CN220569701U - 半导体元件及半导体组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种半导体元件，其包括一外延结构具有一第一外延叠层、一接触部、一绝缘部及一第一电极。第一外延叠层具有第一半导体结构、第二半导体结构位于第一半导体结构上、第一活性区位于第一半导体结构与第二半导体结构之间。接触部接触第一半导体结构且具有第一宽度的开口。绝缘部接触接触部且具有第二宽度的第一孔隙。第一电极位于第二半导体结构上且包含电极垫及延伸电极。其中，开口、第一孔隙与电极垫于一垂直方向上重叠，接触部与延伸电极于一垂直方向上重叠，且第一宽度不同于第二宽度。

Description

半导体元件及半导体组件

本申请是中国实用新型申请(申请号：202123062555.3，申请日：2021年12月08日，实用新型名称：半导体元件)的分案申请。

技术领域

本实用新型涉及半导体元件，特别是涉及半导体发光元件，例如发光二极管。

背景技术

半导体元件的用途十分广泛，相关材料的开发研究也持续进行。举例来说，包含三族及五族元素的III-V族半导体材料可应用于各种光电半导体元件如发光二极管(Lightemitting diode，LED)、激光二极管(Laser diode，LD)、光电侦测器或太阳能电池(Solarcell)，或者可以是例如开关或整流器的功率元件，能用于照明、医疗、显示、通讯、感测、电源系统等领域。作为半导体发光元件之一的发光二极管具有耗电量低以及寿命长等优点，因此大量被应用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种半导体元件，以解决现有技术存在的问题。

本实用新型提供一种半导体元件，包括：外延结构，包含第一外延叠层，该第一外延叠层包括第一半导体结构、第二半导体结构及位于该第一半导体结构与该第二半导体结构之间的第一活性区，该第二半导体结构与该第一半导体结构具有相异的导电型态；多个接触部，位于该第一半导体结构下且接触该第一半导体结构；多个绝缘部，位于该接触部下且接触该接触部；第一电极，位于该第二半导体结构上且包含电极垫及延伸电极；其中，该接触部及该绝缘部与该电极垫于一垂直方向上互相错位，该接触部与该延伸电极于该垂直方向上重叠。

于一剖面图中，该半导体元件还包括第一孔隙位于两相邻的该多个接触部之间，及第二孔隙位于两相邻之该多个绝缘部之间，该第一孔隙及该第二孔隙与该电极垫于该垂直方向上重叠。

于一水平方向上，该第一孔隙的宽度及第二孔隙的宽度大于该电极垫的宽度。

该接触部的厚度小于该绝缘部的厚度。

于一水平方向上该第一孔隙的宽度小于该第二孔隙的宽度。

该第一半导体结构具有朝向该第一活性区的第一表面及接触该接触部的第二表面，且该第一表面的宽度小于该第二表面的宽度。

该半导体元件还包括导电层位于该绝缘部下，该导电层接触该绝缘部并填入该第一孔隙及该第二孔隙。

该导电层填入接触该接触部。

该导电层连接该第一半导体结构。

该第二孔隙与该多个接触部于该垂直方向上重叠。

该半导体元件所发的光为红外光。

该第一活性区的发光波长之波峰波长为730nm至1100nm。

该外延结构另包含第二外延叠层位于该第一外延叠层上，该第二外延叠层具有第三半导体结构、第四半导体结构及第二活性区位于该第三半导体结构及该第四半导体结构之间，该第三半导体结构及该第四半导体结构具有相异的导电型态。

该半导体元件还包括中间层位于该第一外延叠层及该第二外延叠层之间，该中间层包含pn结。

该第一活性区及该第二活性区都发出波峰波长为730nm至1100nm的红外光。

该第一半导体结构为p型，且该第二半导体结构为n型。

该半导体元件还包括接合结构及基底，该接合结构位于该第一外延叠层及该基底之间。

该半导体元件还包括反射层位于该第一外延叠层及该接合结构之间。

该半导体元件还包括第二电极，该第二电极连接该基底远离该第一半导体结构的一侧。

本实用新型另提供一种半导体组件，包括：封装基板；该半导体元件，位于该封装基板上；以及封装层，覆盖该半导体元件。

本实用新型的优点在于，其通过对半导体元件的设计，使其具有更佳的光电表现，例如：发光强度增加、顺向电压(Vf)降低等等优点，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、穿戴装置(如手表、手环、项链等)、交通号志、户外显示器、医疗器材等。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的半导体元件的剖面示意图；

图2为本实用新型另一实施例的半导体元件的外延结构示意图；

图3为本实用新型一实施例的半导体组件的剖面结构示意图；

图4为本实用新型一实施例的感测模块的部分剖面结构示意图。

符号说明

100 半导体元件

1 第一外延叠层

11 第一半导体结构

111 接触部

12 第二半导体结构

13 第一活性区

131 第一阱层

132 第一阻障层

133 第二阱层

134 第二阻障层

135 第三阱层

136 第三阻障层

14 第一局限层

15 第二局限层

2 第一电极

21 电极垫

22 延伸电极

3 第二电极

4 导电层

5 反射层

6 接合结构

7 基底

8 绝缘部

8a 孔隙

81 中间层

811 第一重掺杂层

812 第二重掺杂层

9 第二外延叠层

91 第三半导体结构

92 第四半导体结构

93 第二活性区

931 第四阱层

932 第四阻障层

933 第五阱层

934 第五阻障层

935 第六阱层

936 第六阻障层

94 第三局限层

95 第四局限层

T1 第一厚度

T2 第二厚度

T3 第三厚度

T4 第四厚度

300 半导体组件

31 封装基板

32 通孔

33 载体

33a 第一部分

33b 第二部分

35 接合线

36 接触结构

36a 第一接触垫

36b 第二接触垫

38 封装层

400 感测模块

420 乘载体

411 第一半导体元件

431 第二半导体元件

421 第一挡墙

422 第二挡墙

423 第三挡墙

424 载板

425 第一空间

426 第二空间

具体实施方式

以下实施例将伴随着附图说明本实用新型的概念，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，可以是本领域普通技术人员所知的形式。

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AlGaInP代表Al_x2Ga_x3In_1-x2-x3P，其中0<x2<1且0<x3<1；通式InGaAsP代表In_x4Ga_1-x4As_x5P_1-x5，其中0<x4<1，0<x5<1；通式AlGaInAs代表Al_x6Ga_x7In_1-x6-x7As，其中0<x6<1，0<x7<1；通式InGaNAs代表In_x8Ga_1-x8N_x9As_1-x9，其中0<x8<1，0<x9<1；通式InGaAs代表In_x10Ga_1-x10As，其中0<x10<1；通式AlGaAs代表Al_x11Ga_1-x11As，其中0<x11<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 electronmicroscopy，TEM)或是扫描式电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)等。

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，在本实用新型中，一层或结构「实质上由M所组成」的叙述表示上述层或结构的主要组成为M，但并不排除上述层或结构包含掺质或不可避免的杂质(impurities)。

图1为本实用新型一实施例的半导体元件100的剖面示意图。半导体元件100包含一外延结构，且外延结构包含一第一外延叠层1。半导体元件100还包含一第一电极2及一第二电极3分别位于第一外延叠层1的上下两侧、一导电层4、一反射层5、一接合结构6及一基底7。导电层4位于第一外延叠层1与反射层5之间，接合结构6位于基底7与反射层5之间。如图1所示，半导体元件100选择性地包含多个绝缘部8位于导电层4及第一外延叠层1之间，以及多个孔隙8a位于多个绝缘部8之间。导电层4接触多个绝缘部8并填入多个孔隙8a中，并接触第一外延叠层1。第一电极2可包含电极垫21以及延伸电极22与电极垫21相连接。在一实施例中，第一电极2仅包含电极垫未包含延伸电极。

第一外延叠层1包含一第一半导体结构11、一第二半导体结构12、一第一活性区13位于第一半导体结构11及第二半导体结构12之间、一第一局限层14位于第一活性区13及第一半导体结构11之间、及一第二局限层15位于第一活性区13及第二半导体结构12之间。第一半导体结构11与第二半导体结构12可具有相异的导电型态。例如，第一半导体结构11为n型，第二半导体结构12为p型；或者，第一半导体结构11为p型，第二半导体结构12为n型。由此，第一半导体结构11与第二半导体结构12可分别提供电子与空穴或空穴与电子。第一半导体结构11具有一第一掺质，第二半导体结构12具有一第二掺质，使第一半导体结构11及第二半导体结构12具有不同的导电性。第一掺质及第二掺质可以分别为碳(C)、锌(Zn)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、硒(Se)、镁(Mg)或碲(Te)。在本实施例中，第二半导体结构12为N型，且第一掺质为碲(Te)或硅(Si)，第一半导体结构11为P型，且第一掺质为镁(Mg)或碳(C)，且第一半导体结构11及第二半导体结构12的掺杂浓度约为5×10¹⁷/cm³至1×10²⁰/cm³。第一半导体结构11及第二半导体结构12的能隙分别大于第一局限层14及第二局限层15，由此将载流子更进一步地限制在第一活性区13中。

由半导体元件100的剖面观之，第一外延叠层1可选择性包含多个接触部111远离第一活性区13且靠近导电层4。半导体元件100包含间隙111a位于两相邻的多个接触部111之间。多个接触部111具有第一掺质，且多个接触部111中的第一掺质浓度大于第一半导体结构11的第一掺质浓度。在本实施例中，在电极垫21下方未设有接触部111，即电极垫21与多个接触部111于垂直方向上互相错位。换言之，于垂直方向上，电极垫21与间隙111a重叠。于水平方向上，间隙111a的宽度大于电极垫21的宽度。在其他实施例中，多个接触部111与电极垫21及延伸电极22可互相错位。通过上述的第一电极2与接触部111的错位关系，可以防止电流直接由第一电极2下方导通，由此增加电流散布，进而提高半导体元件100的亮度。多个接触部111的材料可包含III-V族半导体材料，例如二元III-V族半导体材料如GaAs、GaP、GaN等。

多个绝缘部8位于多个接触部111下且接触该多个接触部111。多个绝缘部8包括第一绝缘部81及第二绝缘部82。多个孔隙8a包括位于第一绝缘部81与第二绝缘部82之间的第一孔隙8a1。在一实施例中，在电极垫21下方未设有绝缘部8，即电极垫21与多个绝缘部8于垂直方向上互相错位。换言之，电极垫21与第一孔隙8a1于垂直方向上重叠。于水平方向上，第一孔隙8a1的宽度大于电极垫21的宽度。在一实施例中，第一孔隙8a1的宽度大于间隙111a的宽度。

在一实施例中，多个绝缘部8还包括第三绝缘部83。多个孔隙8a还包括位于第二绝缘部82及第三绝缘部83之间的第二孔隙8a2，于垂直方向上，第二孔隙8a2与接触部111重叠且与电极垫21不重叠。在一实施例中，导电层4可填入第一孔隙8a1及第二孔隙8a2并接触多个接触部111，且导电层4可填入间隙111a与第一半导体结构11连接。

第一半导体结构11、第二半导体结构12、第一活性区13、第一局限层14以及第二局限层15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或In。在一实施例中，第一半导体结构11、第二半导体结构12、第一活性区13、第一局限层14以及第二局限层15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或GaP)、三元化合物半导体(如InGaAs、AlGaAs、InGaP或AlInP)或四元化合物半导体(如AlGaInAs、AlGaInP、InGaAsP、InGaAsN或AlGaAsP)。于一实施例，第一活性区13实质上由三元化合物半导体(如InGaAs、AlGaAs、InGaP或AlInP)或四元化合物半导体(如AlGaInAs、AlGaInP、InGaAsP或AlGaAsP)所组成。

半导体元件100可包含双异质结构(double heterostructure，DH)、双侧双异质结构(double-side double heterostructure，DDH)或多重量子井(multiple quantumwells，MQW)结构。根据一实施例，当半导体元件100为发光元件时，第一活性区13可由第一半导体结构11朝第二半导体结构12的方向发出一光线。所述光线包含可见光或不可见光。半导体元件100所发出的光线波长决定于第一活性区13的材料。第一活性区13的材料可包含InGaAs、AlGaAsP或GaAsP、InGaAsP、AlGaAs、AlGaInAs、InGaP或AlGaInP。举例来说：第一活性区13可以发射出峰值波长为700至1700nm的红外光、峰值波长为610nm至700nm的红光、或是峰值波长为530nm至600nm的黄光。在本实施例中，第一活性区13发出峰值波长为730nm至1100nm的红外光。

在本实施例中，外延结构的各层材料的晶系为立方晶系(cubic)，且属闪锌矿结构(zincblende structure)。在一实施例中，外延结构的各层中不存在有极性(polarization)，即各层的极化向量约为零。

续参照图1，第一活性区13位于第一局限层14及第二局限层15之间，且于本实施例中，第一活性区13与第一局限层14直接相接，且第一活性区13与第二局限层15直接相接。第一活性区13包含一第一阱层131、第一阻障层132、第二阱层133及第二阻障层134依序堆叠于第一局限层14上，且第一阱层131较第二阱层133靠近第一局限层14。第一活性区13另可包含一第三阱层135及第三阻障层136依序推叠于第二阻障层134上，且第二阱层133较第三阱层135靠近第一局限层14。第一阱层131、第二阱层133及第三阱层135包含铟(In)，且第一阱层131中的铟组成比例小于第二阱层133中的铟组成比例，第二阱层133中的铟组成比例小于第三阱层135中的铟组成比例。当第一活性区13具有多个互相交叠的阱层与阻障层时，第一活性区13中的阱层的铟组成比例由第一局限层14往第二局限层15的方向递增。在一实施例中，第一阱层131与第二阱层133的铟组成比例差异为0.1％至0.3％，第二阱层133与第三阱层135的铟组成比例差异为0.1％至0.3％，且第一阱层131与第三阱层133的铟组成比例差异为0.2％至0.6％。

在其他实施例中，第一活性结构13具有上述铟组成比例由第一局限层14往第二局限层15的方向递增的多个阱层(131、133、135)，并在第三阱层135上另设有多个阱层具有固定的铟组成比例。即，这些多个阱层由第一局限层14往第二局限层15的方向上都具有固定的铟组成比例，且此固定的铟组成比例大于第三阱层135的铟组成比例。在另一实施例中，此固定的铟组成比例小于第三阱层135的铟组成比例。

在一实施例中，第一局限层14、第二局限层15及阻障层(132、134、136)可具有相同或不同的能隙。第一局限层14、第二局限层15及阻障层(132、134、136)可具有相同或不同的材料。第一局限层14及第二局限层15的能隙大于阱层(131、133、135)的能隙，也可帮助载流子限制在第一活性区13中。

在本实施例中，第一阱层131及第二阱层133的材料为InGaAs，第二阻障层132及第二阻障层134的材料为AlGaAs。在其他实施例中，第一阱层131及第二阱层133的材料为InGaAs，第二阻障层132及第二阻障层134的材料为AlGaAsP；在另一实施例中，第一阱层131及第二阱层133的材料为InGaAs，第二阻障层132及第二阻障层134的材料为GaAsP。本实施例半导体元件100的第一活性区13中，阱层(131、133、135)的厚度小于阻障层(132、134、136)的厚度。阱层及/或阻障层可包含或未包含掺质。

在另一实施例中，第一阱层131的厚度小于第二阱层133的厚度，第二阱层133的厚度小于第三阱层135的厚度。当第一活性区13具有多个互相交叠的阱层与阻障层时，第一活性区13中的阱层的厚度由第一局限层14往第二局限层15的方向递增。通过上述第一阱层131及第二阱层133的铟组成比例及/或厚度的设计方式，可以使半导体元件100具有更佳的光电表现，例如：发光强度增加、顺向电压(Vf)降低等。

当半导体元件为发光元件且被驱动时，会出现原波峰(第一信号)往长波长位移的现象，或者在原波峰右方出现较长波的第二信号。通过上述的第一阱层131及第二阱层133的铟组成比例及/或厚度的设计方式，也有助于防止半导体元件产生不预期的光谱变化，并达到维持半导体元件于不同电流驱动下的发光波长稳定度的功效。

第一局限层14及第二局限层15是用以防止第一活性区13中的载流子溢流。在本实用新型的实施例中，第一局限层14具有一第一厚度T1，第二局限层15具有一第二厚度T2大于第一厚度T1，用以避免第二半导体结构12中的第二掺质进入第一活性区13中而影响半导体元件100的发光特性。在本实施例中，第一厚度T1例如为150nm至400nm，第二厚度T2例如为300nm至650nm。在一实施例中，T2/T1大于2。较厚的第二局限层15可有效的阻挡第二半导体结构12中第二掺质进入第一活性区13，由此降低第一活性区13中第二掺质的掺质浓度。换言之，第一活性区13可能具有第二掺质且掺质浓度为小于1×10¹⁶/cm³。通过上述第二厚度T2大于第一厚度T1的设计方式，可以使半导体元件100具有更佳的光电表现，例如：发光强度增加、顺向电压(Vf)降低等。此外，较薄的第一局限层14也有助于使载流子易于进入第一活性区13中，进而达到提升半导体元件100的光电表现的功效。本实施例中，第一局限层14直接相接于第一半导体结构11，第二局限层15直接相接于该第二半导体结构12。

在一实施例中，第一局限层14及第二局限层15可包含或未包含掺质。掺质可为故意掺杂或非故意掺杂。当第一局限层14及第二局限层15中的掺质为非故意掺杂时，此掺质系在外延过程中进入第一局限层14及第二局限层15，整体而言，这些非故意掺杂的掺质浓度会大幅(例如1至2个数量级)小于在第一半导体结构11及第二半导体结构12中的掺质浓度，在一实施例中，第一局限层14及第二局限层15中存在故意掺质或非故意掺杂的掺质浓度小于1×10¹⁷/cm³。第一厚度T1及第二厚度T2分别小于第一半导体结构11的厚度及第二半导体结构13的厚度，且本实施例的第一厚度T1及第二厚度T2都大于第一活性区13中的阻障层(132、134、136)及阱层(131、133、135)的厚度。

基底7包含导电或绝缘材料。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)。绝缘材料例如蓝宝石(Sapphire)。在其他实施例中，基底7为一成长基板，即于基底7上可通过例如有机金属化学气相沉积法(MOCVD)外延形成第一外延叠层1。在一实施例中，基底7为一接合基板而非成长基板，其可通过接合结构6而与第一外延叠层1相接合，如图1所示。

第一电极2以及第二电极3用于与外部电源电连接。第一电极2以及第二电极3的材料可相同或不同，例如分别包含金属氧化材料、金属或合金。金属氧化材料包含氧化铟锡(ITO)、氧化铟(InO)、氧化锡(SnO)、氧化镉锡(CTO)、氧化锑锡(ATO)、氧化铝锌(AZO)、氧化锌锡(ZTO)、氧化镓锌(GZO)、氧化铟钨(IWO)、氧化锌(ZnO)或氧化铟锌(IZO)等。金属可列举如锗(Ge)、铍(Be)、锌(Zn)、金(Au)、铂(Pt)、钛(Ti)、铝(Al)、镍(Ni)或铜(Cu)等。合金可包含选自由上述金属所组成的群组中的至少两者，例如锗金镍(GeAuNi)、铍金(BeAu)、锗金(GeAu)或锌金(ZnAu)等。

绝缘部8包括折射系数(refractive index)小于2的绝缘材料，例如氮化硅(SiN_x)、氧化铝(AlO_x)、氧化硅(SiO_x)、氟化镁(MgF_x)或其组合。导电层4可包含金属氧化材料，例如：氧化铟锡(ITO)、氧化铟(InO)、氧化锡(SnO)、氧化镉锡(CTO)、氧化锑锡(ATO)、氧化铝锌(AZO)、氧化锌锡(ZTO)、氧化镓锌(GZO)、氧化铟钨(IWO)、氧化锌(ZnO)、氧化铟锌(IZO)或上述材料的组合。

反射层5可反射第一活性区13所发出的光线以朝第一电极2方向射出半导体元件100外。反射层5可包含半导体材料、金属或合金。半导体材料可包含三五族半导体材料，例如二元、三元或四元三五族半导体材料。金属包含但不限于铜(Cu)、铝(Al)、锡(Sn)、金(Au)或银(Ag)等。合金可包含选自由上述金属所组成的群组中的至少两者。在一实施例中，反射层5可包含布拉格反射结构(Distributed Bragg Reflector structure，DBR)。布拉格反射结构可由不同折射率的两种以上的半导体材料交替堆叠而形成，例如由AlAs/GaAs、AlGaAs/GaAs或InGaP/GaAs所形成。

接合结构6连接基底7与反射层5。在一实施例中，接合结构6可为单层或多层(未绘示)。接合结构6的材料可包含透明导电材料、金属或合金。透明导电材料包含但不限于氧化铟锡(ITO)、氧化铟(InO)、氧化锡(SnO)、氧化镉锡(CTO)、氧化锑锡(ATO)、氧化铝锌(AZO)、氧化锌锡(ZTO)、氧化镓锌(GZO)、氧化锌(ZnO)、磷化镓(GaP)、氧化铟铈(ICO)、氧化铟钨(IWO)、氧化铟钛(ITiO)、氧化铟锌(IZO)、氧化铟镓(IGO)、氧化镓铝锌(GAZO)、石墨烯(graphene)或上述材料的组合。金属包含但不限于铜(Cu)、铝(Al)、锡(Sn)、金(Au)、银(Ag)、钛(Ti)、镍(Ni)、铂(Pt)或钨(W)等。合金可包含选自由上述金属所组成的群组中的至少两者。

图2为本实用新型另一实施例的半导体元件的外延结构示意图。在本实施例中，外延结构除了上述的第一外延叠层1外，另包含一第二外延叠层9位于第一外延叠层1上，且第一外延叠层1与第二外延叠层9之间具有一中间层81。第二外延叠层9包含第三半导体结构91、一第四半导体结构92、一第二活性区93位于第三半导体结构91及第四半导体结构92之间、一第三局限层94位于第二活性区93及第三半导体结构91之间、及一第四局限层95位于第二活性区93及第四半导体结构92之间，且第三局限层94较第四局限层95靠近第一局限层14。第三半导体结构91与第四半导体结构92可具有相异的导电型态。例如，第三半导体结构91为n型，第四半导体结构92为p型；或者，第三半导体结构91为p型，第四半导体结构92为n型。由此，第三半导体结构91与第四半导体结构92可分别提供电子与空穴，第三半导体结构91具有一第三掺质，第四半导体结构92具有一第四掺质，使其具有不同的导电性。第三掺质可与第一掺质相同或不同，且第四掺质可与第二掺质相同或不同。第三掺质和第四掺质的材料可参考上述第一掺质及第二掺质的材料选择。

在本实施例中，第三半导体结构91具有与第二半导体结构12相反的导电型态，且与第一半导体结构11具有相同的导电型态。设置于第三半导体结构91及第二半导体结构12之间的中间层81是用以使载流子在第一半导体叠层1及第二半导体叠层9之间隧穿。详言之，中间层81包含一pn结，此pn结通过具有一第一导电性的一第一重掺杂层811(例如n型导电性半导体层)及一具有一第二导电性的第二重掺杂层812(例如p型导电性半导体层)所构成。第一重掺杂层811及第二重掺杂层812具有一掺杂浓度至少高于第二半导体结构12及第三半导体结构91的掺杂浓度一个数量级(order)以上，例如具有高于1×10¹⁸/cm³的掺杂浓度，以于操作时提供低阻值的电性结。

第二活性区93与第一活性区13具有相类似的结构、材料组成及发光波长，例如：第二活性区93与第一活性区13都发出波峰波长为730nm至1100nm的红外光。详言之，第二活性区93包含一第四阱层931、第四阻障层932、第五阱层933及第五阻障层934依序堆叠于第三局限层94上，且第四阱层931较第五阱层933靠近第三局限层94。第二活性区93另可包含一第六阱层935及第六阻障层936依序推叠于第五阻障层934上，第五阱层933较第六阱层935靠近第三局限层94。第四阱层931、第五阱层933及第六阱层935包含铟(In)，且第四阱层931中的铟组成比例小于第五阱层933中的铟组成比例，第五阱层933中的铟组成比例小于第六阱层935中的铟组成比例。当第二活性区93具有多个互相交叠的阱层与阻障层时，第二活性区93中的阱层的铟组成比例由第三局限层94往第四局限层95的方向递增。在另一实施例中，第四阱层931的厚度小于第五阱层933的厚度，第五阱层933的厚度小于第六阱层935的厚度。当第二活性区93具有多个互相交叠的阱层与阻障层时，第二活性区93中的阱层的厚度由第三局限层94往第四局限层95的方向递增。如前述，通过阱层的铟组成比例及/或厚度的设计方式，可以使半导体元件具有更佳的光电表现。

第三局限层94及第四局限层95是用以防止第二活性区93中的载流子溢流。第三局限层94具有一第三厚度T3，第四局限层95具有一第四厚度T4大于第三厚度T3，用以避免第四半导体结构92中的第四掺质进入第二活性区93中而影响半导体元件的发光特性。在本实施例中，第三厚度T3例如为150nm至400nm，第四厚度T4例如为300nm至650nm。在一实施例中T4/T3大于2，第三厚度T3大致等于第一厚度T1，且第四厚度T4大致等于第二厚度T2。在另一实施例中，T3>T1，T4>T2，且T2>T1，T4>T3；在又一实施例中，T3<T1，T4<T2，且T2>T1，T4>T3。

上述局限层14、15、94、95的厚度设计(即：第二厚度T2大于第一厚度T1及/或第四厚度T4大于第三厚度T3)、第一活性区13及/或第二活性区93中的阱层的铟组成比例设计(即：阱层的铟组成比例由第一局限层14往第二局限层15及/或由第三局限层94往第四局限层95的方向递增)、第一活性区13及/或第二活性区93中的阱层的厚度设计(即：阱层的厚度由第一局限层14往第二局限层15的方向及/或由第三局限层94往第四局限层95的方向递增)，若再搭配增加第一半导体结构11及/或第二半导体结构12的掺质浓度为8×10¹⁷～5×10¹⁸/cm³、及/或第一半导体结构11及/或第二半导体结构12的铝含量为25％～50％等外延结构特征，将有助于增加载流子浓度及/或加强电流分散效果，进而达到提升半导体元件100的发光强度的功效。上述外延结构特征特别适合用于高电流密度操作的半导体元件，例如电流密度为0.5A/mm²至2A/mm²的半导体元件。电流密度为操作时施加于半导体元件100的电流值与基底7表面积的商。例如：操作时施加于半导体元件的电流值为100mA，半导体元件的基底面积为0.125mm²，则电流密度为0.8A/mm²。上述铝含量指铝的原子百分比，例如当第一半导体结构11及/或第二半导体结构12的材料为AlGaAs且铝含量为25％时，其材料组成为Al_0.25Ga_0.75As。

举例来说，在一实施例中，半导体元件为发光元件且具有第一厚度T1小于第二厚度T2的设计，若再分别搭配具有第一半导体结构11的掺质浓度为8×10¹⁷～5×10¹⁸/cm³的外延结构特征，相较于不具有上述外延结构特征的发光元件，当操作于电流密度为1.7A/mm²时，本实施例发光元件的发光强度可增加2.8％。在另一实施例中，半导体元件为发光元件且具有第一厚度T1小于第二厚度T2的设计，若再分别搭配具有第一半导体结构11的铝含量为25％～50％的外延结构特征，相较于不具有上述外延结构特征的发光元件，当操作于电流密度为1.7A/mm²时，本实施例发光元件的发光强度可增加6.1％。

图3为本实用新型一实施例的半导体组件300的剖面结构示意图。请参照图3，半导体组件300包含半导体元件100、封装基板31、载体33、接合线35、接触结构36以及封装层38。封装基板31可包含陶瓷或玻璃材料。封装基板31中具有多个通孔32。通孔32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33位于封装基板31一侧的表面上，且也包含导电性材料，如金属。接触结构36位于封装基板31另一侧的表面上。在本实施例中，接触结构36包含第一接触垫36a以及第二接触垫36b，且第一接触垫36a以及第二接触垫36b可通过通孔32而与载体33电连接。在一实施例中，接触结构36可进一步包含散热垫(thermalpad)(未绘示)，例如位于第一接触垫36a与第二接触垫36b之间。

半导体元件100位于载体33上。在本实施例中，载体33包含第一部分33a及第二部分33b，半导体元件100通过接合线35而与载体33的第二部分33b电连接。接合线35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38覆盖于半导体元件100上，具有保护半导体元件100的效果。具体来说，封装层38可包含树脂材料如环氧树脂(epoxy)、硅氧烷树脂(silicone)等。封装层38选择性地可包含多个波长转换粒子(图未示)以转换半导体元件100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4为本实用新型一实施例的感测模块400的部分剖面结构示意图，感测模块400包含一承载体420、第一半导体元件411及第二半导体元件431。第一半导体元件411及/或第二半导体元件431可以为上述的半导体元件。承载体420包含第一挡墙421、第二挡墙422、第三挡墙423、载板424、一第一空间425及第二空间426，第一半导体元件411位于第一挡墙421与第二挡墙422之间的空间425中，第二半导体元件431位于第二挡墙422与第三挡墙423之间的空间426中。第一半导体元件411及/或第二半导体元件431可以为如图1的垂直式芯片，或是为具有图1或图2的外延结构的倒装芯片或正装芯片。第一半导体元件411及第二半导体元件431位于载板424上，并与载板424上的电路连接结构(图未示)形成电连接。在本实施中，第一半导体元件411为一发光元件，第二半导体元件431为一光接收元件，且感测模块400可置于穿戴装置(例如；手表、耳机)中，第一半导体元件411发出的光线穿过皮肤并照射身体细胞以及血液，再通过第二半导体元件431吸收从身体细胞以及血液散射/反射回来的光，根据此反射、散射光的变化，用以侦测人体的生理信号，例如：心率、血糖、血压、血氧浓度等。

具体来说，本实用新型的外延结构、半导体元件及半导体组件可应用于照明、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、穿戴装置(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已公开了本实用新型，然而其并非用以限定本实用新型，所属技术领域中具有通常知识者应理解，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：

外延结构，包含第一外延叠层，该第一外延叠层包括第一半导体结构、第二半导体结构及位于该第一半导体结构与该第二半导体结构之间的第一活性区，该第二半导体结构与该第一半导体结构具有相异的导电型态；

多个接触部，位于该第一半导体结构下且接触该第一半导体结构；

多个绝缘部，位于该多个接触部下且接触该多个接触部；

第一电极，位于该第二半导体结构上且包含电极垫及延伸电极；

其中，该多个接触部及该多个绝缘部与该电极垫于垂直方向上互相错位，该多个接触部与该延伸电极于该垂直方向上重叠。

2.如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，该多个绝缘部包括第一绝缘部和第二绝缘部，于一剖面图中，该半导体元件还包括间隙位于两相邻的该多个接触部之间，及第一孔隙位于该第一绝缘部与该第二绝缘部之间，该间隙及该第一孔隙与该电极垫于该垂直方向上重叠。

3.如权利要求2所述的半导体元件，其特征在于，于水平方向上，该间隙的宽度及该第一孔隙的宽度大于该电极垫的宽度。

4.如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，该接触部的厚度小于该绝缘部的厚度。

5.如权利要求2所述的半导体元件，其特征在于，于水平方向上该间隙的宽度小于该第一孔隙的宽度。

6.如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，该第一半导体结构具有朝向该第一活性区的第一表面及接触该多个接触部的第二表面，且该第一表面的宽度小于该第二表面的宽度。

7.如权利要求2所述的半导体元件，其特征在于，该半导体元件还包括导电层位于该多个绝缘部下，该导电层接触该多个绝缘部并填入该间隙及该第一孔隙。

8.如权利要求7所述的半导体元件，其特征在于，该导电层接触该多个接触部。

9.如权利要求7所述的半导体元件，其特征在于，该导电层连接该第一半导体结构。

10.如权利要求2所述的半导体元件，其特征在于，该多个绝缘部还包括第三绝缘部，其中于该剖面图中，该半导体元件还包括第二孔隙位于该第二绝缘部与该第三绝缘部之间，该第二孔隙与该接触部于该垂直方向上重叠。

11.如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，该半导体元件所发的光为红外光。

12.如权利要求11所述的半导体元件，其特征在于，该第一活性区的发光波长之波峰波长为730nm至1100nm。

13.如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，该外延结构另包含第二外延叠层位于该第一外延叠层上，该第二外延叠层具有第三半导体结构、第四半导体结构及第二活性区位于该第三半导体结构及该第四半导体结构之间，该第三半导体结构及该第四半导体结构具有相异的导电型态。

14.如权利要求13所述的半导体元件，其特征在于，该半导体元件还包括中间层位于该第一外延叠层及该第二外延叠层之间，该中间层包含pn结。

15.如权利要求13所述的半导体元件，其特征在于，该第一活性区及该第二活性区都发出波峰波长为730nm至1100nm的红外光。

16.如权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，该第一半导体结构为p型，且该第二半导体结构为n型。

17.如权利要求1所述的半导体元件，还包括接合结构及基底，该接合结构位于该第一外延叠层及该基底之间。

18.如权利要求17所述的半导体元件，还包括反射层位于该第一外延叠层及该接合结构之间。

19.如权利要求17所述的半导体元件，还包括第二电极，该第二电极连接该基底远离该第一半导体结构的一侧。

20.一种半导体组件，包括：

封装基板；

如权利要求1～19中任一所述的半导体元件，位于该封装基板上；以及

封装层，覆盖该半导体元件。