第１の接触部３１と第２の接触部３２を介して外部と電気的に接触可能である。このように各セグメントは、互いに独立して外部から電気制御することができる。各セグメントは、たとえば画像表示装置をなすようにマトリクス状に構成されていてよい。
【００７３】
セグメント２Ａおよび２Ｂには、図１との関連で説明したとおり、支持体に構成された保護ダイオード構造７がそれぞれ付属している。このように、半導体本体の各々のセグメントは保護ダイオード構造を個別に備えており、それにもかかわらず簡単な仕方で、その電気特性に関して阻止方向で検査可能である。
【００７４】
半導体デバイスの第６の実施例が図６に断面図として模式的に示されている。この実施例は、基本的に、図５との関連で説明した第４の実施例に相当している。ことの相違点として、半導体本体の各セグメント２Ａ，２Ｂは互いに電気的に直列に配線されている。さらにセグメント２Ａ，２Ｂには、１つの共通の保護ダイオード構造７が付属している。各セグメントの互いに直列の配線は、別の接続層３４によって行われる。この別の接続層により、切欠き２５を通して、半導体本体２の第２のセグメント２Ｂの第２の半導体層２２と、セグメント２Ａの第１の半導体層２１との導電接続が成立する。別の接続層については、特に、第１および第２の接続層との関連で挙げた材料のうちの１つが適している。
【００７５】
半導体デバイスを製造する方法の実施例が、図７Ａから図７Ｃに、それぞれ模式的な断面図として示された中間ステップを用いて図示されている。
【００７６】
この製造は、図１Ａとの関連で説明した第１の実施例に基づいて構成された半導体デバイスについての一例として示されているにすぎない。さらに、図面を簡略化するために、１つの半導体デバイスだけが示されている。当然ながらこの方法により、多数の半導体デバイスを同時に製造することができる。
【００７７】
活性領域２０と、第１の半導体層２１と、第２の半導体層２２とを備える半導体層列２００が、たとえばＭＯＣＶＤまたはＭＢＥによって、成長基板の上で好ましくはエピタキシャルに析出される。成長基板と反対を向いている側から、活性領域２０を通過して第１の半導体層２１の中まで延びる切欠き２５が半導体層列に形成される。このことは、たとえば湿式化学または乾式化学のエッチングによって行うことができる。切欠き２５の領域に、切欠き２５の側面を覆う別の絶縁層６５が形成される。別の絶縁層６５の上に、第１の半導体層２１と導電接続された第１の接続層３１１が形成される。さらに第２の半導体層２２の上に、たとえば蒸着やスパッタによって、第２の接続層３２１が析出される。
【００７８】
図７Ｂには、半導体チップの支持体５を作る元となる複合支持体５０の一部分が示されている。
【００７９】
支持体５は、第１の接触層３１０と第２の接触層３２０がそれぞれ中を通って延びる貫通部５５を有している。
【００８０】
図１Ａとの関連で説明したように、支持体には第１の部分領域５１、第２の部分領域５２、および別の領域５３が構成されており、これらが２つのツェナーダイオードを備える保護ダイオード構造７を形成する。保護ダイオード構造は、第１の接触層３１０および第２の接触層３２０を介して、電気的に接触可能である。
【００８１】
すなわち保護ダイオード構造は、半導体本体が支持体に取り付けられる前から、すでに複合支持体に構成されている。
【００８２】
半導体本体２が支持体に対して位置決めされ、それにより、第１の接触層３１０と第１の接続層３１１との間で、ないし第２の接触層３２０と第２の接続層３２１との間で、それぞれ電気接触を成立することができるようになる。この接続の成立は、たとえばはんだ層または導電性接着剤層のような結合層４によって行うことができる。
【００８３】
半導体本体２の取付後、半導体本体を機械的に安定化するための成長基板２３は必要なくなるので、除去することができる。このように、支持体に組み込まれた保護ダイオード構造に基づき、半導体本体をすでに成長基板の除去中から、ＥＳＤ損傷に対して防護することができる。
【００８４】
別案として、半導体本体が支持体５に取り付けられる以前に、成長基板をすでに除去することもできる。この場合、半導体本体２は、支持体と半導体本体との結合後に除去することができる補助支持体に取り付けられるのが好ましい。
【００８５】
成長基板の除去は、たとえば研削、ラッピング、研磨などによって機械式に、および／または湿式化学もしくは乾式化学によるエッチングのように化学式に、および／またはコヒーレント放射によって、特にレーザ放射によって行うことができる。
【００８６】
図１Ａとの関連で説明したように製作される完成した半導体デバイスが、図７Ｃに示されている。複合支持体を切り離してそれぞれ少なくとも１つの半導体本体２を備える複数の支持体５にする作業は、たとえば切断、スクライビング、破断によって機械式に、および／またはコヒーレント放射によって、特にレーザ放射によって行うことができる。このように複合支持体を切り離すことで、保護ダイオード構造がすでに組み込まれた半導体デバイスが作られる。
【００８７】
本件特許出願は、ドイツ特許出願第１０２００９０５３０６４．９の優先権を主張するものであり、これをもってその開示内容を参照により援用する。
【００８８】
本発明は、実施例を用いて行った記述だけに限定されるものではない。むしろ本発明は、あらゆる新たな構成要件ならびにあらゆる構成要件の組み合わせを含むものであり、これは特に、特許請求の範囲の各構成要件のあらゆる組み合わせを含んでおり、このことは、当該構成要件または当該組み合わせそのものが、特許請求の範囲や実施例に明示的に記載されていない場合にも当てはまる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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