專利名稱：接收輻射的半導體器件和光電子部件的制作方法
接收輻射的半導體器件和光電子部件本發(fā)明提出了一種接收輻射的半導體器件。此外，還提出了一種具有這種接收輻射的半導體器件的光電子部件。一個要解決的任務(wù)在于提出一種接收輻射的半導體器件，其光譜靈敏度特別良好地與人眼的光譜靈敏度匹配。另一要解決的任務(wù)在于提出一種具有這種接收輻射的半導體器件的光電子部件。根據(jù)接收輻射的半導體器件的至少一個實施形式，該半導體器件包括半導體本體，其借助硅形成。也就是說，接收輻射的半導體器件的半導體本體基于硅。該半導體本體例如包括至少一個pn結(jié)，其通過借助硅形成的半導體本體的P摻雜區(qū)域和借助硅形成的半導體本體的η摻雜區(qū)域形成。半導體本體在此可以(除摻雜材料之外)由硅構(gòu)成。尤其是半導體的其中吸收電磁輻射并且將電磁輻射轉(zhuǎn)換成電流的區(qū)域(除摻雜材料之外)由硅構(gòu)成。根據(jù)接收輻射的半導體器件的至少一個實施形式，該接收輻射的半導體器件的半導體本體包括輻射入射面。半導體本體的輻射入射面例如通過主面(例如在半導體本體的上側(cè))形成。通過輻射入射面，要檢測的電磁輻射入射到半導體本體中。根據(jù)接收輻射的半導體器件的至少一個實施形式，該半導體本體具有吸收區(qū)，在該吸收區(qū)中通過輻射入射面入射到半導體本體中的電磁輻射被吸收。僅僅在吸收區(qū)中，所吸收的電磁輻射在此對產(chǎn)生電流有貢獻，并且由此對產(chǎn)生接收輻射的半導體器件的信號有貝獻。在不同于吸收區(qū)的區(qū)域中吸收的電磁輻射對于接收輻射的半導體器件的信號沒有貢獻。電磁輻射例如在半導體本體的、在吸收區(qū)之外的區(qū)域中被吸收。吸收區(qū)在此可以直接與半導體本體的輻射入射面鄰接。也就是說，輻射入射面例如位于半導體本體的主面中， 該主面在半導體本體的上側(cè)上，于是吸收區(qū)可以從輻射入射面延伸至半導體本體中達到確定的深度。也就是說，吸收區(qū)于是從在半導體本體的上側(cè)上的輻射入射面朝著半導體本體的背離上側(cè)的下側(cè)延伸直至一定深度。根據(jù)接收輻射的半導體器件的至少一個實施形式，吸收區(qū)具有最大10 μ m的厚度。優(yōu)選地，吸收區(qū)具有在1. 5 μ m到7. 5 μ m之間的厚度，特別優(yōu)選在至少2 μ m到最大5 μ m 之間的厚度。通過如此薄的吸收區(qū)，例如保證了接收輻射的半導體器件的最大靈敏度從在 800nm到900nm之間的范圍中的比較長的波長推移到在例如500nm到600nm之間的較短波長的范圍中。也就是說，在薄的吸收區(qū)中對較短波長的吸收比對較長波長的輻射的吸收概率更大。未被吸收的電磁輻射可以穿過吸收區(qū)并且例如在半導體本體的如下區(qū)域中吸收 在該區(qū)域中未被吸收的電磁輻射不會對接收輻射的半導體器件的信號形成有貢獻。吸收區(qū)的厚度在此例如在如下方向上被測量該方向垂直于接收輻射的半導體器件的輻射入射面。例如，該方向也可以是半導體本體的外延沉積部分的生長方向。根據(jù)接收輻射的半導體器件的至少一個實施形式，接收輻射的半導體器件包括濾光層，濾光層以介電材料形成，其中濾光層覆蓋半導體本體的輻射入射面。濾光層在此例如由介電材料層的序列形成。也就是說，濾光層可以由多個層構(gòu)成，這些層相疊地設(shè)置。例如，這些層可以平行于半導體本體的輻射入射面延伸。濾光層的各個層可以由不同的介電材料形成，它們交替地相疊設(shè)置用以形成濾光層。濾光層例如是構(gòu)建為邊緣濾光器的干涉濾光器，或是反射濾光器。濾光層遮蓋半導體本體的輻射入射面，優(yōu)選完全遮蓋，使得所有穿過半導體本體的輻射入射面進入半導體本體的電磁輻射事先經(jīng)過濾光器并且被其過濾。濾光層例如適于過濾在紅光或紅外輻射的波長范圍中、尤其是波長在SOOnm到 IlOOnm之間的近紅外的電磁輻射，也就是說防止進入半導體本體中或至少在其強度上減弱。根據(jù)接收輻射的半導體器件的至少一個實施形式，接收輻射的半導體器件包括澆注體，其至少在半導體本體的輻射入射面上遮蓋該半導體本體。澆注體例如以硅樹脂或環(huán)氧樹脂形成并且設(shè)置在半導體本體上，使得其完全遮蓋半導體本體的輻射入射面。也就是說，通過輻射入射面進入半導體本體中的所有電磁輻射在進入該半導體本體之前經(jīng)過該澆注體。該澆注體在此優(yōu)選包含吸收輻射的材料。也就是說，電磁輻射在入射到半導體本體之前穿過澆注體，在該澆注體中包含吸收輻射的材料，該吸收輻射的材料吸收輻射的一部分， 優(yōu)選波長選擇性地進行吸收。根據(jù)接收輻射的半導體器件的至少一個實施形式，該半導體器件包括半導體本體，該半導體本體以硅形成并且具有輻射入射面以及吸收區(qū)，在該吸收區(qū)中通過輻射入射面入射到半導體本體中的電磁輻射被吸收。吸收區(qū)的厚度在此最高為ΙΟμπι。此外，接收輻射的半導體器件包括濾光層，該濾光層以介電材料形成，其中濾光層覆蓋半導體本體的輻射入射面，并且半導體器件包括澆注體，該澆注體至少在半導體本體的輻射入射面上遮蓋該半導體本體，其中澆注體包含吸收輻射的材料。這里所描述的接收輻射的半導體器件在此尤其基于如下知識基于以硅形成的半導體本體，可以成本特別低廉地制造光學檢測器例如光電二極管或光電晶體管。此外，半導體器件基于如下知識不同措施的組合——如吸收區(qū)的確定的厚度、濾光層和澆注體(其包含吸收輻射的材料)——可以適于將接收輻射的半導體器件的光譜靈敏度與人眼的光譜靈敏度盡可能精確地匹配。根據(jù)接收輻射的半導體器件的至少一個實施形式，濾光層設(shè)計用于過濾紅外輻射。也就是說，濾光層適于至少將射到半導體器件上的電磁輻射的一部分在進入半導體本體之前減弱。被過濾的電磁輻射在此例如具有SOOnm或更大的波長。根據(jù)接收輻射的半導體器件的至少一個實施形式，濾光層包括由如下材料形成的至少一個層氧化硅、氮化硅。在此也可能的是，濾光層包括多個層，它們相疊地(例如平行于半導體本體的輻射入射面)設(shè)置。這些層在此可以在其折射率方面彼此不同并且形成反射器或干涉邊緣濾光器。例如，由氧化硅和氮化硅構(gòu)成的層相疊地設(shè)置。氧化硅優(yōu)選是二氧化硅，氮化硅是Si3N4。根據(jù)接收輻射的半導體器件的至少一個實施形式，濾光層直接與半導體本體的輻射入射面接觸。也就是說，濾光層直接設(shè)置在半導體本體的輻射入射面上。濾光層例如可以氣相淀積或濺射到輻射入射面上。濾光層為此例如可以包括至少四個層，其中這些層中的至少兩個在其折射率方面彼此不同。濾光層有助于抑制以硅形成的半導體本體的剩余紅外靈敏度。
根據(jù)接收輻射的半導體器件的至少一個實施形式，濾光層包括最多十個單層。這樣的濾光層可以成本特別低廉地制造。根據(jù)接收輻射的半導體器件的至少一個實施形式，澆注體以如下材料的至少一種形成硅樹脂、環(huán)氧樹脂。此外，也可能的是，澆注體以硅樹脂-環(huán)氧樹脂混合材料形成。在澆注體中于是優(yōu)選引入例如顆粒形式的吸收輻射的材料。吸收輻射的材料在此可以均勻地分布在澆注體中或設(shè)置在其中的一層內(nèi)。吸收輻射的材料于是基本上僅在澆注體內(nèi)的該層內(nèi)。該層在其主面上可以完全被沒有吸收材料的澆注體覆蓋。這能夠通過吸收輻射的材料實現(xiàn)對電磁輻射特別精確的并且限定的吸收。根據(jù)接收輻射的半導體器件的至少一個實施形式，吸收輻射的材料設(shè)計用于吸收紅外輻射。也就是說，吸收輻射的材料適于吸收紅外輻射，并且在紅外輻射可以進入半導體本體之前吸收紅外輻射。例如，吸收輻射的材料是Nitto公司的添加劑“IR-14”。根據(jù)接收輻射的半導體器件的至少一個實施形式，濾光層設(shè)置在半導體本體與澆注體之間。也就是說，濾光層例如可以完全覆蓋半導體本體的輻射入射面，澆注體于是設(shè)置在半導體本體上，使得其完全遮蓋濾光層。入射到半導體器件中的電磁輻射于是在入射到濾光層之前完全穿過具有吸收輻射的材料的澆注體，并且在通過輻射入射面入射到半導體本體之前完全穿過濾光層。入射的電磁輻射由此經(jīng)歷兩階段的吸收過程或濾光過程，其中例如電磁輻射的長波長的部分(其波長在SOOnm以上)在其強度方面至少被減弱。根據(jù)接收輻射的半導體器件的至少一個實施形式，澆注體至少局部與濾光層直接接觸。例如，澆注體可以完全遮蓋濾光層和潤濕濾光層的任何裸露的面，也即濾光層的未與半導體本體直接接觸的任何面。根據(jù)接收輻射的半導體器件的至少一個實施形式，澆注體具有600 μ m的最大厚度。例如，澆注體具有至少200 μ m并且最大500 μ m的厚度。通過這樣薄的澆注體，保證了需要盡可能少的澆注體材料來制造澆注體。此外，提出了具有這種接收輻射的半導體器件的光電子部件。也就是說，接收輻射的半導體器件的所有特征對于光電子部件而言也公開。根據(jù)光電子部件的至少一個實施形式，光電子部件包括連接支承體，該連接支承體具有上側(cè)。該連接支承體例如可以是電路板。例如，該連接支承體具有電絕緣的基本體，印制導線和連接部位結(jié)構(gòu)化到基本體中或基本體上。此外，連接支承體可以是支承體條(即引線框架)或金屬芯電路板。根據(jù)接收輻射的部件的至少一個實施形式，這里所描述的接收輻射的半導體器件在連接支承體的上側(cè)上固定在該連接支承體上。半導體器件例如可以借助背離半導體本體的輻射入射面的側(cè)焊接或粘合到連接支承體上。根據(jù)光電子部件的至少一個實施形式，接收輻射的半導體部件的澆注體與連接支承體直接接觸并且具有600 μ m的最大厚度。也就是說，連接支承體至少局部被澆注體覆蓋。為此，半導體器件例如可以在施加到連接支承體上之后才設(shè)置有澆注體(例如擠壓包封)。例如，澆注體在此僅僅在連接支承體的上側(cè)上與連接支承體接觸。也就是說，并非整個連接支承體都以澆注體擠壓包封，而是僅僅圍繞半導體本體的具有最大厚度為600 μ m 的區(qū)域以澆注體擠壓包封。由此，相對于連接支承體的完全擠壓包封可以減少澆注體的材料。在澆注體中的吸收輻射的材料也可以以該方式來特別地控制，例如引入到濾光元件遮
蓋的層中。以下借助實施例和所附的附圖更為詳細地闡述這里所描述的接收輻射的半導體器件以及這里所描述的光電子部件。

圖1以示意性剖面圖示出了這里所描述的、具有在此所描述的根據(jù)一個實施例的接收輻射的半導器件的光電子部件。圖2A至2C借助示意性曲線圖示出了這里所描述的接收輻射的半導體器件的部件的作用。相同、相似或作用相同的元件在附圖中設(shè)置有相同的附圖標記。附圖和附圖中所示的元件彼此間的大小關(guān)系并不能視為合乎比例的。更確切地說，為了更清楚和/或更好的理解而可以夸大地示出各個元件。環(huán)境光傳感器(英語Ambient light sensors)要以與人眼相同的方式測量環(huán)境亮度。人眼的光譜靈敏度通過所謂的V-λ曲線來描述，靈敏度曲線，其在波長λ ^ 400nm 處開始并且其最大值在λ 550-560nm處并且隨后直至λ = 780nm返回到0。技術(shù)上的光電檢測器首先具有與其不同的靈敏度曲線，這導致相對于人眼靈敏度的靈敏度曲線的相應(yīng)誤測量。為了技術(shù)上的光電檢測器匹配于眼睛曲線，通常需要昂貴的措施。在此存在不同的方案來制造環(huán)境光傳感器。許多半導體本體、例如由硅構(gòu)成的半導體本體具有偏差極大的靈敏度曲線，其與人眼的靈敏度曲線相差極大。另一方面，基于硅的環(huán)境光傳感器的特征在于其可以成本特別地低廉地制造。結(jié)合圖1借助示意性剖面圖進一步闡述了這里所描述的光電子部件，其具有這里所描述的接收輻射的半導體器件100。該半導體器件100包括半導體本體1。半導體本體1具有輻射入射面la，入射到半導體本體1中的電磁輻射10必須穿過輻射入射面，以便在半導體本體的吸收區(qū)2中被檢測并且產(chǎn)生信號。在此，吸收區(qū)2具有最大ΙΟμπι的厚度，在此例如為3μπι的厚度。在此，薄的吸收區(qū)通過ρ-η-ρ結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。半導體本體1為此具有ρ摻雜的第一區(qū)域12、η摻雜的區(qū)域11和ρ摻雜的第二區(qū)域13。在ρ 摻雜的第一區(qū)域12與η摻雜的區(qū)域11之間的朝著輻射入射面Ia的ρ_η結(jié)用于產(chǎn)生半導體器件100的光電流。在η摻雜的區(qū)域11與ρ摻雜的區(qū)域13之間的下部n-ρ結(jié)短路，使得在吸收區(qū)2之下通過入射的電磁輻射10或以其他方式產(chǎn)生的所有載流子復合，而對光電流沒有貢獻。可替選地，以其他方式也可以實現(xiàn)具有最大ΙΟμπι的厚度的薄吸收區(qū)。-例如可以使用薄的例如厚度在2μ m到5 μ m之間的較弱摻雜的外延層。吸收區(qū)于是在該外延層內(nèi)，該外延層施加到高摻雜的襯底上，該襯底保證了在吸收區(qū)之外出現(xiàn)的載流子的復合。也就是說，在摻雜的襯底中產(chǎn)生的載流子不僅用于產(chǎn)生半導體器件103的有用信號，而且僅僅在薄的外延層中用于產(chǎn)生有用信號。-作為另一可能性，例如硅構(gòu)成的薄的半導體片可以設(shè)置在介電材料構(gòu)成的層上， 在該半導體片中設(shè)置有用于檢測入射的電磁輻射的Pn結(jié)。通過介電材料可以將薄的半導體片例如接合到硅支承體或藍寶石支承體上。在該情況下，用于產(chǎn)生光電流的體積也借助薄的吸收區(qū)2來形成邊界。吸收區(qū)2的厚度在此例如從半導體本體1的輻射入射面Ia朝著半導體本體1的背離輻射入射面Ia的下側(cè)垂直于輻射入射面Ia來測量。直接在半導體本體1的輻射入射面Ia上設(shè)置濾光層3。濾光層3完全遮蓋輻射入射面la，使得所有進入半導體本體1中的電磁輻射10必須穿過濾光層。在此，濾光層是特別簡單的光學濾光層，其具有最多十個層31、32，在此例如為四個層。層31例如由二氧化硅構(gòu)成，層32例如由Si3N4構(gòu)成。濾光層3在此過濾入射的電磁輻射10中的紅外輻射波長范圍中的電磁輻射。例如，濾光器是布拉格鏡或干涉邊緣濾光器。此外可能的是，濾光層由光刻膠構(gòu)成，其被著色。此外，可以是金屬濾光層，其例如包含銀。澆注體4直接施加到濾光層3和直接施加到半導體本體1的部分上。澆注體4例如由環(huán)氧樹脂、硅樹脂或環(huán)氧樹脂-硅樹脂混合材料構(gòu)成。吸收輻射的材料5例如作為層引入到澆注體4中。射到半導體器件100上的電磁輻射10在該輻射射到濾光層3之前首先穿過具有吸收輻射的材料5的澆注體4。吸收輻射的材料5吸收電磁輻射10中的紅外輻射的一部分。澆注體4中的吸收輻射的材料與濾光層3的組合在此一方面允許使用較少的昂貴的吸收輻射的材料5，并且另一方面允許特別簡單地實施濾光層3，例如具有少于十個單層。尤其是，吸收材料的材料5和濾光層3的組合由此能夠?qū)崿F(xiàn)成本特別低廉地制造的光電子半導體器件100。光電子半導體器件100施加在連接支承體6上，該連接支承體例如是金屬芯電路板。半導體器件100在此例如粘合到連接支承體6的上側(cè)6a上，并且通過線接觸(在該剖面圖中未示出)電連接到連接支承體6上。澆注體4僅僅在連接支承體6的上側(cè)6a上覆蓋該連接支承體6，并且具有600 μ m 的最大厚度D。以此方式，一方面可以使用特別少的澆注體的澆注材料，這能夠?qū)崿F(xiàn)成本低廉地制造光電子部件。另一方面，通過如此薄的澆注體4，幾乎不弱化要檢測的電磁輻射 10，即尤其是電磁輻射10的在人眼靈敏度曲線的范圍中的部分。于是可以借助該光電子部件產(chǎn)生強烈的有用信號。在圖2A至2C中與不同的接收輻射的半導體器件100的相對光譜靈敏度比照地示出了人眼的相對光譜靈敏度。圖2A示出了人眼靈敏度曲線21以及硅光電二極管的靈敏度曲線，其中沒有應(yīng)用這里所描述的措施。也就是說，硅光電二極管既不包括特別薄的吸收區(qū)，也不包括濾光層， 還不包括具有吸收輻射的材料的澆注體。靈敏度的最大值于是如從曲線22中可看到的那樣在800nm到900nm之間。在圖2B中相對于另外的兩個曲線23、對示出了人眼靈敏度曲線21。曲線23示出了硅光電二極管的靈敏度曲線，其中吸收區(qū)2具有小于10 μ m的厚度。如從圖2B中可看到的那樣，靈敏度曲線23的非常寬的最大值已經(jīng)推移到500nm到600nm之間的波長范圍中。曲線M示出了具有薄的吸收區(qū)2的硅光電二極管的靈敏度曲線，其中濾光層3設(shè)置在輻射入射面Ia上。濾光層3在此是簡單的濾光層，其最多包括十個單層。最后在圖2C中示出了這里所描述的接收輻射的半導體器件的相對光譜靈敏度曲線25，該半導體器件如結(jié)合圖1所描述的那樣。本發(fā)明并不由于借助實施例的描述而限于這些實施例。更確切地說，本發(fā)明包括任意新特征以及特征的任意組合，尤其是包含權(quán)利要求中的特征的任意組合，即使該特征或者組合本身并未明確地在權(quán)利要求或者實施例中予以說明。 本專利申請要求德國專利申請102009012755.0的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容通過引用
結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1.一種接收輻射的半導體器件，具有-半導體本體(1)，其以硅形成并且具有輻射入射面(Ia)以及吸收區(qū)O)，在吸收區(qū)中吸收通過輻射入射面(Ia)進入半導體本體(1)的電磁輻射(10)，其中吸收區(qū)( 具有最大 IOym的厚度(d)，-濾光層(3)，其以介電材料形成，其中濾光層( 覆蓋半導體本體(1)的輻射入射面 (Ia)，以及-澆注體0)，其至少在半導體本體(1)的輻射入射面(Ia)上遮蓋該半導體本體，其中澆注體(4)包含吸收輻射的材料(5)。
2.根據(jù)上述權(quán)利要求所述的接收輻射的半導體器件，其中濾光層C3)設(shè)置用于過濾紅外輻射。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的接收輻射的半導體器件，其中濾光層C3)包括至少一個層(31，32)，所述至少一個層由如下材料之一形成氧化硅、氮化硅。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的接收輻射的半導體器件，其中濾光層C3)與半導體本體(1)的輻射入射面(Ia)直接接觸。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的接收輻射的半導體器件，其中澆注體(4)包含如下材料的至少之一硅樹脂、環(huán)氧樹脂。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的接收輻射的半導體器件，其中濾光層C3)包括最多十個層(31，32)。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的接收輻射的半導體器件，其中吸收輻射的材料(5)設(shè)置用于吸收紅外輻射。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的接收輻射的半導體器件，其中濾光層C3)設(shè)置在半導體本體⑴與澆注體(4)之間。
9.根據(jù)上一權(quán)利要求所述的接收輻射的半導體器件，其中澆注體(4)至少局部與濾光層⑶直接接觸。
10.根據(jù)上一權(quán)利要求所述的接收輻射的半導體器件，其中澆注體(4)具有600μπι的最大厚度⑶。
11.一種光電子部件，具有-連接支承體(6)，其具有上側(cè)(6a)，-根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的接收輻射的半導體器件(100)，該半導體器件在連接支承體(6)的上側(cè)(6a)上固定在該連接支承體上，其中-接收輻射的半導體器件(100)的澆注體(4)與連接支承體(6)直接接觸并且具有 600 μ m的最大厚度(D)。
12.根據(jù)上一權(quán)利要求所述的光電子部件，其中澆注體(4)僅僅在連接支承體(6)的上側(cè)(6a)上與連接支承體(6)接觸。
全文摘要
說明了一種接收輻射的半導體器件，其具有半導體本體(1)，其以硅形成并且具有輻射入射面(1a)以及吸收區(qū)(2)，在吸收區(qū)中吸收通過輻射入射面(1a)進入半導體本體(1)的電磁輻射(10)，其中吸收區(qū)(2)具有最大10μm的厚度(d)；濾光層(3)，其以介電材料形成，其中濾光層(3)覆蓋半導體本體(1)的輻射入射面(1a)；以及澆注體(4)，其至少在半導體本體(1)的輻射入射面(1a)上遮蓋該半導體本體，其中澆注體(4)包含吸收輻射的材料(5)。
文檔編號H01L31/0216GK102349161SQ201080011562
公開日2012年2月8日 申請日期2010年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月12日
發(fā)明者克里斯蒂安·穆勒, 維爾納·庫爾曼 申請人:奧斯蘭姆奧普托半導體有限責任公司