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CN114447167A - 半导体元件 - Google Patents

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CN114447167A
CN114447167A CN202210008925.5A CN202210008925A CN114447167A CN 114447167 A CN114447167 A CN 114447167A CN 202210008925 A CN202210008925 A CN 202210008925A CN 114447167 A CN114447167 A CN 114447167A
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CN
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semiconductor
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electron blocking
energy level
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CN202210008925.5A
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潘永中
蔡长祐
胡庆忠
陈明宝
沈圻
连伟杰
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Original Assignee
Epistar Corp
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Abstract

本发明公开一种半导体元件，其包含︰第一半导体结构；第二半导体结构，位于第一半导体结构上；活性区域，位于第一半导体结构以及第二半导体结构之间，活性区域包含交替的阱层以及阻障层，且各阻障层具有一能阶，活性区域还包含一面对第二半导体结构的上表面以及一相对于上表面的底表面；以及多个交替的第三半导体层以及第四半导体层位于第一半导体结构及活性区域之间；其中，第三半导体层的能阶大于第四半导体层的能阶；每一个第四半导体层包含一三族元素，且每一个第四半导体层的三族元素各具有一最高含量，较靠近活性区域的第四半导体层中的最高含量高于较靠近第一半导体结构的第四半导体层中的最高含量。

Description

半导体元件
本申请是中国发明专利申请(申请号：201810076542.5，申请日：2018年01月26日，发明名称：半导体元件)的分案申请。
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含铝层的半导体元件。
背景技术
发光二极管被广泛地用于固态照明光源。相较于传统的白炽灯泡和荧光灯，发光二极管具有耗电量低以及寿命长等优点，因此发光二极管已逐渐取代传统光源，并且应用于各种领域，如交通号志、背光模块、路灯照明、医疗设备等。
发明内容
本发明提供一种半导体元件，其包含：第一半导体结构；第二半导体结构，位于第一半导体结构上；活性区域，位于第一半导体结构以及第二半导体结构之间，活性区域包含交替的阱层以及阻障层，且各阻障层具有一能阶，活性区域还包含一面对第二半导体结构的上表面以及一相对于上表面的底表面；以及多个交替的第三半导体层以及第四半导体层位于第一半导体结构及活性区域之间；其中，第三半导体层的能阶大于第四半导体层的能阶；每一个第四半导体层包含一三族元素，且每一个第四半导体层的三族元素各具有一最高含量，较靠近活性区域的第四半导体层中的最高含量高于较靠近第一半导体结构的第四半导体层中的最高含量。
本发明提供一种半导体元件，其包含：第一半导体结构；第二半导体结构，位于第一半导体结构上；活性区域，位于第一半导体结构以及第二半导体结构之间，活性区域包含交替的阱层以及阻障层，且各阻障层具有一能阶，活性区域还包含一面对第二半导体结构的上表面以及一相对于上表面的底表面；电子阻挡区域，位于第二半导体结构以及活性区域之间，电子阻挡区域包含第一电子阻挡层，第一电子阻挡层的能阶大于其中一阻障层的能阶；含铝层，位于电子阻挡区域以及活性区域之间，及/或电子阻挡区域以及第二半导体结构之间，含铝层的能阶大于第一电子阻挡层的能阶；限制层，位于活性区域以及含铝层之间，限制层的厚度小于其中一阻障层的厚度。
附图说明
图1为本发明的第一实施例的半导体元件的剖视图；
图2为本发明的第一实施例的半导体元件的部分范围的元素的浓度或离子强度与深度的关系图；
图3为图2的部分范围的放大图；
图4为本发明的比较实施例的半导体元件的部分范围的元素的浓度或离子强度与深度的关系图；
图5为本发明的第二实施例的半导体元件的剖视图；
图6为本发明的第三实施例的半导体元件的部分范围的穿透式电子显微镜(transmission electron microscopy，TEM)影像图；
图7为本发明的第四实施例的半导体元件的剖视图；
图8为本发明的第四实施例的半导体元件的部分范围的穿透式电子显微镜(transmission electron microscopy，TEM)影像图；
图9为本发明的第四实施例的半导体元件的部分范围的元素的浓度或离子强度与深度的关系图；
图10为图9的部分范围的放大图；以及
图11为本发明的第五实施例的半导体元件的剖视图。
符号说明
10：基板 20：缓冲层
30：活性区域 31:阱层
32:阻障层 33:上表面
34:底表面 40：第一半导体结构
50:电子阻挡区域 60:第二半导体结构
61:第二半导体层 62:接触层
70:第一含铝层 80:第一电极
90:第二电极 100:p型掺杂物
X:三族元素 110:第二电子阻挡层
120:限制层 130:第二含铝层
140:半导体叠层 P:峰形
V:峰值浓度 D:距离
D1:距离
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，相似或相同的部分是使用相同的标号，并且在附图中，元件的形状或厚度可扩大或缩小。需特别注意的是，图中未绘示或说明书未描述的元件，可以是熟悉此技术的人士所知的形式。
在本发明中，如果没有特别的说明，通式AlGaAs代表AlxGa(1-x)As，其中0≤x≤1；通式AlInP代表AlxIn(1-x)P，其中0≤x≤1；通式AlGaInP代表(AlyGa(1-y))1-xInxP，其中0≤x≤1，0≤y≤1；通式AlGaN代表AlxGa(1-x)N，其中0≤x≤1；通式AlAsSb代表AlAs(1-x)Sbx，其中0≤x≤1；通式InGaP代表InxGa1-xP，其中0≤x≤1；通式InGaAsP代表InxGa1-xAs1-yPy，其中0≤x≤1，0≤y≤1；通式InGaAsN代表InxGa1-xAs1-yNy，其中0≤x≤1，0≤y≤1；通式AlGaAsP代表AlxGa1-xAs1-yPy，其中0≤x≤1，0≤y≤1；通式InGaAs代表InxGa1-xAs，其中0≤x≤1；通式InGaN代表InxGa1–xN，其中0≤x≤1；通式InAlGaN代表InxAlyGa1-x-yN，其中0≤x≤1，0≤y≤1。调整元素的含量可以达到不同的目的，例如但不限于，调整能阶或是调整一发光元件的主发光波长。
本发明的半导体元件包含的每一层的组成以及掺杂物可用任何适合的方式分析，例如二次离子质谱仪(secondary ion mass spectrometer，SIMS)。
本发明的半导体元件包含的每一层的厚度可用任何适合的方式分析，例如穿透式电子显微镜(transmission electron microscopy，TEM)或是穿透式电子显微镜(scanningelectron microscope，SEM)，用于配合例如于SIMS图谱上的各层深度位置。
在本发明中，如果没有特别的说明，用语「峰形」是指包含两段具有彼此相反符号的斜率的线段的线轮廓，更具体而言，是指包含两段相邻且具有彼此相反符号的斜率的线段的线轮廓。亦即，其中一线段的斜率为正值，另一线段的斜率为负值。
在本发明中，如果没有特别的说明，用语「峰值浓度」是指峰形的两段相反符号的斜率的线段之间的最高浓度值。
图1为本发明的第一实施例的半导体元件的剖视图。图2为本发明的第一实施例的半导体元件的部分范围的元素的浓度或离子强度与深度的关系图，此关系图是使用二次离子质谱仪获得。
半导体元件包含一基板10、一位于基板10上的缓冲层20、一位于缓冲层2上的活性区域30、一位于活性区域30以及缓冲层20之间的第一半导体结构40、一位于活性区域30上的电子阻挡区域50、一位于电子阻挡区域50上的第二半导体结构60以及一位于活性区域30以及电子阻挡区域50之间的第一含铝层70。半导体元件还包含一第一电极80以及一第二电极90。第一电极80和第一半导体结构40电连接。第二电极90和第二半导体结构60电连接。活性区域30包含一面对第一含铝层70的上表面33以及一和上表面33相对的底表面34。半导体元件还包含一位于活性区域30的底表面34上的p型掺杂物。具体而言，位于活性区域30上的其中一层或多层包含p型掺杂物100。在本实施例中，p型掺杂物100在第二半导体结构60以及电子阻挡区域50内。在本实施例中，第二半导体结构60包含一位于电子阻挡区域50上的第二半导体层61以及一位于第二半导体层61上的接触层62。在另一实施例中，第二半导体结构60包含一单一的第二半导体层61或单一的接触层62。
活性区域30包含多个交替的阱层31和阻障层32。每一个阻障层32具有一第一能阶。每一个阱层31具有一第二能阶。在一实施例中，其中一阻障层32的第一能阶不小于其中一阱层31的第二能阶，且较佳的，其中一阻障层32的第一能阶大于其中一阱层31的第二能阶。在一实施例中，每一个阻障层32的第一能阶不小于每一个阱层31的第二能阶，且较佳的，每一个阻障层32的第一能阶大于每一个阱层31的第二能阶。阱层31包含三五族半导体材料包含一三族元素X。在一实施例中，X为铟。在本实施例中，阱层31包含InaGa1–aN，其中0<a≤1。阻障层32包含AlbGa1–bN，其中0≤b≤1。在一实施例中，阻障层32包含GaN。在另一实施例中，0<b≤0.2。每一个阻障层32具有一厚度。每一个阱层31具有一厚度。其中一阻障层32的厚度大于其中一阱层31的厚度。较佳的，每一个阻障层32的厚度大于每一个阱层31的厚度。较佳的，每一个阻障层32的厚度不大于20纳米(nm)，且更佳的，不小于3nm。在本实施例中，所有阻障层32的厚度大致相同。每一个阱层31的厚度不大于10nm，且更佳的，不小于1nm。在本实施例中，所有阱层31的厚度大致相同。在一实施例中，最接近第一半导体结构40的阱层31包含底表面34。在另一实施例中，最接近第一半导体结构40的阻障层32包含底表面34。在本实施例中，最接近电子阻挡区域50的阱层31包含上表面33。
图3为图2的部分范围的放大图。p型掺杂物100的浓度以及三族元素X的相对离子强度可被得知。在本实施例中，p型掺杂物100为镁(Magnesium，Mg)，三族元素X为铟。除了三族元素X，半导体元件内的一些元素并未显示于图2以及图3，例如氮(nitrogen，N)、镓(gallium，Ga)、铝(aluminum，Al)以及硅(silicon，Si)。请参阅图3，在本实施例中，活性区域30的上表面33位于大约185nm的深度位置。在本实施例中，活性区域30的上表面33与半导体元件最上层的半导体表面之间的距离小于200nm。在本发明中，最上层的半导体表面是指半导体元件中最上层的半导体层的上表面。在本实施例中，最上层的半导体表面是接触层62的上表面。
在本实施例中，电子阻挡区域50包含一第一电子阻挡层(图未示)。第一电子阻挡层具有一第三能阶，第三能阶大于其中一阻障层32的第一能阶。较佳的，第三能阶大于每一个阻障层32的第一能阶。在本实施例中，电子阻挡区域50包含一单一层的第一电子阻挡层，其包含IncAldGa1-c-dN，其中0≤c≤1，0≤d≤1,较佳的，0≤c≤0.005，0<d≤0.5。在另一实施例中(图未示)，电子阻挡区域50包含多个交替的第一电子阻挡层以及第二阻障层，其中每一个第一电子阻挡层的第三能阶大于其中第二阻障层的能阶，较佳的，每一个第一电子阻挡层的第三能阶大于每一个第二阻障层的能阶。第二阻障层包含IneAlfGa1-e-fN，其中0≤e≤1，0≤f≤1。较佳的，f<d。一个单一第一电子阻挡层以及一邻近的单一第二阻障层视为一对。在一实施例中，第一电子阻挡层以及第二阻障层的对数介于5至10之间(即≥5且≤10)。在本实施例中，多个第一电子阻挡层的材料相同。多个第二阻障层的材料相同。多个交替的第一电子阻挡层以及第二阻障层可增进半导体元件的发光效率。在另一实施例中，多个第一电子阻挡层可包含不同的材料。在另一实施例中，多个连续的第一电子阻挡层中，其中一三族元素的含量是以活性区域30朝向电子阻挡区域50的方向渐变。在另一实施例中，多个连续的第一电子阻挡层中，铝含量是以活性区域30朝向电子阻挡区域50的方向渐变。
第一含铝层70具有一第四能阶，其大于第一电子阻挡层的第三能阶。第一含铝层70包含AlgGa(1-g)N，其中0.5<g≤1，且较佳的，0.7<g≤1。在一实施例中，第一含铝层70包含AlN。在一实施例中，若元素镓显示于SIMS图谱上，在第一含铝层70的深度位置，镓的强度会低于活性区域30的深度位置的镓的强度。在本实施例中，第一含铝层70具有一厚度，其不小于0.5nm，且不大于15nm，更加的，不大于10nm。第一含铝层70的介于0.5nm至15nm之间(即≥0.5nm且￡15nm)的厚度可以减少p型掺杂物100扩散至活性区域30内。如果第一含铝层70的厚度小于0.5nm，其阻挡p型掺杂物100扩散至活性区域30内的能力会劣化且半导体元件的静电放电防护能力会变差。如果第一含铝层70的厚度大于15nm，半导体元件的电性例如起始电压或是漏电流等会变差。
请参阅图3，p型掺杂物100包含一浓度轮廓，浓度轮廓包含一峰形P，峰形P具有一峰值浓度V，峰值浓度V位于自活性区域30上表面33起15nm至60nm的一距离D内，较佳的，峰值浓度V位于自活性区域30上表面33起15nm至40nm的一距离D内。在本实施例中，峰值浓度V位于自活性区域30上表面33起大约36nm的距离D。峰值浓度V大于1×1018/cm3，且较佳的，大于1×1019/cm3，且更佳的，不超过1×1021/cm3。在本实施例中，峰值浓度V位于第二半导体结构60内。如图3所示，最邻近电子阻挡区域50的阱层31隔壁的阱层31，即，由电子阻挡区域50的方向数来的第二个阱层31，其位于大约199nm至205nm的深度位置。p型掺杂物100位于由电子阻挡区域50的方向数来的第二个阱层31内的浓度不大于1×1018/cm3，且较佳的，不大于6×1017/cm3。在本实施例中，半导体元件中最上层的半导体表面与峰值浓度V之间的距离D1小于160nm，且较佳的，介于100nm至160nm之间(即≥100nm且￡160nm)。
图4为本发明的比较实施例的半导体元件的部分范围的元素的浓度或相对离子强度与深度的关系图。本发明的比较实施例的半导体元件包含与第一实施例的半导体元件实质上相同的结构，主要不同的地方在于比较实施例的半导体元件并未含有第一实施例中的第一含铝层70且电子阻挡区域50包含单一层第一电子阻挡层。如图4所示，活性区域30的上表面33位于大约102nm的深度位置。峰值浓度V位于自活性区域30上表面33起小于15nm的一距离D。故，比较实施例的半导体元件中，p型掺杂物100扩散进入活性区域30的量比第一实施例的半导体元件中p型掺杂物100扩散进入活性区域30的量还多，因此，比较实施例的半导体元件的发光效率低于本发明的第一实施例的半导体元件的发光效率。此外，比较实施例的半导体元件的静电放电防护能力较第一实施例的半导体元件的静电放电防护能力差。若比较实施例的半导体元件的静电放电防护能力要调整成与本发明的第一实施例的半导体元件相同的静电放电防护能力，其活性区域30的上表面33至最上层的半导体表面之间的总厚度要调整成大于200nm。
在本发明中，因为半导体元件包含第一含铝层70以及包含p型掺杂物100，其峰值浓度V位于自活性区域30上表面33起15nm至60nm的一距离D内，本发明的半导体元件同时具有空穴注入效率提升以及缓和p型掺杂物100扩散进入活性区域300的功效。此外，本发明的半导体元件也具有提升的静电放电防护能力。如前所述，为了要解决静电放电防护能力的问题，既有的半导体元件通常在P侧具有较厚的总厚度。然而，因为本发明的半导体元件中包含第一含铝层70以及包含p型掺杂物100，其峰值浓度V位于自活性区域30上表面33起15nm至60nm的一距离D内，本发明的半导体元件的静电放电防护能力提升。因此，相较于既有的半导体元件，在具有相同的静电放电防护能力，本发明的半导体元件在P侧可以具有较薄的总厚度。具体而言，在本发明的半导体元件中，其活性区域30的上表面33至半导体元件中最上层的半导体表面之间的距离小于200nm，或半导体元件中最上层的半导体表面与峰值浓度V之间的距离D1小于160nm，
图5为本发明的第二实施例的半导体元件的剖视图。本发明的第二实施例包含与第一实施例实质上相同的结构，不同的地方在于本实施例的半导体元件还包含一位于第一含铝层70的一侧上的第二电子阻挡层110。第二电子阻挡层110包含一第五能阶，第五能阶大于其中一阻障层的第一能阶。较佳的，第二电子阻挡层110的第五能阶大于每一个阻障层的第一能阶。第二电子阻挡层110的第五能阶比第一含铝层70的第四能阶低。在一实施例中，当电子阻挡区域50包含多个交替的第一电子阻挡层以及第二阻障层时，第二电子阻挡层110的第五能阶高于每一个第二阻障层的能阶。在本实施例中，第一含铝层70位于第二电子阻挡层110以及电子阻挡区域50之间。在另一实施例中，第一含铝层70位于活性区域30以及第二电子阻挡层110之间。第二电子阻挡层110包含InhAliGa1-h-iN，其中0≤h≤1,0≤i≤1。较佳的，0<d、i<g≤1。于另一实施例中，0≤h≤0.05，0<i≤0.3，较佳的，0.05≤i≤0.3。如果i小于0.05，半导体元件的静电放电防护能力会变差。如果i大于0.3，半导体元件的起始电压会变高。第二电子阻挡层110具有一介于3nm至20nm之间(即≥3nm且￡20nm)的厚度。第二电子阻挡层110与第一含铝层70以及电子阻挡区域50搭配，可以更进一步的增加半导体元件的发光效率
图6为本发明的第三实施例的半导体元件的部分范围的穿透式电子显微镜(transmission electron microscopy，TEM)影像图。本发明的第三实施例包含与第二实施例实质上相同的结构，不同的地方在于本实施例的半导体元件还包含一限制层120。限制层120位于活性区域30以及第一含铝层70之间。在本实施例中，第一含铝层70位于活性区域30以及第二电子阻挡层110之间。在另一实施例中，第一含铝层70位于第二电子阻挡层110之间和电子阻挡区域50之间。限制层120包含一厚度，限制层120的厚度小于其中一阻障层32的厚度，较佳的，限制层120的厚度小于每一个阻障层32的厚度。限制层120的厚度不小于3nm且不大于10nm。限制层120的厚度若小于3nm会导致漏电流。限制层120包含InjAlkGa(1-j-k)N，其中0≤j≤1，0≤k≤1。于一实施例中，限制层120的材料与其中一阻障层32的材料相同。
在一实施例中，第一含铝层70与活性区域30的上表面33的距离至少为3nm，且不超过20nm。具体而言，第一含铝层70的底表面以及活性区域30的上表面33之间的距离至少为3nm，且不超过20nm。即，第一含铝层70与活性区域30物理上分离。如果第一含铝层70与活性区域30之间的距离小于3nm，p型掺杂物100扩散进入活性区域30的量会增加，进而劣化活性区域30的品质。如果第一含铝层70与活性区域30之间的距离大于20nm，空穴注入效率会变差。半导体元件可包含任何具有厚度介于3nm至20nm之间(即≥3nm且￡20nm)的单层或是总厚度介于3nm至20nm之间(即≥3nm且￡20nm)的多层位于第一含铝层70与活性区域30之间。在一实施例中，限制层120位于第一含铝层70与活性区域30之间以将第一含铝层70与活性区域30分开在介于3nm至20nm(即≥3nm且￡20nm)的距离内。在另一实施例中，第二电子阻挡层110位于第一含铝层70以及活性区域30之间以将第一含铝层70与活性区域30分开在介于3nm至20nm(即≥3nm且￡20nm)的距离内。在另一实施例中，限制层120和第二电子阻挡层110同时位于第一含铝层70以及活性区域30之间以将第一含铝层70与活性区域30分开在介于3nm至20nm(即≥3nm且￡20nm)的距离内。
图7为本发明的第四实施例的半导体元件的剖视图。图8为本发明的第四实施例的半导体元件的部分范围的穿透式电子显微镜(transmission electron microscopy，TEM)影像图。本发明的第四实施例包含与第三实施例实质上相同的结构，不同的地方在于本实施例的半导体元件还包含一第二含铝层130位于相反于第一含铝层70的第二电子阻挡层110的一侧上。第二含铝层130具有一第六能阶，其大于第二电子阻挡层110的第五能阶。第二含铝层130包含AlmGa(1-m)N，其中0.5<m≤1，且较佳的，0.7<m≤1。又较佳的，0<d、i<g、m≤1。在一实施例中，第二含铝层130包含AlN。在一实施例中，第一含铝层70和第二含铝层130包含相同的材料。第二含铝层130具有一介于0.5nm至15nm(即≥0.5nm且≤15nm)之间的厚度。第二含铝层130的厚度与第一含铝层70的厚度的比例介于0.8至1.2(即≥0.8且≤1.2)之间。
图9为本发明的第四实施例的半导体元件的部分范围的元素的浓度或相对离子强度与深度的关系图。图10为图9的部分范围的放大图，其中p型掺杂物100的浓度以及三族元素X的相对离子强度可被得知。在本实施例中，p型掺杂物100为镁(Magnesium，Mg)，三族元素X为铟。除了三族元素X，半导体元件内的一些元素并未显示于图9以及图10，例如氮(nitrogen，N)、镓(gallium，Ga)、铝(aluminum，Al)以及硅(silicon，Si)。在本实施例中，活性区域30的上表面33位于大约82nm的深度位置。如第一实施例所述，p型掺杂物100包含一浓度轮廓，浓度轮廓包含一峰形P，峰形P具有一峰值浓度V。峰值浓度V位于自活性区域30上表面33起15nm至60nm的一距离D内，在本实施例中，峰值浓度V位于自活性区域30上表面33起大约28nm的距离D。在本实施例中，峰值浓度V位于电子阻挡区域50内。请参阅图10，最邻近电子阻挡区域50的阱层31隔壁的阱层31，即，由电子阻挡区域50的方向数来的第二个阱层31，其位于大约97nm至102nm的深度位置。p型掺杂物100位于由电子阻挡区域50的方向数来的第二个阱层31内的浓度不大于1×1018/cm3，且较佳的，不大于6×1017/cm3。在本实施例中，半导体元件中最上层的半导体表面与峰值浓度V之间的距离D1小于100nm，且较佳的，介于30nm至80nm之间(即≥30nm且≤80nm)。在本实施例中，峰值浓度V位于自活性区域30上表面33起大约36nm的距离D。峰值浓度V大于1×1018/cm3，且较佳的，大于1×1019/cm3。在本实施例中，峰值浓度V约为1×1020/cm3。此外，峰形P包含一半高宽(full width at halfmaximum，FWHM)，其介于5nm至50nm(即≥5nm且≤50nm)之间，且较佳的，介于10nm至30nm(即≥10nm且≤30nm)之间。在本实施例中，因峰值浓度V约为1×1020/cm3，半高宽大约为峰形P在浓度约为5×1019/cm3的位置，因此半高宽大约为18nm。在本实施例中，通过同时包含第一含铝层70以及第二含铝层130，p型掺杂物100可以较集中于靠近活性区域30的范围，不会过度向最上层的半导体表面或是向活性区域30扩散。因此，峰形P包含介于5nm至50nm(即≥5nm且≤50nm)之间的半高宽可增加空穴注入效率。此外，本发明的半导体元件因为同时包含第一含铝层70以及第二含铝层130，也具有提升的静电放电防护能力。在本实施例中，因本发明的半导体元件具有提升的静电放电防护能力，相较于缺乏第一含铝层70以及第二含铝层130的半导体元件，本发明的半导体元件在P侧可以具有较薄的总厚度。即，在本实施例中，半导体元件中最上层的半导体表面与峰值浓度V之间的距离D1小于100nm。
图11为本发明的第五实施例的半导体元件的剖视图。本发明的第四实施例包含与第四实施例实质上相同的结构，不同的地方在于本实施例的半导体元件还包含一位于活性区域30以及第一半导体结构40之间的半导体叠层140。半导体叠层140包含多个交替的第三半导体层(图未示)以及第四半导体层(图未示)，其中一个单一第三半导体层以及一邻近的单一第四半导体层视为一对。第三半导体层以及第四半导体层包含三五族半导体材料。一对中的第三半导体层的能阶大于第四半导体层的能阶。第三半导体层包含InnGa1–nN，其中0≤n≤1，且第四半导体层包含InPGa1–PN，其中0≤P≤1。在一实施例中，第三半导体层包含GaN。在一实施例中，每一个第四半导体层包含一三族元素，其具有一最高含量，且越靠近活性区域30的第四半导体层的三族元素的最高含量是高于远离活性区域30的第四半导体层的三族元素的最高含量。在本实施例中，三族元素包含铟。具体的，在其中一第四半导体层中，部分的第四半导体层的铟含量是以朝向活性区域30的方向渐变。较佳的，在其中一第四半导体层中，部分的第四半导体层的铟含量是以朝向活性区域30的方向渐增。在一实施例中，较靠近活性区域30的第四半导体层中的最高铟含量高于较靠近基板10的第四半导体层中的最高铟含量。因此，第四半导体层中的最高铟含量是以朝向活性区域30的方向渐增。本实施例的半导体元件因包含半导体叠层140，其包含渐增的铟含量，可进一步增加发光效率。此外，半导体叠层140因同时包含第一含铝层70、第二含铝层130以及半导体叠层140，其发光效率以及静电放电防护能力同时会提升，且不会影响起始电压以及漏电流的特性。
本发明的半导体元件包含一发光二极管、一激光或一功率装置。在一实施例中，半导体元件包含一发光二极管，其发出的峰值波长未在可见光范围或是不可见光范围，较佳的，位于蓝光范围或是紫外光范围。较佳的，峰值波长位于300nm至500nm(即≥300nm且≤500nm)之间，且较佳的，位于350nm至480nm(即≥350nm且≤480nm)之间。在一实施例中，激光为一垂直共振的半导体激光。
在一实施例中，第一电极80和第二电极90分别位于基板10的相反两侧。在此实施例中，基板10包含氧化铝(AlOx)，且其表面有周期排列的凸出物。导电材料。
基板10具有一足够厚的厚度用于支撑位于其上的层以及结构，例如，大于100μm，且更佳的，不超过300μm。在一实施例中，基板10包含养导电材料，其包含(Si)、锗(Ge)、铜(Cu)、钼(Mo)、钨钼合金(MoW)、氮化铝(AlN)、氧化锌(ZnO)或铜钨(CuW)。
缓冲层20是为了降低缺陷以及增进成长于其上的外延层的品质。缓冲层20包含AltGa1–tN，其中0≤t≤1。在一实施例中，缓冲层20包GaN。在另一实施例中，缓冲层20包AlN。缓冲层形成的方式可以为外延或是物理气象沉积(physical vapor deposition，PVD)。
在一实施例中，第一半导体结构40包含一第一半导体层，其包含AlqGa1–qN，其中0≤q≤1。在一实施例中，第一半导体层包含n型GaN。在另一实施例中，0<q≤0.1，用于提高发光效率。第一半导体层具有一不小于100nm的厚度，且较佳的，不超过3000nm。第一半导体层中n型掺杂物的浓度大于1×1018/cm3，且较佳的，大于5×1018/cm3，又更佳的，介于5×1018/cm3以及5×1021/cm3(即≥5×1018/cm3且≤5×1021/cm3)之间。n型掺杂物可以例如为，但不限于硅。在另一实施例中，第一半导体结构40还包含另一半导体层，其导电型态与第一半导体层相同。
第一电极80以及第二电极90用于与一外接电源连接且传导一在两者之间的电流。第一电极80以及第二电极90的材料包含透明导电材料或是金属材料。透明导电材料包含透明导电氧化物，其包含氧化铟锡(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(Zn2SnO4，ZTO)、镓掺杂氧化锌(gallium doped zincoxide，GZO)，钨掺杂氧化铟(tungsten doped indium oxide，IWO)、氧化锌(ZnO)或氧化铟锌(IZO)。金属材料包含金(Au)、铂(Pt)、锗金镍(GeAuNi)、钛(Ti)、铍金(BeAu)、锗金(GeAu)、铝(Al)、锌金(ZnAu)或镍(Ni)。
接触层62内的p型掺杂物100的浓度大于1×1018/cm3，又更佳的，大于1×1019/cm3，且更佳的，介于1×1019/cm3以及5×1022/cm3(即≥1×1019/cm3且≤5×1022/cm3)之间。接触层62的材料包含三五族半导体材料，例如AlrGa1–rN，其中0≤r≤1。在一实施例中，0<r≤0.1，且较佳的，0<r≤0.0.5，用于提升发光效率。在另一实施例中，接触层62包含GaN。接触层62具有一不超过15nm的厚度，且较佳的，超过3nm。
第二半导体层61包含三五族半导体材料，例如AlsGa1–sN，其中0≤s≤1。在一实施例中，第二半导体层61包含GaN。第二半导体层61的厚度大于接触层62的厚度。第二半导体层61的厚度大于20nm，且较佳的，不超过300nm。第二半导体层61内的p型掺杂物100的浓度小于接触层62内的p型掺杂物100的浓度。较佳的，第二半导体层61内的p型掺杂物100的浓度大于1×1017/cm3，且更佳的，不超过1×1022/cm3。
执行外延成长的方式包含但不限于金属有机化学气相沉积(metal-organicchemical vapor deposition，MOCVD)、氢化物气相外延法(hydride vapor phaseepitaxial，HVPE)、或是液相晶体外延生长(liquid-phase epitaxy，LPE)。
在本发明的另一实施例中，前面所述的实施例中的元件或结构可改变或是互相结合。例如，图2所示的半导体元件可包含半导体叠层140。
需注意的是，本发明所列举的各实施例仅用以说明本发明，并非用以限制本发明的范围。任何人对本发明所作显而易见的修饰或变更都不脱离本发明的精神与范围。不同实施例中相同或相似的构件，或者不同实施例中具相同标号的构件都具有相同的物理或化学特性。此外，本发明中上述的实施例在适当的情况下，是可互相组合或替换，而非仅限于所描述的特定实施例。在一实施例中详细描述的特定构件与其他构件的连接关系也可以应用于其他实施例中，且均落于所附的本发明的权利要求保护范围的范畴中。

Claims (10)

1.一种半导体元件，其特征在于，包含:
第一半导体结构；
第二半导体结构，位于该第一半导体结构上；
活性区域，位于该第一半导体结构以及该第二半导体结构之间，该活性区域包含交替的阱层以及阻障层，且各阻障层具有一能阶，该活性区域还包含一面对该第二半导体结构的上表面以及一相对于该上表面的底表面；以及
多个交替的第三半导体层以及第四半导体层位于该第一半导体结构及该活性区域之间；
其中，该第三半导体层的能阶大于该第四半导体层的能阶；
每一个该第四半导体层包含一三族元素，且每一个该第四半导体层的该三族元素各具有一最高含量，较靠近该活性区域的该第四半导体层中的该最高含量高于较靠近该第一半导体结构的该第四半导体层中的该最高含量。
2.如权利要求1所述的半导体元件，还包含:
电子阻挡区域，位于该第二半导体结构以及该活性区域之间，该电子阻挡区域包含第一电子阻挡层，该第一电子阻挡层的能阶大于其中一该等阻障层的能阶；以及
含铝层，位于该电子阻挡区域以及该活性区域之间，及/或位于该电子阻挡区域以及该第二半导体结构之间，该含铝层的能阶大于该第一电子阻挡层的能阶。
3.一种半导体元件，其特征在于，包含:
第一半导体结构；
第二半导体结构，位于该第一半导体结构上；
活性区域，位于该第一半导体结构以及该第二半导体结构之间，该活性区域包含交替的阱层以及阻障层，且各阻障层具有一能阶，该活性区域还包含一面对该第二半导体结构的上表面以及一相对于该上表面的底表面；
电子阻挡区域，位于该第二半导体结构以及该活性区域之间，该电子阻挡区域包含第一电子阻挡层，该第一电子阻挡层的能阶大于其中一该等阻障层的能阶；
含铝层，位于该电子阻挡区域以及该活性区域之间，及/或位于该电子阻挡区域以及该第二半导体结构之间，该含铝层的能阶大于该第一电子阻挡层的能阶；
限制层，位于该活性区域以及该含铝层之间，该限制层的厚度小于其中一该等阻障层的厚度。
4.如权利要求3所述的半导体元件，其中该限制层的厚度不小于3nm且不大于10nm。
5.如权利要求3所述的半导体元件，其中该限制层的材料与其中一该阻障层的材料相同。
6.如权利要求3所述的半导体元件，其中该含铝层与该活性区域的该上表面的距离至少为3nm且不超过20nm。
7.如权利要求2或3所述的半导体元件，还包含p型掺杂物位于该活性区域的底表面以上，该p型掺杂物包含一浓度轮廓，该浓度轮廓包含一峰形，该峰形具有一峰值浓度，该峰值浓度位于该活性区域的该上表面起15nm至60nm的一距离内。
8.如权利要求2或3所述的半导体元件，其中该含铝层位于该电子阻挡区域以及该活性区域之间，且该电子阻挡区域包含多个交替的该第一电子阻挡层以及第二阻障层，其中每一个该第一电子阻挡层的该能阶大于该第二阻障层的能阶。
9.如权利要求7所述的半导体元件，其中该峰值浓度位于该电子阻挡区域内。
10.如权利要求7所述的半导体元件，其中该p型掺杂物位于由该电子阻挡区域的方向数来的第二个阱层内的浓度不大于1×1018/cm3。
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