TW202236767A - 半導體元件 - Google Patents
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Abstract
一種半導體元件包括基板,具有相對之第一邊緣及第二邊緣;磊晶結構,位於基板上且包括一平台區及一高台區,高台區包含互相分離的第一部分及第二部分,第二部份具有第一表面、第二表面及凹部,第一表面及第二表面相隔第一距離,且第一部分位於凹部中;及上電極,位於磊晶結構上;其中第一部分具有相對之第一側及第二側,第二側至第一邊緣之間不具有高台區。
Description
本揭露係關於一種半導體元件,特別是關於一種小尺寸的雷射元件。
垂直共振腔面射型雷射(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL)因具有低功耗、高效能和快速調變等特性及其廣泛的應用範圍,已逐漸成為新興層面應用的關鍵元件。因應裝置小型化的發展趨勢,VCSEL的設計亦希望能夠減小其尺寸,並期待維持相同的能源效率和元件效能。
本揭露提出一種半導體元件包含基板,具有相對之第一邊緣及第二邊緣;磊晶結構,位於基板上且包括一平台區及一高台區,高台區包含互相分離的第一部分及第二部分,第二部份具有第一表面、第二表面及凹部,第一表面及第二表面相隔第一距離,且第一部分位於凹部中;及上電極,位於磊晶結構上;其中第一部分具有相對之第一側及第二側,第二側至第一邊緣之間不具有高台區。
下文係參照圖式、並且以例示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,除具體指明的情況以外,圖式中各層之厚度和形狀皆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係可為熟習本揭露所屬領域技藝之人士所知之形式。
請參閱第1A圖至第1D圖,係說明根據本揭露一實施例之半導體元件100的結構示意圖。半導體元件100可為發光晶片(例如:發光二極體或雷射二極體)、吸光晶片(光電偵測器或太陽能電池)或不發光晶片。本實施例中,半導體元件100為垂直共振腔面射型雷射二極體。第1A圖說明半導體元件100之上視示意圖,第1B圖為第1A圖之半導體元件100沿B-B線之第一剖面示意圖,第1C圖為第1A圖之半導體元件100沿C-C線之第二剖面示意圖,第1D圖為第1A圖之半導體元件100沿D-D線之第三剖面示意圖。
如第1A圖及第1B圖所示,本實施例之半導體元件100包含基板110、磊晶結構120、保護層130及上電極140。磊晶結構120位於基板110上,保護層130位於磊晶結構120上,上電極140位於保護層130上。在本實施例中,半導體元件100更包含一下電極150,使磊晶結構120位於上電極140及下電極150之間,以形成一垂直式(vertical type)半導體元件100。磊晶結構120包括第一半導體結構122、活性結構124位於第一半導體結構122上、第二半導體結構126位於活性結構124上、及電流侷限層125位於活性結構124和第二半導體結構126之間。電流侷限層125包括電流限制區125A和電流導通區125B被電流限制區125A圍繞。保護層130覆蓋於磊晶結構120,且具有第一開口1301及第二開口1302暴露出磊晶結構120。在另一實施例中,電流侷限層125位於活性結構124及第一半導體結構122之間。
基板110具有第一邊緣110A、第二邊緣110B相對於第一邊緣110A、第三邊緣110C位於第一邊緣110A及第二邊緣110B之間、以及第四邊緣110D位於第一邊緣110A及第二邊緣110B之間且與第三邊緣110B相對。第一邊緣110A與第三邊緣110C大致垂直,第二邊緣110B與第四邊緣110D大致垂直;第三邊緣110C的長度與第一邊緣110A的長度不同,第四邊緣110D的長度與第二邊緣110B的長度不同。在本實施例中,第一邊緣110A及第二邊緣110B具有第一長度L1,第三邊緣110C及第四邊緣110D具有第二長度L2大於第一長度L1。由上視觀之,本實施例的半導體元件100為長方形。
由第1A圖之半導體元件100的上視圖觀之,在本實施例中,磊晶結構120包括一高台區22和一平台區24。高台區22包括互相分離的一第一部分221及一第二部分222。併參第2A圖,其省略半導體元件100中的其他結構,說明第1A圖之半導體元件100中的磊晶結構120之高台區22和平台區24的上視示意圖。如第1A圖和第2A圖所示,在本實施例中,第一部分221包括互相分離的一第一高台2211和一第二高台2212,第一部分221較靠近基板110的第一邊緣110A且遠離第二邊緣110B。平台區24包括一第一平台區域241和一第二平台區域242,且第一平台區域241及第二平台區域242互相連接。自半導體元件100之上視圖觀之,第一平台區域241靠近於基板110的邊緣(如第一邊緣110A、第二邊緣110B、第三邊緣110C及第四邊緣110D),可進一步作為半導體元件製程中的切割道用。
由第1A圖及1B圖之半導體元件100的剖面圖觀之,高台區22包含第一半導體結構122、活性結構124、電流侷限層125和第二半導體結構126,平台區24則藉由移除磊晶結構120中的第二半導體結構126、活性結構124和部分的第一半導體結構124而形成,因此僅具有第一半導體結構122,而因不具有活性結構124和第二半導體結構126,故平台區24的高度較高台區22低。於本實施例中,高台區22的第一部分221係用以發射光線,第二部分222則提供一平台供後續打線(wire bonding)用,即,半導體元件100如為一發光元件,光線由第一部分221發出,第二部分222幾乎不發光,或者,第二部分222所發出的光之亮度(mW)大幅小於第一部分221所發出的光之亮度(例如第二部分222所發出的光之亮度為第一部分221所發出的光之亮度的0%至10%)。由上視圖觀之,第二部分222的上視面積大於第一部分221的上視面積。上述互相分離的第一部分221及第二部分222或是互相分離的第一高台2211及第二高台2212係指兩者之間的第二半導體結構126、活性結構124和部分之第一半導體結構122彼此分離不連接,然,兩者之間的部分之第一半導體結構122係透過平台區24彼此相連。
由上視觀之,第二部分222在靠近第一邊緣110A的一側具有第一邊2221、第二邊2222、第三邊2223、第一表面2224、第二表面2225、第三表面2226及第四表面2227。第一邊2221透過第一表面2224與第三表面2226相連接,第二邊2222透過第二表面2225與第四表面2227相連接。第三表面2226位於第一表面2224及第三邊2223之間且連接第一表面2224及第三邊2223,第四表面2227位於第二表面2225及第三邊2223之間且連接第二表面2224及第三邊2223。第一邊2221(或第二邊2222)實質上平行於第三邊2223。第三邊2223較第一邊2221(及第二邊2222)遠離第一邊緣110A且較第一邊2221(及第二邊2222)靠近第二邊緣110B。第三表面2226為一凹表面且係從第一表面2224沿著第二高台2212往第一高台2211的方向凹陷,第四表面2227為一凹表面且係從第二表面2225沿著第一高台2211往第二高台2212的方向凹陷。第二部分222更包含一凹部2228位於第一表面2224及第二表面2225之間,且凹部2228係由第三表面2226、第四表面2227及第三邊2223所共同定義。
在本實施例中,第一邊2221、第二邊2222及第三邊2223皆與第一邊緣110A互相平行。第一表面2224及第二表面2225相隔一第一距離d1,第三表面2226及第四表面2227相隔一第二距離d2大於第一距離d1。詳言之,第一表面2224及第二表面2225較第三表面2226及第四表面2227靠近第一邊緣110A,第一距離d1為第一表面2224及第二表面2225之間在平行第一邊緣110A的方向上的最小距離,且第二距離d2為第三表面2226與第四表面2227之間在平行第一邊緣110A的方向上之最大距離(亦即,第二距離d2為凹部2228之最大寬度)。第一表面2224、第二表面2225互相相對且可以為圓弧或直線。第三表面2226、第四表面2227互相相對且可以為圓弧或直線。本實施例的第一表面2224、第二表面2225、第三表面2226及第四表面2227為圓弧。本實施例的第一邊2221的長度大致等於第二邊2222的長度。
在一實施例中,由上視圖觀之(如第1A或2A圖),基板110具有一第一表面積A1(意即第2A圖的灰色區域與白色區域的表面積之總和),高台區22具有一第二表面積A2(意即第2A圖的灰色區域的表面積), 且第二表面積A2為第一表面積A1的80%至90%(即
80%~90%)。由於本實施例的高台區22之第二部分222具有相隔第一距離d1的第一表面2224及第二表面2225,相較於第二部分完整環繞第一部份的其他半導體元件,或者/且,相較於第二表面積A2與第一表面積A1的比例大於的其他半導體元件,本實施例的半導體元件100的第一高台2211及第二高台2212可以較靠近基板110的第一邊緣110A,透過此設計能縮小半導體元件100的尺寸,達到半導體元件尺寸微型化的功效。當第二表面積A2與第一表面積A1的比例小於80%時,第二部分222可能不足用以供後續打線,以降低打線良率。
第二部分222具有寬度W,為第二部分222在平行第一邊緣110A的方向上之寬度。上述第一距離d1與第二距離d2的比值為0.5至0.9(即
0.5~0.9),第一距離d1與第二部分222的寬度W的比值為0.3至0.8(即
0.3~0.8),第一距離d1與第一邊緣110A的第一長度L1的比值為0.2至0.7(即
0.2~0.7),第一長度L1與第三邊緣110C的第二長度L2的比值為0.6至0.9(即
0.6~0.9)。
由第1A及1B圖所示,在本實施例中,保護層130的第一開口1301及第二開口1302分別位於第一高台2211和第二高台2212上,第一開口1301及第二開口1302呈現環形,從而暴露出第二半導體結構126。上電極140覆蓋第一部分221、第二部分222及第二平台區域242且位於保護層130上,並填入第一開口1301及第二開口1302,藉此與磊晶結構120的第二半導體結構126接觸,而達成電性連接。併參第2B圖,其省略半導體元件100中的其他結構,說明第1A圖之半導體元件100中的上電極140的上視示意圖。本實施例中,上電極140具有一第三開口1401及一第四開口1402,其位置分別大致對應於第一高台2211的中間位置和第二高台2212的中間位置。第三開口1401及第四開口1402的位置分別對應電流導通區125A,藉此,當上電極140和下電極150電連接至外部電路時,第一高台2211及第二高台2212所產生的光可以各別自第三開口1401及第四開口1402發出。換言之,上電極140僅覆蓋部分之第一部份221,使第一高台2211的發光孔(即第三開口1401)及第二高台2212的發光孔(即第四開口1402)未被上電極140覆蓋。在本實施例中,部分之上電極140位於第一表面2224及第二表面2225之間,且上電極140具有一弧形邊緣142朝向基板110之第一邊緣110A凸出。弧形邊緣142位於第一表面2224及第二表面2225之間,且上電極140未覆蓋於第一平台區域241。在本實施例中,上電極140另具有一標記部140A,用以區隔發光區(大致對應於第一部分221)與打線區(大致對應於第二部分222),以利後續封裝對位。
在本實施例中,第一高台2211和第二高台2212的中心O1、O2分別實質上對應於上電極140之第三開口1401及第四開口1402的中心,兩中心O1、O2之間相距25μm~45μm。中心O1、O2與基板110之第一邊緣110A之間具有最小距離S介於20μm~40μm,以使第一高台2211及/或第二高台2212以靠近基板110邊緣的方式設置,藉此達到縮減半導體元件100的體積之功效。第一高台2211和第二高台2212係呈圓柱狀,亦即由第1A圖所示之半導體元件100的上視圖觀之,第一高台2211和第二高台2212係大致呈圓形,且其最大寬度R(即直徑)為20μm~50μm。
第1B圖示意說明了本實施例之半導體元件100之第一剖面結構,其係為沿著通過第一高台2211、第二高台2212、第二部分222及平台區24之結構,如第1A圖中沿著B-B線的剖面。B-B線的方向定義為第一方向D1且第一方向D1平行於基板110的第一邊緣110A。第二部分222位於第一部分221的左、右兩側,即第二部分222圍繞第一部分221,詳言之,第一部分221位於第三表面2226及第四表面2227之間(參考第1A圖)。
第1C圖示意說明了本實施例之半導體元件100之第二剖面結構,其係為沿著通過第二高台2212且未通過第一高台2211之結構,如第1A圖中沿著C-C線的剖面,C-C線的方向定義為第二方向D2,且第一方向D1和第二方向D2互相垂直。第一部分221具有相對之第一側S1及第二側S2,第二側S2較第一側S1靠近第一邊緣110A,第二部分222僅位於第一部分221(在此以第二高台2212為代表)的第一側S1旁,換言之,在第二剖面結構,第一側S1至第二邊緣110B之間具有高台區22之第二部分222,且第二側S2至第一邊緣110A之間並不具有任何高台區22。
第1D圖示意說明了本實施例之半導體元件100之第三剖面結構,其係為沿著通過第二部分222及平台區24之結構,如第1A圖中沿著D-D線的剖面,D-D線的方向定義為第三方向D3且第三剖面結構未包含第一高台2211及第二高台2212。第三方向D3與第二方向D2平行,並與第一方向D1垂直。在半導體元件100的第三剖面結構中,僅顯示有第一平台區域241、第二平台區域242及第二部分222,即第二部分222的相對兩側至基板110的第一邊緣110A及第二邊緣110B之間不具有任何高台區22。
第3A圖至第3C圖為本揭露另一實施例之半導體元件200的結構示意圖。第3A圖說明半導體元件200之上視示意圖,第3B圖為第3A圖之半導體元件200沿B’-B’線所示之第一剖面示意圖,第3C圖為第3A圖之半導體元件沿C’-C’線所示之第二剖面示意圖。本實施例之半導體元件200具有與第1A圖至第1D圖所示半導體元件100類似的結構和組成,惟其差異在於,本實施例之半導體元件200的高台區42之第一部分421包括第一高台4211、第二高台4212和第三高台4213,本實施例之半導體元件200之結構詳述如下。
如第3A圖和第3B圖所示,本實施例之半導體元件200包含基板110、磊晶結構120、保護層130和上電極140。磊晶結構120位於基板110上,保護層130位於磊晶結構120上,上電極140位於保護層130上。在本實施例中,半導體元件200更包括一下電極150,使磊晶結構120位於上電極140和下電極150之間,以形成一垂直式(Vertical Type)半導體元件200。磊晶結構120包括一第一半導體結構122、一活性結構124位於第一半導體結構122上、以第二半導體結構126位於活性結構124上、及一電流侷限層125位於活性結構124和第二半導體結構126之間。電流侷限層125包括一電流限制區125A和一電流導通區125B被電流限制區125A圍繞。保護層130覆蓋磊晶結構120,且具有一第一開口1301、第二開口1302及第三開口1303暴露出磊晶結構120。在另一實施例中,電流侷限層125位於活性結構124及第一半導體結構122之間。
基板110具第一邊緣110A、第二邊緣110B相對於第一邊緣110A、第三邊緣110C位於第一邊緣110A及第二邊緣110B之間、以及第四邊緣110D位於第一邊緣110A及第二邊緣110B之間且與第三邊緣110B相對。第一邊緣110A與第三邊緣110C大致垂直,第二邊緣110B與第四邊緣110D大致垂直;第三邊緣110C的長度與第一邊緣110A的長度不同,第四邊緣110D的長度與第二邊緣110B的長度不同。在本實施例中,第一邊緣110A及第二邊緣110B具有第一長度L1,第三邊緣110C及第四邊緣110D具有第二長度L2大於第一長度L1。由上視觀之,本實施例的半導體元件200為長方形。
由第3A圖之半導體元件200的上視圖觀之,在本實施例中,磊晶結構120包括一高台區42和一平台區44。高台區42包括互相分離的一第一部分421及一第二部分422,第一部分221較靠近第一邊緣110A且遠離第二邊緣110B。在本實施例中,第一部分421包括互相分離的第一高台4211、第二高台4212和第三高台4213。
平台區44包括一第一平台區域441和一第二平台區域442連接於第一平台區域441;自第3A圖之半導體元件200的上視圖觀之,第一平台區域441靠近於基板110的邊緣(如第一邊緣110A、第二邊緣110B、第三邊緣110C及第四邊緣110D),可進一步作為半導體元件製程中的切割道用。
由第3B圖之半導體元件200的剖面圖觀之,高台區42包括第一半導體結構122、活性結構124、電流侷限層125和第二半導體結構126,平台區44則藉由移除磊晶結構120中的第二半導體結構126、活性結構124和部分第一半導體結構122而形成,故而僅具有第一半導體結構122,由於不具有活性結構124和第二半導體結構126,平台區44的高度較高台區42為低。於本實施例中,高台區42的第一部分421用以發射光線,第二部分422則提供一平台供後續打線連接(wire bonding)用,即,半導體元件200如為一發光元件,光線由第一部分221發出,第二部分222幾乎不發光,或者,第二部分222所發出的光之亮度(mW)大幅小於第一部分221所發出的光之亮度(例如第二部分222所發出的光之亮度為第一部分221所發出的光之亮度的0%至10%)。由上視圖觀之,第二部分222的上視面積大於第一部分221的上視面積。上述互相分離的第一部分421及第二部分422係指兩者之間的第二半導體結構126、活性結構124和部分之第一半導體結構122彼此分離不連接,然,兩者之間的部分之第一半導體結構122係透過平台區24彼此相連。類似地,上述互相分離的第一高台4211、第二高台4212和第三高台4213係指三者的第二半導體結構126、活性結構124和部分之第一半導體結構122分離不連接,然,三者之間的部分之第一半導體結構122係透過平台區44彼此相連。
由上視觀之,第二部分422在靠近第一邊緣110A的一側具有第一邊4221、第二邊4222、第三邊4223、第一表面4224、第二表面4225、第三表面4226及第四表面4227。第一邊4221透過第一表面4224與第三表面4226相連接,第二邊4222透過第二表面4225與第四表面4227相連接。第三表面4226位於第一表面4224及第三邊4223之間且連接第一表面4224及第三邊4223,第四表面4227位於第二表面4225及第三邊4223之間且連接第二表面4224及第三邊4223。第一邊4221(或第二邊4222)實質上平行於第三邊4223。第三邊4223較第一邊4221(及第二邊4222)遠離第一邊緣110A且較第一邊4221(及第二邊4222)靠近第二邊緣110B。第三表面4226為一凹表面且係從第一表面4224沿著第二高台4212往第三高台4213的方向凹陷,第四表面2227為一凹表面且係從第二表面2224沿著第三高台4213往第二高台4212的方向凹陷。第二部分422更包含一凹部4228位於第一表面4224及第二表面4225之間,且凹部4228係由第三表面4226、第四表面4227及第三邊4223所共同定義。
在本實施例中,第一邊4221、第二邊4222及第三邊4223皆與第一邊緣110A互相平行。第一表面4224及第二表面4225相隔一第三距離d3,第三表面4226及第四表面4227相隔一第四距離d4大於第三距離d3。詳言之,第三距離d3為第一表面4224及第二表面4225之間在平行第一邊緣110A的方向上的最小距離,且第四距離d4為第三表面4226與第四表面4227之間在平行第一邊緣110A的方向上之最大距離(亦即,第四距離d4為凹部4228之最大寬度)。第一表面4224、第二表面4225互相相對且可以為圓弧或直線。第三表面226、第四表面227互相相對且可以為圓弧或直線。本實施例的第一表面4224、第二表面4225、第三表面4226及第四表面4227為圓弧。第一邊4221的長度大致等於第二邊4222的長度。第一表面4224及第二表面4225較第一部分221靠近基板110的第一邊緣110A。在本實施例中,第二部分422具有寬度W,為第二部分422在平行第一邊緣110A的方向上之寬度。上述第三距離d3與第四距離d4的比值為0.2至0.6(即
0.2~0.6),第三距離d3與第二部分222的寬度W的比值為0.1至0.6(即
0.1~0.6),第三距離d3與第一邊緣110A的第一長度L1的比值為0.1至0.5(即
0.1~0.5),第一長度L1與第三邊緣110C的第二長度L2的比值為0.5至0.9(即
0.5~0.9)。
與第1A圖至第1D圖所示實施例類似,在本實施例中,保護層130具有一第一開口1301、一第二開口1302及一第五開口1303,分別位於第一部分421的第一高台4211、第二高台4212和第三高台4213上,第一開口1301、第二開口1302和第五開口1303呈現環形,從而暴露出第二半導體結構126。上電極140覆蓋第一部分221、第二部分222及第二平台區域242且位於保護層130上,並填入第一開口1301、第二開口1302和第五開口1303,藉此與磊晶結構120的第二半導體結構126接觸,而達成電性連接。上電極140具有一第三開口1401、一第四開口1402和一第六開口1403,其位置分別對應於第一高台4211的中間位置、第二高台4212的中間位置和第三高台4213的中間位置。換言之,第三開口1401、第四開口1402及第六開口1403的位置分別對應電流導通區125A,藉此,當第一電極140和第二電極150電連接至外部電路時,第一高台4211、第二高台4212和第三高台4213所產生的光可以各別自第三開口1401、第四開口1402和第六開口1403發出。換言之,上電極140僅覆蓋部分之第一部份421,使第一高台4211的發光孔(即第三開口1401)、第二高台4212的發光孔(即第四開口1402)及第三高台4212的發光孔(即第六開口1403)未被上電極140覆蓋。在本實施例中,部分之上電極140位於第一表面4224及第二表面4225之間,且上電極140具有一弧形邊緣142朝向最近的基板110之第一邊緣110A凸出。弧形邊緣142位於第一表面4224及第二表面4225之間,且上電極140未覆蓋於第一平台區域241上。
在本實施例中,第一高台4211、第二高台4212和第三高台4213的中心C1、C2和C3即分別實質上對應於上電極140之第三開口1401、第四開口1402及第六開口1403的中心,三中心C1、C2和C3兩兩之間係彼此相距25μm~45μm。在本實施例中,三中心C1、C2和C3彼此形成一正三角形之配置。中心C1、C2或C3與基板110之第一邊緣110A之間具有一最小距離S介於20μm~40μm。詳言之,在本實施例之三中心C1、C2、C3中,中心C1最接近基板110的第一邊緣110A,中心C1與第一邊緣110A的距離為20μm~40μm。
在本實施例中,第一高台4211、第二高台4212和第三高台4213係呈圓柱狀,亦即由第3A圖所示之半導體元件200的上視圖觀之,第一高台4211、第二高台4212和第三高台4213係大致呈圓形,且高台的最大寬度R(即直徑)為20μm~50μm。
第3B圖示意說明了本實施例之半導體元件200中的第一剖面結構,其係為沿著通過第一高台4211、第二部分422及平台區44之結構,如第3A圖中沿著B’-B’線的剖面。B’-B’線的方向定義為第四方向D4且第四方向D4平行於基板110的第一邊緣110A。第二部分422位於第一部分(第一高台4211)的左、右兩側,即第二部分422圍繞第一部分421,詳言之,第一部分421位於第三表面4226及第四表面4227之間(參考第3A圖)。
第3C圖示意說明了本實施例之半導體元件200之第二剖面結構,其係為沿著通過第二部分422、第一高台4211和平台區44之結構。如第3A圖中C’-C’線所示方向之剖面結構,C’-C’線的方向定義為第五方向D5,且第五方向D5和第四方向D4互相垂直。第一部分421具有相對之第一側S1及第二側S2,第二側S2較第一側S1靠近第一邊緣110A,第二部分422僅位於第一部分241(在此以第一高台4211為代表)的第一側S1旁。換言之,在第二剖面結構中,第一側S1至第二邊緣110B之間具有高台區42之第二部分422,且第二側S2至第一邊緣110A之間不具有任何高台區42。
第4A圖為本揭露另一實施例之半導體元件300的上視示意圖。本實施例之半導體元件300具有與第1A圖所示的半導體元件100類似的結構和組成,惟其主要差異在於,本實施例之半導體元件300的高台區52之第一部分521僅包括一個高台(即第一高台5211),本實施例之半導體元件300之結構詳述如下。
如第4A及4B圖所示,本實施例之半導體元件300包含基板110、磊晶結構120、保護層130及上電極140。磊晶結構120位於基板110上,保護層130位於磊晶結構120上,上電極140位於保護層130上。在本實施例中,半導體元件300更包含一下電極150,使磊晶結構120位於上電極140及下電極150之間,以形成一垂直式(vertical type)半導體元件300。磊晶結構120包括一第一半導體結構122、一活性結構124位於第一半導體結構122上、一第二半導體結構126位於活性結構124上、及一電流侷限層125位於活性結構124和第二半導體結構126之間。電流侷限層125包括一電流限制區125A和一電流導通區125B被電流限制區125A圍繞。保護層130覆蓋於磊晶結構120,且具有一第一開口1301暴露出磊晶結構120。在另一實施例中,電流侷限層125位於活性結構124及第一半導體結構122之間。
基板110具有第一邊緣110A、第二邊緣110B相對於第一邊緣110A、第三邊緣110C位於第一邊緣110A及第二邊緣110B之間、以及第四邊緣110D位於第一邊緣110A及第二邊緣110B之間且與第三邊緣110B相對。第一邊緣110A與第三邊緣110C大致垂直,第二邊緣110B與第四邊緣110D大致垂直;第三邊緣110C的長度與第一邊緣110A的長度不同,第四邊緣110D的長度與第二邊緣110B的長度不同。在本實施例中,第一邊緣110A及第二邊緣110B具有第一長度L1,第三邊緣110C及第四邊緣110D具有第二長度L2大於第一長度L1。由上視觀之,本實施例的半導體元件300為長方形。
由第4A圖之半導體元件300的上視圖觀之,在本實施例中,磊晶結構120包括一高台區52和一平台區54。高台區52包括互相分離的第一部分521及第二部分522。第一部分521僅包括一高台(即第一高台5211),第一部分521較靠近基板110的第一邊緣110A及第三邊緣110C且遠離第二邊緣110B及第四邊緣110D。平台區54包括互相連接的第一平台區域541和第二平台區域542。自半導體元件300之上視圖觀之,第一平台區域541靠近於基板110的邊緣(如第一邊緣110A、第二邊緣110B、第三邊緣110C及第四邊緣110D),可進一步作為半導體元件製程中的切割道用。
高台區52包含第一半導體結構122、活性結構124、電流侷限層125和第二半導體結構126,平台區54則藉由移除磊晶結構120中的第二半導體結構126、活性結構124和部分的第一半導體結構124而形成,因此僅具有第一半導體結構122,而因不具有活性結構124和第二半導體結構126,故平台區54的高度較高台區52低。於本實施例中,高台區52的第一部分521係用以發射光線,第二部分522則提供一平台供後續打線(wire bonding)用,即,半導體元件300如為一發光元件,光線由第一部分521發出,第二部分522幾乎不發光,或者,第二部分522所發出的光之亮度(mW)大幅小於第一部分521所發出的光之亮度(第二部分522所發出的光之亮度為第一部分521所發出的光之亮度的0%至10%)。由上視圖觀之,第二部分522的上視面積大於第一部分521的上視面積。上述互相分離的第一部分521及第二部分522係指兩者之間的第二半導體結構126、活性結構124和部分之第一半導體結構122彼此分離不連接,然,兩者之間的部分之第一半導體結構122係透過平台區54彼此相連。
由上視觀之,第二部分522具有第一邊5221相鄰於第一邊緣110A、第二邊5222相鄰於第三邊緣110C、第一表面5224、第二表面5225、第三表面5226及第四表面5227。第一邊5221透過第一表面5224與第三表面5226相連接,第二邊5222透過第二表面5225與第四表面5227相連接。第一表面5224與第二表面5225相隔一第五距離d5。在本實施例中,第一邊5221及第四表面5227平行於第一邊緣110A,第二邊5222及第三表面5226平行於第三邊緣110C,且第一邊5221的長度與第二邊5222的長度相異,即本實施例的第一邊5221的長度小於第二邊5222的長度。第二部分522更包含第五表面5223及凹部5228,第五表面5223位於第三表面5226及第四表面5227之間,且凹部5228位於第一表面5224及第二表面5225之間,且係由第三表面5226、第四表面5227及第五表面5223所共同定義。第一表面5224、第二表面5225、第三表面5226、第四表面5227及第五表面5223可以為圓弧或直線,本實施例的第一表面5224、第二表面5225及第五表面5223為圓弧且第三表面5226及第四表面5227為直線。由半導體元件300的上視觀之,第一部分521位於第二部分522的凹部5223中,且基板110的第一邊緣110A至第一邊5221的最小距離S3大致等於第一邊緣110A至第一部份521的最小距離S4,第三邊緣110C至第二邊5222的最小距離S5小於第三邊緣110C至第一部份521的最小距離S6。在本實施例中,第二部分522具有寬度W,為第二部分522在平行第一邊緣110A的方向上之寬度。上述第五距離d5與第二部分222的寬度W的比值為0.2至0.7(即
0.2~0.7),第五距離d5與第一邊緣110A的第一長度L1的比值為0.2至0.6(即
0.2~0.6),第一長度L1與第三邊緣110C的第二長度L2的比值為0.5至0.9(即
0.5~0.9)。
由第4A及4B圖所示,在本實施例中,保護層130的第一開口1301位於第一高台2211上,第一開口1301呈現環形,從而暴露出第二半導體結構126。上電極140覆蓋第一部分521、第二部分522及第二平台區域542且位於保護層130上,並填入第一開口1301,藉此與磊晶結構120的第二半導體結構126接觸,而達成電性連接。本實施例中,上電極140具有一第三開口1401,其位置大致對應於第一高台5211的中間位置。第三開口1401的位置對應電流導通區125A,藉此,當上電極140和下電極150電連接至外部電路時,第一高台5211所產生的光可以自第三開口1401發出。換言之,上電極140僅覆蓋部分之第一部份521,使第一高台5211的發光孔(即第三開口1401)未被上電極140覆蓋。在本實施例中,上電極140未覆蓋於第一表面5224及第二表面5225上,且上電極140亦未覆蓋於第一平台區域541上。
在本實施例中,第一高台5211的中心O3對應於上電極140之第三開口1401的中心。中心O3與基板110之第一邊緣110A之間具有一最小距離S介於20μm~40μm,以使第一高台2211以靠近基板110邊緣的方式設置,藉此達到縮減半導體元件300的體積之功效。第一高台5211係呈圓柱狀,亦即由第4A圖所示之半導體元件300的上視圖觀之,第一高台5211係大致呈圓形,且其最大寬度R(即直徑)為20μm~50μm。
第4B圖示意說明了本實施例之半導體元件300之剖面結構,其係為沿著通過第二部分522、平台區54和第一高台5211之結構。如第4A圖中D’-D’線所示方向之剖面結構,D’-D’線的方向定義為第六方向D6,且第六方向D6和第三邊緣110C互相平行。第一部分521具有相對之第一側S1及第二側S2,第二側S2較第一側S1靠近第一邊緣110A,第二部分522僅位於第一部分541(第一高台5211)的第一側S1旁。換言之,在半導體元件300的剖面結構中,第一側S1至第二邊緣110B之間具有高台區52之第二部分522,且第二側S2至第一邊緣110A之間不具有任何高台區52。
在本揭露中,第一半導體結構122和第二半導體結構126分別包含複數個不同折射率的膜層交互週期性的堆疊(例如,高鋁含量的AlGaAs層及低鋁含量的AlGaAs層之交互週期性堆疊),以形成分散式布拉格反射鏡(Distributed Bragg Reflector,DBR),使得自活性結構124發射的光可以在兩個反射鏡中反射以形成同調光。第一半導體結構122的反射率高於第二半導體結構126的反射率,藉此使同調光朝向上電極140的方向射出。第一半導體結構122、第二半導體結構126及活性結構124之材料包含三五族化合物半導體,例如GaAs、InGaAs、AlGaAs、AlGaInAs、GaP、InGaP、AlInP、AlGaInP、GaN、InGaN、AlGaN、AlGaInN、AlAsSb、InGaAsP、InGaAsN或AlGaAsP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,AlGaAs代表Al
x1Ga
( 1-x1 )As,其中,0<x1<1;AlInP代表Al
x2In
( 1-x2 )P,其中,0<x2<1;AlGaInP代表(Al
y1Ga
( 1-y1)
1-x3In
x3P,其中,0<x3<1,0<y1<1;AlGaInAs代表 (Al
y2Ga
( 1-y2 ))
1-x4In
x4As,其中,0≦x4≦1,0≦y2≦1;AlGaN代表Al
x5Ga
( 1-x5 )N,其中,0<x5<1;AlAsSb代表 AlAs
x6Sb
( 1-x6 ),其中,0≦x6≦1;InGaP代表In
x7Ga
( 1-x7 )P,其中,0<x7<1;InGaAsP代表In
x8Ga
1-x8As
1-y3P
y3,其中,0≦x8≦1,0≦y3≦1;InGaAsN代表In
x8Ga
1-x8As
1-y4N
y4,其中,0≦x9≦1,0≦y4≦1;AlGaAsP代表Al
x10Ga
1-x10As
1-y5P
y5,其中,0≦x10≦1,0≦y5≦1;InGaAs代表In
x11Ga
( 1-x11 )As,其中,0≦x11≦1;InGaN代表In
x12Ga
( 1-x12 )N,其中,0≦x12≦1;AlGaInN代表(Al
y6Ga
( 1-y6)
1-x13In
x13P,其中,0≦x13≦1,0≦y6≦1。
視其材料不同,活性結構124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。在本揭露之前述實施例中,活性結構124的峰值波長為介於750 nm及1200 nm之間的紅外光。
如前述說明,當第一半導體結構122和第二半導體結構126包含複數個的膜層且皆包含鋁時,可使得第一半導體結構122中之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124、第一半導體結構122之其他膜層及第二半導體結構126的鋁含量,藉此,在進行氧化製程後,具有鋁含量大於97%之該層或該些層之部分會被氧化以形成電流侷限層125中的電流限制區125A(例如氧化鋁),未被氧化之部分則為電流導通區125B。由上視圖視之,電流限制區125A概呈環形,電流導通區125B則概呈圓形且係定義為半導體元件之發光孔(如第三開口1401、第四開口1402、第六開口1403)。
保護層130係可用以保護第一半導體結構122、活性結構124及第二半導體結構126,亦可以做為電性隔絕之用,保護層130的材料包含非導電材料。非導電材料包含有機材料或無機材料。有機材料包含Su8、苯并環丁烯(BCB)、過氟環丁烷(PFCB)、環氧樹脂(Epoxy)、丙烯酸樹脂(AcrylicResin)、環烯烴聚合物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚醚醯亞胺(Polyetherimide)或氟碳聚合物(Fluorocarbon Polymer)。無機材料包含矽膠(Silicone)或玻璃(Glass)、氧化鋁(Al2O3)、氮化矽(SiNx)、氧化矽(SiOx)、氧化鈦(TiOx)、或氟化鎂(MgFx)。在一實施例中,保護層130包含一層或複數層(例如為布拉格反射鏡(DBR)結構,藉由交替堆疊兩層副層來形成,例如SiOx副層和TiOx副層)。上電極140或下電極150的材料包含金屬,例如但不限於金、銅、鎳、鈦、鉑、鋁、錫等金屬或上述金屬之合金。
綜上所述,根據本揭露,於半導體元件製程中形成磊晶結構高台時,利用新穎的高台形狀設計,使高台區22、42、52的第二部分222、422、522具有相隔開的第一表面2221、4221、5221及第二表面2222、4222、5222,而使第一部分221、421、521可更靠近基板110的第一邊緣110A,進一步減小半導體元件的尺寸和面積。
本揭露利用新穎的高台設計,減小半導體元件的面積。同時,本揭露進一步使高台區22、42、52的第一部分221、421、521位於第二部分222、422、522的凹部2223、4223、5223中,故可在不犧牲半導體元件的打線面積下,有效縮小半導體元件的尺寸和面積。
又於本揭露中,覆蓋於高台區22、42、52的第一部分221、421、521之上電極140係相應地形成有弧形邊緣142,即可有效地覆蓋高台區22、42、52的中第一部分221、421、521中的各個高台2211、2212、4211、4212、4213、5211。
需注意的是,本揭露所提之前述實施例係僅用於例示說明本揭露,而非用於限制本揭露之範圍。熟習本揭露所屬領域技藝之人對本揭露所進行之諸般修飾和變化皆不脫離本揭露之精神與範疇。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,本揭露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,其皆落於本揭露如附申請專利範圍之範疇。
100:半導體元件
110:基板
110A:第一邊緣
110B:第二邊緣
110C:第三邊緣
110D:第四邊緣
120:磊晶結構
122:第一半導體結構
124:活性結構
125:電流侷限層
125A:電流限制區
125B:電流導通區
126:第二半導體結構
130:保護層
1301:第一開口
1302:第二開口
1303:第五開口
140:上電極
140A:標記部
1401:第三開口
1402:第四開口
1403:第六開口
142:弧形邊緣
150:下電極
22:高台區
221:第一部分
2211:第一高台
2212:第二高台
222:第二部分
2221:第一邊
2222:第二邊
2223:第三邊
2224:第一表面
2225:第二表面
2226:第三表面
2227:第四表面
2228:凹部
24:平台區
241:第一平台區域
242:第二平台區域
200:半導體元件
42:高台區
421:第一部分
4211:第一高台
4212:第二高台
4213:第三高台
422:第二部分
4221:第一邊
4222:第二邊
4223:第三邊
4224:第一表面
4225:第二表面
4226:第三表面
4227:第四表面
4228:凹部
44:平台區
441:第一平台區域
442:第二平台區域
52:高台區
521:第一部分
5211:第一高台
522:第二部分
5221:第一邊
5222:第二邊
5223:第五表面
5224:第一表面
5225:第二表面
5226:第三表面
5227:第四表面
5228:凹部
54:平台區
541:第一平台區域
542:第二平台區域
O1,O2,O3,C1,C2,C3:中心
d1:第一距離
d2:第二距離
d3:第三距離
d4:第四距離
d5:第五距離
W:寬度
L1:第一長度
L2:第二長度
R:高台寬度
S:距離
S1:第一側
S2:第二側
S,S4,S5,S6:距離
D1:第一方向
D2:第二方向
D3:第三方向
D4:第四方向
D5:第五方向
D6:第六方向
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。惟所揭詳細特徵說明及如附圖式係謹提供參考與說明之用,並非用以對本發明加以限制;其中:
第1A圖為根據本揭露一實施例之半導體元件的之上視示意圖;
第1B圖為第1A圖之半導體元件沿B-B線所示之第一剖面示意圖;
第1C圖為第1A圖之半導體元件沿C-C線所示之第二剖面示意圖;
第1D圖為第1A圖之半導體元件沿D-D線所示之第三剖面示意圖;
第2A圖為第1A圖中所示之磊晶結構的上視示意圖;
第2B圖為第1A圖中所示之上電極的上視示意圖;
第3A圖為根據本揭露另一實施例之半導體元件之上視示意圖;
第3B圖為第3A圖之半導體元件沿B’-B’線所示之第一剖面示意圖;
第3C圖為第3A圖之半導體元件沿C’-C’線所示之第二剖面示意圖;
第4A圖為根據本揭露一實施例之半導體元件的之上視示意圖;
第4B圖為第4A圖之半導體元件沿D’-D’線所示之剖面示意圖。
(無)
100:半導體元件
110:基板
110A:第一邊緣
110B:第二邊緣
110C:第三邊緣
110D:第四邊緣
1301:第一開口
1302:第二開口
140:上電極
140A:標記部
1401:第三開口
1402:第四開口
142:弧形邊緣
22:高台區
221:第一部分
2211:第一高台
2212:第二高台
222:第二部分
2221:第一邊
2222:第二邊
2223:第三邊
2224:第一表面
2225:第二表面
2226:第三表面
2227:第四表面
2228:凹部
24:平台區
241:第一平台區域
242:第二平台區域
O1,O2:中心
d1:第一距離
d2:第二距離
L1:第一長度
L2:第二長度
W:寬度
R:高台寬度
S:距離
S1:第一側
S2:第二側
D1:第一方向
D2:第二方向
D3:第三方向
Claims (10)
- 一種半導體元件,包括: 一基板,具有相對之一第一邊緣及一第二邊緣; 一磊晶結構,位於該基板上且包括一平台區及一高台區,該高台區包含互相分離的一第一部分及一第二部分,該第二部份具有一第一表面、一第二表面及一凹部,該第一表面及該第二表面相隔一第一距離,且該第一部分位於該凹部中;及 一上電極,位於該磊晶結構上; 其中,該第一部分具有相對之一第一側及一第二側,該第二側至該第一邊緣之間不具有高台區。
- 如請求項1所述的半導體元件,其中,該平台區包含互相連接的一第一平台區域及一第二平台區域,該上電極覆蓋該第二平台區域,且該第一平台區域未被該上電極覆蓋。
- 如請求項1所述的半導體元件,其中,該凹部具有一最大寬度大於該第一距離。
- 如請求項1所述的半導體元件,其中,該上電極覆蓋該第一部分。
- 如請求項1或4所述的半導體元件,其中,其中,該第一部分係用以發射光線,且該第二部分不發光。
- 如請求項5所述的半導體元件,其中,該第一部分具有一第一上視面積,該第二部分具有一第二上視面積大於該第一上視面積。
- 如請求項1所述的半導體元件,其中,該第一部分包含一第一高台及一第二高台與該第一高台互相分離。
- 如請求項1所述的半導體元件,其中,由該半導體元件的上視圖觀之,該基板具有一第一表面積,該高台區具有一第二表面積,該第二表面積為該第一表面積的80%至90%。
- 如請求項1所述的半導體元件,其中,該第一部分包含一第一高台,且該第一高台具有一中心,該中心與該第一邊緣具有一最小距離介於20μm~40μm。
- 如請求項1所述的半導體元件,其中,由該半導體元件的上視圖觀之,該上電極具有一弧形邊緣,該弧形邊緣位於該第一表面及該第二表面之間。
Priority Applications (1)
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TW110108334A TW202236767A (zh) | 2021-03-09 | 2021-03-09 | 半導體元件 |
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TW110108334A TW202236767A (zh) | 2021-03-09 | 2021-03-09 | 半導體元件 |
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Family Applications (1)
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TW110108334A TW202236767A (zh) | 2021-03-09 | 2021-03-09 | 半導體元件 |
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2021
- 2021-03-09 TW TW110108334A patent/TW202236767A/zh unknown
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