CN111384152B

CN111384152B - 半导体元件

Info

Publication number: CN111384152B
Application number: CN201911373209.1A
Authority: CN
Inventors: 陈孟扬; 李荣仁
Original assignee: Epistar Corp
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2018-12-28
Filing date: 2019-12-27
Publication date: 2024-06-21
Anticipated expiration: 2039-12-27
Also published as: TW202027298A; US11233171B2; US20200212257A1; CN111384152A; TWI772587B

Abstract

本发明公开一种半导体元件，其包括基层以及缓冲结构。基层包含第一半导体化合物。第一半导体化合物具有第一晶格常数并包含多种元素，且各多种元素中原子半径最大者的原子半径定义为第一原子半径。缓冲结构包含第二半导体化合物以及第一添加物，第二半导体化合物具有第二晶格常数，且第一添加物具有第二原子半径。第二晶格常数大于第一晶格常数，且第二原子半径大于第一原子半径。

Description

半导体元件

技术领域

本发明涉及一种半导体元件，尤其是涉及一种包含叠层的半导体元件。

背景技术

随着科技日新月异，半导体元件在信息传输及能量转换等领域扮演非常重要的角色，相关材料的研究开发也持续进行。举例而言，包含三族及五族元素的三五族半导体材料可应用于各种光电元件如发光二极管(Light emitting diode，LED)、激光二极管(Laserdiode，LD)、太阳能电池(Solar cell)等，也可应用于照明、显示、通讯、感测、电源系统等领域。发光二极管适用于固态照明光源且具有耗电量低以及寿命长等优点，因此已逐渐取代传统光源而大量被应用于交通号志、背光模块、各式照明及医疗设备等。

发明内容

本发明内容提供一种半导体元件，其包括基层以及缓冲结构。基层包含第一半导体化合物。第一半导体化合物具有第一晶格常数并包含多种元素。此些多种元素中原子半径最大者的原子半径定义为第一原子半径。缓冲结构包含第二半导体化合物、第一添加物以及第二添加物。第二半导体化合物具有第二晶格常数。第一添加物具有第二原子半径。第二添加物包含硅(Si)、碲(Te)、碳(C)、锌(Zn)或镁(Mg)。第二晶格常数大于第一晶格常数。第二原子半径大于第一原子半径。

在一实施例中，于缓冲结构中，第一添加物的最大浓度小于1x10¹⁸/cm³。

在一实施例中，第一添加物包含锑(Sb)、铟(In)或碲(Te)。

在一实施例中，第一晶格常数与第二晶格常数之间的差异大于0.5％。

在一实施例中，第一晶格常数与第二晶格常数之间的差异为2.5％以上。

在一实施例中，第一晶格常数与第二晶格常数之间的差异小于10％。

在一实施例中，第一半导体化合物与第二半导体化合物为三五族半导体化合物。

在一实施例中，第二半导体化合物的组成元素与第一半导体化合物的组成元素完全不同，或者第二半导体化合物的组成元素之一与第一半导体化合物的组成元素之一相同。

在一实施例中，第一半导体化合物的组成元素为镓(Ga)及砷(As)。

在一实施例中，第二半导体化合物的组成元素为铟(In)及磷(P)或镓(Ga)、磷(P)及铟(In)。

在一实施例中，第一半导体化合物为GaAs，第二半导体化合物为InP。

在一实施例中，第一半导体化合物为GaAs，第二半导体化合物为InGaP。

在一实施例中，于缓冲结构中，第二添加物的最大浓度大于第一添加物的最大浓度。

在一实施例中，于缓冲结构中，第一添加物的最大浓度大于2×10¹⁶/cm³且小于1×10¹⁸/cm³。

在一实施例中，于缓冲结构中，第一添加物的最大浓度在1×10¹⁷/cm³与5×10¹⁷/cm³之间。

在一实施例中，于缓冲结构中，第二添加物的最大浓度小于1x10¹⁹/cm³。

在一实施例中，第二添加物的最大浓度介于1×10¹⁸/cm³和1×10¹⁹/cm³之间。

在一实施例中，将第一原子半径设为r1，第二原子半径设为r₂，第一原子半径r₁与第二原子半径r₂满足如下公式：(r₂-r₁)/r₁>0.05。

在一实施例中，缓冲结构包含多个外延层，各外延层中组成元素相同，但各元素的含量比例不同。

在一实施例中，基层与缓冲结构直接接触。

在一实施例中，还包含第一型半导体结构、活性结构以及第二型半导体结构，位于缓冲结构上。

在一实施例中，当半导体元件在操作时，活性结构发出辐射，辐射具有介于800nm至1700nm之间的峰值波长。

在一实施例中，第一型半导体结构、活性结构以及第二型半导体结构包含相同的三五族半导体材料。

在一实施例中，活性结构包含四元三五族半导体材料。

在一实施例中，活性结构不包含氮(N)。

在一实施例中，还包含窗户层，位于第二型半导体结构上。

在一实施例中，还包含接触层，位于窗户层上。

在一实施例中，缓冲结构为单层。

在一实施例中，在缓冲结构中，第一添加物的最大浓度与第二添加物的最大浓度比例介于1：10和1：50之间。

在一实施例中，还包含覆盖层，位于缓冲结构上。

在一实施例中，覆盖层包含二元三五族半导体化合物。

在一实施例中，还包含第一电极与基层连接。

在一实施例中，还包含第二电极，第二电极与第一电极分别位于基层的相对两侧。

本发明内容提供一种半导体元件的封装结构，其包括载体以及半导体元件，位于载体上。

附图说明

图1为本发明内容一实施例的半导体元件的部分结构示意图；

图2为本发明内容实施例中有无添加第一添加物的半导体元件部分结构的光学显微镜图；

图3为本发明内容另一实施例的半导体元件的部分结构示意图；

图4为本发明内容实施例中有无添加第一添加物的半导体元件部分结构的光学显微镜图；

图5为本发明内容另一实施例的半导体元件的结构示意图；

图6为本发明内容另一实施例的半导体元件的部分范围的元素的浓度与深度的关系图；

图7为本发明内容实施例中有无添加第一添加物的半导体元件部分结构的光学显微镜图；

图8为本发明内容一实施例的半导体元件的封装结构示意图。

符号说明

10、20：半导体结构

30、40：半导体元件

41：封装基板

42：通孔

43：载体

43a：第一部分

43b：第二部分

45：接合线

46：接触结构

46a、46b：接触垫

48：封装材料

100：基层

100a、102a、102b、104a：表面

102：缓冲结构

104：覆盖层

106：第一半导体结构

108：活性结构

110：第二半导体结构

112：窗户层

114：接触层

116：第一电极

118：第二电极

400：封装结构

C₁：第一添加浓度

C₂：第二添加浓度

具体实施方式

以下实施例将伴随着附图说明本发明的概念，在附图或说明中，相似或相同的构件使用相同的标号，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，可以是熟悉此技术的人士所知的形式。

在本发明内容中，如果没有特别的说明，通式InGaP代表In_x1Ga_1-x1P，其中0<x1<1；通式InGaAsP代表In_x2Ga_1-x2As_y2P_1-y2，其中0<x2<1，0<y2<1；通式InGaAs代表In_x3Ga_1-x3As，其中0<x3<1；通式InAlGaAs代表In_x4Al_x5Ga_1-x4-x5As，其中0<x4<1，0<x5<1。调整元素的含量可以达到不同的目的，例如但不限于，调整能阶，或是当半导体元件为一发光元件时，调整发光元件的主发光波长。

所属领域中具通常知识者应理解，可以在以下所说明各实施例的基础上添加其他构件。举例来说，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。此外，在本发明内容中，一层或结构「实质上由X材料所组成」的叙述表示上述层或结构的主要组成为X材料，但并不排除上述层或结构包含添加物或不可避免的杂质。

本发明内容的半导体元件包含的各层组成及添加物的定性或定量分析等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)。

图1为本发明内容一实施例的半导体元件的部分结构示意图。请参照图1，半导体元件包括半导体结构10，半导体结构10包括基层100以及缓冲结构102。在本实施例中，缓冲结构102位于基层100上，且基层100及缓冲结构102之间无其他结构存在，而基层100的一表面100a与缓冲结构102的一表面102a直接接触。基层100或缓冲结构102可通过液相外延法(Liquid Phase Epitaxy，LPE)、分子束外延法(Molecular Beam Epitaxy，MBE)、化学束外延法(Chemical Beam Epitaxy，CBE)、金属有机化学气相沉积法(Metal Organic ChemicalVapor Deposition，MOCVD)或氢化物气相外延法(hydride vapor phase epitaxial，HVPE)依序形成，但并不限于此。

基层100包含第一半导体化合物，第一半导体化合物具有第一晶格常数a1并包含多种元素。第一半导体化合物可为三五族半导体化合物，三五族半导体化合物是指化学元素周期表中由三族和五族元素所组成的化合物，例如GaN、GaAs、InP、InGaAs、InGaP、InAlGaAs、InGaAsP等。在一些实施例中，基层100实质上由第一半导体化合物所组成。第一半导体化合物可为二元或三元材料。进一步来说，第一半导体化合物较佳为由三族和五族元素所组成的材料。三族元素可为镓(Ga)或铟(In)。五族元素可为砷(As)或磷(P)，较佳为不包含氮(N)。举例而言，第一半导体化合物可为GaAs。此外，上述晶格常数是指在温度为300k下量测半导体材料的X光绕射图谱所得者。在此仅列举数种半导体化合物的晶格常数作为参考，如下表1所示，然而，第一半导体化合物的状态并不以此为限。

表1

第一半导体化合物中的多种元素各具有一原子半径。第一半导体化合物中各个组成元素中原子半径最大者的原子半径定义为第一原子半径。举例而言，当第一半导体化合物为GaAs时，因Ga的原子半径(约)较As大(约/>)，故第一原子半径即表示其组成元素Ga的原子半径。此外，在本发明内容中所提及的各元素的原子半径资料例如可参考如下文献中所记载的数值：Slater,J.C.(1964).Atomic Radii in Crystals.The Journalof Chemical Physics,41(10),3199–3204。

缓冲结构102例如是由单层或多层组成。在一实施例中，缓冲结构102为单层且包含第二半导体化合物。第二半导体化合物具有第二晶格常数a2。当缓冲结构102为多层且包含两种以上的半导体化合物时，第二晶格常数定义为此些半导体化合物的晶格常数的平均值。在一实施例中，缓冲结构102为单层且实质上由第二半导体化合物所组成。具体来说，第二半导体化合物可为三五族半导体化合物，且例如是二元或三元材料。三族元素可为镓(Ga)或铟(In)。五族元素可为砷(As)或磷(P)，较佳为不包含氮(N)。举例而言，第二半导体化合物可为InP或InGaP。在一实施例中，第二半导体化合物的组成元素与第一半导体化合物的组成元素完全不同，例如第一半导体化合物的组成元素为镓(Ga)及砷(As)，第二半导体化合物的组成元素为磷(P)及铟(In)。在另一实施例中，第二半导体化合物的组成元素之一与第一半导体化合物的组成元素之一相同，例如第一半导体化合物的组成元素为镓(Ga)及砷(As)，第二半导体化合物的组成元素为镓(Ga)、磷(P)及铟(In)，且相同的组成元素为镓(Ga)。在一实施例中，第二晶格常数a2大于第一晶格常数a1，即第一晶格常数a1与第二晶格常数a2之间的差异Δa％大于0。第一晶格常数a1与第二晶格常数a2之间的差异Δa％可大于0.5％，较佳为2.5％以上，且可小于10％，较佳为小于5％。详细而言，第一晶格常数a1与第二晶格常数a2之间的差异可由以下公式算出：Δa％＝((a2-a1)/a1)*100％。

选择性地，缓冲结构102可包含第一添加物，且第一添加物具有第二原子半径。第二原子半径是指第一添加物中各个组成元素中原子半径最大者的原子半径。在本实施例中，上述第二原子半径大于第一原子半径，亦即，第一添加物中各个组成元素中原子半径最大者的原子半径会大于第一半导体化合物中各个组成元素中原子半径最大者的原子半径。详细而言，在第一添加物的组成为单一元素的情况下，第二原子半径即为上述单一元素的原子半径。在第一添加物的组成为化合物的情况下，第二原子半径为化合物的各个组成元素中原子半径最大者的原子半径。此外，若将第一原子半径设为r1，第二原子半径设为r₂时，第一原子半径r₁与第二原子半径r₂较佳为满足如下公式：(r₂-r₁)/r₁>0.05。

此外，第一添加物较佳为包含单一元素。第一添加物较佳为以掺杂的形式存在于缓冲结构102。若第一添加物数量太多，则第一添加物易和第一半导体层形成另一半导体化合物，可能造成缓冲结构表面外延品质不佳，或者可能出现电性异常的情况。具体而言，第一添加物较佳为包含锑(Sb)、铟(In)或碲(Te)，更佳为包含锑(Sb)。在一实施例中，第一添加物实质上由单一元素所组成，例如实质上由锑(Sb)、铟(In)或碲(Te)所组成。具体来说，在缓冲结构102中，第一添加物的最大浓度例如是小于1×10¹⁸/cm³，较佳为5×10¹⁷/cm³以下，更佳为2.5×10¹⁷/cm³以下，且较佳为大于2×10¹⁶/cm³，更佳为1×10¹⁷/cm³以上。在一些实施例中，当第一添加物的最大浓度在1×10¹⁸/cm³以上，缓冲结构102的结晶性会变差，而当第一添加物最大浓度在2×10¹⁶/cm³以下，较难获得良好的结晶品质。在一些实施例中，当第一添加物的最大浓度在1×10¹⁷/cm³与5×10¹⁷/cm³之间(两者都含)时，能够获得稳定而良好的外延品质。

基层100的厚度可在1μm～1000μm的范围。缓冲结构102的厚度可小于5μm，较佳为在1μm～4μm的范围。通过将基层100及缓冲结构102的厚度设定于上述范围内，可进一步实现元件微型化，并且获得更稳定的叠层。

在一些实施例中，缓冲结构102包含变晶式外延结构(metamorphic epitaxialstructure)。变晶式外延结构例如是实质上由多个外延层所组成，且各外延层中组成元素相同，但各元素的含量比例不同。在一些实施例中，各外延层实质上由InGaP所组成。具体来说，包含InGaP的变晶式外延结构例如是实质上由多个包含InGaP的材料层所组成。如前所述，各层的InGaP可以通式表示为In_x1Ga_1-x1P，其中0<x1<1，且x1值例如是由外延结构中的一侧往另一侧递增或递减。例如，最靠近基层100的外延层包含In_0.5Ga_0.5P，而最远离基层100的外延层包含In_0.95Ga_0.05P。在一些实施例中，采用变晶式外延结构能够进一步改善外延结构的品质，避免产生外延缺陷。

在一些实施例中，缓冲结构102还包含第二添加物。第二添加物可与第一添加物不同，且可用于调整缓冲结构102导电型态。第二添加物与缓冲结构102中的其他元素形成键结。在一些实施例中，第二添加物实质上由单一元素组成。具体来说，第二添加物例如是硅(Si)、碲(Te)、碳(C)、锌(Zn)或镁(Mg)。此外，缓冲结构102中第二添加物的最大浓度较佳为大于第一添加物的最大浓度。具体来说，在缓冲结构102中，第二添加物的最大浓度较佳为小于2×10¹⁹/cm³，更佳为小于1×10¹⁹/cm³，且较佳为1×10¹⁸/cm³以上。当第二添加物的最大浓度位于上述范围内，调整缓冲结构102电性的效果较佳。

图2为本发明内容实施例中有无添加第一添加物的半导体元件部分结构的光学显微镜图。如在相同的外延成长条件下，不含第一添加物的半导体结构(图2的(A))与含有第一添加物的半导体结构(图2的(B))相比，含有第一添加物的半导体结构(图2的(B))的表面均匀性佳且呈二维生长形态(2Dgrowth mode)。

图3为本发明内容另一实施例的半导体元件的部分结构示意图。半导体结构20与半导体结构10的差异在于，在基层100及缓冲结构102上进一步包含覆盖层104。如图3所示，覆盖层104以一表面104a与基层100上的缓冲结构102的另一表面102b直接接触。覆盖层104例如是通过液相外延法(Liquid Phase Epitaxy，LPE)、分子束外延法(Molecular BeamEpitaxy，MBE)、化学束外延法(Chemical Beam Epitaxy，CBE)、金属有机化学气相沉积法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)、或氢化物气相外延法(hydridevapor phase epitaxial，HVPE)所形成，但并不限于此。具体来说，可通过上述外延技术依序形成基层100、缓冲结构102以及覆盖层104，从而获得如图3所示的半导体结构20。此外，覆盖层104的材料可包含三五族半导体化合物，例如二元三五族半导体化合物。三族元素可为镓(Ga)或铟(In)。五族元素可为砷(As)或磷(P)，较佳为不包含氮(N)。在一些实施例中，覆盖层104实质上由三五族半导体化合物(如二元三五族半导体化合物)所组成，例如实质上由InP所组成。在一些实施例中，覆盖层104可作为应力调节层或保护层。

图4为本发明内容实施例中有无添加第一添加物的半导体元件部分结构的光学显微镜图。在相同的外延成长条件下，不含第一添加物的半导体结构(图4的(A))与含有第一添加物的半导体结构(图4的(B))相比，含有第一添加物的半导体结构(图4的(B))的表面外延缺陷密度明显减少，显示第一添加物的添加可改善外延品质。

基于上述，可知即使于包含第一添加物的缓冲结构上进一步形成覆盖层，也能够维持良好的外延品质。

图5为本发明内容另一实施例的半导体元件的结构示意图。半导体元件30包含基层100、缓冲结构102、第一型半导体结构106、活性结构108、第二型半导体结构110、第一电极116以及第二电极118。在本实施例中，半导体元件30为发光二极管元件，而基层100为发光二极管元件的成长基板。关于基层100、缓冲结构102的组成等可参考前述的说明，于此不再赘述。在另一实施例中，半导体元件30可为激光元件、光侦测元件(例如：光电二极管)等。

活性结构108包含单异质结构(single heterostructure，SH)、双异质结构(double heterostructure，DH)、双侧双异质结构(double-side doubleheterostructure，DDH)、或多重量子阱(multiple quantum wells，MQW)结构。在一实施例中，活性结构108实质上由双异质结构所组成。当半导体元件30在操作时，活性结构108会发出一辐射。辐射较佳为红光或红外光。进一步来说，当辐射为红外光时，较佳为具有介于800nm至1700nm之间(两者都含)的峰值波长(peak wavelength)，例如：810nm、840nm、910nm、940nm、1050nm、1070nm、1100nm、1200nm、1300nm、1400nm、1450nm、1500nm、1550nm、1600nm、1650nm、1700nm等。活性结构108可包含三五族半导体材料。三族元素可为镓(Ga)或铟(In)。五族元素可为砷(As)或磷(P)，且较佳为不包含氮(N)。在一实施例中，活性结构108包含四元三五族半导体材料，例如InGaAsP。

第一型半导体结构106及第二型半导体结构110分别位于活性结构108的两侧，且第一型半导体结构106的导电型态与第二型半导体结构110的导电型态相反。具体来说，当第一型半导体结构106为n型半导体，则第二型半导体结构110为p型半导体，以分别提供电子和空穴。或者，第一型半导体结构106为p型半导体，则第二型半导体结构110为n型半导体。此外，第一型半导体结构106及/或第二型半导体结构110可具有单层或多层结构。第一型半导体结构106及第二型半导体结构110可包含三五族半导体材料，例如四元三五族半导体材料。三族元素可为镓(Ga)或铟(In)。五族元素可为砷(As)或磷(P)，且较佳为不包含氮(N)。在一实施例中，第一型半导体结构106及第二型半导体结构110与活性结构108包含相同的三五族半导体材料。在一实施例中，第一型半导体结构106及第二型半导体结构110实质上由四元三五族半导体材料所组成，例如InGaAsP。

第一电极116以及第二电极118分别位于基层100的相对两侧，且与基层100、缓冲结构102、第一型半导体结构106、活性结构108、第二型半导体结构110电连接，以形成垂直型发光二极管元件，然而，实际上并不限于此。在一些实施例中，第一电极116以及第二电极118也可位于基层100的同一侧，以形成水平式发光二极管元件。第一电极116以及第二电极118的材料可相同或不同，较佳为包含金属或合金。金属例如是铝(Al)、铬(Cr)、铜(Cu)、锡(Sn)、金(Au)、镍(Ni)、钛(Ti)、铂(Pt)、铅(Pb)、锌(Zn)、镉(Cd)、锑(Sb)、锗(Ge)、铍(Be)、钴(Co)。合金可包含选自由上述金属元素所组成的群组中的至少两者，例如锗金镍(GeAuNi)、铍金(BeAu)、锗金(GeAu)、锌金(ZnAu)等。

在本实施例中，在第二型半导体结构110与第二电极118之间还包括窗户层112以及接触层114。窗户层112的导电型态可与第二型半导体结构110相同，且可作为光取出层以提升半导体元件30的发光效率。此外，窗户层112对于活性结构108所发的光为透明。接触层114用于传导电流。具体来说，接触层114例如是经掺杂或未经掺杂的半导体材料层。当第二电极118包含金属或合金时，接触层114与第二电极118之间可形成欧姆接触(ohmiccontact)。接触层114与第二电极118之间的接触电阻值可小于10^-6Ω-cm。由此，第二电极118可与半导体元件30中的其他叠层电连接。此外，接触层114的导电型态例如是与第二型半导体结构110相同。

图6为本发明内容另一实施例的半导体元件的部分范围的元素的浓度与深度的关系图。具体来说，图6为半导体元件的缓冲结构102部分的二次离子质谱仪(Secondary IonMass Spectrometry，SIMS)分析图。本实施例的缓冲结构102为单层且包含三五族半导体化合物，其由三族元素铟(In)及五族元素磷(P)所组成。此外，缓冲结构102包含第一添加物锑(Sb)及第二添加物硅(Si)，在缓冲结构102中，第一添加物锑(Sb)的浓度以C₁表示，第二添加物硅(Si)的浓度则以C₂表示。如图6所示，第一添加浓度C₁的最大值小于第二添加浓度C₂的最大值，第一添加浓度C₁的最大值介于1×10¹⁷/cm³和5×10¹⁷/cm³之间(两者都含)，且约为2×10¹⁷/cm³。第二添加浓度C₂的最大值介于1×10¹⁸/cm³和1×10¹⁹/cm³之间(两者都含)，且约为5×10¹⁸/cm³。在一些实施例中，第一添加浓度C₁的最大值与第二添加浓度C₂的最大值的比例较佳为介于1：10和1：50之间(两者都含)，更佳为介于1：15和1：35之间(两者都含)。

图7为本发明内容实施例中有无添加第一添加物的半导体元件部分结构的光学显微镜图。在相同的外延成长条件下，不含第一添加物的半导体结构(图7的(A))，与含第一添加物的半导体结构相比(图7的(B))，图7的(B)的表面外延缺陷明显减少。此外，经进一步测试，包含第一添加物的缓冲结构并不会影响半导体元件中各层结构的电性，而可维持良好的元件操作性。

另一方面，本发明内容中所揭示的基层100并不限定于作为半导体元件的基板。在一些实施例中，基层100及缓冲结构102例如是作为一组叠层存在半导体元件中。进一步来说，一半导体元件中也可包括两组以上由基层100及缓冲结构102所组成的叠层，且于元件中各组叠层例如是彼此分离不相接。此外，在一实施例的半导体元件中，各组叠层可包含不同的半导体材料组合，而具有不同的功能性。

图8为本发明内容一实施例的半导体元件的封装结构示意图。请参照图8，封装结构400包含半导体元件40、封装基板41、载体43、接合线45、接触结构46以及封装材料48。封装基板41可包含陶瓷或玻璃材料。封装基板41中具有多个通孔42。通孔42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43位于封装基板41一侧的表面上，且也包含导电性材料，如金属。接触结构46位于封装基板41另一侧的表面上。在本实施例中，接触结构46包含接触垫46a以及接触垫46b，且接触垫46a以及接触垫46b可通过通孔42而与载体43电连接。在一实施例中，接触结构46可进一步包含散热垫(thermal pad)(未绘示)，例如位于接触垫46a与接触垫46b之间。半导体元件40位于载体43上，且可为本发明内容任一实施例所述的半导体元件。在本实施例中，载体43包含第一部分43a及第二部分43b，半导体元件40通过接合线45而与载体43的第二部分43b电连接。接合线45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。封装材料48覆盖于半导体元件40上，具有保护半导体元件40的效果。具体来说，封装材料48可包含树脂材料如环氧树脂(epoxy)、硅氧烷树脂(silicone)等。封装材料48还可包含多个波长转换粒子(图未示)以转换半导体元件40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。

本发明的发光元件可应用于照明、医疗、显示、通讯、感测、电源系统等领域的产品，例如灯具、监视器、手机、平板计算机、车用仪表板、电视、计算机、穿戴设备(如手表、手环、项链等)、交通号志、户外显示器、医疗器材等。

虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，所属技术领域中具有通常知识者应理解，在不脱离本发明的精神和范围内可作些许的修饰或变更，故本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。此外，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，且均落于本发明的权利保护范围。

Claims

1.一种半导体元件，其特征在于，包括：

基层，包含第一半导体化合物，该第一半导体化合物具有第一晶格常数并包含多种元素，且该些多种元素中原子半径最大者的原子半径定义为第一原子半径；以及

缓冲结构，包含第二半导体化合物、第一添加物以及第二添加物，该第二半导体化合物具有第二晶格常数，且该第一添加物具有第二原子半径；

其中，该第一半导体化合物与该第二半导体化合物为三五族半导体化合物，该第一添加物包含锑(Sb)、铟(In)或碲(Te)，该第二添加物包含硅(Si)、碲(Te)、碳(C)、锌(Zn)或镁(Mg)，该第二添加物与该第一添加物不同，在该缓冲结构中，该第二添加物的最大浓度大于该第一添加物的最大浓度，该第二晶格常数大于该第一晶格常数，且该第二原子半径大于该第一原子半径。

2.如权利要求1所述的半导体元件，其中于该缓冲结构中，该第一添加物的最大浓度小于1x10¹⁸/cm³。

3.如权利要求1所述的半导体元件，其中该第一晶格常数为a1，该第二晶格常数为a2，该第一晶格常数与该第二晶格常数之间的差异为Δa％，其中该Δa％＝((a2-a1)/a1)*100％，该Δa％大于0.5％。

4.如权利要求3所述的半导体元件，其中该Δa％为2.5％以上。

5.如权利要求4所述的半导体元件，其中该Δa％小于10％。

6.如权利要求1所述的半导体元件，其中该第二半导体化合物的组成元素与该第一半导体化合物的组成元素完全不同，或者该第二半导体化合物的组成元素之一与该第一半导体化合物的组成元素之一相同。

7.如权利要求1所述的半导体元件，其中该第一半导体化合物的组成元素为镓(Ga)及砷(As)。

8.如权利要求1所述的半导体元件，其中该第二半导体化合物的组成元素为铟(In)及磷(P)或镓(Ga)、磷(P)及铟(In)。

9.如权利要求1所述的半导体元件，其中该第一半导体化合物为GaAs，该第二半导体化合物为InP。

10.如权利要求1所述的半导体元件，其中该第一半导体化合物为GaAs，该第二半导体化合物为InGaP。

11.如权利要求1所述的半导体元件，其中在该缓冲结构中，该第一添加物的最大浓度大于2×10¹⁶/cm³且小于1×10¹⁸/cm³。

12.如权利要求11所述的半导体元件，其中在该缓冲结构中，该第一添加物的最大浓度在1×10¹⁷/cm³与5×10¹⁷/cm³之间。

13.如权利要求1所述的半导体元件，其中于该缓冲结构中，该第二添加物的最大浓度小于1x10¹⁹/cm³。

14.如权利要求13所述的半导体元件，其中该第二添加物的最大浓度介于1×10¹⁸/cm³和1×10¹⁹/cm³之间。

15.如权利要求1所述的半导体元件，其中将该第一原子半径设为r1，该第二原子半径设为r₂，该第一原子半径r₁与该第二原子半径r₂满足如下公式：(r₂-r₁)/r₁>0.05。

16.如权利要求1所述的半导体元件，其中该缓冲结构包含多个外延层，各外延层中组成元素相同，但各元素的含量比例不同。

17.如权利要求1所述的半导体元件，其中该基层与该缓冲结构直接接触。

18.如权利要求1所述的半导体元件，还包含第一型半导体结构、活性结构以及第二型半导体结构，位于该缓冲结构上。

19.如权利要求18所述的半导体元件，其中当该半导体元件在操作时，该活性结构发出辐射，该辐射具有介于800nm至1700nm之间的峰值波长。

20.如权利要求18所述的半导体元件，其中该第一型半导体结构、该活性结构以及该第二型半导体结构包含相同的三五族半导体材料。

21.如权利要求18所述的半导体元件，其中该活性结构包含四元三五族半导体材料。

22.如权利要求18所述的半导体元件，其中该活性结构不包含氮(N)。

23.如权利要求18所述的半导体元件，还包含窗户层，位于该第二型半导体结构上。

24.如权利要求23所述的半导体元件，还包含接触层，位于该窗户层上。

25.如权利要求1所述的半导体元件，其中该缓冲结构为单层。

26.如权利要求1所述的半导体元件，其中在该缓冲结构中，该第一添加物的最大浓度与该第二添加物的最大浓度比例介于1：10和1：50之间。

27.如权利要求1所述的半导体元件，还包含覆盖层，位于该缓冲结构上。

28.如权利要求27所述的半导体元件，其中该覆盖层包含二元三五族半导体化合物。

29.如权利要求1所述的半导体元件，还包含第一电极与该基层连接。

30.如权利要求29所述的半导体元件，还包含第二电极，该第二电极与该第一电极分别位于该基层的相对两侧。

31.一种半导体元件的封装结构，其特征在于，包括：

载体；以及

如权利要求1所述的半导体元件，位于该载体上。