CN109997234B - 半导体元件和包括该半导体元件的半导体元件封装 - Google Patents

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Abstract

实施例公开了一种半导体元件，包括：第一导电半导体层；第二导电半导体层；有源层，设置在第一导电半导体层和第二导电半导体层之间；以及电子阻挡层，设置在第二导电半导体层和有源层之间，其中，第一导电半导体层的截面沿第一方向减小，电子阻挡层具有其截面在第一方向上增加的区域，从第一导电半导体层到第二导电半导体层限定第一方向。

Description

半导体元件和包括该半导体元件的半导体元件封装
技术领域
本发明涉及半导体元件和包括该半导体元件的半导体元件封装。
背景技术
由于包括诸如GaN和AlGaN的化合物的半导体器件具有许多优点，能带隙宽且易于调节，因此半导体器件可以不同地用于发光器件、受光器件、各种二极管等。
特别是，诸如使用III-V或II-VI化合物半导体材料的发光二极管和激光二极管等发光器件可以表现出各种颜色，例如，红色、绿色和蓝色，随着薄膜生长技术和器件材料的发展，发出紫外光，当使用荧光体或混合颜色时，发出高效白光，并且当与诸如荧光灯和白炽灯等传统光源相比，具有低功耗、半永久寿命、高响应速度、安全和环境友好的优点。
另外，当使用III-V或II-VI化合物半导体材料制造诸如光电探测器和太阳能电池等受光器件时，由于受光器件因成熟的器件材料而吸收各种波长范围的光以产生电流，因此可以使用从伽马射线范围到射频范围的各种波长范围内的光。此外，由于受光器件具有高响应速度、安全、环境友好且器件材料易于调节的优点，因此可以容易地用于功率控制、微波电路或通信模块。
因此，半导体器件的应用扩展到光通信装置的传输模块、取代冷阴极荧光灯(CCFL)(其构成液晶显示器(LCD)装置的背光源)的发光二极管(LED)背光源、替代荧光灯或白炽灯的白色LED照明器件、车辆前灯、交通灯、以及被配置为检测气体或火灾的传感器。而且，半导体器件的应用可以扩展到高频应用电路、其他功率控制设备和通信模块。
特别地，在紫外波长带发光的发光装置具有固化作用或灭菌作用，并且可被用于固化、医疗和消毒目的。
近来，正在对紫外发光装置进行积极的研究。然而，存在的问题是紫外发光装置的光提取效率相对降低。
发明内容
[技术问题]
本发明旨在提供一种具有改善的光提取效率的半导体元件。
实施例要解决的目标不限于上述目标，并且将包括可以通过下面描述的目标和实施例的方案来识别的目标和效果。
[技术方案]
本发明的一个方面提供了一种半导体元件，包括：第一导电半导体层；第二导电半导体层；有源层，设置在第一导电半导体层和第二导电半导体层之间；以及电子阻挡层，设置在第二导电半导体层和有源层之间，其中，第一导电半导体层具有在第一方向上减小的横截面积，电子阻挡层具有在第一方向上增加的横截面积，第一方向是从第一导电半导体层朝向第二导电半导体层的方向。
半导体元件可以包括设置在第一导电半导体层暴露的区域中的第一电极和设置在第二导电半导体层上的第二电极。
半导体元件可以包括设置在第一导电半导体层下方的衬底。
电子阻挡层可以包括AlGaN。
当电子阻挡层更靠近有源层时，可以增加电子阻挡层的铝组分。
电子阻挡层的侧表面和水平轴之间的角度可以在55°至80°的范围内，并且水平轴可以垂直于第一方向。
第二导电半导体层可以包括横截面积在第一方向上增加的区域。
[有益效果]
根据该实施例，提高了光提取效率。
本发明的各种有用的优点和效果不限于上述优点，并且可以在描述特定实施例的过程中理解。
附图说明
图1是示出根据本发明的一个实施例的半导体元件的概念图。
图2是示出图1的区域A的放大图。
图3是示出图2的电子阻挡层的放大图。
图4是图1的半导体元件的侧表面的图像。
图5是示出传统半导体元件的侧表面的视图。
图6a至图6d是示出图2的改型示例的视图。
图7是示出根据本发明另一实施例的半导体元件的概念图。
图8和图9是用于描述光输出根据凹槽数量的变化而增加的配置的视图。
图10是示出根据本发明的一个实施例的半导体元件封装的概念图。
具体实施方式
可以将本发明的实施例修改为不同的形式，或者可以组合多个实施例，并且本发明的范围不限于下面将描述的实施例。
尽管在其他实施例中没有给出在特定实施例中给出的描述，但是可以将描述理解为对其他实施例的描述，只要没有给出相反或不一致的描述即可。
例如，当在特定实施例中描述元件A的特征并且在另一实施例中描述元件B的特征时，本发明的范围包括组合A和B的实施例，即使当没有清楚地描述该实施例，只要没有给出相反或不一致的描述即可。
在对实施例的描述中，在任何一个元件被描述为在另一个元件上(或下方)形成的情况下，这样的描述包括两个元件形成为彼此直接接触的情况和两个元件彼此间接接触使得一个或多个其他元件插入两个元件之间的两种情况。另外，在将一个元件描述为在元件上(或下方)形成的情况下，这种描述可以包括该一个元件形成在相对于该元件的上侧或下侧处的情况。
在下文中，将参考附图详细描述本发明的实施例，使得本领域技术人员可以容易地执行本发明。
图1是示出根据本发明的一个实施例的半导体元件的概念图。
参考图1，根据实施例的半导体元件可以包括衬底120、缓冲层121、第一导电半导体层111、有源层113、电子阻挡层114和第二导电半导体层112。
衬底120可以包括导电衬底或绝缘衬底。衬底120可以由适于生长半导体材料或载体(carrier)晶片的材料形成。衬底120可以由选自蓝宝石(Al2O3)、SiC、GaAs、GaN、ZnO、Si、GaP、InP和Ge中的材料形成，但不限于此。必要时，可以去除衬底。
缓冲层121可以设置在第一导电半导体层111和衬底120之间。缓冲层121可以减轻发光结构110和衬底120之间的晶格失配。
缓冲层121可以包括AlN、GaN、InN、InGaN、AlGaN、InAlGaN和AlInN中的任何一种。缓冲层121可以掺杂有掺杂剂，但不限于此。
缓冲层121可以在衬底120上生长为单晶，并且生长为单晶的缓冲层121可以改善第一导电半导体层111的结晶度。
第一导电半导体层111可以由III-V或II-VI化合物半导体等形成，并且可以掺杂有第一掺杂剂。第一导电半导体层111可以从具有Inx1Aly1Ga1-x1-y1N(0≤x1≤1,0≤y1≤1,0≤x1+y1≤1)的组成式的半导体材料中选择，例如GaN、AlGaN、InGaN和InAlGaN。另外，第一掺杂剂可以是诸如Si、Ge、Sn、Se和Te等N型掺杂剂。在第一掺杂剂是N型掺杂剂的情况下，掺杂有第一掺杂剂的第一导电半导体层111可以是N型半导体层。
有源层113设置在第一导电半导体层111和第二导电半导体层112之间。有源层113是通过第一导电半导体层111注入的电子(或空穴)遇到通过第二导电半导体层112注入的空穴(或电子)的层。当电子和空穴复合并转变为低能级时，有源层113可以产生紫外光波长的光。
有源层113可以具有单阱结构、多阱结构、单量子阱结构、多量子阱(MQW)结构、量子点结构和量子线结构中的一种结构，但是有源层113的结构不限于此。
第二导电半导体层112可以形成在有源层113上，可以由III-V或II-VI化合物半导体等形成，并且掺杂有第二掺杂剂。第二导电半导体层112可以由具有Inx5Aly2Ga1-x5-y2N(0≤x5≤1,0<y2≤1,0≤x5+y2≤1)的组成式的半导体材料形成，或由选自AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP和AlGaInP中的材料形成。在第二掺杂剂是诸如Mg、Zn、Ca、Sr和Ba的P型掺杂剂的情况下，掺杂有第二掺杂剂的第二导电半导体层112可以是P型半导体层。
电子阻挡层114可以设置在有源层113和第二导电半导体层112之间。电子阻挡层114可以防止从第一导电半导体层111供应并且被释放到第二导电半导体层112的电子流动，以增加有源层113中电子和空穴复合的可能性，电子阻挡层114的能带隙可以大于有源层113和/或第二导电半导体层112的能带隙。
电子阻挡层114可以从具有Inx1Aly1Ga1-x1-y1N(0≤x1≤1,0≤y1≤1,0≤x1+y1≤1)组成式的半导体材料中选择，例如，AlGaN、InGaN和InAlGaN，但不限于此。
第一电极131可以电连接到第一导电半导体层111。第二电极132可以设置在第二导电半导体层112上并且电连接到第二导电半导体层112。
第一电极131和第二电极132可以是欧姆电极。第一电极131和第二电极132中的每一个可以形成为包括氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铟锌锡(IZTO)、氧化铟铝锌(IAZO)、铟镓锌氧化物(IGZO)、铟镓锡氧化物(IGTO)、氧化铝锌(AZO)、氧化锑锡(ATO)、氧化镓锌(GZO)、氮化IZO(IZON)、Al-Ga ZnO(AGZO)、ZnO、IrOx、RuOx、NiO、RuOx/ITO、和Ni/IrOx/Au、或Ni/IrOx/Au/ITO、Ag、Ni、Cr、Ti、Al、Rh、Pd、Ir、Sn、In、Ru、Mg、Zn、Pt、Au和Hf中的至少一种，但不限于此。
图2是示出图1的区域A的放大图，图3是示出图2的电子阻挡层的放大图，图4是图1的半导体元件的侧表面的图像。
参考图2，发光结构110的侧表面可以具有倾斜。可以通过台面刻蚀形成倾斜。可以使用各种刻蚀气体来执行台面刻蚀，但不必限于此。
第一导电半导体层111的侧表面倾斜度θ2可以在朝向第一方向的(+)方向上倾斜。这里，(+)方向可以是横截面积朝向第一方向减小的方向。(+)方向可以是图中x1轴和y1轴之间的方向。第一方向(x1方向)可以是从第一导电半导体层111朝向第二导电半导体层112的方向。
第一导电半导体层111的侧表面倾斜度θ2可以相对于水平轴H1在90°至130°的范围内。水平轴H1可以是垂直于半导体结构的厚度方向的方向。第一导电半导体层111的侧表面倾斜度θ2可以根据铝组分、刻蚀气体的种类、刻蚀时间等而改变。有源层113可以以与第一导电半导体层111相同的角度倾斜，但不必限于此。
第二导电半导体层112的侧表面倾斜度θ3可以与第一导电半导体层111的侧表面倾斜度θ2相同。然而，侧表面倾斜度θ3不必限于此，第二导电半导体层112的侧表面倾斜度θ3可以大于或小于第一导电半导体层111的侧表面倾斜度θ2。倾斜的差异可能由铝组分的差异引起，但不限于此。
随着发光结构110中铝组分的增加，发光结构110中的电流扩散性能可能劣化。此外，与基于GaN(横向磁(TM)模式)的蓝色发光器件相比，通过有源层113的侧表面发射的光量增加。这种TM模式通常可以在紫外半导体元件中出现。
与第一导电半导体层111的侧表面倾斜度θ2和第二导电半导体层112的侧表面倾斜度θ3不同，电子阻挡层114的侧表面倾斜度θ1可以在第一方向上沿(–)方向倾斜。(–)方向可以是横截面积在第一方向(x1方向)上增加的方向。(–)方向可以是图中x1轴和y2轴之间的方向。
从有源层113几乎水平发射的光L1的一些L2可以被电子阻挡层114的侧表面向上反射，并且其一些L2可以向上折射。因此，可以提高半导体元件的光提取效率。
电子阻挡层114的侧表面倾斜度θ1可以相对于水平轴H1在55°至80°的范围内。在角度小于55°或大于80°的情况下，可能难以向上折射(或反射)从有源层113发射的大部分光。另外，可能难以执行随后的钝化工艺。水平轴H1可以具有垂直于第一方向(x1方向)的方向。
有源层113的侧表面角度可以在90°至130°的范围内，其与如上所述的第一导电半导体层111的倾斜角度θ2相同。因此，电子阻挡层114的侧表面和有源层113的侧表面之间的第一角度θ4可以在115°至170°的范围内。这里，电子阻挡层114的侧表面倾斜角度θ1与第一角度θ4的比率可以在1：1.43至1：3.1的范围内。在电子阻挡层114的侧表面倾斜角度θ1与第一角度θ4的比率小于1：1.43或大于1：3.1的情况下，可能难以向上折射从有源层发射的光。
可以通过调节各种生长因子来调节电子阻挡层114的侧表面倾斜度。例如，可以通过调节电子阻挡层114的铝组分来控制倾斜度。
当铝组分的差异急剧增加时，膜质量降低，并且当膜质量降低时，可以相对容易地进行刻蚀。电子阻挡层114的下部的膜质量可以比电子阻挡层114的上部的膜质量降低更多，因为当与有源层113相比时，电子阻挡层114的下部的铝组分急剧增加。因此，当与电子阻挡层114的上部相比时，靠近有源层113的电子阻挡层114的下部可以被更积极地刻蚀。因此，侧表面可以在(-)方向上倾斜。相反，第一导电半导体层111、有源层113和第二导电半导体层112的侧表面可以在(+)方向上倾斜。或者，可以控制电子阻挡层下部的生长速度增加以有利于刻蚀。
作为又一种方法，还可以通过调节刻蚀气体的浓度来形成电子阻挡层114的倾斜。Cl2和BCl3中的至少一种可以用作刻蚀气体。这里，可以进一步向刻蚀气体中添加惰性气体(例如，Ar)。
当Cl2和BCl3的比率控制在8：2至6：4的范围内时，Cl的量可能相对较大。当将Cl的比率调节在上述范围内时，可以调节电子阻挡层114的倾斜角度。这里，Cl的总含量可以在所有元素总量的60％至80％的范围内。
在Cl的含量小于60％的情况下，刻蚀效率降低，使得在电子阻挡层114的上部和下部之间的刻蚀差异可能减小。因此，倾斜角可能大于80°。另外，在Cl含量大于80％的情况下，刻蚀效率增加，使得电子阻挡层114的上部和下部之间的刻蚀差异可能变得太大。因此，倾斜角度可能小于55°。通过改变膜质量和调节刻蚀气体，可以将电子阻挡层114的侧表面倾斜度θ1控制在55°至80°的范围内。
另外，还可以使用掩模图案来调节电子阻挡层114的倾斜度。可以通过使用掩模图案抑制电子阻挡层上部的刻蚀来控制倾斜角度。
可以使用上述各种方法将电子阻挡层114的倾斜度控制在(-)方向上。然而，形成在(-)方向上倾斜的电子阻挡层的侧表面的方法不限于此。也就是说，可以选择形成在(-)方向上倾斜的电子阻挡层的侧表面的各种方法中的任何一种。
参照图3，电子阻挡层114可以包括第一至第三阻挡层114a、114b和114c。一对包括第一至第三阻挡层114a、114b和114c，并且电子阻挡层114可以包括大约两至六对。电子阻挡层114的厚度可以在约40nm至100nm的范围内，但不限于此。
第一阻挡层114a的铝组分可以与第三阻挡层114c的铝组分相同。例如，第一阻挡层114a和第三阻挡层114c的铝组分可以在70％至90％的范围内，并且第二阻挡层114b的铝组分可以在60％至80％的范围内。第一阻挡层114a和第三阻挡层114c的铝组分可以大于第二阻挡层114b的铝组分。
参照图4，可以看出，电子阻挡层114的侧表面的倾斜方向与第一导电半导体层111和第二导电半导体层112的倾斜方向不同。也就是说，第一导电半导体层111和第二导电半导体层112的侧表面倾斜，使得其宽度向上减小，然而，电子阻挡层114的侧表面倾斜，使得其宽度向上增加。
图5是示出传统半导体元件的侧表面的视图，图6a至图6d是示出图2的改型示例的视图。
参照图5，在传统发光结构的情况下，电子阻挡层14的倾斜表面可以形成在与第一导电半导体层11和第二导电半导体层12的倾斜表面相同的方向上。在这种情况下，可以看出，从有源层13发射的光被向下折射或反射。因此，可以降低光提取效率。
参考图6a，第二导电半导体层112的倾斜表面也可以像电子阻挡层114那样被控制在(-)方向上。也就是说，第二导电半导体层112可以倾斜，使得面积在第一方向X1上增加。
这里，也可以仅在(-)方向上控制第二导电半导体层112的下部区域112a。例如，可以控制第二导电半导体层112的下部区域112a的铝组分大于上部区域112b的铝组分以调节其角度。然而，本发明不限于此，可以对其应用控制半导体层倾斜度的各种方法中的任何一种。
例如，下部区域112a的铝组分可以在40％至60％的范围内，并且上部区域112b的铝组分可以在20％至50％的范围内。表面层112c的铝组分可以控制在1至10％的范围内以进行欧姆连接。
根据实施例，由于可以向上折射和反射从有源层113发射的光L4(发射到电子阻挡层114的侧表面)和光L5(发射到第二导电半导体层112的侧表面)，因此可以提高光提取效率。
然而，本发明不必限于此，并且电子阻挡层114的侧表面可以进行各种改变。例如，如图6b所示，电子阻挡层114的下部区域也可以被过刻蚀，使得台阶部分114a可以形成在电子阻挡层114和有源层113之间。在这种情况下，可以提高光提取效率。
另外，如图6c所示，电子阻挡层114的侧表面也可以具有曲率114b。另外，如图6d所示，电子阻挡层114的侧表面还可以包括其中梯度改变的不规则部分114c。这种不规则部分可以形成在其中铝组分改变的上部结构中，但不必限于此。
图7是示出根据本发明另一实施例的半导体元件的概念图。
发光结构120可以包括第一导电半导体层111、有源层113、电子阻挡层114和第二导电半导体层112。凹槽128可以设置为从第二导电半导体层112的下表面穿过有源层113到第一导电半导体层111的部分区域。
根据实施例，第一导电半导体层111可以分为上部区域111a和下部区域111b。这里，可以在(-)方向上控制下部区域111b的倾斜角度。如上所述，(-)方向可以是面积在第一方向(x1方向)上增加的方向。
可以应用任何上述方法作为控制倾斜角度的方法。例如，也可以控制第一导电半导体层111的铝浓度或膜质量以控制倾斜角度，或者也可以使用单独的掩模来控制倾斜角度。另外，可以将图6a、图6b和图6c的任何结构应用于侧表面的倾斜。
根据该实施例，从垂直紫外半导体元件的有源层113朝向侧表面发射的光可以被第一导电半导体层111的下部区域111b向上反射或折射。因此，可以提高光提取效率。
由于与第二电极246接触的第二导电半导体层112的表面层的铝组分在1％至10％的范围内，因此可以容易地实现欧姆连接。另外，由于第二导电半导体层112的表面层的厚度大于1nm且小于30nm，因此光吸收量可以较小。
第一导电层165可以延伸到凹槽128的内部以电连接到第一导电半导体层111。第一电极142可以是欧姆电极。
第二导电层150可以设置在第二导电半导体层112下方并且电连接到第二导电半导体层112。由于第二导电层150的一个区域被暴露，所以第二导电层150可以电连接到第二电极焊盘166。
第二电极246可以设置在第二导电层150和第二导电半导体层112之间并且电连接到第二导电层150和第二导电半导体层112。由于第二导电半导体层112的表面层的铝组分相对较低，因此可以容易地实现欧姆连接。
第一导电层165和第二导电层150中的每一个可以由透明导电氧化物(TCO)形成。TCO可以从氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铝锌(AZO)、氧化铝镓锌(AGZO)、氧化铟锌锡(IZTO)、氧化铝铟铝(IAZO)、铟镓锌氧化物(IGZO)、铟镓锡氧化物(IGTO)、氧化锑锡(ATO)、氧化镓锌(GZO)、氮化镓(IZON)、ZnO、IrOx、RuOx、NiO等中选择。
第一导电层165和第二导电层150还可以包括不透明金属，例如Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au或Hf。另外，第一导电层165可以由混合TCO和不透明金属的一层或多层形成，但不限于此。
第二电极焊盘166可以设置在半导体元件的一个侧角区域中。由于第二电极焊盘166的中央部分是凹槽的，因此其上表面可以具有凹入部分和凸起部分。导线(未示出)可以接合到上表面的凹入部分。因此，由于接合面积增加，第二电极焊盘166和导线更牢固地彼此接合。
由于第二电极焊盘166可以用于反射光，所以当第二电极焊盘166更靠近发光结构120时，可以提高光提取效率。
第二电极焊盘166的凸起部分的高度可以高于有源层113的高度。因此，第二电极焊盘166可以在元件的水平方向上反射从有源层113发射的光，以提高光提取效率并控制方向角。
第一绝缘层131的一部分在第二电极焊盘166下方开口，使得第二导电层150可以电连接到第二电极。钝化层180可以形成在发光结构120的上表面和侧表面上。钝化层180可以在与第二电极相邻的区域处或在第二电极下方与第一绝缘层131接触。
其中第一绝缘层131开口使得第二电极焊盘166与第二导电层150接触的部分的宽度可以在例如40μm至90μm的范围内。当宽度小于40μ时，存在增加工作电压的问题，当宽度大于90μm时，可能难以确保用于防止第二导电层150暴露于外部的工艺余量。当第二导电层150暴露于第二电极的外部区域时，元件的可靠性可能劣化。因此，宽度可以在第二电极焊盘166的总宽度的60％至95％的范围内。
第一绝缘层131可以使第一电极142与有源层113和第二导电半导体层112电绝缘。另外，第一绝缘层131可以使第二导电层150与第一导电层165电绝缘。
第一绝缘层131可以由选自SiO2、SixOy、Si3N4、SixNy、SiOxNy、Al2O3、TiO2、AlN等组成的组中的至少一种形成，但不限于此。第一绝缘层131可以形成为单层或多层。例如，第一绝缘层131可以是具有包括Si氧化物或Ti化合物的多层结构的分布式布拉格反射器(DBR)。然而，第一绝缘层131不必限于此，第一绝缘层131可以包括各种反射结构。
在第一绝缘层131执行绝缘功能的情况下，第一绝缘层131可以向上反射从有源层朝向其侧表面发射的光，以提高光提取效率。在紫外半导体元件中，随着凹槽128的数量增加，光提取效率可以变得更有效，如下所述。
第二导电层150可以覆盖第二电极。因此，可以通过第二电极焊盘166、第二导电层150和第二电极形成一个电沟道。
第二导电层150可以完全围绕第二电极并且与第一绝缘层131的侧表面和上表面接触。第二导电层150可以由对第一绝缘层131具有高粘合力的材料形成，并且可以由选自Cr、Al、Ti、Ni、Au或其合金组成的组中的至少一种材料形成，并且可以形成为单层或多层。
在第二导电层150与第一绝缘层131的侧表面和上表面接触的情况下，可以提高第二电极的热和电可靠性。另外，第二导电层150可以具有向上反射在第一绝缘层131和第二电极之间发射的光的反射功能。
第二导电层150可以设置在第二间隔距离处，该第二间隔距离是第二导电半导体层在第一绝缘层131和第二电极之间暴露的区域。第二导电层150可以在第二间隔距离处与第二电极的侧表面和上表面和第一绝缘层131的侧表面和上表面接触。
另外，第二导电层150与第二导电半导体层接触以形成肖特基结的区域可以设置在第二间隔距离内，并且由于形成肖特基结，所以电流可以容易地分散。
第二绝缘层132可以使第二电极246和第二导电层150与第一导电层165电绝缘。第一导电层165可以穿过第二绝缘层132并且可以电连接到第一电极142。
第一导电层165和接合层160可以沿着发光结构120的下表面和凹槽128的形状设置。第一导电层165可以由具有高反射率的材料形成。例如，第一导电层165可以包括铝。在第一导电层165包括铝的情况下，第一导电层165可以用于向上反射从有源层发射的光，从而提高光提取效率。
接合层160可以包括导电材料。例如，接合层160可以包括选自金、锡、铟、铝、硅、银、镍、铜或其合金组成的组中的材料。
衬底170可以由导电材料形成。例如，衬底170可以包括金属或半导体材料。衬底170可以是具有高导电性和/或导热性的金属。在这种情况下，当半导体元件工作时产生的热量可以快速地传递到外部。
衬底170可以包括选自硅、钼、钨、铜、铝或其合金组成的组中的材料。
可以在发光结构120的上表面上形成不规则体。不规则体可以提高从发光结构120发射的光的提取效率。不规则体的平均高度可以根据紫外波长而改变，并且在紫外线(UV)-C的情况下，高度可以在300nm至800nm的范围内，并且当平均高度在500nm至600nm的范围内时，可以提高光提取效率。
图8和图9是用于描述光输出根据凹槽数量的变化而增加的配置的视图。
当发光结构120中的Al组分增加时，发光结构120中的电流扩散性能可能劣化。此外，当与基于GaN(TM模式)的蓝色发光装置相比时，通过有源层的侧表面发射的光量增加。这种TM模式通常可以在紫外半导体元件中出现。
根据该实施例，当与形成在发射蓝光的GaN半导体中的凹槽128的数量相比，可以在发射紫外区域的波长带中的光以用于扩散电流的GaN半导体中形成更多数量的凹槽128，并且可以在其上设置第一电极。
参考图8，当Al组分增加时，电流分散性能可能劣化。因此，电流仅在与第一电极相邻的点处分散，并且电流密度可能在远离第一电极的点处急剧减小。因此，有效发光区域P2的面积可能减小。有效发光区域P2可以被限定为具有边界点的区域，在该边界点处，电流密度是与具有最高电流密度的第一电极相邻的点的电流密度的40％或更小。例如，可以根据电流注入水平和其Al组分，在距凹槽128的中心5μm至40μm的距离范围内调节有效发光区域P2。
特别地，彼此相邻的第一电极之间的低电流密度区域P3的电流密度几乎太低以至于不能有助于发光。因此，在实施例中，可以在电流密度低的低电流密度区域P3中进一步设置附加的第一电极，以提高光输出。
通常，由于GaN半导体层具有相对高的电流分散特性，所以可以最小化凹槽128和第一电极的面积。这是因为随着凹槽128和第一电极的面积增加，有源层的面积减小。然而，在该实施例的情况下，由于Al组分高，电流扩散性能相对降低，因此即使牺牲有源层的面积，也可以通过增加第一电极的数量来减小电流密度区域P3的面积。
参考图9，在凹槽128的数量是48的情况下，凹槽128可以不在宽度和高度方向上设置成直线，而是可以以Z字形方式设置。在这种情况下，由于低电流密度区域P3的面积进一步减小，所以大部分有源层可以参与光发射。在凹槽128的数量在70到110的范围内的情况下，电流更有效地分散，工作电压进一步降低，因此可以增加光输出。在发射UV-C的半导体元件中，当凹槽128的数量小于70时，电性能和光学性能可能劣化，并且当数量大于110时，可以改善电性能，但是光学性质可能由于发光层的体积减小而劣化。
多个第一电极与第一导电半导体层111接触的第一面积可以在发光结构120的最大水平横截面积的7.4％至20％或10％至20％的范围内。第一面积可以是第一电极与第一导电半导体层111接触的面积的总和。
在第一电极的第一面积小于其7.4％的情况下，由于电流扩散特性可能不足，光输出减少，并且在第一面积大于20％的情况下，因为有源层和第二电极的面积减少太多，存在工作电压增加和光输出减少的问题。
另外，多个凹槽128的总面积可以在发光结构120的最大水平横截面积的13％至30％的范围内。当凹槽128的总面积不满足条件时，难以将第一电极的总面积控制在7.4％至20％的范围内。另外，存在工作电压增加和光输出减少的问题。
第二电极与第二导电半导体层112接触的第二面积可以在发光结构120的最大水平横截面积的35％至70％的范围内。第二面积可以是第二电极与第二导电半导体层112接触的总面积。
在第二面积小于其35％的情况下，由于第二电极的面积减少太多，存在工作电压增加和空穴注入效率降低的问题。在第二区域大于其70％的情况下，由于第一面积可能不会有效增加，存在电子注入效率降低的问题。
第一面积和第二面积彼此成反比。也就是说，在增加凹槽的数量以增加第一电极的数量的情况下，第二电极的面积减小。应该平衡电子和空穴的分散特性，以增加光输出。因此，重要的是限定第一面积和第二面积的合适比率。
多个第一电极与第一导电半导体层接触的第一面积与第二电极与第二导电半导体层接触的第二面积的比率(第一区域：第二区域)可以在从1：3到1:10的范围内。
在面积比大于1:10的情况下，由于第一面积相对较小，因此电流分散特性可能劣化。另外，在面积比小于1：3的情况下，存在第二面积变得相对小的问题。
图10是示出根据本发明的一个实施例的半导体元件封装的概念图。
半导体元件可以形成为封装并用于固化树脂或抗蚀剂和旋涂电介质(SOD)或旋涂玻璃(SOG)。或者，半导体元件也可用于治疗和医疗目的，或用于对空气净化器、净水器等进行消毒。
参照图10，半导体元件封装可以包括：主体2，其中形成有凹入槽3，半导体元件1，设置在主体2中；以及一对引线框架5a和5b，设置在主体2中并电连接到半导体元件1。半导体元件1可以包括所有上述组件。
主体2可包括反射紫外光的材料或涂层。主体2可以通过堆叠多个层2a、2b、2c和2d形成。多个层2a、2b、2c和2d可以由一种材料或不同材料形成。
凹入槽3可以形成为在远离半导体元件的方向上逐渐变宽，并且台阶3a可以形成在倾斜表面上。
光透过层4可以覆盖凹入槽3。光透过层4可以由玻璃材料形成，但不必限于此。当材料能够有效地透射紫外光时，光透射层4的材料不受特别限制。凹入槽3的内部可以是空的空间
半导体元件可以用作照明系统的光源、图像显示装置的光源或照明装置的光源。也就是说，半导体元件可以设置在壳体中并应用于提供光的各种电子装置。例如，在混合使用半导体元件和红色、绿色和蓝色(RGB)荧光体的情况下，可以实现具有高显色指数(CRI)的白光。
上述半导体元件可以构成发光器件封装，并且可以用作照明系统的光源。例如，半导体元件可以用作图像显示装置的光源或照明装置等的光源。
当半导体元件用作图像显示装置的背光单元时，半导体元件可以被用作边缘式背光单元(edge-type backlight unit)或直下式背光单元(direct-type backlight unit)。当半导体元件用作照明装置的光源时，半导体元件可以用在照明装置中或用作灯泡型照明装置。此外，半导体元件也可以用作移动电话的光源。
除了上述发光二极管之外，发光器件还包括激光二极管。
与发光器件一样，激光二极管可以包括具有上述结构的第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层。此外，激光二极管使用电致发光现象，在该现象中当在P型第一导电半导体和N型第二导电半导体彼此接合并对其施加电流时发光，但是在发射的光的方向性和相位上存在差异。也就是说，激光二极管可以通过使用受激发射现象、相长干涉等在一个方向上发射在一个特定波长(单色光束)和一个相位中的光，并且可以用于光通信、医疗设备、半导体工艺设备等。
受光元件的示例可以是光电探测器，其是一种被配置为检测光并将其强度转换为电信号的变换器。这种光电探测器包括光电池(硅或硒)、光输出前元件(硫化镉或硒化镉)、光电二极管(例如，在可见盲光谱区域或真盲光谱区域具有峰值波长的光电二极管)、光电晶体管、光电倍增管、光电管(真空或充气)、红外(IR)检测器等，但不限于此。
另外，诸如光电探测器等半导体元件通常可以使用具有高光转换效率的直接带隙半导体来制造。或者，光电探测器具有各种结构，并且最典型的光电探测器包括使用pn结的p型/绝缘体/n型(PIN)型光电探测器、使用肖特基结的肖特基型光电探测器、金属/半导体/金属(MSM)型光电探测器等。
与发光器件类似，光电二极管可以包括上述结构的第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层，并且形成为具有p-n结或PIN结构。通过施加反向偏压或零偏压来操作光电二极管，并且当光入射在光电二极管上时，产生电子和空穴以使电流流动。在这种情况下，电流量几乎与入射在光电二极管上的光的强度成比例。
光电池或太阳能电池是光电二极管中的一种，并且与发光器件类似，可以包括上述结构的第一导电半导体层、有源层和第二导电半导体层。
另外，半导体元件还可以通过使用p-n结的普通二极管的整流特性用作电子电路的整流器，并且可以通过应用于超高频电路而应用于振荡电路。
另外，上述半导体元件不一定仅由半导体形成，在某些情况下还可以包括金属材料。例如，诸如受光元件等半导体元件可以由Ag、Al、Au、In、Ga、N、Zn、Se、P和As中的至少一种形成，并且还可以由掺杂有P型或N型掺杂剂的半导体材料或本征半导体材料形成。
已经具体描述了实施例，但这些实施例仅是示例，并不限制本发明。本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的本质特征的情况下，将在一定范围内进行上面未示出的各种改变和应用。例如，可以改变实施例中具体描述的组件。另外，应该解释为与变化和应用有关的差异落入由所附权利要求限定的本发明的范围内。

Claims (14)

1.半导体元件，包括：
第一导电半导体层；
第二导电半导体层；
有源层，设置在所述第一导电半导体层和第二导电半导体层之间；以及
阻挡层，设置在所述第二导电半导体层和有源层之间，
其中，所述第一导电半导体层的横截面积在第一方向上减小，
所述阻挡层的横截面积在第一方向上增加，并且
所述第一方向是从第一导电半导体层朝向第二导电半导体层的方向。
2.根据权利要求1所述的半导体元件，其中，所述阻挡层的靠近有源层的区域的铝组分高于所述阻挡层的靠近第二导电半导体层的区域的铝组分。
3.根据权利要求1所述的半导体元件，其中，所述有源层和阻挡层包括AlGaN。
4.根据权利要求1所述的半导体元件，其中，所述阻挡层包括通过刻蚀阻挡层的侧表面而形成的台阶部分，从而暴露有源层。
5.根据权利要求1所述的半导体元件，其中，所述阻挡层的侧表面包括曲线。
6.根据权利要求1的半导体元件，其中：
所述阻挡层包括第一阻挡层、第二阻挡层和第三阻挡层；并且
所述第一阻挡层和第三阻挡层的铝组分高于所述第二阻挡层的铝组分。
7.根据权利要求1的半导体元件，其中：
所述阻挡层的侧表面与水平轴之间的角度在从55°到80°的范围内；并且
所述水平轴垂直于所述第一方向。
8.根据权利要求1所述的半导体元件，其中，所述第二导电半导体层包括在所述第一方向上横截面积增加的区域。
9.根据权利要求1所述的半导体元件，其中，所述有源层产生紫外光。
10.根据权利要求1所述的半导体元件，还包括多个凹槽，所述凹槽穿透所述第二导电半导体层和所述有源层，并且穿透到所述第一导电半导体层的一部分。
11.根据权利要求10所述的半导体元件，还包括：
第一电极，设置在所述多个凹槽中；
第二电极，设置在所述第二导电半导体层下；
第一导电层，所述第一导电层电连接到所述第一电极，以及
第二导电层，所述第二导电层电连接到所述第二电极。
12.根据权利要求11所述的半导体元件，还包括：
第一绝缘层，设置在所述多个凹槽中；以及
第二绝缘层，设置在所述第一导电层和所述第二导电层之间。
13.根据权利要求12所述的半导体元件，还包括设置在所述第一导电层下的导电衬底。
14.一种半导体元件封装，包括根据权利要求1~13中任一项所述的半导体元件。
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