CN220358110U - 半导体元件及包含其的半导体装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种半导体元件及包含其的半导体装置。半导体元件包括第一半导体结构、第二半导体结构及活性结构。第二半导体结构位于第一半导体结构上。活性结构介于第一与第二半导体结构间且包含第一局限层、第二局限层及介于第一与第二局限层间的活性区。活性区包含n对半导体叠层，各半导体叠层包含阱层与阻障层。第一半导体结构从靠近至远离活性结构依序包含第一披覆层及第一接触层。第二半导体结构从靠近至远离活性结构依序包含第二披覆层及第二窗户层。第一披覆层厚度大于等于第二披覆层厚度，且第二披覆层厚度大于等于第一接触层厚度。

Description

半导体元件及包含其的半导体装置

技术领域

本实用新型涉及一种半导体元件及包含其的半导体装置，且特别是涉及一种半导体光电元件，例如半导体发光元件(如发光二极管(Light emitting diode，LED))。

背景技术

半导体元件的用途十分广泛。近年来，各种半导体光电元件像是半导体发光元件(如发光二极管、激光二极管(Laser diode，LD))、光电传感器(Photoelectric sensor)、太阳能电池(Solar cell)、功率元件(Power device)等都在市场上有一定的需求，在照明、医疗、显示、通信、感测、电源系统等领域中都有机会看到相关应用。举例来说，作为半导体发光元件之一的发光二极管具有耗电量低、反应速度快、体积小、工作寿命长等优点，因此大量地被应用，相关研究开发也一直持续进行。

实用新型内容

本实用新型提供一种半导体元件，包括第一半导体结构、第二半导体结构以及活性结构。第二半导体结构位于第一半导体结构上。活性结构介于第一半导体结构与第二半导体结构之间且包含第一局限层、第二局限层以及介于第一局限层与第二局限层间的活性区。活性区包含n对半导体叠层，且各半导体叠层包含阱层与邻接于阱层的阻障层。第一半导体结构从靠近至远离活性结构依序包含第一披覆层以及第一接触层。第二半导体结构从靠近至远离活性结构依序包含第二披覆层以及第二窗户层。第一披覆层的厚度大于或等于第二披覆层的厚度，且第二披覆层的厚度大于或等于第一接触层的厚度。

根据本实用新型一实施例，半导体元件还包含第一窗户层，位于第一披覆层和第一接触层之间，且第一窗户层的厚度在100nm至3000nm的范围内。

根据本实用新型一实施例，半导体元件还包含第二接触层，邻接于第二窗户层，且第二接触层的厚度小于100nm。

根据本实用新型一实施例，其中n为大于等于1且小于等于10的正整数。

根据本实用新型一实施例，其中半导体元件的对角线长度大于1μm且小于100μm。

根据本实用新型一实施例，其中第一局限层及/或第二局限层的厚度为阻障层的厚度的10倍以上。

根据本实用新型一实施例，其中第一局限层、第二局限层以及活性区的厚度分别在10nm至200nm的范围内。

根据本实用新型一实施例，其中第一披覆层及第二披覆层的厚度分别在100nm至1000nm的范围内。

根据本实用新型一实施例，其中第一接触层的厚度小于100nm。

根据本实用新型一实施例，其中第二窗户层的厚度在50nm至10000nm的范围内。

根据本实用新型一实施例，在第一半导体结构下还包含蚀刻阻挡层、缓冲层以及基底，且蚀刻阻挡层邻接于第一半导体结构。

根据本实用新型一实施例，其中半导体元件的上表面的面积在10000μm²以下。

根据本实用新型一实施例，其中半导体元件的外观具有第一平台构造以及第二平台构造，且第二平台构造的上表面高于第一平台构造的上表面。

根据本实用新型一实施例，其中第一半导体结构、活性结构及第二半导体结构中具有凹陷部。

根据本实用新型一实施例，半导体元件还包含第一导电结构，与第一半导体结构直接接触；以及第二导电结构，与第二半导体结构直接接触。

根据本实用新型一实施例，半导体元件还包含绝缘结构，覆盖于第一半导体结构、活性结构及第二半导体结构上，且具有在垂直方向上对应于第一导电结构的第一孔洞，以及在垂直方向上对应于第二导电结构的第二孔洞。

根据本实用新型一实施例，半导体元件还包含第一电极垫，填入第一孔洞且与第一导电结构直接接触；以及第二电极垫，填入第二孔洞且与第二导电结构直接接触。

根据本实用新型一实施例，半导体元件还包含第一电极垫以及第二电极垫，且第一电极垫的上表面及第二电极垫的上表面位于活性结构的不同侧。

本实用新型还提供一种半导体装置，包括载体、半导体元件以及封装层。半导体元件位于载体上。封装层覆盖于半导体元件上。

本实用新型又提供一种半导体装置，包括载板以及多个像素单元。多个像素单元位于载板上且包含半导体元件。

本实用新型的优点在于，本实用新型提供一种半导体元件或包含其的半导体装置，可具有良好发光效率，且应用范围广，例如可适用于存在微型化需求的产品。具体来说，本实用新型的半导体元件或包含其的半导体装置可应用于照明、显示、通信电源系统等领域的产品，例如灯具、监视器、车用仪表板、电视、电脑、交通号志、户外显示器等。

附图说明

图1A为本实用新型一实施例的半导体元件的剖面示意图；

图1B为图1A中的区域C的局部放大图；

图2为本实用新型一实施例的半导体元件的剖面示意图；

图3为本实用新型一实施例的半导体元件的剖面示意图；

图4A为本实用新型一实施例的半导体元件的俯视示意图；

图4B为本实用新型一实施例的半导体元件的剖面示意图；

图4C为本实用新型一实施例的半导体元件的俯视示意图；

图4D为本实用新型一实施例的半导体元件的剖面示意图；

图4E为本实用新型一实施例的半导体元件的俯视示意图；

图4F为本实用新型一实施例的半导体元件的剖面示意图；

图5A为本实用新型一实施例的半导体元件的俯视示意图；

图5B为本实用新型一实施例的半导体元件的剖面示意图；

图5C为本实用新型一实施例的半导体元件的俯视示意图；

图5D为本实用新型一实施例的半导体元件的剖面示意图；

图6为本实用新型一实施例的半导体装置的剖面示意图；

图7为本实用新型一实施例的半导体装置的剖面示意图。

符号说明

10、20、30、40A、40B、40C、50A、50B、60：半导体元件

61：封装基板

62：通孔

63：载体

63a：第一部分

63b：第二部分

65：接合线

66：接触结构

66a：第一接触垫

66b：第二接触垫

68：封装层

80：载板

82：像素单元

84：第一半导体元件

86：第二半导体元件

88：第三半导体元件

100：第一半导体结构

102：第一半导体层

104：第二半导体层

106：第三半导体层

110：活性结构

110A：第一局限层

110B：第二局限层

110C：活性区

120：第二半导体结构

122：第四半导体层

124：第五半导体层

124a：下表面

126：第六半导体层

130：第七半导体层

140：第八半导体层

150：基底

160：粘着层

170a：第一导电结构

170b：第二导电结构

180：绝缘结构

180a：第一孔洞

180b：第二孔洞

190a：第一电极垫

190b：第二电极垫

200：凹陷部

600、800：半导体装置

M1：第一平台构造

M2：第二平台构造

C：区域

C1：半导体叠层

C12：阻障层

C11：阱层

d：间隔

t1、t2、t3、t4、t5、t6、t7、t8：厚度

L：长度

W：宽度

X-X’、Y-Y’、Z-Z’、A-A’、B-B’：线

x、y：轴

具体实施方式

为了使本实用新型的叙述更加详尽与完备，以下将配合附图详细说明本实用新型，应注意的是，以下所示是用于例示本实用新型的半导体元件的实施例，并非将本实用新型限定于以下实施例。在附图或说明中，相似或相同的构件将使用相似或相同的标号进行说明，并且若未特别说明，附图中各元件的形状或尺寸仅为例示，实际上并不限于此。需特别注意的是，图中未绘示或描述的元件，可以是熟悉此技艺的人士所知的形式。

在未特别说明的情况下，通式InGaP代表In_x0Ga_1-x0P，其中0<x0<1；通式AlInP代表Al_x1In_1-x1P，其中0<x1<1；通式InGaN代表In_x2Ga_1-x2N，其中0<x2<1；通式AlGaN代表Al_x3Ga_{1- x3}N，其中0<x3<1；通式AlGaInP代表Al_x4Ga_x5In_1-x4-x5P，其中0<x4<1且0<x5<1；通式InGaAsP代表In_x6Ga_1-x6As_x7P_1-x7，其中0<x6<1，0<x7<1；通式AlGaInAs代表Al_x8Ga_x9In_1-x8-x9As，其中0<x8<1，0<x9<1；通式InGaNAs代表In_x10Ga_1-x10N_x11As_1-x11，其中0<x10<1，0<x11<1；通式InGaAs代表In_x12Ga_1-x12As，其中0<x12<1；通式AlGaAs代表Al_x13Ga_1-x13As，其中0<x13<1；通式AlInGaN代表Al _x14In_x15Ga_1-x14-x15N，其中0<x14<1，0<x15<1。可依不同目的调整各元素的含量，例如但不限于调整能隙大小，或是当半导体元件为一发光元件时，可由此调整发光元件的主波长(domain wavelength)或峰值波长(peak wavelength)。

本实用新型的半导体元件例如是发光元件(例如：发光二极管(light-emittingdiode)、激光二极管(laser diode))、吸光元件(例如：光电二极管(photo-detector或solar cell))或不发光元件。本实用新型的半导体元件包含的各层组成及掺质(dopant)可用任何适合的方式分析而得，例如二次离子质谱仪(secondary ion mass spectrometer，SIMS)，而各层的厚度也可用任何适合的方式分析而得，例如穿透式电子显微镜(transmission electron microscopy，TEM)或是扫描式电子显微镜(scanning electronmicroscope，SEM)等。

此外，在未特别说明的情况下，「第一层(或结构)位于第二层(或结构)上」的类似描述可包含第一层(或结构)与第二层(或结构)直接接触的实施例，也可包含第一层(或结构)与第二层(或结构)之间具有其他结构而彼此未直接接触的实施例。另外，应理解各层(或结构)的上下位置关系等可能因由不同方位观察而有所改变。

本实用新型的一目的在于提供一种半导体元件或包含其的半导体装置，可具有良好发光效率，且应用范围广，例如可适用于存在微型化需求的产品。

图1A为本实用新型一实施例的半导体元件10的剖面示意图，图1B为图1A中的区域C的局部放大图。于此实施例，半导体元件10包含第一半导体结构100、活性结构110以及第二半导体结构120。第一半导体结构100、活性结构110以及第二半导体结构120可沿一垂直方向堆叠。活性结构110位于第一半导体结构100与第二半导体结构120之间。如图1A所示，第一半导体结构100与第二半导体结构120分别和活性结构110的一侧直接接触。第一半导体结构100与第二半导体结构120可具有相反的导电型态。例如，第一半导体结构100为n型及第二半导体结构120为p型。由此，第一半导体结构100与第二半导体结构120可分别提供电子与空穴。第一半导体结构100与第二半导体结构120的导电型态可通过掺质来调整。在一些实施例，所述掺质可包含元素周期表中的第II族、第IV族或第VI族元素，例如C、Zn、Si、Ge、Sn、Se、Mg或Te。

第一半导体结构100、活性结构110以及第二半导体结构120可分别包含三五族半导体材料。上述三五族半导体材料可包含Al、Ga、As、P、N或In。在一实施例中，第一半导体结构100、活性结构110以及第二半导体结构120可不包含N。具体来说，上述三五族半导体材料可为二元化合物半导体(如GaAs、GaP或GaN)、三元化合物半导体(如InGaAs、AlGaAs、InGaP、AlInP、InGaN或AlGaN)或四元化合物半导体(如AlGaInAs、AlGaInP、AlInGaN、InGaAsP、InGaNAs或AlGaAsP)。

半导体元件10可包含双异质结构(double heterostructure，DH)、双侧双异质结构(double-side double heterostructure，DDH)或多重量子阱(multiple quantumwells，MQW)结构。根据一实施例，当半导体元件10为发光元件时且于半导体元件10操作时，活性结构110可发出一光线。所述光线包含可见光或不可见光。半导体元件10所发出的光线决定于活性结构110的材料组成。举例来说，当活性结构110的材料包含AlGaN时，例如可发出峰值波长为250nm至400nm的紫外光；当活性结构110的材料包含InGaN时，例如可发出峰值波长(peak wavelength)为400nm至490nm的深蓝光或蓝光，或是峰值波长为490nm至550nm的绿光或黄光，或是峰值波长为560nm至650nm的红光；当活性结构110的材料包含InGaP或AlGaInP时，例如可发出峰值波长为530nm至700nm的黄光、橙光或红光；当活性结构110的材料包含InGaAs、InGaAsP、AlGaAs或AlGaInAs时，例如可发出峰值波长为700nm至1700nm的红外光。

活性结构110包含第一局限层110A、第二局限层110B以及介于第一局限层110A与第二局限层110B之间的活性区110C。活性区110C可包含n对半导体叠层C1，其中n为大于等于1且小于等于10的正整数，例如为2、3、4、5、6、7、8、9、10。各对半导体叠层C1可由一阱层C11与邻接其的一阻障层C12所构成。举例而言，n等于1时表示活性区110C仅包含1对半导体叠层C1。根据一些实施例，第一局限层110A、第二局限层110B以及活性区110C的材料均包含Al_z1Ga_z2In_1-z1-z2P，其中0≤z1≤1且0≤z2≤1。在一实施例，第一局限层110A和第二局限层110B为AlGaInP层或AlInP层。在一实施例，活性区110C的阱层C11为AlGaInP层或InGaP层；阻障层C12为AlGaInP层或AlInP层。第一局限层110A、第二局限层110B以及活性区110C厚度例如分别在10nm至200nm的范围内。第一局限层110A、第二局限层110B以及活性区110C的厚度总和可在30nm至600nm的范围内，例如在50nm至200nm、300nm、400nm或500nm的范围内。根据一些实施例，各阻障层C12的厚度可大于各阱层C11的厚度，以提升阻障层C12局限电子的能力。在一实施例，当n大于1时，该些阻障层C12中任两者的厚度可以相同或不同，且阻障层C12中任两者间的厚度差可在0～1nm的范围内。在一实施例，当n大于1时，该些阱层C11中任两者的厚度可以相同或不同，且阱层C11中任两者间的厚度差可在0～1nm的范围内。根据一些实施例，阻障层C12与阱层C11的厚度可分别小于或等于例如在/>至或/>的范围内。在一些实施例，当阻障层C12与阱层C11的厚度均小于或等于/>半导体元件10可具有较佳量子效率。在一实施例中，第一局限层110A及/或第二局限层110B的厚度可为阻障层C12的厚度的10倍以上，例如在10倍至15倍、20倍或25倍的范围内，由此可进一步提升第一局限层110A及/或第二局限层110B局限电子能力。根据一实施例，第一局限层110A、第二局限层110B与阻障层C12可具有相同或不同材料，阱层C11与阻障层C12可具有相同或不同材料。

如图1A所示，第一半导体结构100从靠近至远离活性结构110可依序包含第一半导体层102、第二半导体层104以及第三半导体层106；第二半导体结构120从靠近至远离活性结构110可依序包含第四半导体层122、第五半导体层124以及第六半导体层126。第一半导体结构100的厚度与第二半导体结构120的厚度可相同或不同。根据一些实施例，第一半导体结构100的厚度大于第二半导体结构120的厚度，且第一半导体结构100与第二半导体结构120两者厚度的比值可在大于1且3以下的范围内。根据一些实施例，第一半导体结构100的厚度小于第二半导体结构120的厚度，且第二半导体结构120与第一半导体结构100两者厚度的比值可在大于1且15以下的范围内。根据一些实施例，第一半导体结构100、活性结构110以及第二半导体结构120的厚度总和可在6μm以下的范围内，例如在1μm至2μm、3μm、4μm、5μm或6μm的范围内，由此更适用于具有微型化需求的元件结构(例如，长度或宽度在100μm以下的半导体元件)。如图1A所示，第一半导体层102、第二半导体层104、第三半导体层106、第四半导体层122、第五半导体层124以及第六半导体层126可分别具有第一厚度t1、第二厚度t2、第三厚度t3、第四厚度t4、第五厚度t5及第六厚度t6。

第一半导体层102和第四半导体层122可为披覆层(cladding layer)，例如分别为第一披覆层及第二披覆层。如图1A所示，第一半导体层102和第四半导体层122邻接于活性结构110且具有不同的导电型态而可分别提供电子及空穴。根据一实施例，第一半导体层102和第四半导体层122的材料均包含Al_z3Ga_z4In_1-z3-z4P，其中0≤z3≤1且0≤z4≤1。第一半导体层102和第四半导体层122的材料可相同或不同。根据一些实施例，第一半导体层102为AlInP层或AlGaInP层，第四半导体层122为AlInP层或AlGaInP层。第一半导体层102的第一厚度t1可在100nm至1000nm的范围内。第四半导体层122的第四厚度t4可在100nm至1000nm的范围内。第一厚度t1可大于、等于或小于第四厚度t4。

第二半导体层104和第五半导体层124可为窗户层(window layer)(或电流扩散层)，例如分别为第一窗户层及第二窗户层，有利于半导体元件10中的电流扩散。第二半导体层104和第五半导体层124的材料可相同或不同。根据一实施例，第二半导体层104和第五半导体层124的材料均包含Al_z5Ga_z6In_1-z5-z6P，其中0≤z5≤1且0≤z6≤1。根据一些实施例，第二半导体层104为InGaP层或AlGaInP层，第五半导体层124为GaP层。第二半导体层104的第二厚度t2可在100nm至3000nm的范围内。第五半导体层124的第五厚度t5可在50nm至10000nm的范围内。第五厚度t5可大于、等于或小于第二厚度t2。在一些实施例，半导体元件10中也可不具有第二半导体层104或/且第五半导体层124，以进一步降低元件厚度，有利于微型化的需求。根据一些实施例，第二半导体层104可为第一半导体结构100中厚度最大的层，第五半导体层124可为第二半导体结构120中厚度最大的层，以提供较佳的电流扩散效果。

第三半导体层106和第六半导体层126可为接触层(contact layer)，例如分别是第一接触层及第二接触层，以与金属材料形成良好的接触(例如欧姆接触)。根据一实施例，第三半导体层106和第六半导体层126的材料不同，例如分别为砷化物或磷化物。举例而言，第三半导体层106为GaAs层，第六半导体层126为GaP层。第三半导体层106的第三厚度t3可小于100nm，例如在1nm以上且在20nm、30nm、40nm或50nm以下。第六半导体层126的第六厚度t6可小于100nm，例如在1nm以上且在20nm、30nm、40nm或50nm以下。在一实施例，第五半导体层124及第六半导体层126可包含不同掺质，例如第五半导体层124包含Mg，第六半导体层126包含C，以提供所需导电性能。

根据一些实施例，第一厚度t1、第二厚度t2、第三厚度t3、第四厚度t4、第五厚度t5及第六厚度t6可满足以下关系：第五厚度t5≥第二厚度t2≥第一厚度t1≥第四厚度t4≥第三厚度t3≥第六厚度t6。根据一实施例，第五厚度t5＞第一厚度t1＞第四厚度t4＞第二厚度t2＞第三厚度t3≥第六厚度t6；根据另一实施例，第一厚度t1＞第五厚度t5＞第四厚度t4＞第二厚度t2＞第三厚度t3≥第六厚度t6。

半导体元件10还可选择性包含第七半导体层130、第八半导体层140以及基底150。第七半导体层130邻接于第一半导体结构100，与第一半导体结构100可具有相同导电型态。在一些实施例，第七半导体层130可为一蚀刻阻挡层。在一些实施例中，需要以蚀刻或研磨等方法移除基底150及第八半导体层140时，第七半导体层130可保护邻接的半导体层(如第三半导体层106)免于伤害。根据一实施例，第七半导体层130例如为InGaP层。第七半导体层130可具有第七厚度t7。在一实施例，第七厚度t7可在100nm至1000nm的范围内。

在一些实施例，第八半导体层140可为缓冲层。第八半导体层140邻接于第七半导体层130，与第一半导体结构100可具有相同导电型态。当基底150为一成长基板，第八半导体层140可用以补偿基底150及上方外延结构间的晶格常数差异，并可阻止外延缺陷(例如差排等)从基底150延伸到上方外延结构。根据一实施例，第八半导体层140例如为GaAs层。第八半导体层140可具有第八厚度t8。第八厚度t8可在10nm至1000nm的范围内。

基底150包含导电或绝缘材料，所述的导电材料例如砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、碳化硅(SiC)、磷化镓(GaP)、氧化锌(ZnO)、氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、锗(Ge)或硅(Si)等；所述的绝缘材料例如蓝宝石(Sapphire)、玻璃(Glass)、钻石(Diamond)、氮化铝(AlN)、石英(quartz)、压克力(Acryl)、环氧树脂(Epoxy)等。在一实施例中，基底150为一成长基板，即于基底150上可通过例如有机金属化学气相沉积法(MOCVD)形成外延结构(如第一半导体结构100、活性结构110、第二半导体结构120、第七半导体层130、第八半导体层140)。在一实施例中，基底150可为一接合基板而非成长基板，其可通过一粘着层(图未示)而与外延结构相接合。

基于上述，由于具备了上述构造组成，本实用新型的半导体元件10可具有良好发光效率，效能稳定、品质良好且应用范围广，例如可适用于存在微型化需求的产品。

图2为本实用新型一实施例的半导体元件20的剖面示意图。半导体元件20与半导体元件10的差异在于，半导体元件20的第二半导体结构120包含第四半导体层122及第五半导体层124而不包含第六半导体层126。举例来说，第二半导体结构120可由第四半导体层122以及第五半导体层124所构成。在此实施例，第四半导体层122可同时作为窗户层(或电流扩散层)以及欧姆接触层。本实施例中的其他层或结构的位置、组成及材料等内容已于先前实施例中进行了详尽的说明，故于此不再赘述。

图3为本实用新型一实施例的半导体元件30的剖面示意图。半导体元件30与半导体元件10的差异在于，半导体元件30的第一半导体结构100包含第一半导体层102以及第三半导体层106而不包含第二半导体层104。举例来说，第一半导体结构100可由第一半导体层102以及第三半导体层106所构成。在此实施例，由于第一半导体结构100不包含第二半导体层104，可进一步降低第一半导体结构100的总厚度，亦有利于元件微型化的需求。根据一些实施例，半导体元件30的第二半导体结构120也可包含第四半导体层122及第五半导体层124而不包含第六半导体层126，例如第二半导体结构120可由第四半导体层122以及第五半导体层124所构成。类似地，第五半导体层124可同时作为窗户层(或电流扩散层)以及接触层。本实施例中的其他层或结构的位置、组成及材料等内容已于先前实施例中进行了详尽的说明，故于此不再赘述。

图4A为本实用新型一实施例的半导体元件40A的俯视示意图，半导体元件40A沿线X-X’的剖面结构可对应于如图4B所示剖面结构。如图4A所示，从俯视观之，半导体元件40A可具有长度L及宽度W。长度L及宽度W可分别小于等于500μm，例如分别小于等于450μm、400μm、350μm、300μm、250μm、200μm、150μm、100μm、50μm、30μm或10μm，且可大于等于1μm。从俯视观之，半导体元件10可呈矩形或圆形。在一实施例，半导体元件40A的长度L及宽度W可大致相等而呈正方形。在一实施例，从俯视观之，半导体元件40A的上表面的面积(L×W)在10000μm²以下，例如在1μm²至5000μm²的范围内(例如：100μm²、625μm²、1250μm²、2000μm²或2500μm²)。在一实施例，从俯视观之，半导体元件40A的对角线长度可大于1μm且小于100μm。

如图4B所示，半导体元件40A包含第一半导体结构100、活性结构110、第二半导体结构120、基底150以及粘着层160。在此实施例，基底150为一接合基板，其通过粘着层160而与第二半导体结构120相接合。在此实施例，第一半导体结构100从靠近至远离活性结构110依序包含第一半导体层102、第二半导体层104以及第三半导体层106；第二半导体结构120从靠近至远离活性结构110可依序包含第四半导体层122以及第五半导体层124。关于各半导体层的材料、厚度等可参照先前实施例中的说明。在此实施例，第二半导体结构120不包含第六半导体层126，第五半导体层124同时作为窗户层(或电流扩散层)以及接触层。在此实施例，第五半导体层124的第五厚度t5例如是在2000～10000nm的范围内，由此可有助于电流扩散及提供结构支撑性。

粘着层160可为电绝缘性的。在一实施例，粘着层160的材料包含聚合物材料如苯并环丁烯(benzocyclobutene，BCB)、环氧树脂(epoxy)、聚酰亚胺(polyimide)、或硅基树脂(silicone)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化硅(SiO₂)等。如图4B所示，第五半导体层124的下表面124a具有凹凸结构，由此第五半导体层124与粘着层160间易形成稳定接合构造。

如图4B所示，半导体元件40A的外观(例如由第一半导体结构100、活性结构110及第二半导体结构120构成的整体外观)具有第一平台构造(mesa structure)M1以及第二平台构造M2。详细而言，相对于基底150的上表面，第二平台构造M2的上表面可高于第一平台构造M1的上表面。半导体元件40A还可包含第一导电结构170a以及第二导电结构170b。具体来说，第一导电结构170a以及第二导电结构170b分别与第一半导体结构100及第二半导体结构120直接接触而可形成电连接。如图4B所示，第一导电结构170a可位于第一平台构造M1上且可与第五半导体层124直接接触。第二导电结构170b可位于第二平台构造M2上且可与第三半导体层106直接接触。第一导电结构170a及第二导电结构170b的材料可以分别依据与其直接接触的半导体层材料进行选择，以形成良好的电性接触(例如欧姆接触)。根据一些实施例，第一导电结构170a及第二导电结构170b的材料可包含金属或合金。金属可列举如锗(Ge)、铍(Be)、锌(Zn)、金(Au)、镍(Ni)或铜(Cu)。合金可包含选自由上述金属所组成的组中的至少两者，例如锗金镍(GeAuNi)、铍金(BeAu)、锗金(GeAu)、锌金(ZnAu)等。第一导电结构170a的材料与第二导电结构170b的材料可不同或相同。根据一实施例，第一导电结构170a包含铍金(BeAu)，第二导电结构170b包含锗金(GeAu)。

如图4B所示，半导体元件40A还可包含绝缘结构180，覆盖于第一半导体结构100、活性结构110及第二半导体结构120上，也可进一步覆盖于基底150以及粘着层160上。绝缘结构180可覆盖第一导电结构170a上表面的一部分与第二导电结构170b上表面的一部分。绝缘结构180可具有第一孔洞180a及第二孔洞180b。第一孔洞180a及第二孔洞180b在垂直方向上分别对应于第一导电结构170a及第二导电结构170b的位置。绝缘结构180可隔绝外部水气或污染，避免外延结构受到破坏。绝缘结构180可包含介电材料，例如氧化铝(AlO_x)、氧化硅(SiO_x)、氧化钛(TiO_x)、氮化硅(SiN_x)或其组合。在一实施例，绝缘结构180也可进一步具有反射功能，例如包含分散式布拉格反射镜(DBR；Distributed Bragg Reflector)结构。通过绝缘结构180具有反射功能，活性结构110所发的光主要可由第五半导体层124的下表面124a侧出射。根据一些实施例，半导体元件40A中的第三半导体层106的宽度可小于或等于第二导电结构170b的宽度，即第三半导体层106可仅覆盖于第二半导体层104上表面的一部分，第二半导体层104上表面的另一部分与绝缘结构180直接接触，由此可降低第三半导体层106的材料对于活性结构110所发的光的吸收。

半导体元件40A还可包含第一电极垫190a以及第二电极垫190b。如图4B所示，第一电极垫190a填入第一孔洞180a而与第一导电结构170a直接接触；第二电极垫190b填入第二孔洞180b而与第二导电结构170b直接接触。第一电极垫190a及第二电极垫190b分别包含单层或多层结构。举例而言，第一电极垫190a及第二电极垫190b包含金属材料，例如包含镍(Ni)、钛(Ti)、铂(Pt)、钯(Pd)、银(Ag)、金(Au)、铝(Al)、锡(Sn)、铜(Cu)或其组合。在一实施例，第一电极垫190a的上表面及第二电极垫190b的上表面可具有大致相同的高度。如图4A所示，由俯视观之，第一电极垫190a及第二电极垫190b可各自呈具有圆角的矩形。

图4C为本实用新型一实施例的半导体元件40B的俯视示意图，半导体元件40C沿线Y-Y’的剖面结构可对应于如图4D所示剖面结构。如图4C所示，半导体元件40B与半导体元件40A的差异主要在于，半导体元件40B的外延结构(即第一半导体结构100、活性结构110及第二半导体结构120)中具有一凹陷部200，且第五半导体层124于凹陷部200的底部露出。凹陷部200的俯视形状可为圆形、椭圆形、矩形或其他多边形。绝缘结构180亦覆盖于凹陷部200的侧壁。类似地，在此实施例，第一电极垫190a填入第一孔洞180a而与第一导电结构170a直接接触；第二电极垫190b填入第二孔洞180b而与第二导电结构170b直接接触。

在一些实施例，粘着层160可作为解离层，例如通过对粘着层160进行蚀刻、激光剥离、加热或是UV光处理等而可使基底150和上方的结构分离。半导体元件40A或半导体元件40B也可不具有粘着层160及/或基底150。半导体元件40A及半导体元件40B中的第一电极垫190a的上表面及第二电极垫190b的上表面均位于活性结构110的同一侧，即半导体元件40A及半导体元件40B为水平式元件。

图4E及图4F所示为另一实施例的半导体元件40C。图4E为半导体元件40C的俯视示意图，半导体元件40C沿线Z-Z’的剖面结构可对应于如图4F所示剖面结构。

半导体元件40C与半导体元件40A的差异主要在于第一半导体结构100、活性结构110及第二半导体结构120的位置。如图4F所示，半导体元件40C中由靠近至远离基底150依序为第一半导体结构100、活性结构110及第二半导体结构120，而半导体元件40A中由靠近至远离基底150依序为第二半导体结构120、活性结构110及第一半导体结构100。如图4F所示，第一导电结构170a可位于第一平台构造M1上且可与第二半导体层104直接接触。第二导电结构170b可位于第二平台构造M2上且可与第六半导体层126直接接触。

在此实施例，半导体元件40C不具有粘着层160，基底150可为成长基板。在另一实施例，半导体元件40C也可具有粘着层160，介于第一半导体结构100与基底150之间。在另一实施例，半导体元件40C也可不具有基底150。本实施例中的其他层或结构的位置、组成及材料等内容已于先前实施例中进行了详尽的说明，故于此不再赘述。

图5A为本实用新型一实施例的半导体元件50A的俯视示意图。图5B为本实用新型一实施例的半导体元件50A的剖面示意图。

如图5A所示，半导体元件50A包含第一半导体结构100、活性结构110、第二半导体结构120、第一电极垫190a以及第二电极垫190b。于此实施例，不同于半导体元件40A及半导体元件40B，第一电极垫190a的上表面及第二电极垫190b的上表面位于活性结构110的不同侧，即半导体元件50A为一垂直式元件。在另一实施例，半导体元件50A还可包含第一导电结构170a位于第二半导体结构120与第一电极垫190a之间，也可包含第二导电结构170b位于第一半导体结构100与第二电极垫190b之间。如图5A所示，由俯视观之，第一电极垫190a可覆盖于半导体元件50A上表面的几何中心。如图5B所示，第一电极垫190a以及第二电极垫190b在垂直方向上有重叠。

如图5B所示，第一半导体结构100从靠近至远离活性结构110依序包含第一半导体层102、第二半导体层104以及第三半导体层106；第二半导体结构120从靠近至远离活性结构110可依序包含第四半导体层122、第五半导体层124以及第六半导体层126。在一实施例，第五半导体层124的第五厚度t5例如是在50～2000nm的范围内。在一实施例，第五半导体层124上表面未被第一电极垫190a所覆盖的部分可进一步具有粗化构造，以提升出光效率。本实施例中的其他层或结构的位置、组成及材料等内容已于先前实施例中进行了详尽的说明，故于此不再赘述。

图5C为本实用新型一实施例的半导体元件50B的俯视示意图。图5D为本实用新型一实施例的半导体元件50B的剖面示意图。

半导体元件50B与半导体元件50A的差异主要在于第一半导体结构100、活性结构110及第二半导体结构120的位置。如图5D所示，半导体元件50B中由下至上(或由靠近至远离第二电极垫190b)依序为第二半导体结构120、活性结构110及第一半导体结构100，而半导体元件50A中由下至上(或由靠近至远离第二电极垫190b)依序为第一半导体结构100、活性结构110及第二半导体结构120。如图5B所示，第一电极垫190a位于第六半导体层126上而与第六半导体层126直接接触，第二电极垫190b位于第三半导体层106下而与第三半导体层106直接接触。本实施例中的其他层或结构的位置、组成及材料等内容已于先前实施例中进行了详尽的说明，故于此不再赘述。

图6为本实用新型一实施例的半导体装置600的剖面示意图。请参照图6，半导体装置600包含半导体元件60、封装基板61、载体63、接合线65、接触结构66以及封装层68。封装基板61可包含陶瓷或玻璃材料。封装基板61中具有多个通孔62。通孔62中可填充有导电性材料如金属等而有助于导电或/且散热。载体63位于封装基板61一侧的表面上，且亦包含导电性材料，如金属。接触结构66位于封装基板61另一侧的表面上。在本实施例中，接触结构66包含第一接触垫66a以及第二接触垫66b，且第一接触垫66a以及第二接触垫66b可通过通孔62而与载体63电连接。在一实施例中，接触结构66可进一步包含散热垫(thermal pad)(未绘示)，例如位于第一接触垫66a与第二接触垫66b之间。

半导体元件60位于载体63上。半导体元件60可为本实用新型任一实施例所述的半导体元件(如半导体元件10、20、30、40A、40B、40C、50A或50B)或其变化例。在本实施例中，载体63包含第一部分63a及第二部分63b，半导体元件60通过接合线65而与载体63的第二部分63b电连接。接合线65的材质可包含金属，例如金、银、铜、铝或至少包含上述任一元素的合金。封装层68覆盖于半导体元件60上，具有保护半导体元件60的效果。具体来说，封装层68可包含树脂材料如环氧树脂(epoxy)、硅氧烷树脂(silicone)等。封装层68还可包含多个波长转换粒子(图未示)以转换半导体元件60所发出的第一光为一第二光。第二光的波长大于第一光的波长。

图7为本实用新型一实施例的半导体装置800的剖面示意图。本实施例的半导体装置800例如为显示器单元。如图7所示，半导体装置800包含载板80以及位于载板80上的多个像素单元82。多个像素单元82沿着平行于x轴及y轴的方向排列成阵列状，且在平行于x轴的方向上以一间隔d排列。像素单元82的数量可依需求调整，例如在一实施例中，半导体装置800中所包含的多个像素单元82可提供1920×1080像素的分辨率。在一实施例中，间隔d小于1.4mm，例如，间隔d介于0.2mm～1.3mm之间，具体如0.75mm、0.8mm、1mm、1.25mm。如图7所示，各像素单元82包含第一半导体元件84、第二半导体元件86以及第三半导体元件88沿着平行于y轴的方向排列。第一半导体元件84、第二半导体元件86以及第三半导体元件88中的一或多者可为本实用新型任一实施例所述的半导体元件(如半导体元件10、20、30、40A、40B、40C、50A或50B)或其变化例。在一实施例中，第一半导体元件84、第二半导体元件86以及第三半导体元件88均为发光元件且可分别发出红光、绿光及蓝光。在一实施例中，这些发光元件的排列顺序也可以根据需求做调整，例如第一半导体元件84、第二半导体元件86以及第三半导体元件88分别发出红光、蓝光及绿光。各像素单元82可与载板80表面的电路(未绘示)电连接，使其中的发光元件可接收外部信号并根据外部信号发光。载板80可为单层或多层结构。载板80的材料可包含聚酯(Polyester)、聚酰亚胺(Polyimide，PI)、BT树脂(Bismaleimide Triazine)、PTFE树脂(Polytetrafluoroethylene)酚醛树脂(Phenolresins，PF)或玻纤环氧树脂(FR4)。在一实施例，载板80可弯折，且例如可承受曲率半径小于50mm，例如25mm或32mm的状态。

基于上述，本实用新型可提供一种半导体元件或包含其的半导体装置，可具有良好发光效率，且应用范围广，例如可适用于存在微型化需求的产品。具体来说，本实用新型的半导体元件或包含其的半导体装置可应用于照明、显示、通信电源系统等领域的产品，例如灯具、监视器、车用仪表板、电视、电脑、交通号志、户外显示器等。

虽然本实用新型已以实施例揭露如上，然而在不脱离本实用新型的精神和范围内可作些许的修饰或变更，故本实用新型的保护范围应当以所附的权利要求所界定的为准。上述实施例内容在适当的情况下可互相组合或替换，而非仅限于所描述的特定实施例。举例而言，在一实施例中所揭露特定构件的相关参数或特定构件与其他构件的连接关系也可应用于其他实施例中，且均落于本实用新型的权利保护范围。

Claims (20)

1.一种半导体元件，其特征在于，该半导体元件包括：

第一半导体结构；

第二半导体结构，位于该第一半导体结构上；以及

活性结构，介于该第一半导体结构与该第二半导体结构之间且包含第一局限层、第二局限层以及介于该第一局限层与该第二局限层间的活性区，该活性区包含n对半导体叠层，各该半导体叠层包含阱层与邻接于该阱层的阻障层；

其中，该第一半导体结构从靠近至远离该活性结构依序包含第一披覆层以及第一接触层，该第二半导体结构从靠近至远离该活性结构依序包含第二披覆层以及第二窗户层，且该第一披覆层的厚度大于或等于该第二披覆层的厚度，且该第二披覆层的厚度大于或等于该第一接触层的厚度。

2.如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，该半导体元件还包含第一窗户层，位于该第一披覆层和该第一接触层之间，且该第一窗户层的厚度在100nm至3000nm的范围内。

3.如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，该半导体元件还包含第二接触层，邻接于该第二窗户层，且该第二接触层的厚度小于100nm。

4.如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，n为大于等于1且小于等于10的正整数。

5.如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，该半导体元件的对角线长度大于1μm且小于100μm。

6.如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，该第一局限层及/或该第二局限层的厚度为该阻障层的厚度的10倍以上。

7.如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，该第一局限层、该第二局限层以及该活性区的厚度分别在10nm至200nm的范围内。

8.如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，该第一披覆层及该第二披覆层的厚度分别在100nm至1000nm的范围内。

9.如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，该第一接触层的厚度小于100nm。

10.如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，该第二窗户层的厚度在50nm至10000nm的范围内。

11.如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，于该第一半导体结构下还包含蚀刻阻挡层、缓冲层以及基底，且该蚀刻阻挡层邻接于该第一半导体结构。

12.如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，该半导体元件的上表面的面积在10000μm²以下。

13.如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，该半导体元件的外观具有第一平台构造以及第二平台构造，且该第二平台构造的上表面高于该第一平台构造的上表面。

14.如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，该第一半导体结构、该活性结构及该第二半导体结构中具有凹陷部。

15.如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，该半导体元件还包含第一导电结构，与该第一半导体结构直接接触；以及第二导电结构，与该第二半导体结构直接接触。

16.如权利要求15所述的半导体元件，其特征在于，该半导体元件还包含绝缘结构，覆盖于该第一半导体结构、该活性结构及该第二半导体结构上，且具有在垂直方向上对应于该第一导电结构的第一孔洞，以及在垂直方向上对应于该第二导电结构的第二孔洞。

17.如权利要求16所述的半导体元件，其特征在于，该半导体元件还包含第一电极垫，填入该第一孔洞且与该第一导电结构直接接触；以及第二电极垫，填入该第二孔洞且与该第二导电结构直接接触。

18.如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，该半导体元件还包含第一电极垫以及第二电极垫，且该第一电极垫的上表面及该第二电极垫的上表面位于该活性结构的不同侧。

19.一种半导体装置，其特征在于，该半导体装置包括：

载体；

如权利要求1至18中任一所述的半导体元件，位于该载体上；以及

封装层，覆盖于该半导体元件上。

20.一种半导体装置，其特征在于，该半导体装置包括：

载板；以及

多个像素单元，位于该载板上且包含如权利要求1至18中任一所述的半导体元件。