光电子半导体芯片、具有这种半导体芯片的显示器和这种半导体芯片或显示器的应用

摘要

提出一种具有半导体层序列（1）的光电子半导体芯片（10），所述半导体层序列具有设为用于产生辐射的有源层（1a）。半导体芯片（10）能够在第一运行模式（B1）和第二运行模式（B2）中运行。在第一运行模式（B1）中，半导体层序列（1）发射辐射，而半导体层序列（1）在第二运行模式（B2）中不发射辐射。半导体层序列（1）在第一运行模式（B1）中在导通方向上运行并且在第二运行模式（B2）中在截止方向上运行。此外，提出一种具有多个这种半导体芯片（10）的显示器和作为机动车前照灯（100）的应用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种光电子半导体芯片，所述光电子半导体芯片能够在两个运行模式中运行。此外，本发明涉及一种具有多个这种半导体芯片的显示器和这种半导体芯片或显示器的应用。

背景技术

半导体芯片、例如发光二极管（LED）在湿气的影响下比在干燥的环境中更快地老化。此外，所述老化过程基于半导体芯片中或半导体芯片上的泄漏电流和腐蚀效应。当LED没有运行时，所述老化过程是尤其强的，那么因为所述LED比在运行状态中具有更低的温度，由此例如能够直接在半导体芯片上由于在空气中储存的湿气的冷凝而构成液体膜。这种液体膜促进并且不利地加速半导体芯片的退化。

此外，随着半导体芯片中的温度变化，由半导体芯片发射的辐射的波长不利地移动。例如，这种基于温度变化的波长移动能够在接通和启动半导体芯片时或者在半导体芯片的脉冲运行中出现。

为了减少老化效应的和波长移动的上述缺点，例如通常已知的是，在半导体芯片上构成进行保护的壳体或进行保护的覆层，所述覆层使湿气远离半导体芯片从而半导体芯片以光输出和辐射效率为代价而是较为腐蚀稳定的。

发明内容

本申请的目的是，提出一种半导体芯片，所述半导体芯片避免了上述缺点，由此，有利地得出一种老化稳定的半导体芯片，所述半导体芯片具有优化的光输出并且此外由于半导体芯片中减小的温度变化而具有小的波长移动。

所述目的通过具有权利要求1的特征的半导体芯片来实现。此外，所述目的通过具有独立权利要求的特征的显示器来实现。此外，所述目的通过对具有独立权利要求的特征的半导体芯片或显示器的应用来实现。半导体芯片的、显示器的和应用的有利的改进形式是从属权利要求的主题。

在一个实施形式中，光电子半导体芯片具有半导体层序列，所述半导体层序列具有设为用于产生辐射的有源层。半导体芯片能够在第一运行模式和第二运行模式中运行。在第一运行模式中，半导体层序列发射辐射。在第二运行模式中，半导体层序列不发射辐射。半导体层序列在第一运行模式中在导通方向上运行并且在第二运行模式中在截止方向上运行。换言之，半导体芯片能够运行在两个彼此不同的分开的运行模式中。

因此，半导体芯片具有两个运行模式，其中半导体芯片仅在第一运行模式中发射辐射。因此，第二运行模式在辐射发射方面被视作为是光学关断的运行状态。在此，根据本发明，半导体芯片在所述光学关断的运行状态下借助在截止方向上的电流运行。在截止方向上并且不在导通方向上的运行尤其用于：半导体芯片在第二运行模式中不发射辐射。

通过在截止方向上的运行，半导体芯片有利地变热，而在此没有发射辐射，由此有利地减少了半导体芯片上的由于在半导体芯片的环境中出现的湿气而可能会出现的凝结效应。由此，能够有利地实现这种半导体芯片在潮湿环境中的较高的使用寿命。尤其将下述环境视作潮湿环境，在所述环境中，在半导体芯片没有运行的情况下可能会出现凝结效应，例如在热带、在海洋或者在夜晚。

除了湿度测试稳定性之外，这种半导体芯片的特征还在于由半导体芯片发射的辐射在脉冲运行中的波长稳定性，因为半导体芯片在光学关断的运行状态下由于在截止方向上的通电也能够保持在较高的温度上。此外，因此，这种半导体芯片的加热时间能够被缩短，由此所述半导体芯片能够明显更快地达到其预设的运行功率（所谓的“Steady State，稳态”）。这尤其在具有多个半导体芯片的显示器的情况下是有利的。

“运行”在本申请的范围中意味着：半导体芯片能够以可预设的方式从外部对半导体芯片分配电流、将静电电荷注入到半导体芯片或半导体芯片的各个部件中和/或将电压施加到半导体芯片上，使得半导体芯片的有源层适合于发射电磁辐射。

“半导体芯片在两个运行模式中运行”表示：能够从外部以可预设的方式在每个运行模式中来设定半导体芯片，例如关于运行参数、通电量、运行电流、运行电压、运行持续时间、运行温度和/或电荷到半导体芯片中的注入量来设定。

半导体层序列在截止方向上运行意味着：截止电流流过半导体层序列。在此，截止方向与导通方向是相反的。

半导体芯片是光电子半导体芯片，所述光电子半导体芯片能够实现将以电的方式产生的数据或能量转换成光发射并且反之亦然。例如，光电子半导体芯片是发射辐射的半导体芯片，例如LED。

半导体层序列的有源层优选包含pn结、双异质结构、单量子阱结构（SQW，single quantum well）或多量子阱结构（MQW，multi quantumwell）以用于产生辐射。在此，术语量子阱结构不显示出关于量子化的维数的意义。量子阱结构此外包括量子槽、量子线和量子点以及这些结构的任意组合。

半导体芯片、尤其是有源层优选包含III/V族半导体材料。III/V族半导体材料尤其适合于在紫外的、经由可见的直至红外的光谱范围中产生辐射。半导体芯片具有多个彼此相叠地外延沉积的半导体层，在所述半导体层中设置有有源层。例如，半导体芯片的层在生长衬底上生长。在此，有源层将半导体芯片的p型掺杂的一侧与半导体芯片的n型掺杂的一侧分开。

根据至少一个实施形式，半导体芯片包括至少一个控制设备以用于半导体芯片在第一运行模式和第二运行模式中的运行。因此，控制设备可预设地使半导体芯片在第一运行模式或第二运行模式中运行。因此，控制设备可预设地对半导体芯片分配电流。在此，控制设备在第二运行模式中对半导体芯片分配在截止方向上的电流并且在第一运行模式中对半导体芯片分配在导通方向上的电流。因此，半导体芯片能够借助唯一的控制设备在两个运行模式中运行。

根据至少一个实施形式，在半导体层序列中构成漏电路径，预设的截止电流在第二运行模式中流经所述漏电路径。因此，并非整个半导体层序列在截止方向上运行。在半导体层序列中构造漏电路径，在沿截止方向极化的情况下在第二运行模式中，限定且预设的截止电流流经所述漏电路径。因此，有利地，半导体芯片能够在第二运行模式中变热。

根据至少一个实施形式，在半导体层序列上设置有钝化层，其中漏电路径经由钝化层来实现。优选的是，漏电路径施加在半导体层序列之上或半导体芯片的接触结构之上，使得在沿半导体芯片的导通方向极化时，即在第一运行模式中，没有或者仅有可忽略的电流流动，在沿截止方向极化时，即在第二运行模式中，在小电压的情况下有充足的电流流动，以便确保半导体层序列的期望的温度升高。

根据至少一个实施形式，在第一运行模式中，第一运行电流在导通方向上流过半导体层序列，并且在第二运行模式中，在截止方向上的第二运行电流流过半导体层序列。优选的是，在此，第二运行电流的电流强度的数值小于第一运行电流的电流强度的数值。

尤其将绝对数值、即各个电流强度的尤其始终为非负数的绝对值理解成“数值”。数值尤其对应于电流强度的大小，而与运行电流在哪个方向上流动无关。

根据至少一个实施形式，第二运行模式的电流强度的数值是第一运行模式的电流强度的数值的10%或更少。在此，因此，第二运行模式的电流强度的数值为第一运行模式的电流强度的数值的0.1倍。因此，在第二运行模式中，仅小的电流在截止方向上流动，所述电流尤其适合于加热半导体层序列，即以预设的方式提高其温度。

根据至少一个实施形式，在第二运行模式中，半导体层序列的温度比半导体层序列在关断的运行模式中的温度至少高2℃。在此，在第二运行模式中的温度升高基于半导体层序列在截止方向上的运行。

关断的运行状态尤其不仅为光学关断的运行状态。在关断的运行状态下，尤其地，没有电流流过半导体层序列。将“没有电流流动”尤其理解成，电流既不以导通方向、也不以截止方向流过半导体层序列。

根据至少一个实施形式，在第二运行模式中，半导体层序列的温度比半导体层序列在关断的运行状态下的温度高大约10℃。

根据至少一个实施形式，在第二运行模式中，半导体层序列的温度比环境温度高。“环境温度”尤其能够理解成包围半导体的环境的温度，例如即对于将半导体芯片设置在空间中的情况而言的空气温度。在第二运行模式中，半导体芯片也相对于环境被加热，使得有利地，没有出现或者仅减少地出现凝结效应，使得半导体芯片的使用寿命有利地提高。

根据至少一个实施形式，显示器具有多个半导体芯片，所述半导体芯片能够在两个运行模式中运行，其中半导体芯片的半导体层序列在第一运行模式中发射辐射并且在第二运行模式中不发射辐射，在第一运行模式中在导通方向上运行并且在第二运行模式中在截止方向上运行。

在此，半导体芯片例如能够并排地设置在共同的载体上。

根据至少一个实施形式，能够在第一运行模式和第二运行模式中运行的半导体芯片用作为机动车前照灯。特别是在机动车前照灯中存在湿气在前照灯的半导体芯片上凝结的危险，这能够不利地导致前照灯的退化。借助在第二运行模式中在截止方向上运行的半导体芯片，能够有利地克服所述危险。

结合半导体芯片详述的特征也结合显示器和作为机动车前照灯的应用来使用并且反之亦然。

附图说明

从在下文中结合图1至3说明的实施例中得出本发明的其他的优点和有利的改进形式。

附图示出：

图1A和1B分别示出根据本发明的半导体芯片的实施例在第一运行模式或第二运行模式中的示意横截面图；

图2A和2B分别示出曲线图，所述曲线图与运行时间相关地示出各个运行模式或各个运行电流，以及

图3示出根据本发明的机动车前照灯的实施例的示意横截面图。

具体实施方式

在附图中，相同的或起相同作用的组成部分能够分别设有相同的附图标记。所示出的组成部分和其相互间的大小关系不能够视作是按照比例的。相反地，为了更好的可视性和/或为了更好的理解，能够以夸张厚的或夸张大的尺寸示出个别的组成部分，例如层、结构、部件和区域。

在图1A中示出半导体芯片10的横截面，所述半导体芯片在第一运行模式B1中运行。半导体芯片10例如是LED并且具有用于产生辐射的有源层1a。半导体芯片10包括半导体层序列1，在所述半导体层序列中设置有有源层1a。半导体层序列1在第一运行模式B1中发射辐射S。

因此，第一运行电流I1在第一运行模式B1中流过半导体层序列1。第一运行电流I1尤其在导通方向上流过半导体层序列1，使得有源层1a发射辐射S。

图1A的实施例的半导体芯片10具有第二运行模式B2，所述第二运行模式在图1B的实施例中示出。

在第二运行模式B2中，半导体层序列1、尤其是半导体层序列1的有源层1a不发射辐射。因此，所述运行状态能够被描述为光学关断的状态。为了防止湿气、腐蚀和泄漏电流在半导体芯片10上的影响，半导体芯片10在光学关断的运行状态下、即在第二运行模式B2中以截止方向上的运行电流I2运行。在这种情况下，仅使用小的电流。由于所述在截止方向上的运行，半导体芯片10加热，使得能够禁止湿气凝结在半导体芯片上，由此不在半导体芯片上形成液体膜，使得能够有利地避免与此相关的退化。

在此，半导体芯片有利地在截止方向上运行，使得半导体芯片不发射辐射，由此能够确保光学关断的运行状态。

此外，通过这种具有在导通方向上的第一运行模式B1和在截止方向上的第二运行模式B2的半导体芯片，能够有利地减小可由于半导体层序列中的高的温度变化而出现的波长移动。这种由于温度变化的波长移动尤其在接通和启动半导体芯片时或者在半导体芯片在脉冲运行中运行时出现。

通过在截止方向上的第二运行模式，能够实现这种半导体芯片在潮湿环境中的使用寿命的提高。尤其地，这种半导体芯片能够在下述环境中运行，在所述环境中在半导体芯片没有运行时可能会出现凝结效应，例如在热带、在海洋或在夜晚。除了湿度测试稳定性之外，有利地，波长也能够在例如脉冲运行中保持为更稳定的，因为半导体芯片在光学关断的状态下也被保持在预设的温度上。由此，此外，这种半导体芯片的加热时间缩短，使得所述半导体芯片更快地达到所谓的“稳态”。这尤其结合其他的半导体芯片是非常有益的。

图1A和1B的实施例的半导体芯片10例如借助控制设备来运行。控制设备尤其适合于使半导体芯片10在两个运行模式B1、B2中运行。

在第二运行模式B2中，半导体层序列1的温度比半导体层序列1在关断的运行模式下的温度至少高2℃。将关断的运行模式尤其理解成下述状态，在所述状态下，没有运行电流流过半导体层序列1。优选的是，半导体层序列1在第二运行模式中的温度比半导体层序列在关断的运行状态下的温度高10℃。通过半导体芯片10在截止方向上的通电，半导体芯片10加热大约10℃，使得不发生凝结效应。优选的是，在第二运行模式B2中，半导体层序列1的温度高于半导体芯片10的环境温度，使得有利地避免环境空气在半导体芯片上的这种液体积聚。

如在图1B的实施例中示出的那样，半导体芯片10在截止方向上的运行也能够通过在半导体层序列1中构造的漏电路径来实现。经由半导体层序列1中的漏电路径，预设的截止电流在第二运行模式B2中流动。因此，半导体芯片10能够有利地加热。例如，在半导体层序列1上设置有钝化层，其中漏电路径经由钝化层来实现。理想地，漏电路径施加在半导体芯片之上，使得在沿导通方向极化时，没有或仅有可忽略的小的电流流动，并且在沿截止方向极化时，在小的电压下就有充足的电流流动，以便实现至少为2℃、优选为10℃的期望的温度升高。

在图2A中示出涉及根据图1A和1B的实施例的半导体芯片的曲线图，所述半导体芯片具有第一运行状态B1和第二运行状态B2。在曲线图中，尤其相对于运行时间t来描绘运行状态B。

在t₀和t₁之间的运行时间中，半导体芯片在第一运行模式B1中以第一运行电流I1在导通方向上运行。在时间点t₁，半导体芯片借助第二运行电流I2切换到第二运行模式B2中。在第一运行模式B1中，半导体芯片发射辐射，而半导体芯片在第二运行模式B2中不发射辐射、即位于光学关断的状态下。因此，在第一运行模式B1中，半导体芯片的半导体层序列1沿导通方向极化，而在第二运行模式B2中，半导体层序列1沿截止方向极化。

在此，第二运行电流I2的电流强度的数值小于第一运行电流I1的电流强度的数值。尤其地，第二运行电流的电流强度的数值是第一运行电流I1的电流强度的数值的10%或更少。

在第二运行模式B2中，因此，半导体芯片没有完全关断，而是在截止方向上运行，使得能够实现如在图1A和1B的实施例中讨论的温度升高。尤其地，半导体芯片在截止方向上以低于击穿电压的电压运行。在此，所述电压能够大于半导体芯片在正向电压下运行的电压。

在图2B中示出相对于运行时间t来描绘运行电流I并且例如能够与根据图1A和1B的实施例的半导体芯片相关联的曲线图。在运行时间t₀和t₁之间，半导体芯片在运行模式B1中运行并且具有在导通方向上的运行电流I1。在时间点t₁，半导体芯片从第一运行模式B1切换到第二运行模式B2中，其中在此，半导体芯片在截止方向上以运行电流I2运行。因此，第二运行电流I2由于沿截止方向的极化而与第一运行电流I1反向。在此，第二运行电流的电流强度的数值远小于第一运行电流的电流强度的数值。尤其地，半导体芯片在第二运行模式B2中与在第一运行模式B1中在导通方向上相比以更小的电流I2在截止方向上运行。

在图3的实施例中，示出机动车前照灯100的横截面，所述机动车前照灯处于第一运行模式B1中。机动车前照灯100具有根据图1A和1B的实施例的半导体芯片10。在此，机动车前照灯100能够具有多个这种半导体芯片10（未示出）。一个或多个半导体芯片10在此设置在前照灯壳体2中并且在第一运行模式B1中发射辐射S。通过半导体芯片在第一运行模式和第二运行模式中的运行，能够避免由于出现的环境湿气引起的在半导体芯片上的可能的凝结，这尤其在例如机动车前照灯的应用中是有利的，因为由此避免半导体芯片的退化。此外，能够阻止剧烈的波长移动。

尤其在例如在关断状态下整夜处于户外的机动车中，在半导体芯片在截止方向上运行的情况下，能够避免空气直接在半导体芯片上凝结，所述凝结通常能够在夜间出现。这有利地对这种半导体芯片的进而这种机动车前照灯的使用寿命产生影响。

本发明不局限于根据实施例进行的描述，而是包括每个新特征以及特征的任意的组合，这尤其是包含在权利要求中的特征的任意的组合，即使所述特征或所述组合自身没有明确地在权利要求中或实施例中说明时也如此。

本申请要求德国专利申请102011103786.5的优先权，其公开内容在此通过参引并入本文。