TWI871503B

TWI871503B - 光電半導體元件

Info

Publication number: TWI871503B
Application number: TW111107452A
Authority: TW
Inventors: 林俊宇; 鄭偉文; 吳長修; 邱毅揚
Original assignee: 晶元光電股份有限公司
Priority date: 2022-03-02
Filing date: 2022-03-02
Publication date: 2025-02-01
Also published as: TW202337043A

Abstract

一種光電半導體元件，包含磊晶結構；第一絕緣結構，覆蓋磊晶結構，且由剖面觀之，第一絕緣結構包含互相分離的複數個第一絕緣部及複數個第一開孔，第一開孔位於兩相鄰的第一絕緣部之間；接觸結構，覆蓋該磊晶結構；第一導電層，覆蓋接觸結構及第一絕緣結構；以及第二絕緣結構，覆蓋第一導電層，且由剖面觀之，第二絕緣結構包含互相分離的複數個第二絕緣部及複數個第二開孔，第二開孔位於兩相鄰的第二絕緣部之間，且第二絕緣部對應於第一絕緣部的位置。

Description

光電半導體元件

本揭露是關於半導體元件，特別是關於一種光電半導體元件。

半導體元件的用途十分廣泛，相關材料的開發研究也持續進行。舉例來說，包含III族及V族元素的III-V族半導體材料可應用於各種光電半導體元件如發光晶片(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(例如：開關或整流器的功率元件)，能用於照明、醫療、顯示、通訊、感測、電源系統等領域。隨著科技的發展，現今對於光電半導體元件仍存在許多技術研發的需求。雖然現有的光電半導體元件大致上已經符合多種需求，但並非在各方面皆令人滿意，仍需要進一步的改良。

本揭露實施例提供一種光電半導體元件，包含磊晶結構；第一絕緣結構，覆蓋磊晶結構，且由剖面觀之包含互相分離的複數個第一絕緣部及複數個第一開孔，第一開孔位於兩相鄰的第一絕緣部之間；接觸結構，覆蓋該磊晶結構；第一導電層，覆蓋於接觸結構及第一絕緣結構上；以及第二絕緣結構，覆蓋第一導電層，且由剖面觀之包含互相分離的複數個第二絕緣部及複數個第二開孔，第二開孔位於兩相鄰的第二絕緣部之間，且所述第二絕緣部對應於所述第一絕緣部的位置。

本揭露實施例提供一種光電半導體元件，包含磊晶結構；第一絕緣結構，覆蓋磊晶結構，且由剖面觀之包含互相分離的複數個第一絕緣部及複數個第一開孔，第一開孔位於兩相鄰的第一絕緣部之間；接觸結構，覆蓋該磊晶結構；第一導電層，覆蓋於接觸結構及第一絕緣結構上；以及第二絕緣結構，覆蓋第一導電層，且由剖面觀之包含互相分離的複數個第二絕緣部及複數個第二開孔，第二開孔位於兩相鄰的第二絕緣部之間，且所述第二絕緣部具有第一部份與接觸結構重疊及第二部分與接觸結構不重疊。

10:光電半導體元件

20:光電半導體元件

21:封裝基板

22:通孔

23:載體

23a:載體的第一部

23b:載體的第二部

25:接合線

26:接觸電極

26a:第一接觸墊

26b:第二接觸墊

28:封裝層

30:光電半導體元件

40:光電半導體元件

50:光電半導體元件

60:光電半導體元件

70:半導體組件

80:感測模組

100:基底

110:接合結構

120:接觸結構

120a:接觸部

120a1:第一下表面

125:第一絕緣結構

125a:第一絕緣部

125a1:第二下表面

126:第一開孔

130:第一導電層

135:第二絕緣結構

135a:第二絕緣部

135a1:第二絕緣部的第一部分

135a2:第二絕緣部的第二部分

136:第二開孔

140:第二導電層

145:反射層

150:第三導電層

155:第三絕緣結構

155a:第三絕緣部

200:磊晶結構

201:第一半導體結構

202:第二半導體結構

203:主動區

300:第一電極

301:第一電極墊

302:延伸電極

400:第二電極

811:第一半導體元件

812:出射光

820:承載體

821:第一擋牆

822:第二擋牆

823:第三擋牆

824:載板

825:第一空間

826:第二空間

831:第二半導體元件

832:入射光

A:方框

B:方框

A-A’:剖線

E1:邊緣

E2:邊緣

L1:出光表面

L2:接觸表面

R:反射結構

S:表面

S₁:第一表面

S₂:第二表面

S₃:第三表面

W1:第一寬度

W2:第二寬度

W3:第三寬度

W4:第四寬度

W5:第五寬度

由以下的詳細敘述配合所附圖式，可最好地理解本揭露實施例。應注意的是，依據在業界的標準做法，各種特徵並未按照比例繪製且僅用於說明。事實上，可任意地放大或縮小各種元件的尺寸，以清楚地表現出本揭露實施例之特徵。

第1圖是根據本揭露的一實施例，繪示出光電半導體元件的剖面示意圖。

第2圖是根據本揭露的另一實施例，繪示出光電半導體元件對應第1圖中的方框A的位置的局部剖面示意圖。

第3圖是根據本揭露的一實施例，繪示出光電半導體元件對應第1圖中的方框A的位置的局部剖面示意圖。

第4圖是根據本揭露的一實施例，繪示出光電半導體元件對應第1圖中的方框A的位置的局部剖面示意圖。

第5圖是根據本揭露的一實施例，繪示出光電半導體元件對應第1圖中的方框A的位置的局部剖面示意圖。

第6圖是根據本揭露的一實施例，繪示出光電半導體元件對應第1圖中的方框A的位置的局部剖面示意圖。

第7A圖是根據本揭露的一實施例，繪示出光電半導體元件一部分的上視示意圖。

第7B圖是根據本揭露的一實施例，繪示出光電半導體元件對應第7A圖中方框B的位置的局部上視示意圖。

第8圖是根據本揭露的一實施例之半導體組件的剖面結構示意圖。

第9圖是根據本揭露的一實施例之感測模組的部分剖面結構示意圖。

以下揭露提供了許多的實施例或範例，用於實施所提供的標的物之不同元件。各元件和其配置的具體範例描述如下，以簡化本揭露實施例之說明。當然，這些僅僅是範例，並非用以限定本揭露實施例。舉例而言，敘述中若提及第一元件形成在第二元件之上，可能包含第一和第二元件直接接觸的實施例，也可能包含額外的元件形成在第一和第二元件之間，使得它們不直接接觸的實施例。

再者，其中可能用到與空間相對用詞，例如「在……之下」、「下方」、「較低的」、「上方」、「較高的」等類似用詞，是為了便於描述圖式中一個(些)部件或特徵與另一個(些)部件或特徵之間的關係。空間相對用詞用以包括使用中或操作中的裝置之不同方位，以及圖式中所描述的方位。當裝置被轉向不同方位時(旋轉90度或其他方位)，其中所使用的空間相對形容詞也將依轉向後的方位來解釋。

除非另外定義，在此使用的全部用語(包含技術及科學用語)具有與本揭露所屬技術領域中具通常知識者所理解的相同涵義。應理解的是，這些用語例如在通常使用的字典中定義用語，應被解讀成具有與相關技術及本揭露的背景或上下文一致的意思，而不應以一理想化或過度正式的方式解讀，除非在本揭露實施例有特別定義。

本揭露內容的半導體元件包含的各層組成、摻質(dopant)及缺陷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)、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)；各層的厚度也可用任何適合的方式分析而得，例如：穿透式電子顯微鏡或是掃描式電子顯微鏡。

一般而言，在光電半導體元件中，由於絕緣結構與半導體層之間存在著折射率差異，因此絕緣結構對半導體層的覆蓋面積越大，越能增加絕緣結構反射光線的能力，然而覆蓋面積過大的絕緣結構也可能會造成光電半導體元件具有較少的電流路徑進而增加光電半導體元件的順向偏壓。。根據本揭露實施例，藉由光電半導體元件具有兩層以上的圖案化的絕緣結構，提升絕緣結構的覆蓋率C，並搭配導電層的設計來增加電流散布，從而提升元件亮度及維持正向偏壓，並使電光轉換效率(wall-plug efficiency；WPE)提升。

本揭露之光電半導體元件可包含發光晶片(例如，發光二極體或雷射二極體)、吸光晶片(例如，光電偵測器或太陽能電池)、或者不發光晶片(例如，開關或整流器的功率元件)。雷射二極體可為垂直共振腔面射型雷射二極體(vertical-cavity surface-emitting laser；VCSEL)。在下方描述的各種示意圖和例示性實施例中，相似的元件符號用來表示相似的元件。

第1圖是根據本揭露的一實施例，繪示出光電半導體元件10的剖面示意圖。在本實施例中，光電半導體元件10包含了基底100、接合結構110、反射結構R、磊晶結構200、第一電極300、以及第二電極400。在本揭露的各種實施例中，各種示意圖中的元件的上下順序並不代表其形成的順序。

繼續參見第1圖，磊晶結構200位於基底100上方。磊晶結構200具有出光表面L1，第一電極300及第二電極400分別位於磊晶結構200相對的上下兩側，第一電極300包含第一電極墊(參考第7A圖)及延伸電極302。具體而言，第一電極300位於磊晶結構200接近出光表面L1的一側，而第二電極400位於接近基底100且遠離出光表面L1的一側。

磊晶結構200可包含雙異質結構(double heterostructure；DH)、雙側雙異質結構(double-side double heterostructure；DDH)、量子點(quantum dot；QD)、或多重量子井(multiple quantum wells；MQW)結構。在一些實施例中，磊晶結構200為多重量子井結構。在本實施例中，磊晶結構200包含了第一半導體結構201、第二半導體結構202以及主動區203。磊晶結構200的出光表面L1為第二半導體結構202的表面。主動區203位於第一半導體結構201與第二半導體結構202之間。第一半導體結構201與第二半導體結構202可具有相異的導電類型，從而分別提供電子以及電洞，或分別提供電洞及電子。在本實施例中，第一半導體結構201、第二半導體結構202、以及主動區203可分別包含III-V族半導體材料，例如：包含鋁(Al)、鎵(Ga)、砷(As)、磷(P)、銦(In)、或氮(N)的III-V族半導體材料。具體而言，在本實施例中，上述III-V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、InGaAsN、或AlGaAsP)。在本實施例中，出光表面L1具有範圍為0.1微米至2微米的平均粗糙度，上述之平均粗糙度可降低主動區203發出的光在出光表面L1發生的反射，並提升光電半導體元件10的發光效率。

在本實施例中，光電半導體元件10為發光元件，且於光電半導體元件10操作時，電流可藉由第一電極300與第二電極400在光電半導體元件10中導通，使載子(例如：電子及電洞)於主動區203中產生復合(recombination)，能量便以光能的形式釋放出來，亦即發出光線，光線可藉由反射結構R使主動區203發出的光線朝光電半導體元件10的同一方向(出光表面L1)射出。

主動區203所發出的光線包含可見光或不可見光。光電半導體元件10發出的光線的波長取決於主動區203的材料組成。主動區203之材料可包含InGaAs、AlGaAsP或GaAsP、InGaAsP、AlGaAs、AlGaInAs、InGaP或AlGaInP。舉例來說：主動區203可以發射出峰值波長為700至1700nm的紅外光、峰值波長為610nm至700nm的紅光、或是峰值波長為530nm至600nm的黃光。於本實施例中，主動區203發出峰值波長為610nm至700nm的紅光。

在本實施例中，主動區203可包含一或多對由阻障層與阱層堆疊形成的半導體疊層(未繪出)，每一對半導體疊層之間可具有相同或不同的材料組成及能障。

基底100可用來支撐其上方的磊晶結構200。在本實施例中，基底100可包含半導體材料，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)、磷化碘(IP)、硒化鋅(ZnSe)、磷砷化鎵(GaAsP)、鍺(Ge)、或矽(Si)。在本實施例中，基底100為矽基底。

第一電極300以及第二電極400可用來與外部電源電性連接。第一電極300以及第二電極400可包含相同或不同的材料，例如分別包含金屬氧化物材料、金屬或合金。金屬氧化物材料包括但不限於銦錫氧化物(ITO)、氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、鎘錫氧化物(CTO)、銻錫氧化物(ATO)、鋁鋅氧化物(AZO)、鋅錫氧化物(ZTO)、鎵鋅氧化物(GZO)、銦鎢氧化物(IWO)、氧化鋅(ZnO)、或銦鋅氧化物(IZO)。金屬可列舉如鍺(Ge)、鈹(Be)、鋅(Zn)、金(Au)、鉑(Pt)、鈦(Ti)、鋁(Al)、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，如鍺金鎳(GeAuNi)、鈹金(BeAu)、鍺金(GeAu)、或鋅金(ZnAu)等。

在本實施例中，光電半導體元件10的反射結構R包含第一絕緣結構125、反射層145以及位於第一絕緣結構125與反射層145之間的第二絕緣結構135。第一絕緣結構125及第二絕緣結構135係為圖案化結構，圖案化的第一絕緣結構125及第二絕緣結構135可利用其絕緣的特性增加光電半導體元件10的電流散布，亦可利用第一絕緣結構125及第二絕緣結構135與磊晶結構200之間折射率的差異，使光線發生全反射的機率增加，以提升反射至出光表面L1的光量，藉此提升光電半導體元件10的亮度。

由剖面觀之，第一絕緣結構125具有互相分離的複數個第一絕緣部125a及複數個第一開孔126，第一開孔126設於相鄰兩個第一絕緣部125a之間，各第一開孔126具有第一寬度W1。同樣地，第二絕緣結構135具有互相分離的複數個第二絕緣部135a及複數個第二開孔136，第二開孔136設於相鄰兩個第二絕緣部135a之間。各第二開孔136具有第二寬度W2相同或不同於第一寬度W1。在本實施例中，第二寬度W2小於第一寬度W1，複數第一開孔126各對位於複數第二開孔136，即複數個第二絕緣部135a對應於該複數個第一絕緣部125a的位置。由上視觀之，第一絕緣結構125為連續之層狀結構，因具有複數個第一開孔126而形成圖案化；由上視觀之，第二絕緣結構135亦為連續之層狀結構，因具有複數個第一開孔126而形成圖案化，待後解說的7A、7B圖時再行詳述。複數個第一絕緣部125a各具有一第三寬度W3，複數個第二絕緣部135a各具有一第四寬度W4相同或不同於第三寬度W3。在本實施例中，第四寬度W4大於第三寬度W3；在另一實施例中，第四寬度W4小於第三寬度W3。

在本實施例中，反射結構R選擇性地另包含接觸結構120、第一導電層130或/及第二導電層140。接觸結構120覆蓋該磊晶結構200且包括複數個接觸部120a位於複數個第一開孔126中；第一導電層130位於第一絕緣結構125與第二絕緣結構135之間；第二導電層140填入複數個第二開孔136中。

在本實施例中，第一絕緣結構125可包含折射率(refractive index)小於2.5的絕緣材料，諸如氮化矽(SiN_x)、氧化鋁(AlO_x)、氧化矽(SiO_x)、氟化鎂(MgF_x)、或上述之組合。在本實施例中，第一絕緣結構125包含折射率小於1.7的絕緣材料，例如：第一絕緣結構125為包含氟化鎂(MgF₂)。在本實施例中，由於第一絕緣結構125與第一半導體結構201之間存在著極大的折射率差異(例如，折射率的差異大於1.5)，第一半導體結構201與第一絕緣結構125之間的界面的臨界角小於第一半導體結構201與接觸結構120之間的界面的臨界角，因此當主動區203發出的光射向第一絕緣結構125時，在第一半導體結構201與第一絕緣結構125之間的界面形成全反射的機率會增加，並減少了主動區203發出的光折射穿透第一絕緣結構125的機率。另一方面，第一絕緣結構125亦可防止電流直接由第一電極300的下方導通，從而增加電流散布。在本實施例中，第一絕緣結構125的厚度為200埃米至2500埃米，例如250埃；第二絕緣結構135的厚度為300埃米至2800埃米，例如800埃米。

詳言之，接觸結構120位於磊晶結構200遠離出光表面L1的一側，並與第一半導體結構201直接接觸。本實施例中，複數個接觸部120a亦直接接觸於第一導電層130。在本實施例中，第一電極300與複數個接觸部120a在垂直基底方向上互相錯位，藉此增加電流散布，進而提高光電半導體元件10的發光效率。在本實施例中，複數個接觸部120a的材料可包含例如III-V族半導體材料，例如：GaAs、GaP、或GaN。接觸結構120及第一半導體結構201可以為相同的半導體材料，且皆具有第一摻質，接觸結構120中的第一摻質濃度大於第一半導體結構201的第一摻質濃度，藉此獲得較低的接觸電阻，例如接觸結構120的摻雜濃度為5×10¹⁷/cm³至1×10²⁰/cm³。

在本實施例中，複數個接觸結構120與第一絕緣結構125在遠離磊晶結構200的出光表面L1實質上為共平面。換句話說，複數個接觸結構120與第一絕緣結構125兩者為同層設置，藉此可增加後續堆疊之膜層(例如：第一導電層130、第二導電層140、或反射層145)的平整度。例如：複數個接觸部120a各具有一第一下表面120a1遠離出光表面L1，且複數個絕緣結構125a各具有一第二下表面125a1遠離出光表面L1，第一下表面120a1與第二下表面125a1實質上共平面。

在本實施例中，第一導電層130覆蓋接觸結構120以及第一絕緣結構125。承上所述，由於複數個接觸部120與第一絕緣結構125為同層設置，因此第一導電層130為平坦的膜層。第一導電層130與接觸結構120直接接觸並形成電性連接，第一導電層130可包含透明導電氧化物(transparent conducting oxide；TCO)材料，包括但不限於銦錫氧化物(ITO)、氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、鎘錫氧化物(CTO)、銻錫氧化物(ATO)、鋁鋅氧化物(AZO)、鋅錫氧化物(ZTO)、鎵鋅氧化物(GZO)、氧化鋅(ZnO)、磷銦鈰氧化物(ICO)、銦鎢氧化物(IWO)、氧化銦鈦(ITiO)、銦鋅氧化物(IZO)、銦鎵氧化物(IGO)、鎵鋁鋅氧化物(GAZO)或上述之組合。第二導電層140位於第一導電層130及反射層145之間，並透過複數個第二開孔136與第一導電層130接觸，第二導電層140可包含與第一導電層130相同或不同的透明導電氧化物材料。在本實施例中，第一導電層130的材料為銦錫氧化物(ITO)，而第二導電層140為銦鋅氧化物(IZO)。第二導電層140可以選擇經過平坦化處理，因而具有平坦的表面S，使後續堆疊於其上的反射層145具有高平整性，藉此提升反射結構R整體的反射能力。在本實施例中，平坦化處理可包含化學機械拋光處理(chemical mechanical polishing；CMP)。第一導電層130的厚度與第二導電層140的厚度可以相同或不同，在本實施例中，第二導電層140的厚度大於第一導電層130的厚度，第一導電層130的厚度為50埃米至200埃米，第二導電層140的厚度為2000埃米至5000埃米。

在本實施例中，第二絕緣結構135可與上方描述過的第一絕緣結構125具有相同的材料，例如：第一絕緣結構125及第二絕緣結構135皆為氟化鎂(MgF₂)或皆為氧化矽(SiO_x)；在其他實施例中，第一絕緣結構125與第二絕緣結構135為不同的材料，例如：第一絕緣結構125為氟化鎂(MgF₂)，而第二絕緣結構135為氧化矽(SiO_x)或是第一絕緣結構125為氧化矽(SiO_x)，而第二絕緣結構135為氟化鎂(MgF₂)。在另一實施例中，第一絕緣結構125及/或第二絕緣結構135為不導電且包含布拉格反射結構(Distributed Bragg Reflector structure，DBR)，且由下述兩種以上的絕緣材料交替堆疊而形成，材料例如為氮化矽(SiN_x)、氧化鋁(AlO_x)、氧化矽(SiO_x)、氟化鎂(MgF_x)、氧化鈦(TiO₂)或氧化鈮(Nb₂O₅)。

如前所述，第二絕緣結構135具有互相分離的複數個第二絕緣部135a，且兩個第二絕緣部135a之間設有複數個第二開孔136，複數個第二開孔136的位置大致對應於複數個接觸部120a的位置。在本實施例中，由於複數個第二絕緣部135a各具有第四寬度W4大於複數個第一絕緣部125a的第三寬度W3，第二絕緣結構135被設計為比第一絕緣結構125覆蓋更多的磊晶結構200，以增加反射光線的面積。詳言之，當光線從主動區203射入反射結構R時，部分光線被第一絕緣結構125反射，且部分光線穿過第一絕緣結構125及/或接觸結構120，類似地，由於第二絕緣結構135與第一導電層130之間存在著折射率差異(例如，折射率的差異大於0.3)，第一導電層130與第二絕緣結構135之間的界面的臨界角小於第一導電層130與第二導電層140之間的界面的臨界角，因此，藉由第二絕緣結構135的設置，穿透第一絕緣結構125及/或接觸結構120的光線在第一導電層130與第二絕緣結構135之間的界面形成全反射的機率會增加，進而增加出光效率。在一實施例，當反射結構R未具有第一導電層130時，類似地，由於第二絕緣結構135與接觸結構120之間存在著折射率差異(例如，折射率的差異大於1.5)，接觸結構120與第二絕緣結構135之間的界面的臨界角小於接觸結構120與第二導電層140之間的界面的臨界角，因此，第二絕緣結構135的設置可增加光電半導體元件10的出光效率。

在本實施例中，第二絕緣結構135在磊晶結構200方向上的正投影面積大於第一絕緣結構125在磊晶結構200方向上的正投影面積。詳言之，磊晶結構200具有一接觸表面L2相對於出光表面L1，接觸表面L2具有一第一面積A1，複數個第一絕緣部125a各具有一第一表面S₁面對該接觸表面L2，複數個第一絕緣部125a的第一表面S₁之總和為第二面積A2；而複數個第二絕緣部135a各具有一第二表面S₂面對該接觸表面L2，複數第二絕緣部135a的第二表面S₂之總和為第三面積A3，複數個第一絕緣部125及複數個第二絕緣部135重疊的區域具有一第四面積AO1，其中A2<A3<A1。在一實施例中，絕緣結構覆蓋率C介於80%至98%之間，例如為90%至98%之間、95%至97%之間。上述「絕緣結構覆蓋率C」為第一絕緣結構125及第二絕緣結構135覆蓋磊晶結構200的接觸表面L2的比例，計算方式為

×100%。在本實施例中，由於第二絕緣結構135對位於第一絕緣結構125，且各第二絕緣部135a的第四寬度W4大於各第一絕緣部125a的第三寬度W3，因此，第二面積A2等於第四面積AO1，絕緣結構覆蓋率C的計算方式可以簡化為

×100%。

反射層145可反射主動區203所發出的光線，使光線朝出光表面L1射出光電半導體元件10外。在本實施例中，反射層145可導電且包含半導體材料、金屬或合金。半導體材料可包含三五族半導體材料，例如二元、三元或四元三五族半導體材料。金屬包含但不限於銅(Cu)、鋁(Al)、錫(Sn)、金(Au)或銀(Ag)等。合金可包含選自由上述金屬所組成之群組中的至少兩者。在其他實施例中，反射層145亦可包含布拉格反射結構(distributed bragg reflector structure；DBR)，其由兩種以上具有不同折射率的半導體材料交替堆疊而形成，諸如由AlAs/GaAs、AlGaAs/GaAs、或InGaP/GaAs所交替堆疊形成。在本實施例中，反射層145的材料為金屬，以獲得具有高反射率的反射結構R。

接合結構110用以接合基底100與反射結構R。接合結構110可為單層或多層結構。磊晶結構200在第1圖中被繪示為位於基底100的上方，但本實施例的磊晶結構200以及反射結構R製程上是先形成於另外的成長基板上(未繪出)後，再倒置接合到基底100。換句話說，在成長基底上形成磊晶結構200、接觸結構120、第一絕緣結構125、第一導電層130、第二絕緣結構135、第二導電層140、以及反射層145，隨後再透過接合結構110接合至基底100，接著，移除成長基板。接合結構110之材料可包含透明氧化物材料、金屬或合金。透明氧化物材料包含但不限於氧化銦錫(ITO)、氧化銦(InO)、氧化錫(SnO)、氧化鎘錫(CTO)、氧化銻錫(ATO)、氧化鋁鋅(AZO)、氧化鋅錫(ZTO)、氧化鎵鋅(GZO)、氧化鋅(ZnO)、氧化銦鈰(ICO)、氧化銦鎢(IWO)、氧化銦鈦(ITiO)、氧化銦鋅(IZO)、氧化銦鎵(IGO)、氧化鎵鋁鋅(GAZO)或上述材料之組合。金屬包含但不限於銦(In)、銅(Cu)、鋁(Al)、錫(Sn)、金(Au)、銀(Ag)、鈦(Ti)、鎳(Ni)、鉑(Pt)或鎢(W)等。合金可包含選自由上述金屬所組成之群組中的至少兩者。

綜上所述，光電半導體元件10包含了具有第一絕緣結構125、第一導電層130以及第二絕緣結構135的反射結構R，一方面藉由圖案化的第一絕緣結構125、圖案化的第二絕緣結構135以及第一導電層130的配置增加了光電半導體元件10的電流散布；另一方面，第二絕緣結構135增加覆蓋了磊晶結構200的面積，使光發生全反射的機率增加，從而提升了反射結構R的反射能力。

第2圖是根據本的另一實施例，繪示出光電半導體元件20對應第1圖中的方框A的位置的局部剖面示意圖。光電半導體元件20與光電半導體元件10具有相似的構件及構件相對位置關係，主要差別在於，光電半導體元件20另包含一第三絕緣結構 155及選擇性地包含第三導電層150。第三絕緣結構155包含互相分離的複數個第三絕緣部155a，各第三絕緣部155a大致對位於各第二開孔136及/或第一開孔126，使主動區203發射的光線可以在第三絕緣結構155的界面被全反射，藉此構成更全面的反射結構R。詳言之，當光線從主動區203射入反射結構R時，部分光線被第一絕緣結構125反射，且部分光線穿過第一絕緣結構125及/或接觸結構120，接著，在穿過第一絕緣結構125及/或接觸結構120的光線中，其中一部分被第二絕緣結構135反射，其中一部分穿過第二絕緣結構135及/或第二導電層140，類似地，由於第二導電層140與第三絕緣結構155之間存在著折射率差異(例如，折射率的差異大於0.3)，第二導電層140與第三絕緣結構155之間的界面的臨界角小於第二導電層140與第三導電層150之間的界面的臨界角，因此，藉由第三絕緣結構155的設置，可增加出光效率。

如第2圖所示，第三導電層150覆蓋第二導電層140及第三絕緣結構155，並且被反射層145覆蓋。由於各第二開孔136大致對位於各接觸部120a，各第三絕緣部155a亦對位於各接觸部120a。在本實施例中，第三絕緣結構155為適形地覆蓋第二導電層140，且在對應第二絕緣結構135的複數個第二開口136處朝向第一導電層130的方向凹陷，。在其他實施例中，第二導電層140在遠離第一導電層130的表面可為一平整表面，使後續披覆於第二導電層140之第三絕緣結構155在遠離第一導電層130的表面亦為一平整表面。

在本實施例中，第三絕緣結構155在磊晶結構200上的正投影面積小於第一絕緣結構125在磊晶結構200上的正投影面積，第三絕緣結構155在磊晶結構200上的正投影面積小於第二絕緣結構135在磊晶結構200上的正投影面積；或者，複數個第三絕緣部155a各具有一第五寬度W5小於複數個第二絕緣部135a的第四寬度W4。在本實施例中，第五寬度W5大於第二開孔136的第二寬度W2且小於第一開孔126的第一寬度W1。

詳言之，磊晶結構200的接觸表面L2具有一第一面積A1，各第一絕緣部125a各具有第一表面S₁面對該接觸表面L2，複數第一絕緣部125a的第一表面S₁總和為第二面積A2；而各第二絕緣部135各具有第二表面S₂面對該接觸表面L2，複數第二絕緣部135的第二表面S₂總和為第三面積A3；而各第三絕緣部155a各具有第三表面S₃面對該接觸表面L2，複數第三絕緣部155a的第三表面S₃總和為第四面積A4，且第一表面S₁與第二表面S₂、第一表面S₁與第三表面S₃、及第三表面S₃與第二表面S₂具有一重疊面積總和AO2；其中，A4<A2<A3<A1。在一實施例中，絕緣結構覆蓋率C介於85%至100%之間，例如為90%至100%之間、95%至100%之間。上述「絕緣結構覆蓋率C」為第一絕緣結構125、第二絕緣結構135及第三絕緣結構145覆蓋磊晶結構200的接觸表面L2的比例，計算方式為

×100%。第三絕緣結構155可與第一絕緣結構125以及第二絕緣結構135具有相同或不同的材料，第三導電層150可與第一導電層130及第二導電層140具有相同或不同的材料，例如：第一導電層130及第二導電層140具有相同材料(例如皆為銦錫氧化物(ITO))，第三導電層150具有不同材料(例如為銦鋅氧化物(IZO))。第三導電層150的厚度可以相同或不同於第一導電層130及/或第二導電層140，在本實施例中，第三導電層150的厚度大於第一導電層130且大致等於第二導電層140，第三導電層150經過平坦化處理，因而具有平坦的表面。在本實施例中，第三絕緣結構155的厚度為200埃米至2000埃米，例如250埃，第三導電層150的厚度為2000埃米至5000埃米。

第3圖是根據本揭露的一實施例，繪示出光電半導體元件30對應第1圖中的方框A的位置的局部剖面示意圖。光電半導體元件30與光電半導體元件10具有相似的構件及構件相對位置關係，主要差別在於，在光電半導體元件30中，各第二絕緣部135a各自對位於各接觸部120a，亦即第二絕緣結構135覆蓋了接觸結構120。在本實施例中，第二絕緣部135a各具有第四寬度W4，第四寬度W4大於各第一開孔126的第一寬度W1及第二開孔136的第二寬度W2。各第二開孔136的位置與各接觸部120a的位置在基底100的垂直方向上互相錯位，換言之，第一開孔126與第二開孔136在垂直基底100的方向上不重疊。第二導電層140覆蓋第二絕緣結構135並填入複數個第二開孔136。本實施例的光電半導體元件30較光電半導體元件10具有更大的絕緣結構覆蓋率C(例如：本實施例的絕緣結構覆蓋率C實質上等於100%)，且第一開孔126與第二開孔136錯位設置也有利於電流散布。上述「絕緣結構覆蓋率C」可參考描述第1圖之計算方式。

第4圖是根據本揭露的一實施例，繪示出光電半導體元件40對應第1圖中的方框A的位置的局部剖面示意圖。光電半導體元件40與光電半導體元件30具有相似的構件及構件相對位置關係，主要差別在於，光電半導體元件40的第一開孔126的第一寬度W1大致等於第二絕緣部135a的第四寬度W4，且第二開孔136的第二寬度W2大於第一寬度W1及第四寬度W4。本實施例的光電半導體元件40可以保持絕緣結構具有高覆蓋率C，同時減少電流路徑，而達到均勻分散電流的功效。在本實施例中，絕緣結構覆蓋率C實質上等於100%。上述「絕緣結構覆蓋率C」可參考描述第1圖之計算方式。

第5圖是根據本揭露的一實施例，繪示出光電半導體元件50對應第1圖中的方框A的位置的局部剖面示意圖。光電半導體元件50與光電半導體元件40具有相似的構件及構件相對位置關係，主要差別在於，光電半導體元件50的第二絕緣結構135部分與接觸部120a重疊、部分與接觸部120a不重疊。詳言之，各第二絕緣部135a具有一第一部份135a1與接觸部120a在垂直基底100的方向上重疊、一第二部分135a2與第一絕緣部125在垂直基底100的方向上重疊且與接觸部120a不重疊。在本實施例中，光電半導體元件50的第一開孔126的第一寬度W1大致等於第二絕緣部135a的第四寬度W4且小於第二開孔136的第二寬度W2。在其他實施例中，第一寬度W1、第二寬度W2及第四寬度W4亦可以視情況進行調整。在本實施例中，絕緣結構覆蓋率C大於等於80%且小於100%。上述「絕緣結構覆蓋率C」可參考描述第1圖之計算方式。

第6圖是根據本揭露的一實施例，繪示出光電半導體元件60對應第1圖中的方框A的位置的局部剖面示意圖。光電半導體元件60與光電半導體元件40具有相似的構件及構件相對位置關係，主要差別在於光電半導體元件60的第二絕緣結構135位於第二導電層140及反射層145之間，反射層145填入第二絕緣結構135的複數個第二開孔136中。在本實施例中，第二開孔136的位置與接觸部120a的位置在垂直基底100的方向上互相錯位。在本實施例中，光電半導體元件60的第一開孔126的第一寬度W1大致等於第二絕緣部135a的第四寬度W4且小於第二開孔136的第二寬度W2。在其他實施例中，第一寬度W1、第二寬度W2及第四寬度W4亦可以視情況進行調整。在本實施例中，若不考慮製程誤差，絕緣結構覆蓋率C等於100%。上述「絕緣結構覆蓋率C」可參考描述第1圖之計算方式。在另一實施例，光電半導體元件具有類似光電半導體元件60的結構，惟，第一絕緣結構125及反射層145之間僅具有一層導電層(例如第一導電層130或第二導電層140。

第7A圖是根據第1圖之實施例，繪示出光電半導體元件10一部分的上視示意圖，第7B圖是根據第1圖之實施例，繪示出第7A圖中的方框B的位置的局部上視示意圖，且第1圖為對應第7B圖中剖線A-A’的局部剖面示意圖。為了清楚起見，第7A圖以及第7B圖僅繪製出部分構件，例如：僅繪製第一電極墊301、延伸電極302、第一絕緣結構125、第一開孔126、第二絕緣結構135、第二開孔136，並省略了其他構件。在本實施例中，光電半導體元件10具有兩個第一電極墊301，分別靠近光電半導體元件10的兩相對邊緣E1、E2，且具有互相平行的複數個延伸電極302位於邊緣E1、E2之間。兩相鄰的延伸電極302之間具有一第一開孔126及複數個第二開孔136對位於第一開孔126，如第7B圖所示，虛線圓圈處表示對應至第二開孔136的位置，且第二絕緣結構135位於第二開孔136以外的位置(第二絕緣結構135的分布如第7A、7B圖中的斜線圖樣)，第一絕緣結構125的第一開孔126可對應至接觸結構120的形成區域。由上視示意圖可得知，第二開孔136位於第一開孔126中，且第二絕緣結構135在磊晶結構200上的正投影面積(即前述之實施例的第三面積A3)大於第一絕緣結構125在磊晶結構200上的正投影面積(即前述之實施例的第二面積A2)。

第8圖是根據本揭露一實施例的半導體組件70的剖面結構示意圖。半導體組件70包含光電半導體元件(10、20、30、40、50、或60)、封裝基板21、載體23、接合線25、接觸電極26以及封裝層28。封裝基板21可包含陶瓷或玻璃材料。封裝基板21中具有多個通孔22。通孔22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23位於封裝基板21一側的表面上，且亦包含導電性材料，如金屬。接觸電極26位於封裝基板21另一側的表面上。接觸電極26包含第一接觸墊26a以及第二接觸墊26b，且第一接觸墊26a以及第二接觸墊26b可藉由通孔22而與載體23電性連接。在一實施例中，接觸電極26可進一步包含散熱墊(thermal pad)(未繪示)，例如位於第一接觸墊26a與第二接觸墊26b之間。

光電半導體元件10、20、30、40、50或60位於載體23上。載體23包含第一部23a及第二部23b，光電半導體元件10、20、30、40、50或60藉由接合線25而與載體23的第二部分23b電性連接。接合線25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28覆蓋於光電半導體元件10、20、30、40、50或60上，具有保護光電半導體元件之效果。具體來說，封裝層28可包含樹脂材料如環氧樹脂(epoxy)、矽氧烷樹脂(silicone)等。封裝層28選擇性地可包含複數個波長轉換粒子(未繪示)以轉換光電半導體元件10、20、30、40、50或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9圖為根據本揭露的一實施例的感測模組80的部分剖面結構示意圖，感測模組80包含一承載體820、第一半導體元件811及第二半導體元件831。第一半導體元件811及/或第二半導體元件831可以為上述的光電半導體元件10、20、30、40、 50、或60。承載體820包含第一擋牆821、第二擋牆822、第三擋牆823、載板824、第一空間825及第二空間826，第一半導體元件811位於第一擋牆821與第二擋牆822之間的空間825中，第二半導體元件831位於第二擋牆822與第三擋牆823之間的空間826中。第一半導體元件811及/或第二半導體元件831可以為諸如第1圖所繪示的垂直式晶片。第一半導體元件811及第二半導體元件831位於載板824上，並與載板824上的電路連接結構(未繪示)形成電性連接。在本實施例中，第一半導體元件811為一發光元件，第二半導體元件831為一光接收元件，且感測模組80可置於穿戴裝置(例如：手錶、耳機)中，第一半導體元件811發出之光線(亦即，出射光812)穿過皮膚並照射身體細胞以及血液，再藉由第二半導體元件831吸收從身體細胞以及血液散射/反射回來的光(亦即，入射光832)，根據此反射、散射光的變化，用以偵測人體的生理訊號，例如：心率、血糖、血壓、血氧濃度等。

具體來說，本揭露內容之光電半導體元件、半導體組件及感測模組可應用於照明、醫療、顯示、通訊、感測、電源系統等領域的產品，例如燈具、監視器、手機、平板電腦、車用儀表板、電視、電腦、穿戴裝置(如手錶、手環、項鍊等)、交通號誌、戶外顯示器、醫療器材等。

綜上所述，本揭露之實施例藉由提供具有兩層以上的絕緣結構的光電半導體元件且/或搭配絕緣結構的開孔位置的設置且/或各絕緣結構的寬度設計，以得到對磊晶結構具有更高絕緣結構覆蓋率C的反射結構及利於電流於光電半導體元件中的散布，進而提升亮度並維持正向偏壓。應理解的是，並非全部的優點皆已必然在此討論，也非所有實施例都需要具備特定的優點，且其他實施例可提供不同的優點。

以上概述數個實施例之部件，以便在本揭露所屬技術領域中具有通常知識者可更易理解本揭露實施例的觀點。在本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應理解，他們能以本揭露實施例為基礎，設計或修改其他製程和結構，以達到與在此介紹的實施例相同之目的及/或優勢。在本揭露所屬技術領域中具有通常知識者也應理解到，此類等效的製程和結構並無悖離本揭露的精神與範圍，且他們能在不違背本揭露之精神和範圍之下，做各式各樣的改變、取代和替換。