TW202221993A - 雷射元件 - Google Patents

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林炳成
陳守龍
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Abstract

本揭露提出一種雷射元件，其包括基底、位於基底上之磊晶結構、以及位於磊晶結構上之第一電極和第二電極。所述磊晶結構包括：第一半導體結構位於基底上，第二半導體結構位於第一半導體結構上，中間層位於第二半導體結構上，第三半導體結構位於中間層上，電流侷限層位於第三半導體結構中，第四半導體結構位於第三半導體結構上，及活性結構位於第三半導體結構與第四半導體結構之間。所述第一電極和第二電極位於第四半導體結構上，且第一電極具有一部分貫穿第四半導體結構、活性結構、電流侷限層及第三半導體結構，而連接於中間層。

Description

雷射元件
本揭露與一種雷射元件有關，特別是與一種覆晶式雷射元件之磊晶結構有關。
為了減小垂直式共振腔面射型雷射（Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL）晶片的封裝尺寸，採用覆晶式（Flip Chip）晶片設計會是一種有效的方式，其可避免額外的金屬打線，縮小整體封裝尺寸，節省光學元件成本。
本揭露提出一種雷射元件，其包括：一基底，具有一第一表面與一第二表面，該第一表面為一出光面；一磊晶結構，係位於該基底之該第二表面上且依序包括：一第一半導體結構；一第二半導體結構，係位於該第一半導體結構上；一中間層，位於該第二半導體結構上；一第三半導體結構，位於該中間層上；一電流侷限層，位於該第三半導體結構中；一第四半導體結構，位於該第三半導體結構上；及一活性結構，位於該第三半導體結構與該第四半導體結構之間；以及一第一電極與一第二電極，係位於該第四半導體結構上，其中該第一電極具有一部分係貫穿該第四半導體結構、該活性結構、該電流侷限層以及該第三半導體結構，而連接於該中間層。
下文係參照圖式、並且以示例實施例說明本揭露之概念，在圖式或說明中，相似或相同的部分係使用相同的元件符號；再者，圖式係為利於理解而繪製，圖式中各層之厚度與形狀並非元件之實際尺寸或成比例關係。需特別注意的是，圖式中未繪示、或說明書中未描述之元件，可為熟習發明所屬領域技藝之人士所知之形式。
請參閱第1圖，係根據本揭露一實施例之半導體元件的剖面示意圖。半導體元件可為如發光二極體、雷射二極體、光電偵測器（Photodiode）或太陽能電池（Solar cell）等。本實施例之半導體元件100為一雷射二極體，且包括基底110、形成於基底110上之磊晶疊層120、以及位於磊晶疊層120上之第一電極結構132與第二電極結構134。基底110係為具有高穿透率之砷化鎵（GaAs）基板，且具有第一表面110A與第二表面110B。半導體元件100之出光面（如第1圖中箭頭所示方向）係定義為第一表面110A。磊晶疊層120係位於基底110之第二表面110B且依序包括第一半導體結構121、第二半導體結構122、中間層123、第三半導體結構124、活性結構126及第四半導體結構127。
在本實施例中，基底110包含摻雜物以具有p型或n型之導電型態。或者，於另一實施例中，基底110未包含摻雜物。第一半導體結構121為未包含摻雜物之半導體材料，藉以降低摻雜物吸光的問題。第二半導體結構122、中間層123、第三半導體結構124及第四半導體結構127為包含摻雜物之半導體材料。第二半導體結構122、中間層123與第三半導體結構124具有相同導電型態，且第三半導體結構124（或第二半導體結構122或中間層123）與第四半導體結構127具有不同的導電型態。於本實施例中，第二半導體結構122、中間層123與第三半導體結構124的導電型態為p型，第四半導體結構127的導電型態為n型。在另一實施例中，第二半導體結構122、中間層123與第三半導體結構124的導電型態為n型，第四半導體結構127的導電型態為p型。第一電極結構132與第二電極結構134係位於第四半導體結構127上。摻雜物可包含鈹、鎂、鋅、碳、矽或銻。
選擇性地，第三半導體結構124或第四半導體結構127包含電流侷限層125。或者，電流侷限層125形成在第三半導體結構124或第四半導體結構127中。電流侷限層125包含電流限制區125B、以及由電流限制區125B所圍繞界定之電流導通區125A。
半導體元件100更包含有凹部結構140及保護層150。凹部結構140形成於磊晶疊層120內。詳言之，凹部結構140形成於第四半導體結構127、活性結構126與第三半導體結構124內。換言之，凹部結構140貫穿第四半導體結構127、活性結構126與第三半導體結構124而暴露出中間層123。保護層150填入凹部結構140且位於第一電極結構132與第四半導體結構127之間。第一電極結構132具有第一部分132A及第二部分132B。第一部分132A填入凹部結構140內且接觸中間層123，並與中間層123形成電連接。第二部分132B係由第一部分132A延伸並位於保護層150上。第二電極結構134設於第四半導體結構127上並與第四半導體結構127形成電連接。
在本實施例中，半導體元件100選擇性地還包括光學元件160，係覆蓋基底110的第一表面110A。舉例而言，光學元件160可為抗反射元件，用以進一步減少半導體元件100發出的光在基底110與空氣之間的界面反射，以避免半導體元件100的發光效率降低或產生非理想光彩。抗反射元件可為單層或多層，且具有一折射率係介於基底110的折射率與外界環境（例如空氣）的折射率之間，例如1.1～1.65。單層抗反射元件可由例如Si aN b、SiO x、MgF 2等材料製成，其厚度較佳為活性結構126所發出光的峰值波長的四分之一的奇數倍，即（aλ/4n ）（其中λ為峰值波長，a為奇數（1、3、5、7…），n為折射係數）。抗反射元件亦可為由高折射材料和低折射材料堆疊而成的多層結構，例如SiO x/TiO x、SiO x/TiO x/SiO x等。
在本實施例中，第一半導體結構121、第二半導體結構122、第三半導體結構124以及第四半導體結構127可分別包含週期性交互堆疊之不同折射率的複數個膜層（例如：週期性交互堆疊之高鋁含量的AlGaAs層及低鋁含量的AlGaAs層），以形成分散式布拉格反射鏡（Distributed Bragg Reflector，DBR），使得從活性結構126發出的光可以在布拉格反射鏡中反射以形成同調光。第一半導體結構121、第二半導體結構122與第三半導體結構124的反射率低於第四半導體結構127的反射率，藉此使同調光朝基底110方向射出。第一半導體結構121、第二半導體結構122、第三半導體結構124、第四半導體結構127以及活性結構126之材料包含三五族化合物半導體，例如：AlGaInAs系列、AlGaInP系列、AlInGaN系列、AlAsSb系列、InGaAsP系列、InGaAsN系列、AlGaAsP系列等，例如AlGaInP、GaAs、InGaAs、AlGaAs、GaAsP、GaP、InGaP、AlInP、GaN、InGaN、AlGaN等化合物。在本揭露內容之實施例中，若無特別說明，上述化學表示式包含「符合化學劑量之化合物」及「非符合化學劑量之化合物」，其中，「符合化學劑量之化合物」例如為三族元素的總元素劑量與五族元素的總元素劑量相同，反之，「非符合化學劑量之化合物」例如為三族元素的總元素劑量與五族元素的總元素劑量不同。舉例而言，化學表示式為AlGaInAs系列即代表包含三族元素鋁（Al）及/或鎵（Ga） 及/或銦（In），以及包含五族元素砷（As），其中三族元素（鋁及/或鎵及/或銦）的總元素劑量可以與五族元素（砷）的總元素劑量相同或相異。另外，若上述由化學表示式表示的各化合物為符合化學劑量之化合物時，AlGaInAs系列即代表 (Al y1Ga (1-y1)) 1-x1In x1As，其中，0≦x1≦1，0≦y1≦1；AlGaInP系列即代表 (Al y2Ga (1-y2)) 1-x2In x2P，其中，0≦x2≦1，0≦y2≦1；AlInGaN系列即代表 (Al y3Ga (1-y3)) 1-x3In x3N，其中，0≦x3≦1，0≦y3≦1；AlAsSb系列即代表 AlAs x4Sb (1-x4)，其中，0≦x4≦1；InGaAsP系列即代表In x5Ga 1-x5As 1-y4P y4，其中，0≦x5≦1，0≦y4≦1；InGaAsN系列即代表In x6Ga 1-x6As 1-y5N y5，其中，0≦x6≦1，0≦y5≦1；AlGaAsP系列即代表Al x7Ga 1-x7As 1-y6P y6，其中，0≦x7≦1，0≦y6≦1。
視其材料不同，活性結構126可發出峰值波長（peak wavelength）介於700 nm及 1700 nm的紅外光、峰值波長介於610 nm及700 nm之間的紅光、峰值波長介於530 nm及570 nm之間的黃光、峰值波長介於490 nm及550 nm之間的綠光、峰值波長介於400 nm及490 nm之間的藍光或深藍光、 或是峰值波長介於250 nm及400 nm之間的紫外光。在本實施例中，活性結構126的峰值波長為介於750 nm及2000 nm之間的紅外光。
電流侷限層125可利用氧化製程（oxidation）或是離子佈植（ion implant）製程而形成。在本實施例中，當上述第一半導體結構121、第二半導體結構122、第三半導體結構124、活性結構126以及第四半導體結構127包含複數個膜層且皆包含鋁時，可設計第三半導體結構124中的其中一層或多層之鋁含量大於97%（定義為電流侷限層125）且大於活性結構126、第三半導體結構124的其他膜層、第二半導體結構122、第一半導體結構121以及第四半導體結構127的鋁含量。藉此，在進行氧化製程後，鋁含量大於97%的該層或該些層之部分會被氧化而形成電流限制區125B（例如氧化鋁），未被氧化的部分則為電流導通區125A。在氧化製程中，氧氣係透過凹部結構140與磊晶疊層120進行氧化反應。
第一電極結構132與第二電極結構134的材料包含金屬材料，例如金（Au）、錫（Sn）、鈦（Ti）、銅（Cu）、銀（Ag）、鍺（Ge）、鉑（Pt）、鈀（Pd）、鎳（Ni）或其合金。
在本實施例中，中間層123可為單層或多層且係作為一蝕刻終止層以控制凹部結構140的深度。中間層123包含半導體材料，例如： GaAs或 InGaP，且具有一厚度係為活性結構126所發出光之峰值波長的1/4n的奇數倍，n為折射係數。在一實施例中，由於中間層123的材料不同於第一半導體結構121、第二半導體結構122及第三半導體結構124，進而影響半導體元件100的光學特性（例如：反射率、閾値電流（Ith）），因此中間層123的厚度係設計以介0.05um ~0.5 um。在一實施例中，中間層123可能會降低橫向電流擴散，因此，第二半導體層122的設置除了光學特性的考量外，進一步可作為電流擴散層。當中間層123為多層時（例如：包含兩層，且第一層InGaP及第二層為GaAs），該些多層的厚度總和介於0.05um ~0.5 um之間。
在一實施例中，當第一半導體結構121、第二半導體結構122、第三半導體結構124皆為分散式布拉格反射鏡（Distributed Bragg Reflector，DBR）時，第一半導體結構121中週期性交互堆疊之膜層的對數可大於、等於或小於第二半導體結構122，或/且第一半導體結構121中週期性交互堆疊之膜層的對數可大於、等於或小於第三半導體結構124的對數。在一實施例中，第二半導體結構122之膜層的對數小於第三半導體結構124的對數。在一實施例中，第一半導體結構121之膜層的對數可為5~15對，第二半導體結構122之膜層的對數可為2~5對，第三半導體結構124之膜層的對數可為5~15對。
在一實施例中，依據光學特性的需求，第一半導體結構121、第二半導體結構122與第三半導體結構124的膜層對數之總和小於第四半導體層127的膜層對數，例如：第一半導體結構121、第二半導體結構122與第三半導體結構124的膜層對數之總和為15~25對，且第四半導體層127的膜層對數為30~60對。
於一實施例中，由於製程上，p型半導體層較n型半導體層具有低的摻雜濃度，且設計上，第二半導體結構122與第三半導體結構124的膜層對數之總和小於第四半導體層127的膜層對數，因此第一半導體結構122第三半導體結構124的導電型態可設計為p型，且第四半導體結構127的導電型態為n型，藉此，降低整體半導體元件的串聯電阻以及提升發光效率。
第2A圖係根據本揭露另一實施例之半導體元件的上視示意圖，第2B圖係沿著第2A圖之X-X線所示之半導體元件的剖面示意圖。為求圖面清晰，第2A圖中係繪製部分結構。本實施例之半導體元件200為一雷射元件。本實施例之半導體元件200具有與前揭實施例類似的結構，其中類似的符號或是記號所對應的元件或裝置，為具有類似或是相同的元件或裝置。
在本實施例中，如第2A圖所示，凹部結構240具有第 一凹部區241及第二凹部區242。第二凹部區242係圍繞第一凹部區241，且第一凹部區241與第二凹部區242彼此相分離而未連通在一起。凹部結構240係形成於磊晶疊層220內以將磊晶疊層220分成第一磊晶區220A及第二磊晶區220B。第一磊晶區220A或/及第二磊晶區220B包含部分之磊晶疊層220（第三半導體結構224、活性結構226與第四半導體結構227）。第一磊晶區220A與第二磊晶區220B彼此分離不相連，亦即，部分之磊晶疊層220（第三半導體結構224、活性結構226與第四半導體結構227）彼此不相連。第二磊晶區220B圍繞第一磊晶區220A。第一凹部區241位於第一磊晶區220A及第二磊晶區220B之間，且第二磊晶區220B位於第一凹部區241及第二凹部區242之間。
詳言之，併參第2B圖所示，凹部結構240係形成於第三半導體結構224、活性結構226與第四半導體結構227內。換言之，凹部結構240貫穿第四半導體結構227、活性結構226與第三半導體結構224而暴露出中間層223，且凹部結構240係用以進行後續之氧化製程以形成電流侷限層225。電流侷限層225包含電流限制區225B及電流導通區225A。
如第2B圖之剖面圖所示，第二凹部區242包含第一區域242A及第二區域242B，且第二磊晶區220B包含第一區塊220B1及第二區塊220B2。第一凹部區241位於第一區域242A及第二區域242B之間。第一磊晶區220A位於第一區塊220B1及第二區塊220B2之間。自第2A圖之上視圖觀之，第一區塊220B1與第二區塊220B2為彼此相連，然由第2B圖之剖面圖可知，第一區塊220B1、第二區塊220B2及第一磊晶區220A係因其間形成有第一凹部區241而彼此分離。
如第2B圖所示，半導體元件200還包括第一保護層250、第二保護層251、第一電極結構232、第二電極結構234、第三電極結構236和第四電極結構238。第一保護層250覆蓋第四半導體結構227，並填入凹部結構240內而覆蓋凹部結構240的底面與側面。第一保護層250係形成為具有一第一開口250A與一第二開口250B，藉此分別暴露出一部分的中間層223與一部分的第四半導體結構227。在此實施例中，半導體元件200更包含第一接觸層271及一第二接觸層272，第一接觸層271位於第一開口250A內以與中間層223接觸並形成電連接，第二接觸層272則位於第二開口250B內以與第四半導體結構227接觸並形成電連接。
第一電極結構232具有第一部分232A及第二部分232B。第一部分232A填入第二凹部區242之第一區域242A。第二部分232B連接第一部份232A且位於第一區塊220B1上。第二電極結構234具有第三部分234A及第四部分234B。第三部分234A係填入第一凹部區241及第二凹部區242之第二區域242B。第四部分234B連接第三部份234A且位於第一磊晶區220A及第一區塊220B2上。第二保護層251位於第一電極結構232及第二電極結構234上且具有第三開口251A及第四開口251B。第三電極結構236位於第二保護層251上且填入第三開口251A，並透過第一電極結構232、第一接觸層271、中間層223與第三半導體結構224形成電連接。第四電極結構238位於第二保護層251上且填入第四開口251B，並透過第二電極結構234、第二接觸層272與第四半導體結構227形成電連接。
根據本揭露，第一區塊220B1及第二區塊220B2可使第一電極結構232和第二電極結構234的表面實質上位於同一水平面，且因第三電極結構236與第四電極結構238分別位於第一電極結構232和第二電極結構234上，因此第三電極結構236與第四電極結構238的表面實質上亦位於同一水平面，以利於後續使用焊料將半導體元件200連接至外部電路並增加半導體元件200的實用性。在本實施例中，由於第二接觸層272僅與第一磊晶區220A的第四半導體結構227形成電連結，不與第二磊晶區的220B的第四半導體結構227形成電連結，因此，僅有第一磊晶區220A會發光且定義成一發光孔。
請參閱第2C圖，係根據本揭露另一實施例之半導體元件的剖面示意圖。本實施例之半導體元件200’為一雷射元件，且與前揭半導體元件200具有類似的結構，其中類似的符號或是記號所對應的元件或裝置，為具有類似或是相同的元件或裝置。在本實施例中，半導體元件200’進一步包括一鏡層274。第二接觸層272形成於鏡層274和第四半導體結構227之間且可與第四半導體結構227形成歐姆接觸。
詳言之，於第2B圖所示實施例中，因半導體元件200之第二接觸層272需同時具有反射及歐姆接觸的作用，第二接觸層272材料的選擇會因此而受限。然於本實施例中，可使第二接觸層271具有歐姆接觸作用且鏡層274具有反射作用，因此鏡層274之材料可選擇具有較佳反射率之材質，進而提升反射效率。再者，可對第二接觸層272進行一平坦化步驟（例如化學機械研磨（Chemical Mechanical Polishing，CMP）），以使第二接觸層272具有一平坦的上表面2721，藉此，後續形成於第二接觸層272上的鏡層274可與第二接觸層272有較好的黏著力，減少彼此間剝離問題。第二接觸層272可包含導電氧化物或金屬。
在一實施例中，第二接觸層272為導電氧化材料，例如氧化銦錫（Indium Tin Oxide，ITO）、以及氧化銦鋅層（Indium Zinc Oxide，IZO）。鏡層274可包括金（Au）或銀（Ag）等金屬材料。
相較於半導體元件200，本實施例之半導體元件200’係因具有鏡層274而具有較佳的反射效率，故當第四半導體結構227為分散式布拉格反射鏡（Distributed Bragg Reflector，DBR）時，在維持相同的反射效率下，第四半導體結構227中週期性交互堆疊之膜層可具有較少之對數（例如：對數為15~25對）。換言之，相較於半導體元件200，本實施例之半導體元件200’之第四半導體結構227可具有較薄的厚度，例如：2.0 um~4.5 um。此外，較少之膜層對數亦具有較低的串聯電阻，使得半導體元件200’具有較低的順向電壓（Vf）且可使製程良率提高。
在另一實施例中，由於可藉由鏡層274降低第四半導體結構227之膜層對數，因此當第四半導體結構227的導電型態為p型且第三半導體結構124的導電型態為n型時，具有摻雜濃度較低之p型的第四半導體結構227因為可具有較少的膜層對數，而其串聯電阻不會增加，此外，具有摻雜濃度較高的n型的第三半導體結構124可幫助水平式電流擴散，以提高整體半導體元件200’的發光效率。
請參閱第3A圖至第3J圖，其係本揭露之半導體元件（例如前揭雷射元件）製作方法的各步驟中形成的結構的剖面示意圖。
首先，如第3A圖所示，於一基底210上直接磊晶成長一磊晶疊層220。基底210為一成長基板，其具有一第一表面210A與一第二表面210B。在此實施例中，磊晶疊層220係形成於基底210的第二表面210B上，且依序包括第一半導體結構221、第二半導體結構222、中間層223、第三半導體結構224、活性結構226及第四半導體層227。
如第3B圖所示，進行蝕刻步驟以於磊晶疊層220中形成凹部結構240。
如第3C圖所示，透過凹部結構240進行氧化製程，以於第三半導體結構224中形成電流侷限層225。電流侷限層225包含電流限制區225B及電流導通區225A。
如第3D圖所示，形成一第一保護層250。第一保護層250覆蓋第四半導體結構227，並填入凹部結構240內而覆蓋凹部結構240的底面與側面。
接著，如第3E圖所示，移除一部分的第一保護層250以形成第一開口250A及第二開口250B並分別暴露一部分之中間層223及一部分的第四半導體結構227。
如第3F圖所示，形成第一接觸層271於第一開口250A內及形成第二接觸層272於第二開口250B內。
如第3G圖所示，形成第一電極結構232及第二電極結構234。第一電極結構232接觸第一接觸層271並與第一接觸層271形成電連接。第二電極結構234接觸第二接觸層272並與第二接觸層272形成電連接。第一電極結構232與第二電極結構234彼此分開並相距一距離d1。
如第3H圖所示，形成一第二保護層251覆蓋第一電極結構232與第二電極結構234，第二保護層251係形成為具有第三開口251A及第四開口251B，從而分別對應地暴露出部分的第一電極結構232與第二電極結構234。
接著，如第3I圖所示，分別於第一電極結構232與第二電極結構234的暴露部分上形成第三電極結構236和第四電極結構238。
最後，於基底210的第一表面210A選擇性地形成一光學元件260，如第3J圖所示。在一實施例中，可視應用需求，先對基底210進行一薄化或圖案化步驟，再於薄化或圖案化的基底210之第一表面210A形成光學元件260。或者，於另一實施例中，基底210可進行一奈米壓印步驟以直接形成光學元件。
請參閱第4A圖，係根據本揭露又一實施例之半導體元件的上視圖。本實施例之半導體元件300可為一雷射元件。第4B圖為第4A圖之半導體元件300沿I-I線所示之剖面結構示意圖，第4C圖為第4A圖之半導體元件300沿II-II線所示之剖面結構示意圖。為求圖面清晰，第4A圖中係繪製部分結構。本實施例之半導體元件300具有與前揭半導體元件200類似的結構，其中類似的符號或是記號所對應的元件或裝置，為具有類似或是相同的元件或裝置。於本實施例中，半導體元件300具有複數個發光孔及複數個第一開口350A及第二開口350B，且第一接觸層371包含複數個接觸部371A。各個接觸部371A彼此不相連且上視形狀可為圓形、矩形或不規則形。
詳言之，在第4A圖至第4C圖所示實施例中，半導體元件300包含磊晶疊層220以及凹部結構240。凹部結構240形成於磊晶疊層220內以將磊晶疊層220分成複數個磊晶區，且每一磊晶區可定義一發光孔30。此外，每一發光孔30亦可由電流導通區225A所定義。每一磊晶區包含部分之磊晶疊層220（第三半導體結構224、活性結構226與第四半導體結構227）。複數個磊晶區包含第一陣列30A與第二陣列30B。於第4A圖之實施例中，第一陣列30A包含九個磊晶區且第二陣列30B包含九個磊晶區。
併參第4A和4B圖所示，半導體元件300具有第一保護層350，第一保護層350填入凹部結構240且形成有複數個第一開口350A而暴露出中間層223。接著，第一接觸層371形成於複數個第一開口350A內以包含複數個彼此分離的接觸部371A。各接觸部371A係與中間層223接觸並形成電連接。
如第4A圖和第4C圖所示，第一保護層350亦形成有複數個第二開口350B而暴露出第四半導體結構227。第二接觸層372形成於複數個第二開口350B內以與每一磊晶區的第四半導體結構227接觸並形成電連接。詳言之，第二接觸層372包含第一接觸區塊372A、第二接觸區塊372B及連接區塊372C。第一接觸區塊372A和第二接觸區塊372B分別對應第一陣列30A和第二陣列30B。連接區塊372C係用以連接第一接觸區塊372A及第二接觸區塊372B。連接區塊372C之寬度小於第一接觸區塊372A及/或第二接觸區塊372B之寬度。第一接觸區塊372A直接接觸第一陣列30A中磊晶疊層的第四半導體結構227並形成電連接，且第二接觸區塊372B直接接觸第二陣列30B中磊晶疊層的第四半導體結構227並形成電連接。
如第4B圖與第4C圖所示，半導體元件300還包括第二保護層351、第一電極結構332、及第二電極結構334。第二保護層351位於第一保護層350和第二接觸層372上。第二保護層351具有複數個第三開口351A及第四開口351B。第三開口351A暴露出接觸部371A，且第四開口351B暴露出第二接觸層372的第二接觸區塊372B而未暴露第一接觸區塊371B。第一電極結構332係透過複數個第三開口351A形成於第一接觸層371上且與每一接觸區371接觸並形成電連接。如上所述，每一接觸區371A係彼此分離且不物理性連接，但藉由第一電極結構332而彼此形成電連接。第二電極結構334填入第四開口351B而與第二接觸層372的第二接觸區塊372B物理性連接而不與第一接觸區塊372A物理性連接。在本實施例中，第一電極結構332具有一部份圍繞第二電極結構334。
半導體元件300還包括第三保護層352、第三電極結構336和第四電極結構338。第三保護層352位於第一電極結構332和第二電極結構334上，且具有第五開口352A和第六開口352B。第五開口352A暴露出一部分的第一電極結構332，且第六開口352B暴露出一部分的第二電極結構334。第三電極結構336位於第三保護層352上且填入第五開口352A，並透過第一電極結構332、第一接觸層371的接觸區371A、中間層223與第三半導體結構224形成電連接。第四電極結構338位於第三保護層352上且填入第六開口352B，並透過第二電極結構334、第二接觸層372的第一接觸區塊372A及第二接觸區塊372B與每一磊晶區的第四半導體結構227形成電連接。如上所述，當一電流注入半導體元件300時，第一陣列30A與第二陣列30B中的每一發光孔皆可發光。
請參閱第5圖，係根據本揭露又一實施例之半導體元件的上視圖。為求圖面清晰，第5圖中係繪製部分結構。本實施例之半導體元件400可為一雷射元件。半導體元件400具有與前揭半導體元件300類似的結構，其中類似的符號或是記號所對應的元件或裝置，為具有類似或是相同的元件或裝置；其差異在於，第一接觸層471、第二接觸層472及第一電極結構432之形狀。
在第5圖所示之實施例中，自上視圖觀之，半導體元件400的第一接觸層471具有複數個第一接觸部471A和複數個第二接觸部471B。第一接觸部471A和第二接觸部471B係分別呈縱向與橫向延伸並且彼此連接，從而圍繞第一陣列30A及第二陣列30B。第一接觸層471與第二接觸層472於上視圖中，彼此不重疊。第二接觸層472包含第一接觸區塊472A、第二接觸區塊472B及連接區塊472C。連接區塊472C係用以連接第一接觸區塊472A及第二接觸區塊472B。第一電極結構432係僅與一部分之第一接觸部471A及第二接觸部471B接觸且電連接。當一電流注入半導體元件400時，由於第一接觸部471A和第二接觸部471B彼此相連，使得第一電極結構432僅與部分之第一接觸部471A及第二接觸部471B接觸，即可將電流傳至整個半導體元件400。更者，相較於第4A圖之半導體元件300，由於第一電極結構432不需要與所有的第一接觸部471A和第二接觸部471B接觸，第一電極結構432與第二電極結構334的配置可具有較彈性的設計空間。
第6A圖係根據本揭露又一實施例之半導體元件500的上視圖。為求圖面清晰，第6A圖中係繪製部分結構。本實施例之半導體元件500可為一雷射元件。第6B圖為第6A圖之半導體元件500沿A-A線所示之剖面結構示意圖，第6C圖為第6A圖之半導體元件500沿B-B線所示之剖面結構示意圖。為了圖式清楚，第6C圖僅繪製部分之剖面圖（一個半導體單元500U）。
如第6A-6C圖所示，半導體元件500包含基底210及複數個半導體單元500U共同形成於基底210上。每一半導體單元500U包含磊晶疊層220以及凹部結構240。凹部結構240形成於磊晶疊層220內以將磊晶疊層220分成複數個磊晶區。複數個磊晶區包含第一陣列30A與第二陣列30B。每一半導體單元500U更包含第一保護層350、第二保護層351、第三保護層352、第一接觸層471、第二接觸層472、第一電極結構432、第二電極結構334、第三電極結構336和第四電極結構338，上述之相對關係可參考如第5圖之半導體元件400及第4A圖之半導體元件300，於此將不在撰述。本實施例係以第一陣列30A包含九個磊晶區且第二陣列30B包含九個磊晶區為例示。
與半導體元件400之結構相比，每一半導體單元500U不包含基底210，其餘結構皆相同。由於凹部結構240未貫穿中間層223、第二半導體層222及第一半導體層221， 因此每一半導體單元500U的中間層223、第二半導體層222及第一半導體層221係彼此連接。每一半導體單元500U的第三電極結構336彼此分離且每一半導體單元500U的第四電極結構338亦彼此分離，因此每一半導體單元500U可獨立控制。
第7A圖係根據本揭露又一實施例之半導體元件600的上視圖。為求圖面清晰，第7A圖中係繪製部分結構。本實施例之半導體元件600可為一雷射元件。第7B圖為第7A圖之半導體元件600沿I’-I’線所示之剖面結構示意圖，為了圖式清楚，第7B圖僅繪製部分之剖面圖。半導體元件600具有與前揭半導體元件300類似的結構，其中類似的符號或是記號所對應的元件或裝置，為具有類似或是相同的元件或裝置。
如第7A-7B圖所示，半導體元件600包括基底210、磊晶疊層220、保護層550、551、552、第一接觸層571、第二接觸層572及電極結構532、534、536、538。第一接觸層571具有複數個第一接觸部571A和複數個第二接觸部571B。第一接觸部571A和第二接觸部571B係分別呈縱向與橫向延伸並且彼此連接，且圍繞磊晶疊層220本實施例之半導體元件600包含凹部結構540及複數個發光孔50。凹部結構540包含複數個彼此不相通之凹槽區541，且複數個凹槽區541圍繞一發光孔50。在本實施例中，六個彼此不相通之凹槽區541圍繞一發光孔50。此外，每一發光孔50係由電流導通區525A所定義。
類似地，在氧化製程中，氧氣係透過凹槽區541與磊晶疊層220進行氧化反應， 因此，每一發光孔50之形狀係透過六個圍繞於旁的凹槽區541進行氧化製程所共同定義。六個凹槽區541中的至少一個可同時對其兩側形成電流侷限層進而定義兩側的發光孔。換言之，圍繞於一發光孔50的六個凹槽區541中，至少一個凹槽區541可與相鄰的發光孔共用其間的凹槽區541。
從上視圖視之，第4圖之半導體元件300的凹部結構240將磊晶疊層220分隔成彼此不相連複數個磊晶區，亦即，每一磊晶區的第三半導體結構224、活性結構226與第四半導體結構227彼此不相連。本實施例之半導體元件600之凹部結構540（凹槽區541）未將磊晶疊層220分隔成複數個彼此不相連磊晶區。相較於半導體元件300，半導體元件600之較少的磊晶疊層220被移除。換言之，半導體元件600之磊晶疊層的面積較多，藉此，可藉由磊晶疊層而增加半導體元件600整體的散熱效率。
第8A-8C圖係根據本揭露又一實施例之半導體模組800的示意圖。半導體模組800包含載板801、導電結構802及半導體元件500。第8A圖為第6A圖之半導體元件500將固定於載板801之立體結構示意圖，第8B圖為第8A圖之半導體模組800沿Y-Y線所示之剖面結構示意圖，第8C圖為第8A圖之半導體模組800沿X-X線所示之剖面結構示意圖。
如第8A圖至第8C圖所示，導電結構802包含第一導電區802A及第二導電區802B，每一半導體單元500U之第三電極結構336係透過焊錫804與第一導電區802A形成電連接，每一半導體單元500U之第四電極結構338係透過焊錫804與第二導電區802B形成電連接。於此實施例中，第一導電區802A為一長條狀，第二導電區802B包含複數個彼此分離的導電區塊802B1。藉此，當第一導電區802A與其中一個導電區塊802B1與外部電源形成電連接時，相對應的半導體單元500U會因此發光，藉此，每一半導體單元500U可獨立控制。
需注意的是，本發明所提之前述實施例係僅用於例示說明本發明，而非用於限制本發明之範圍。熟習本發明所屬領域技藝之人對本發明所進行之諸般修飾和變化皆不脫離本發明之精神與範疇。不同實施例中相同或相似的構件、或不同實施例中以相同元件符號表示的構件係具有相同的物理或化學特性。此外，在適當的情況下，本發明之上述實施例係可互相組合或替換，而非僅限於上文所描述的特定實施例。在一實施例中所描述的特定構件與其他構件的連接關係亦可應用於其他實施例中，其皆落於本發明如附申請專利範圍之範疇。
100:雷射元件 110:基底 110A:第一表面 110B:第二表面 120:磊晶疊層 121:第一半導體結構 122:第二半導體結構 123:中間層 124:第三半導體結構 125:電流侷限層 125A:電流導通區 125B:電流限制區 126:活性結構 127:第四半導體結構 132:第一電極結構 132A:第一部分 132B:第二部分 134:第二電極結構 140:凹部結構 150:保護層 160:光學元件 200:半導體元件 200’:半導體元件 210:基底 210A:第一表面 210B:第二表面 220:磊晶疊層 220A:第一磊晶區 220B:第二磊晶區 220B1:第一區塊 220B2:第二區塊 221:第一半導體結構 222:第二半導體結構 223:中間層 224:第三半導體結構 225:電流侷限層 225A:電流限制區 225B:電流導通區 226:活性結構 227:第四半導體結構 232:第一電極結構 232A:第一部分 232B:第二部分 234:第二電極結構 234A:第三部分 234B:第四部分 236:第三電極結構 238:第四電極結構 240:凹部結構 241:第一凹部區 242:第二凹部區 242A:第一區域 242B:第二區域 250:第一保護層 250A:第一開口 250B:第二開口 251:第二保護層 251A:第三開口 251B:第四開口 260:光學元件 271:第一接觸層 272:（第二）接觸層 2721:上表面 274:鏡層 300:半導體元件 30:發光孔 30A:第一陣列 30B:第二陣列 332:第一電極結構 334:第二電極結構 336:第三電極結構 338:第四電極結構 350:第一保護層 350A:第一開口 350B:第二開口 351:第二保護層 351A:第三開口 351B:第四開口 352:第三保護層 352A:第五開口 352B:第六開口 371:第一接觸層 371A:接觸部 372:第二接觸層 372A:第一接觸區塊 372B:第二接觸區塊 372C:第三接觸區塊 400:半導體元件 432:第一電極結構 471:第一接觸層 471A:第一接觸部 471B:第二接觸部 472:第二接觸層 472A:第一接觸區塊 472B:第二接觸區塊 472C:連接區塊 500:半導體元件 500U:半導體單元 50:發光孔 532:電極結構 534:電極結構 536:電極結構 538:電極結構 540:凹部結構 541:凹槽區 550:保護層 551:保護層 552:保護層 571:接觸層 571A:第一接觸部 571B:第二接觸部 572:接觸層 600:半導體元件 800:半導體模組 801:載板 802:導電結構 802A:第一導電區 802B:第二導電區 802B1:導電區塊 804:焊錫
為能更進一步瞭解本揭露之特徵與技術內容，請參閱下述有關本揭露實施例之詳細說明及如附圖式。惟所揭詳細說明及如附圖式係僅提供參考與說明之用，並非用以對本揭露加以限制；其中：
第1圖係根據本揭露一實施例之半導體元件的剖面示意圖；
第2A圖與第2B圖分別為根據本揭露另一實施例之半導體元件的上視示意圖和剖面示意圖；
第2C圖係根據本揭露另一實施例之半導體元件的剖面示意圖；
第3A圖至第3J圖係本揭露之半導體元件製作方法的各步驟中形成的結構的剖面示意圖；
第4A圖至第4C圖示意說明根據本揭露又一實施例之半導體元件，其中第4A圖係本揭露之半導體元件的上視示意圖，第4B圖與第4C圖分別為第4A圖之半導體元件中沿I-I線所示及沿II-II線所示的剖面示意圖；
第5圖係根據本揭露又一實施例之半導體元件的上視示意圖；
第6A圖至第6C圖示意說明根據本揭露又一實施例之半導體元件，其中第6A圖係根據本揭露之半導體元件的上視示意圖，第6B圖與第6C圖分別為第6A圖之半導體元件中沿著A-A線所示及沿B-B線所示的剖面結構示意圖；
第7A圖和第7B圖示意說明根據本揭露又一實施例之半導體元件，其中第7A圖係根據本揭露之半導體模組的上視示意圖，第7B圖為第7A圖之半導體元件中沿I’-I’線所示的剖面結構示意圖；以及
第8A圖至第8C圖示意說明根據本揭露又一實施例之半導體模組，其中第8A圖為如第6A圖所示之半導體元件將固定於載板之立體結構示意圖，第8B圖為第8A圖所示之半導體模組沿Y-Y線所示之剖面結構示意圖，第8C圖為第8A圖所示之半導體模組沿X-X線所示之剖面結構示意圖。
100:半導體元件
110:基底
110A:第一表面
110B:第二表面
120:磊晶疊層
121:第一半導體結構
122:第二半導體結構
123:中間層
124:第三半導體結構
125:電流侷限層
125A:電流導通區
125B:電流限制區
126:活性結構
127:第四半導體結構
132:第一電極結構
132A:第一部分
132B:第二部分
134:第二電極結構
140:凹部結構
150:保護層
160:光學元件

Claims (8)

  1. 一種雷射元件，其包括： 一基底，具有一第一表面與一第二表面，該第一表面為一出光面； 一磊晶結構，係位於該基底之該第二表面上且依序包括： 一第一半導體結構； 一第二半導體結構，係位於該第一半導體結構上； 一中間層，位於該第二半導體結構上； 一第三半導體結構，位於該蝕刻終止層上； 一電流侷限層，位於該第三半導體結構中； 一第四半導體結構，位於該第三半導體結構上；及 一活性結構，位於該第三半導體結構與該第四半導體結構之間；以及 一第一電極與一第二電極，係位於該第四半導體結構上，其中該第一電極具有一部分係貫穿該第四半導體結構、該活性結構、該電流侷限層以及該第三半導體結構，而連接於該中間層。
  2. 如請求項1所述之雷射元件，更包括一功能光學元件，係位於該基底之該第一表面上。
  3. 如請求項1所述之雷射元件，其中該基底係一砷化鎵基板。
  4. 如請求項1所述之雷射元件，其中該中間層包含砷化鎵（p-GaAs）或磷化銦鎵（p-InGaP）。
  5. 如請求項4所述之雷射元件，其中該中間層具有P型或N型的導電型態。
  6. 如請求項1所述之雷射元件，其中該中間層之厚度係該雷射元件之發光波長的1/4n的奇數倍。
  7. 如請求項1所述的雷射元件，更包括一接觸層位於該第四半導體結構。
  8. 如請求項7所述的雷射元件，更包括一鏡層位於該接觸層上。
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