TWM647046U - 半導體元件及包含其之半導體裝置 - Google Patents
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Abstract
本創作提供一種半導體元件及包含其之半導體裝置。半導體元件包括
第一半導體結構、第二半導體結構及活性結構。第二半導體結構位於第一半導體結構上。活性結構介於第一與第二半導體結構間且包含第一侷限層、第二侷限層及介於第一與第二侷限層間的活性區。活性區包含n對半導體疊層，各半導體疊層包含井層與阻障層。第一半導體結構從靠近至遠離活性結構依序包含第一披覆層及第一接觸層。第二半導體結構從靠近至遠離活性結構依序包含第二披覆層及第二窗戶層。第一披覆層厚度大於等於第二披覆層厚度，且第二披覆層厚度大於等於第一接觸層厚度。
Description
本創作係關於一種半導體元件及包含其之半導體裝置，且特別係關於一種半導體光電元件，例如半導體發光元件(如發光二極體(Light emitting diode，LED))。
半導體元件的用途十分廣泛。近年來，各種半導體光電元件像是半導體發光元件(如發光二極體、雷射二極體(Laser diode，LD))、光電感測器(Photoelectric sensor)、太陽能電池(Solar cell)、功率元件(Power device)等都在市場上有一定的需求，於照明、醫療、顯示、通訊、感測、電源系統等領域中皆有機會看到相關應用。舉例來說，作為半導體發光元件之一的發光二極體具有耗電量低、反應速度快、體積小、工作壽命長等優點，因此大量地被應用，相關研究開發也一直持續進行。
本創作提供一種半導體元件，包括第一半導體結構、第二半導體結構以及活性結構。第二半導體結構位於第一半導體結構上。活性結構介於第一半
導體結構與第二半導體結構之間且包含第一侷限層、第二侷限層以及介於第一侷限層與第二侷限層間的活性區。活性區包含n對半導體疊層，且各半導體疊層包含井層與鄰接於井層之阻障層。第一半導體結構從靠近至遠離活性結構依序包含第一披覆層以及第一接觸層。第二半導體結構從靠近至遠離活性結構依序包含第二披覆層以及第二窗戶層。第一披覆層之厚度大於或等於第二披覆層之厚度，且第二披覆層之厚度大於或等於第一接觸層之厚度。
根據本創作一實施例，半導體元件還包含第一窗戶層，位於第一披覆層和第一接觸層之間，且第一窗戶層之厚度在100nm至3000nm的範圍內。
根據本創作一實施例，半導體元件還包含第二接觸層，鄰接於第二窗戶層，且第二接觸層之厚度小於100nm。
根據本創作一實施例，其中n為大於等於1且小於等於10之正整數。
根據本創作一實施例，其中半導體元件的對角線長度大於1μm且小於100μm。
根據本創作一實施例，其中第一侷限層及/或第二侷限層之厚度為阻障層之厚度的10倍以上。
根據本創作一實施例，其中第一侷限層、第二侷限層以及活性區之厚度分別在10nm至200nm的範圍內。
根據本創作一實施例，其中第一披覆層及第二披覆層之厚度分別在100nm至1000nm的範圍內。
根據本創作一實施例，其中第一接觸層之厚度小於100nm。
根據本創作一實施例，其中第二窗戶層之厚度在50nm至10000nm的範圍內。
根據本創作一實施例，於第一半導體結構下還包含蝕刻阻擋層、緩衝層以及基底，且蝕刻阻擋層鄰接於第一半導體結構。
根據本創作一實施例，其中半導體元件之上表面的面積在10000μm2以下。
根據本創作一實施例，其中半導體元件之外觀具有第一平台構造以及第二平台構造，且第二平台構造之上表面高於第一平台構造之上表面。
根據本創作一實施例，其中第一半導體結構、活性結構及第二半導體結構中具有凹陷部。
根據本創作一實施例，半導體元件還包含第一導電結構，與第一半導體結構直接接觸；以及第二導電結構，與第二半導體結構直接接觸。
根據本創作一實施例，半導體元件還包含絕緣結構，覆蓋於第一半導體結構、活性結構及第二半導體結構上，且具有在垂直方向上對應於第一導電結構的第一孔洞，以及在垂直方向上對應於第二導電結構的第二孔洞。
根據本創作一實施例，半導體元件還包含第一電極墊，填入第一孔洞且與第一導電結構直接接觸；以及第二電極墊，填入第二孔洞且與第二導電結構直接接觸。
根據本創作一實施例，半導體元件還包含第一電極墊以及第二電極墊，且第一電極墊之上表面及第二電極墊之上表面位於活性結構的不同側。
本創作還提供一種半導體裝置，包括載體、半導體元件以及封裝層。半導體元件位於載體上。封裝層覆蓋於半導體元件上。
本創作又提供一種半導體裝置，包括載板以及多個畫素單元。多個畫素單元位於載板上且包含半導體元件。
10、20、30、40A、40B、40C、50A、50B、60:半導體元件
61:封裝基板
62:通孔
63:載體
63a:第一部分
63b:第二部分
65:接合線
66:接觸結構
66a:第一接觸墊
66b:第二接觸墊
68:封裝層
80:載板
82:畫素單元
84:第一半導體元件
86:第二半導體元件
88:第三半導體元件
100:第一半導體結構
102:第一半導體層
104:第二半導體層
106:第三半導體層
110:活性結構
110A:第一侷限層
110C:活性區
110B:第二侷限層
120:第二半導體結構
122:第四半導體層
124:第五半導體層
124a:下表面
126:第六半導體層
130:第七半導體層
140:第八半導體層
150:基底
160:黏著層
170a:第一導電結構
170b:第二導電結構
180:絕緣結構
180a:第一孔洞
180b:第二孔洞
190a:第一電極墊
190b:第二電極墊
200:凹陷部
600、800:半導體裝置
M1:第一平台構造
M2:第二平台構造
C:區域
C1:半導體疊層
C12:阻障層
C11:井層
d:間隔
t1、t2、t3、t4、t5、t6、t7、t8:厚度
L:長度
W:寬度
X-X’、Y-Y’、Z-Z’、A-A’、B-B’:線
x、y:軸
第1A圖為本創作一實施例之半導體元件的剖面示意圖；第1B圖為第1A圖中的區域C之局部放大圖。
第2圖為本創作一實施例之半導體元件的剖面示意圖。
第3圖為本創作一實施例之半導體元件的剖面示意圖。
第4A圖為本創作一實施例之半導體元件的上視示意圖。
第4B圖為本創作一實施例之半導體元件的剖面示意圖。
第4C圖為本創作一實施例之半導體元件的上視示意圖。
第4D圖為本創作一實施例之半導體元件的剖面示意圖。
第4E圖為本創作一實施例之半導體元件的上視示意圖。
第4F圖為本創作一實施例之半導體元件的剖面示意圖。
第5A圖為本創作一實施例之半導體元件的上視示意圖。
第5B圖為本創作一實施例之半導體元件的剖面示意圖。
第5C圖為本創作一實施例之半導體元件的上視示意圖。
第5D圖為本創作一實施例之半導體元件的剖面示意圖。
第6圖為本創作一實施例之半導體裝置的剖面示意圖。
第7圖為本創作一實施例之半導體裝置的剖面示意圖。
為了使本創作之敘述更加詳盡與完備，以下將配合圖式詳細說明本創作，應注意的是，以下所示係用於例示本創作之半導體元件的實施例，並非
將本創作限定於以下實施例。在圖式或說明中，相似或相同之構件將使用相似或相同之標號進行說明，並且若未特別說明，圖式中各元件之形狀或尺寸僅為例示，實際上並不限於此。需特別注意的是，圖中未繪示或描述之元件，可以是熟習此技藝之人士所知之形式。
在未特別說明的情況下，通式InGaP代表Inx0Ga1-x0P，其中0<x0<1；通式AlInP代表Alx1In1-x1P，其中0<x1<1；通式InGaN代表Inx2Ga1-x2N，其中0<x2<1；通式AlGaN代表Alx3Ga1-x3N，其中0<x3<1；通式AlGaInP代表Alx4Gax5In1-x4-x5P，其中0<x4<1且0<x5<1；通式InGaAsP代表Inx6Ga1-x6Asx7P1-x7，其中0<x6<1，0<x7<1；通式AlGaInAs代表Alx8Gax9In1-x8-x9As，其中0<x8<1，0<x9<1；通式InGaNAs代表Inx10Ga1-x10Nx11As1-x11，其中0<x10<1，0<x11<1；通式InGaAs代表Inx12Ga1-x12As，其中0<x12<1；通式AlGaAs代表Alx13Ga1-x13As，其中0<x13<1；通式AlInGaN代表Alx14Inx15Ga1-x14-x15N，其中0<x14<1，0<x15<1。可依不同目的調整各元素的含量，例如但不限於調整能隙大小，或是當半導體元件為一發光元件時，可藉此調整發光元件的主波長(domain wavelength)或峰值波長(peak wavelength)。
本創作的半導體元件例如是發光元件(例如：發光二極體(light-emitting diode)、雷射二極體(laser diode))、吸光元件(例如：光電二極體(photo-detector或solar cell))或不發光元件。本創作的半導體元件包含的各層組成及摻質(dopant)可用任何適合的方式分析而得，例如二次離子質譜儀(secondary ion mass spectrometer，SIMS)，而各層之厚度亦可用任何適合的方式分析而得，例如穿透式電子顯微鏡(transmission electron microscopy，TEM)或是掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscope，SEM)等。
此外，在未特別說明之情況下，「第一層(或結構)位於第二層(或結構)上」的類似描述可包含第一層(或結構)與第二層(或結構)直接接觸的實施例，也可包含第一層(或結構)與第二層(或結構)之間具有其他結構而彼此未直接接觸的實施例。另外，應理解各層(或結構)的上下位置關係等可能因由不同方位觀察而有所改變。
本創作之一目的在於提供一種半導體元件或包含其的半導體裝置，可具有良好發光效率，且應用範圍廣，例如可適用於存在微型化需求之產品。
第1A圖為本創作一實施例之半導體元件10的剖面示意圖，第1B圖為第1A圖中的區域C之局部放大圖。於此實施例，半導體元件10包含第一半導體結構100、活性結構110以及第二半導體結構120。第一半導體結構100、活性結構110以及第二半導體結構120可沿一垂直方向堆疊。活性結構110位於第一半導體結構100與第二半導體結構120之間。如第1A圖所示，第一半導體結構100與第二半導體結構120分別和活性結構110的一側直接接觸。第一半導體結構100與第二半導體結構120可具有相反的導電型態。例如，第一半導體結構100為n型及第二半導體結構120為p型。藉此，第一半導體結構100與第二半導體結構120可分別提供電子與電洞。第一半導體結構100與第二半導體結構120的導電型態可藉由摻質來調整。於一些實施例，所述摻質可包含元素週期表中的第II族、第IV族或第VI族元素，例如C、Zn、Si、Ge、Sn、Se、Mg或Te。
第一半導體結構100、活性結構110以及第二半導體結構120可分別包含三五族半導體材料。上述三五族半導體材料可包含Al、Ga、As、P、N或In。在一實施例中，第一半導體結構100、活性結構110以及第二半導體結構120可不包含N。具體來說，上述三五族半導體材料可為二元化合物半導體(如GaAs、GaP
或GaN)、三元化合物半導體(如InGaAs、AlGaAs、InGaP、AlInP、InGaN或AlGaN)或四元化合物半導體(如AlGaInAs、AlGaInP、AlInGaN、InGaAsP、InGaNAs或AlGaAsP)。
半導體元件10可包含雙異質結構(double heterostructure，DH)、雙側雙異質結構(double-side double heterostructure，DDH)或多重量子井(multiple quantum wells，MQW)結構。根據一實施例，當半導體元件10為發光元件時且於半導體元件10操作時，活性結構110可發出一光線。所述光線包含可見光或不可見光。半導體元件10所發出之光線決定於活性結構110之材料組成。舉例來說，當活性結構110之材料包含AlGaN時，例如可發出峰值波長為250nm至400nm的紫外光；當活性結構110之材料包含InGaN時，例如可發出峰值波長(peak wavelength)為400nm至490nm的深藍光或藍光，或是峰值波長為490nm至550nm的綠光或黃光，或是峰值波長為560nm至650nm的紅光；當活性結構110之材料包含InGaP或AlGaInP時，例如可發出峰值波長為530nm至700nm的黃光、橙光或紅光；當活性結構110之材料包含InGaAs、InGaAsP、AlGaAs或AlGaInAs時，例如可發出峰值波長為700nm至1700nm的紅外光。
活性結構110包含第一侷限層110A、第二侷限層110B以及介於第一侷限層110A與第二侷限層110B之間的活性區110C。活性區110C可包含n對半導體疊層C1，其中n為大於等於1且小於等於10之正整數，例如為2、3、4、5、6、7、8、9、10。各對半導體疊層C1可由一井層C11與鄰接其的一阻障層C12所構成。舉例而言，n等於1時表示活性區110C僅包含1對半導體疊層C1。根據一些實施例，第一侷限層110A、第二侷限層110B以及活性區110C的材料均包含Alz1Gaz2In1-z1-z2P，其中0
z1
1且0
z2
1。於一實施例，第一侷限層110A和第二侷限層110B為
AlGaInP層或AlInP層。於一實施例，活性區110C的井層C11為AlGaInP層或InGaP層；阻障層C12為AlGaInP層或AlInP層。第一侷限層110A、第二侷限層110B以及活性區110C厚度例如分別在10nm至200nm的範圍內。第一侷限層110A、第二侷限層110B以及活性區110C之厚度總和可在30nm至600nm的範圍內，例如在50nm至200nm、300nm、400nm或500nm的範圍內。根據一些實施例，各阻障層C12的厚度可大於各井層C11的厚度，以提升阻障層C12侷限電子之能力。在一實施例，當n大於1時，該些阻障層C12中任兩者之厚度可以相同或不同，且阻障層C12中任兩者間的厚度差可在0-1nm的範圍內。在一實施例，當n大於1時，該些井層C11中任兩者之厚度可以相同或不同，且井層C11中任兩者間的厚度差可在0-1nm的範圍內。根據一些實施例，阻障層C12與井層C11的厚度可分別小於或等於150Å，例如在10Å至50Å、60Å、70Å、80Å、90Å、100Å或120Å的範圍內。於一些實施例，當阻障層C12與井層C11的厚度均小於或等於150Å，半導體元件10可具有較佳量子效率。在一實施例中，第一侷限層110A及/或第二侷限層110B之厚度可為阻障層C12之厚度的10倍以上，例如在10倍至15倍、20倍或25倍的範圍內，藉此可進一步提升第一侷限層110A及/或第二侷限層110B侷限電子能力。根據一實施例，第一侷限層110A、第二侷限層110B與阻障層C12可具有相同或不同材料，井層C11與阻障層C12可具有相同或不同材料。
如第1A圖所示，第一半導體結構100從靠近至遠離活性結構110可依序包含第一半導體層102、第二半導體層104以及第三半導體層106；第二半導體結構120從靠近至遠離活性結構110可依序包含第四半導體層122、第五半導體層124以及第六半導體層126。第一半導體結構100的厚度與第二半導體結構120的厚度可相同或不同。根據一些實施例，第一半導體結構100的厚度大
於第二半導體結構120的厚度，且第一半導體結構100與第二半導體結構120兩者厚度之比值可在大於1且3以下的範圍內。根據一些實施例，第一半導體結構100的厚度小於第二半導體結構120的厚度，且第二半導體結構120與第一半導體結構100兩者厚度之比值可在大於1且15以下的範圍內。根據一些實施例，第一半導體結構100、活性結構110以及第二半導體結構120之厚度總和可在6μm以下的範圍內，例如在1μm至2μm、3μm、4μm、5μm或6μm的範圍內，藉此更適用於具有微型化需求之元件結構(例如，長度或寬度在100μm以下的半導體元件)。如第1A圖所示，第一半導體層102、第二半導體層104、第三半導體層106、第四半導體層122、第五半導體層124以及第六半導體層126可分別具有第一厚度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。
第一半導體層102和第四半導體層122可為披覆層(cladding layer)，例如分別為第一披覆層及第二披覆層。如第1A圖所示，第一半導體層102和第四半導體層122鄰接於活性結構110且具有不同的導電型態而可分別提供電子及電洞。根據一實施例，第一半導體層102和第四半導體層122的材料均包含Alz3Gaz4In1-z3-z4P，其中0
z3
1且0
z4
1。第一半導體層102和第四半導體層122的材料可相同或不同。根據一些實施例，第一半導體層102為AlInP層或AlGaInP層，第四半導體層122為AlInP層或AlGaInP層。第一半導體層102之第一厚度t1可在100nm至1000nm的範圍內。第四半導體層122之第四厚度t4可在100nm至1000nm的範圍內。第一厚度t1可大於、等於或小於第四厚度t4。
第二半導體層104和第五半導體層124可為窗戶層(window layer)(或電流擴散層)，例如分別為第一窗戶層及第二窗戶層，有利於半導體元件10中
的電流擴散。第二半導體層104和第五半導體層124的材料可相同或不同。根據一實施例，第二半導體層104和第五半導體層124的材料均包含Alz5Gaz6In1-z5-z6P，其中0
z5
1且0
z6
1。根據一些實施例，第二半導體層104為InGaP層或AlGaInP層，第五半導體層124為GaP層。第二半導體層104之第二厚度t2可在100nm至3000nm的範圍內。第五半導體層124之第五厚度t5可在50nm至10000nm的範圍內。第五厚度t5可大於、等於或小於第二厚度t2。於一些實施例，半導體元件10中亦可不具有第二半導體層104或/且第五半導體層124，以進一步降低元件厚度，有利於微型化的需求。根據一些實施例，第二半導體層104可為第一半導體結構100中厚度最大之層，第五半導體層124可為第二半導體結構120中厚度最大之層，以提供較佳的電流擴散效果。
第三半導體層106和第六半導體層126可為接觸層(contact layer)，例如分別是第一接觸層及第二接觸層，以與金屬材料形成良好的接觸(例如歐姆接觸)。根據一實施例，第三半導體層106和第六半導體層126的材料不同，例如分別為砷化物或磷化物。舉例而言，第三半導體層106為GaAs層，第六半導體層126為GaP層。第三半導體層106之第三厚度t3可小於100nm，例如在1nm以上且在20nm、30nm、40nm或50nm以下。第六半導體層126之第六厚度t6可小於100nm，例如在1nm以上且在20nm、30nm、40nm或50nm以下。於一實施例，第五半導體層124及第六半導體層126可包含不同摻質，例如第五半導體層124包含Mg，第六半導體層126包含C，以提供所需導電性能。
根據一些實施例，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可滿足以下關係：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。根據一實施例，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；根據另一實施例，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。
半導體元件10還可選擇性包含第七半導體層130、第八半導體層140以及基底150。第七半導體層130鄰接於第一半導體結構100，與第一半導體結構100可具有相同導電型態。於一些實施例，第七半導體層130可為一蝕刻阻擋層。在一些實施例中，需要以蝕刻或研磨等方法移除基底150及第八半導體層140時，第七半導體層130可保護鄰接的半導體層(如第三半導體層106)免於傷害。根據一實施例，第七半導體層130例如為InGaP層。第七半導體層130可具有第七厚度t7。於一實施例，第七厚度t7可在100nm至1000nm的範圍內。
於一些實施例，第八半導體層140可為緩衝層。第八半導體層140鄰接於第七半導體層130，與第一半導體結構100可具有相同導電型態。當基底150為一成長基板，第八半導體層140可用以補償基底150及上方磊晶結構間的晶格常數差異，並可阻止磊晶缺陷(例如差排等)從基底150延伸到上方磊晶結構。根據一實施例，第八半導體層140例如為GaAs層。第八半導體層140可具有第八厚度t8。第八厚度t8可在10nm至1000nm的範圍內。
基底150包含導電或絕緣材料，所述之導電材料例如砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)、碳化矽(SiC)、磷化鎵(GaP)、氧化鋅(ZnO)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、鍺(Ge)或矽(Si)等；所述之絕緣材料例如藍寶石(Sapphire)、玻璃(Glass)、鑽石(Diamond)、氮化鋁(AlN)、石英(quartz)、壓克力(Acryl)、環氧樹脂(Epoxy)等。在一實施例中，基底150為一成長基板，即於基底150上可透過例如有機金屬化學氣相沉積法(MOCVD)形成磊晶結構(如第一半導體結構100、活性結構110、第二半導體結構120、第七半導體層130、第八半導體層140)。在
一實施例中，基底150可為一接合基板而非成長基板，其可藉由一黏著層(圖未示)而與磊晶結構相接合。
基於上述，由於具備了上述構造組成，本創作之半導體元件10可具有良好發光效率，效能穩定、品質良好且應用範圍廣，例如可適用於存在微型化需求之產品。
第2圖為本創作一實施例之半導體元件20的剖面示意圖。半導體元件20與半導體元件10之差異在於，半導體元件20的第二半導體結構120包含第四半導體層122及第五半導體層124而不包含第六半導體層126。舉例來說，第二半導體結構120可由第四半導體層122以及第五半導體層124所構成。於此實施例，第四半導體層122可同時作為窗戶層(或電流擴散層)以及歐姆接觸層。本實施例中的其他層或結構之位置、組成及材料等內容已於先前實施例中進行了詳盡之說明，故於此不再贅述。
第3圖為本創作一實施例之半導體元件30的剖面示意圖。半導體元件30與半導體元件10之差異在於，半導體元件30的第一半導體結構100包含第一半導體層102以及第三半導體層106而不包含第二半導體層104。舉例來說，第一半導體結構100可由第一半導體層102以及第三半導體層106所構成。於此實施例，由於第一半導體結構100不包含第二半導體層104，可進一步降低第一半導體結構100之總厚度，亦有利於元件微型化之需求。根據一些實施例，半導體元件30的第二半導體結構120亦可包含第四半導體層122及第五半導體層124而不包含第六半導體層126，例如第二半導體結構120可由第四半導體層122以及第五半導體層124所構成。類似地，第五半導體層124可同時作為窗戶層(或電流擴散層)
以及接觸層。本實施例中的其他層或結構之位置、組成及材料等內容已於先前實施例中進行了詳盡之說明，故於此不再贅述。
第4A圖為本創作一實施例之半導體元件40A的上視示意圖，半導體元件40A沿線X-X’之剖面結構可對應於如第4B圖所示剖面結構。如第4A圖所示，從上視觀之，半導體元件40A可具有長度L及寬度W。長度L及寬度W可分別小於等於500μm，例如分別小於等於450μm、400μm、350μm、300μm、250μm、200μm、150μm、100μm、50μm、30μm或10μm，且可大於等於1μm。從上視觀之，半導體元件10可呈矩形或圓形。於一實施例，半導體元件40A的長度L及寬度W可大致相等而呈正方形。於一實施例，從上視觀之，半導體元件40A之上表面的面積(L*W)在10000μm2以下，例如在1μm2至5000μm2的範圍內(例如：100μm2、625μm2、1250μm2、2000μm2或2500μm2)。於一實施例，從上視觀之，半導體元件40A的對角線長度可大於1μm且小於100μm。
如第4B圖所示，半導體元件40A包含第一半導體結構100、活性結構110、第二半導體結構120、基底150以及黏著層160。於此實施例，基底150為一接合基板，其藉由黏著層160而與第二半導體結構120相接合。於此實施例，第一半導體結構100從靠近至遠離活性結構110依序包含第一半導體層102、第二半導體層104以及第三半導體層106；第二半導體結構120從靠近至遠離活性結構110可依序包含第四半導體層122以及第五半導體層124。關於各半導體層之材料、厚度等可參照先前實施例中之說明。於此實施例，第二半導體結構120不包含第六半導體層126，第五半導體層124同時作為窗戶層(或電流擴散層)以及接觸層。於此實施例，第五半導體層124之第五厚度t5例如是在2000~10000nm的範圍內，藉此可有助於電流擴散及提供結構支撐性。
黏著層160可為電絕緣性的。於一實施例，黏著層160的材料包含聚合物材料如苯並環丁烯(benzocyclobutene，BCB)、環氧樹脂(epoxy)、聚醯亞胺(polyimide)、或矽基樹脂(silicone)、氧化鋁(Al2O3)、氧化矽(SiO2)等。如第4B圖所示，第五半導體層124之下表面124a具有凹凸結構，藉此第五半導體層124與黏著層160間易形成穩定接合構造。
如第4B圖所示，半導體元件40A之外觀(例如由第一半導體結構100、活性結構110及第二半導體結構120構成的整體外觀)具有第一平台構造(mesa structure)M1以及第二平台構造M2。詳細而言，相對於基底150之上表面，第二平台構造M2之上表面可高於第一平台構造M1之上表面。半導體元件40A還可包含第一導電結構170a以及第二導電結構170b。具體來說，第一導電結構170a以及第二導電結構170b分別與第一半導體結構100及第二半導體結構120直接接觸而可形成電性連接。如第4B圖所示，第一導電結構170a可位於第一平台構造M1上且可與第五半導體層124直接接觸。第二導電結構170b可位於第二平台構造M2上且可與第三半導體層106直接接觸。第一導電結構170a及第二導電結構170b的材料可以分別依據與其直接接觸的半導體層材料進行選擇，以形成良好的電性接觸(例如歐姆接觸)。根據一些實施例，第一導電結構170a及第二導電結構170b的材料可包含金屬或合金。金屬可列舉如鍺(Ge)、鈹(Be)、鋅(Zn)、金(Au)、鎳(Ni)或銅(Cu)。合金可包含選自由上述金屬所組成之群組中的至少兩者，例如鍺金鎳(GeAuNi)、鈹金(BeAu)、鍺金(GeAu)、鋅金(ZnAu)等。第一導電結構170a的材料與第二導電結構170b的材料可不同或相同。根據一實施例，第一導電結構170a包含鈹金(BeAu)，第二導電結構170b包含鍺金(GeAu)。
如第4B圖所示，半導體元件40A還可包含絕緣結構180，覆蓋於第一半導體結構100、活性結構110及第二半導體結構120上，亦可進一步覆蓋於基底150以及黏著層160上。絕緣結構180可覆蓋第一導電結構170a上表面的一部分與第二導電結構170b上表面的一部分。絕緣結構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在垂直方向上分別對應於第一導電結構170a及第二導電結構170b的位置。絕緣結構180可隔絕外部水氣或汙染，避免磊晶結構受到破壞。絕緣結構180可包含介電材料，例如氧化鋁(AlOx)、氧化矽(SiOx)、氧化鈦(TiOx)、氮化矽(SiNx)或其組合。於一實施例，絕緣結構180亦可進一步具有反射功能，例如包含分散式布拉格反射鏡(DBR；Distributed Bragg Reflector)結構。藉由絕緣結構180具有反射功能，活性結構110所發的光主要可由第五半導體層124的下表面124a側出射。根據一些實施例，半導體元件40A中的第三半導體層106之寬度可小於或等於第二導電結構170b的寬度，即第三半導體層106可僅覆蓋於第二半導體層104上表面的一部分，第二半導體層104上表面的另一部分與絕緣結構180直接接觸，藉此可降低第三半導體層106的材料對於活性結構110所發的光之吸收。
半導體元件40A還可包含第一電極墊190a以及第二電極墊190b。如第4B圖所示，第一電極墊190a填入第一孔洞180a而與第一導電結構170a直接接觸；第二電極墊190b填入第二孔洞180b而與第二導電結構170b直接接觸。第一電極墊190a及第二電極墊190b係分別包含單層或多層結構。舉例而言，第一電極墊190a及第二電極墊190b包含金屬材料，例如包含鎳(Ni)、鈦(Ti)、鉑(Pt)、鈀(Pd)、銀(Ag)、金(Au)、鋁(Al)、錫(Sn)、銅(Cu)或其組合。於一實施例，第一電極墊
190a之上表面及第二電極墊190b之上表面可具有大致相同的高度。如第4A圖所示，由上視觀之，第一電極墊190a及第二電極墊190b可各自呈具有圓角之矩形。
第4C圖為本創作一實施例之半導體元件40B的上視示意圖，半導體元件40C沿線Y-Y’之剖面結構可對應於如第4D圖所示剖面結構。如第4C圖所示，半導體元件40B與半導體元件40A之差異主要在於，半導體元件40B的磊晶結構(即第一半導體結構100、活性結構110及第二半導體結構120)中具有一凹陷部200，且第五半導體層124於凹陷部200之底部露出。凹陷部200之上視形狀可為圓形、橢圓形、矩形或其他多邊形。絕緣結構180亦覆蓋於凹陷部200之側壁。類似地，於此實施例，第一電極墊190a填入第一孔洞180a而與第一導電結構170a直接接觸；第二電極墊190b填入第二孔洞180b而與第二導電結構170b直接接觸。
於一些實施例，黏著層160可作為解離層，例如藉由對黏著層160進行蝕刻、雷射剝離、加熱或是UV光處理等而可使基底150和上方的結構分離。半導體元件40A或半導體元件40B亦可不具有黏著層160及/或基底150。半導體元件40A及半導體元件40B中的第一電極墊190a之上表面及第二電極墊190b之上表面均位於活性結構110的同一側，即半導體元件40A及半導體元件40B為水平式元件。
第4E圖及第4F圖所示為另一實施例的半導體元件40C。第4E圖為半導體元件40C的上視示意圖，半導體元件40C沿線Z-Z’之剖面結構可對應於如第4F圖所示剖面結構。
半導體元件40C與半導體元件40A之差異主要在於第一半導體結構100、活性結構110及第二半導體結構120的位置。如第4F圖所示，半導體元件40C中由靠近至遠離基底150依序為第一半導體結構100、活性結構110及第二半
導體結構120，而半導體元件40A中由靠近至遠離基底150依序為第二半導體結構120、活性結構110及第一半導體結構100。如第4F圖所示，第一導電結構170a可位於第一平台構造M1上且可與第二半導體層104直接接觸。第二導電結構170b可位於第二平台構造M2上且可與第六半導體層126直接接觸。
於此實施例，半導體元件40C不具有黏著層160，基底150可為成長基板。於另一實施例，半導體元件40C亦可具有黏著層160，介於第一半導體結構100與基底150之間。於另一實施例，半導體元件40C亦可不具有基底150。本實施例中的其他層或結構之位置、組成及材料等內容已於先前實施例中進行了詳盡之說明，故於此不再贅述。
第5A圖為本創作一實施例之半導體元件50A的上視示意圖。第5B圖為本創作一實施例之半導體元件50A的剖面示意圖。
如第5A圖所示，半導體元件50A包含第一半導體結構100、活性結構110、第二半導體結構120、第一電極墊190a以及第二電極墊190b。於此實施例，不同於半導體元件40A及半導體元件40B，第一電極墊190a之上表面及第二電極墊190b之上表面位於活性結構110的不同側，即半導體元件50A為一垂直式元件。於另一實施例，半導體元件50A還可包含第一導電結構170a位於第二半導體結構120與第一電極墊190a之間，亦可包含第二導電結構170b位於第一半導體結構100與第二電極墊190b之間。如第5A圖所示，由上視觀之，第一電極墊190a可覆蓋於半導體元件50A上表面之幾何中心。如第5B圖所示，第一電極墊190a以及第二電極墊190b在垂直方向上有重疊。
如第5B圖所示，第一半導體結構100從靠近至遠離活性結構110依序包含第一半導體層102、第二半導體層104以及第三半導體層106；第二半導體
結構120從靠近至遠離活性結構110可依序包含第四半導體層122、第五半導體層124以及第六半導體層126。於一實施例，第五半導體層124之第五厚度t5例如是在50~2000nm的範圍內。於一實施例，第五半導體層124上表面未被第一電極墊190a所覆蓋之部分可進一步具有粗化構造，以提升出光效率。本實施例中的其他層或結構之位置、組成及材料等內容已於先前實施例中進行了詳盡之說明，故於此不再贅述。
第5C圖為本創作一實施例之半導體元件50B的上視示意圖。第5D圖為本創作一實施例之半導體元件50B的剖面示意圖。
半導體元件50B與半導體元件50A之差異主要在於第一半導體結構100、活性結構110及第二半導體結構120的位置。如第5D圖所示，半導體元件50B中由下至上(或由靠近至遠離第二電極墊190b)依序為第二半導體結構120、活性結構110及第一半導體結構100，而半導體元件50A中由下至上(或由靠近至遠離第二電極墊190b)依序為第一半導體結構100、活性結構110及第二半導體結構120。如第5B圖所示，第一電極墊190a位於第六半導體層126上而與第六半導體層126直接接觸，第二電極墊190b位於第三半導體層106下而與第三半導體層106直接接觸。本實施例中的其他層或結構之位置、組成及材料等內容已於先前實施例中進行了詳盡之說明，故於此不再贅述。
第6圖為本創作一實施例之半導體裝置600的剖面示意圖。請參照第6圖，半導體裝置600包含半導體元件60、封裝基板61、載體63、接合線65、接觸結構66以及封裝層68。封裝基板61可包含陶瓷或玻璃材料。封裝基板61中具有多個通孔62。通孔62中可填充有導電性材料如金屬等而有助於導電或/且散熱。載體63位於封裝基板61一側的表面上，且亦包含導電性材料，
如金屬。接觸結構66位於封裝基板61另一側的表面上。在本實施例中，接觸結構66包含第一接觸墊66a以及第二接觸墊66b，且第一接觸墊66a以及第二接觸墊66b可藉由通孔62而與載體63電性連接。在一實施例中，接觸結構66可進一步包含散熱墊(thermal pad)(未繪示)，例如位於第一接觸墊66a與第二接觸墊66b之間。
半導體元件60位於載體63上。半導體元件60可為本創作任一實施例所述的半導體元件(如半導體元件10、20、30、40A、40B、40C、50A或50B)或其變化例。在本實施例中，載體63包含第一部分63a及第二部分63b，半導體元件60藉由接合線65而與載體63的第二部分63b電性連接。接合線65的材質可包含金屬，例如金、銀、銅、鋁或至少包含上述任一元素之合金。封裝層68覆蓋於半導體元件60上，具有保護半導體元件60之效果。具體來說，封裝層68可包含樹脂材料如環氧樹脂(epoxy)、矽氧烷樹脂(silicone)等。封裝層68更可包含複數個波長轉換粒子(圖未示)以轉換半導體元件60所發出的第一光為一第二光。第二光的波長大於第一光的波長。
第7圖為本創作一實施例之半導體裝置800的剖面示意圖。本實施例的半導體裝置800例如為顯示器單元。如第7圖所示，半導體裝置800包含載板80以及位於載板80上的多個畫素單元82。多個畫素單元82沿著平行於x軸及y軸的方向排列成陣列狀，且在平行於x軸的方向上以一間隔d排列。畫素單元82的數量可依需求調整，例如在一實施例中，半導體裝置800中所包含的多個畫素單元82可提供1920x1080畫素的解析度。在一實施例中，間隔d小於1.4mm，例如，間隔d介於0.2mm~1.3mm之間，具體如0.75mm、0.8mm、1mm、1.25mm。如第7圖所示，各畫素單元82包含第一半導體元件84、第二半導體元件86以及第三半
導體元件88沿著平行於y軸的方向排列。第一半導體元件84、第二半導體元件86以及第三半導體元件88中的一或多者可為本創作任一實施例所述的半導體元件(如半導體元件10、20、30、40A、40B、40C、50A或50B)或其變化例。在一實施例中，第一半導體元件84、第二半導體元件86以及第三半導體元件88均為發光元件且可分別發出紅光、綠光及藍光。在一實施例中，這些發光元件的排列順序也可以根據需求做調整，例如第一半導體元件84、第二半導體元件86以及第三半導體元件88分別發出紅光、藍光及綠光。各畫素單元82可與載板80表面的電路(未繪示)電性連接，使其中的發光元件可接收外部訊號並根據外部訊號發光。載板80可為單層或多層結構。載板80的材料可包含聚酯(Polyester)、聚醯亞胺(Polyimide，PI)、BT樹脂(Bismaleimide Triazine)、PTFE樹脂(Polytetrafluoroethylene)酚醛樹脂(Phenol resins，PF)或玻纖環氧樹脂(FR4)。於一實施例，載板80可彎折，且例如可承受曲率半徑小於50mm，例如25mm或32mm的狀態。
基於上述，本創作可提供一種半導體元件或包含其的半導體裝置，可具有良好發光效率，且應用範圍廣，例如可適用於存在微型化需求之產品。具體來說，本創作之半導體元件或包含其的半導體裝置可應用於照明、顯示、通訊電源系統等領域的產品，例如燈具、監視器、車用儀表板、電視、電腦、交通號誌、戶外顯示器等。
雖然本創作已以實施例揭露如上，然在不脫離本創作之精神和範圍內可作些許之修飾或變更，故本創作之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。上述實施例內容在適當的情況下可互相組合或替換，而非僅限於所描述之特定實施例。舉例而言，在一實施例中所揭露特定構件之相關參數或特定
構件與其他構件的連接關係亦可應用於其他實施例中，且均落於本創作之權利保護範圍。
10:半導體元件
100:第一半導體結構
102:第一半導體層
104:第二半導體層
106:第三半導體層
110:活性結構
110A:第一侷限層
110C:活性區
110B:第二侷限層
120:第二半導體結構
122:第四半導體層
124:第五半導體層
126:第六半導體層
130:第七半導體層
140:第八半導體層
150:基底
C:區域
t1、t2、t3、t4、t5、t6、t7、t8:厚度
Claims (20)
- 一種半導體元件，包括：第一半導體結構；第二半導體結構，位於該第一半導體結構上；以及活性結構，介於該第一半導體結構與該第二半導體結構之間且包含第一侷限層、第二侷限層以及介於該第一侷限層與該第二侷限層間的活性區，該活性區包含n對半導體疊層，各該半導體疊層包含井層與鄰接於該井層之阻障層；其中，該第一半導體結構從靠近至遠離該活性結構依序包含第一披覆層以及第一接觸層，該第二半導體結構從靠近至遠離該活性結構依序包含第二披覆層以及第二窗戶層，且該第一披覆層之厚度大於或等於該第二披覆層之厚度，且該第二披覆層之厚度大於或等於該第一接觸層之厚度。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體元件，還包含第一窗戶層，位於該第一披覆層和該第一接觸層之間，且該第一窗戶層之厚度在100nm至3000nm的範圍內。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體元件，還包含第二接觸層，鄰接於該第二窗戶層，且該第二接觸層之厚度小於100nm。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體元件，其中n為大於等於1且小於等於10之正整數。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體元件，其中該半導體元件的對角線長度大於1μm且小於100μm。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體元件，其中該第一侷限層及/或該第二侷限層之厚度為該阻障層之厚度的10倍以上。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體元件，其中該第一侷限層、該第二侷限層以及該活性區之厚度分別在10nm至200nm的範圍內。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體元件，其中該第一披覆層及該第二披覆層之厚度分別在100nm至1000nm的範圍內。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體元件，其中該第一接觸層之厚度小於100nm。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體元件，其中該第二窗戶層之厚度在50nm至10000nm的範圍內。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體元件，於該第一半導體結構下還包含蝕刻阻擋層、緩衝層以及基底，且該蝕刻阻擋層鄰接於該第一半導體結構。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體元件，其中該半導體元件之上表面的面積在10000μm2以下。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體元件，其中該半導體元件之外觀具有第一平台構造以及第二平台構造，且該第二平台構造之上表面高於該第一平台構造之上表面。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體元件，其中該第一半導體結構、該活性結構及該第二半導體結構中具有凹陷部。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體元件，還包含第一導電結構，與該第一半導體結構直接接觸；以及第二導電結構，與該第二半導體結構直接接觸。
- 如申請專利範圍第15項所述之半導體元件，還包含絕緣結構，覆蓋於該第一半導體結構、該活性結構及該第二半導體結構上，且具有在垂直方向上對應於該第一導電結構的第一孔洞，以及在垂直方向上對應於該第二導電結構的第二孔洞。
- 如申請專利範圍第16項所述之半導體元件，還包含第一電極墊，填入該第一孔洞且與該第一導電結構直接接觸；以及第二電極墊，填入該第二孔洞且與該第二導電結構直接接觸。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體元件，還包含第一電極墊以及第二電極墊，且該第一電極墊之上表面及該第二電極墊之上表面位於該活性結構的不同側。
- 一種半導體裝置，包括：載體；如申請專利範圍第1項至第18項中任一項所述之半導體元件，位於該載體上；以及封裝層，覆蓋於該半導體元件上。
- 一種半導體裝置，包括：載板；以及多個畫素單元，位於該載板上且包含如申請專利範圍第1項至第18項中任一項所述之半導體元件。
Priority Applications (2)
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| TW112200747U TWM647046U (zh) | 2023-01-19 | 2023-01-19 | 半導體元件及包含其之半導體裝置 |
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Family
ID=89501809
Family Applications (1)
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| TW112200747U TWM647046U (zh) | 2023-01-19 | 2023-01-19 | 半導體元件及包含其之半導體裝置 |
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|---|---|
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| TW (1) | TWM647046U (zh) |
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- 2023-06-07 CN CN202321438647.3U patent/CN220358110U/zh active Active
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| Publication number | Publication date |
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| CN220358110U (zh) | 2024-01-16 |
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