TWI811778B - Optoelectronic semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本發明是關於一種光電半導體元件,且特別是關於一種具有疊層反射鏡之光電半導體元件。 The present invention relates to an optoelectronic semiconductor element, and in particular to an optoelectronic semiconductor element having a laminated mirror.
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,包含三族及五族元素的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,現今對於半導體元件仍存在許多技術研發的需求。雖然現有的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,仍需要進一步改良。 Semiconductor components are used in a wide range of applications, and research and development on related materials continues. For example, III-V semiconductor materials containing Group III and Group V elements can be used in various optoelectronic semiconductor devices such as light-emitting wafers (such as light-emitting diodes or laser diodes), light-absorbing wafers (photodetectors) or solar cells) or non-luminous wafers (such as power components of switches or rectifiers), which can be used in lighting, medical, display, communications, sensing, power supply systems and other fields. With the development of science and technology, there are still many technical research and development needs for semiconductor components. Although existing semiconductor devices have generally met various needs, they are not satisfactory in all aspects and require further improvement.
本發明的一些實施例提供一種光電半導體元件,包括:第一半導體結構包括第一疊層反射鏡,具有第一本質晶格常數 及小於50μm的第一寬度;第二半導體結構,位於第一半導體結構上,其中第二半導體結構包括主動區,且具有第二本質晶格常數;其中第一本質晶格常數與第二本質晶格常數相差大於0.5%,且主動區與第一半導體結構直接接觸。 Some embodiments of the present invention provide an optoelectronic semiconductor element, including: a first semiconductor structure including a first stacked mirror having a first intrinsic lattice constant and a first width less than 50 μm ; a second semiconductor structure located at the On a semiconductor structure, the second semiconductor structure includes an active region and has a second intrinsic lattice constant; wherein the difference between the first intrinsic lattice constant and the second intrinsic lattice constant is greater than 0.5%, and the active region and the first semiconductor structure direct contact.
1:磊晶疊層 1: Epitaxial layer
10:光電半導體元件 10: Optoelectronic semiconductor components
11:第一部分 11:Part One
12:第二部分 12:Part 2
13:溝槽 13:Trench
101:基板 101:Substrate
103:第一半導體結構 103: First semiconductor structure
1031:第一平台 1031:First platform
1032:第二平台 1032:Second platform
105:溝槽 105:Trench
106:溝槽 106:Trench
107:第二半導體結構 107: Second semiconductor structure
109:第三半導體結構 109:Third semiconductor structure
109a:第三半導體結構的頂表面 109a: Top surface of third semiconductor structure
111:侷限層 111: Localization layer
1111:第一區
1111:
1112:第二區 1112:Second District
113:第一絕緣層 113: First insulation layer
113a:頂表面 113a: Top surface
114:第二絕緣層 114: Second insulation layer
114a:開口 114a:Open your mouth
115:上電極 115: Upper electrode
115a:導電部 115a: Conductive part
115b:連接部 115b:Connection part
115c:接合部 115c:joint part
116:開孔 116:Opening
117:下電極 117: Lower electrode
W1:第一寬度 W1: first width
W2:第二寬度 W2: second width
W:寬度 W: Width
w:延伸寬度 w: extended width
d:磊晶缺陷 d: Epitaxial defects
AA:線 AA:line
BB:線 BB:line
D:外徑 D:Outer diameter
E:邊緣 E: edge
F:預定切割位置 F: Predetermined cutting position
以下將配合所附圖式詳述本發明實施例。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以說明例示。事實上,可能任意地放大或縮小元件的尺寸,以清楚地表現出本發明實施例的特徵。 The embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. It should be noted that, in accordance with standard practice in the industry, various features are not drawn to scale and are for illustrative purposes only. In fact, the dimensions of elements may be arbitrarily enlarged or reduced in order to clearly illustrate the features of the embodiments of the invention.
第1A圖係根據本發明的一些實施例,繪示出光電半導體元件的俯視圖。 Figure 1A is a top view of an optoelectronic semiconductor device according to some embodiments of the present invention.
第1B圖係根據本發明的一些實施例,繪示出沿著第1A圖中線A-A的剖面圖。 Figure 1B is a cross-sectional view along line A-A in Figure 1A, according to some embodiments of the present invention.
第1C圖係根據本發明的一些實施例,繪示出沿著第1A圖中線B-B的剖面圖。 Figure 1C is a cross-sectional view along line B-B in Figure 1A, according to some embodiments of the present invention.
第2圖至第8圖係根據本發明的一些實施例,繪示出形成光電半導體元件的過程中各個中間階段的部分剖面圖。 2 to 8 are partial cross-sectional views illustrating various intermediate stages in the process of forming an optoelectronic semiconductor device according to some embodiments of the present invention.
以下內容提供了許多不同的實施例或範例,用於實施本發明的不同部件。組件和配置的具體範例描述如下,以簡化本發明。當然,這些僅僅是範例,並非用以限定本發明實施例。舉例來 說,敘述中提及第一部件形成於第二部件之上,可包括形成第一和第二部件直接接觸的實施例,也可包括額外的部件形成於第一和第二部件之間,使得第一和第二部件不直接接觸的實施例。另外,本發明可在各種範例中重複元件符號及/或字母。這樣重複是為了簡化和清楚的目的,其本身並非主導所討論各種實施例及/或配置之間的關係。此外,為了簡化和清楚的目的,不同部件可被任意繪製在不同規格下。 The following provides a number of different embodiments or examples for implementing different components of the invention. Specific examples of components and configurations are described below to simplify the invention. Of course, these are only examples and are not intended to limit the embodiments of the present invention. For example It is said that the description mentioning that the first component is formed on the second component may include an embodiment in which the first and second components are in direct contact, or may include an additional component formed between the first and second components, such that Embodiments in which the first and second components are not in direct contact. In addition, the present invention may repeat reference symbols and/or letters in various examples. Such repetition is for purposes of simplicity and clarity and does not in itself govern the relationship between the various embodiments and/or configurations discussed. Additionally, different components may be arbitrarily drawn at different scales for purposes of simplicity and clarity.
再者,此處可使用空間上相關的用語,如「在...之下」、「下方的」、「低於」、「在...上方」、「上方的」、和類似用語可用於此,以便描述如圖所示一元件或部件和其他元件或部件之間的關係。這些空間用語除了包括圖式繪示的方位外,也企圖包括使用或操作中的裝置的不同方位。舉例來說,如果圖中的裝置被反過來,原本被形容為「低於」或在其他元件或部件「下方」的元件,就會被轉為「高於」其他元件或部件。所以,例示性用語「下方」可同時具有「上方」和「下方」的方位。當裝置被轉至其他方位(旋轉90°或其他方位),則在此所使用的空間相對描述可同樣依旋轉後的方位來解讀。 Furthermore, spatially related terms may be used here, such as "under", "below", "below", "above", "above", and similar terms may be used This is used to describe the relationship between one element or component and other elements or components as shown in the figures. These spatial terms are intended to cover the various orientations of the device in use or operation, in addition to the orientation depicted in the diagrams. For example, if the device in the picture is turned over, elements described as "lower than" or "beneath" other elements or features would then be described as "above" the other elements or features. Therefore, the exemplary term "below" can have both the orientations of "above" and "below". When the device is rotated 90° or at other orientations, the spatially relative descriptors used herein may be interpreted similarly to the rotated orientation.
本發明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(transmissionelectron 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(transmissionelectron microscopy,TEM)或是掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscope,SEM)。 The composition of each layer, dopant and defects included in the semiconductor device of the present invention can be analyzed by any suitable method, such as: secondary ion mass spectrometer (SIMS), transmission electron microscope (transmission electron) microscopy (TEM) or scanning electron microscope (SEM); the thickness of each layer can also be Analyzed by any suitable method, such as: transmission electron microscope (transmissionelectron microscopy, TEM) or scanning electron microscope (scanning electron microscope, SEM).
根據本發明的一些實施例,藉由形成具有較小寬度的小平台狀(mesa)的第一半導體結構,提升忍受晶格不匹配的能力,以利於將第二半導體結構生長於晶格不匹配的第一半導體結構上,並同時具有良好的磊晶品質,進而提升光電半導體元件的發光效率。 According to some embodiments of the present invention, by forming the first semiconductor structure with a small mesa with a smaller width, the ability to tolerate lattice mismatch is improved to facilitate the growth of the second semiconductor structure in the lattice mismatch. on the first semiconductor structure, and at the same time has good epitaxial quality, thus improving the luminous efficiency of the optoelectronic semiconductor element.
光電半導體元件包含發光晶片(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)。在一些實施例中,光電半導體元件10為雷射元件,例如面射型雷射二極體(vertical-cavity surface-emitting laser,VCSEL)。在一些特定實施例中,光電半導體元件10為發射紅外光之面射型雷射二極體。
Optoelectronic semiconductor components include light-emitting wafers (such as light-emitting diodes or laser diodes), light-absorbing wafers (photodetectors or solar cells), or non-light-emitting wafers (such as power components of switches or rectifiers). In some embodiments, the
第1A、1B圖係根據本發明的一實施例,分別繪示出光電半導體元件的俯視圖及剖面圖。光電半導體元件10包含磊晶疊層1,具有互相分離之第一部分11及第二部分12。於俯視圖中,第一部分11被第二部分12包圍,且第一部分11具有第一上視面積,第二部分12具有第二上視面積大於第一上視面積,第二上視面積為第一上視面積的2倍至10倍。在本實施例中,由俯視觀之,第一部分11大致呈圓形,第一部分11及第二部分12之間具有溝槽13,且溝槽13大致呈環狀環繞第一部分11。在本實施例中,由剖面觀之,溝槽13位於第一部分11、第二部分12及基板101之間。光電半導體元
件10另包含上電極115位於部分之第一部分11、部分之第二部分12及部分之溝槽13上方,且上電極115具有開孔116以暴露出一部分的第一部分11,光電半導體元件10所產生的光線可藉由開孔116發射於光電半導體元件10外。
Figures 1A and 1B are respectively a top view and a cross-sectional view of an optoelectronic semiconductor device according to an embodiment of the present invention. The
詳言之,本實施例中,第一部分11係用以發射光線,第二部分12則提供平台供後續打線(wire bonding)用,即,光電半導體元件10如為發光元件,光線由第一部分11發出,第二部分12不發光。或者,當第二部分12可發光時,由於其所發出之光線大部分或全部會被上電極115所遮蔽而無法射出光電半導體元件10外,因此第二部分12所發出光線之亮度(mW)小於第一部分11所發出光線之亮度(例如第二部分12所發出光線之亮度為第一部分11所發出光線之亮度的0%至10%)。
Specifically, in this embodiment, the
第1B圖為第1A圖沿A-A線的剖面示意圖,第1C圖為第1A圖沿B-B線的剖面示意圖。光電半導體元件10包含基板101,磊晶疊層1位於基板101上,且第一部分11及第二部分12各包含第一半導體結構103及第二半導體結構107。
Figure 1B is a schematic cross-sectional view along line A-A in Figure 1A, and Figure 1C is a schematic cross-sectional view along line B-B in Figure 1A. The
第一部分11及第二部分12還各包含第三半導體結構109位於第二半導體結構107上、以及選擇性地包含一侷限層111位於第二半導體結構107及第三半導體結構109之間。在其他實施例中,侷限層111亦可選擇位於第一半導體結構103及第二半導體結構107之間;在另一實施例中,侷限層111可選擇性位於第三半導體結構109中。侷限層111包含第一區1111及第二區1112被第一區111
所包圍;且由俯視觀之,第一區1111呈環狀。第二區1112係用以供電流通過且第一區1111用以限制電流通過。於本實施例中,第二部分12的侷限層111位於靠近溝槽13的一側,第二部分12於遠離溝槽13的一側,且鄰近光電半導體元件10的邊緣E不具有用以限制電流通過的第一區1111。此外,本實施例中透過上電極115及第二絕緣層114的安排,電流僅注入第一部分11,因此,既使第二部分12具有結構上的第二區1112,然而實際上幾乎不會有電流通過第二部分12的第二區1112。在本實施例中,第一半導體結構103、第二半導體結構107、第三半導體結構109及侷限層111的側壁可對齊。第一半導體結構103、第二半導體結構107、第三半導體結構109及侷限層111共同形成磊晶疊層1。
The
光電半導體元件10另包含一第一絕緣層113覆蓋第一半導體結構103、第二半導體結構107、第三半導體結構109及侷限層111的側壁,並且第一絕緣層113位於溝槽13中。第二絕緣層114位於第一絕緣層113及磊晶疊層1上,且具有複數個開口114a暴露出第一部分11的第三半導體結構109之部分頂表面109a。溝槽13具有一外徑D介於50μm至70μm之間,如第1A圖所示。
The
如第1A圖所示,上電極115位於第二絕緣層114上且包括導電部115a、連接部115b、及接合部115c。導電部115a覆蓋於部分之第二絕緣層114及第一部分11上,並具有開孔116露出部分的第二絕緣層114。接合部115c係用以做為打線(wire bonding)的區域,接合部115c大致呈圓形。在本實施例中,接合部115c的
直徑介於40μm至60μm之間。連接部115b連接導電部115a及接合部115c,且位於溝槽13上。
As shown in FIG. 1A, the
第一半導體結構103及第三半導體結構109包含III-V族化合物半導體材料,在本實施例中,第一半導體結構103及第三半導體結構109由複數個III-V族化合物半導體材料堆疊以形成第一疊層反射鏡及第二疊層反射鏡。詳言之,第一半導體結構103及第三半導體結構109包含複數個不同折射率的膜層交互週期性的堆疊(例如,高鋁含量的AlGaAs層及低鋁含量的AlGaAs層之交互週期性堆疊),以形成分散式布拉格反射鏡(Distributed Bragg Reflector,DBR),藉此,自第二半導體結構107發射的光可以在兩個反射鏡(第一半導體結構103及第三半導體結構109)中反射以形成同調光。在一些實施例中,兩種不同折射率之交替堆疊的膜層所形成的薄膜對數量可介於2對至約100對之間。第一半導體結構103的反射率高於第三半導體結構109的反射率,藉此使同調光朝向上電極115的方向射出。在一些實施例中,第一半導體結構103及第三半導體結構109包括AlxGa1-xAs,其中0<x<1。在一些實施例中,第一半導體結構103及第三半導體結構109的材料包含AlGaAs及/或InGaP。
The
第二半導體結構107包含主動區(active region),可用以發出光或接收光。主動區可以選擇為多重量子井結構(Multi Quantum Wells,MQWs)(未繪示),可發出近紅外光之波長,例如可發出介於800nm至2000nm之間的峰值波長(例如:
1200nm、1550nm)。在一些實施例中,第二半導體結構107可包含III-V族半導體材料,例如包含鋁(Al)、鎵(Ga)、砷(As)、磷(P)或銦(In)。在一些實施例中,第二半導體結構107的材料為InP。
The
在本實施例中,第一半導體結構103具有第一本質晶格常數A1,且第二半導體結構107具有第二本質晶格常數A2不同於第一本質晶格常數A1。詳言之,第一半導體結構103的第一本質晶格常數A1與第二半導體結構107的第二本質晶格常數A2相差大於0.5%,即,*100%>0.5%。在一些實施例中,第一本質晶格常數A1與第二本質晶格常數A2相差介於2%至6%之間,例如介於2%至3%之間、介於3%至4%之間、介於5%至6%之間。當第一半導體結構103具有複數層半導體材料時,上述之第一本質晶格常數A1係指第一半導體結構103中與第二半導體結構107直接接觸之層的本質晶格常數。「本質晶格常數」係定義為一實質上無應變(strain)之層的晶格常數a0。
In this embodiment, the
如上所述,第一半導體結構103與第二半導體結構107本質晶格常數相差大於0.5%,亦即第一半導體結構103與第二半導體結構107晶格不匹配。由於晶格不匹配,磊晶缺陷及應力會形成於第一半導體結構103上的第二半導體結構107中,因此第二半導體結構107通常容易因磊晶品質不佳而影響光電半導體元件的發光效率。然而,透過設計第一半導體結構103的寬度,可使後續生長其上的第二半導體結構107具有較低的磊晶缺陷及應力而具有良好的磊晶品質。詳言之,本實施例中,第一部分11中第一半導體結
構103的第一寬度W1小於50μm,即可使後續生長其上的第二半導體結構107具有良好的磊晶品質,進而提升光電半導體元件的發光效率(製程步驟將於後描述)。在一些實施例中,第一寬度W1為介於20μm至50μm之間,例如介於30μm至40μm之間。相對地,第二部分12具有第二寬度W2大於50μm,因此後續生長其上的第二半導體結構107忍受晶格不匹配的能力較差,而具有密度較高、數量較多的磊晶缺陷(在此以黑線條d表示),例如:V字缺陷(V-defect)、刃差排(edge dislocation)、螺旋差排(screw dislocation)、或混合差排(mix dislocation)。在一些實施例中,第二寬度W2為介於50μm至300μm之間、80μm至280μm之間、100μm至250μm之間或150μm至200μm之間。在本實施例中,第二寬度W2為第一寬度W1的2倍至8倍。
As mentioned above, the difference in intrinsic lattice constants of the
在一實施例中,第一部分11具有第一缺陷密度,且第二部分12具有第二缺陷密度大於第一缺陷密度。上述缺陷密度可以由TEM觀察並計算得出,例如:位於第一部分11中的缺陷面積(或缺陷個數)除以第一部分11的剖面面積即為第一缺陷密度,同理,位於第二部分12中的缺陷面積(或缺陷個數)除以第二部分12的剖面面積即為第二缺陷密度。
In one embodiment, the
在本實施例中,第二半導體結構107具有一厚度為5μm至200μm之間,例如介於10μm至50μm之間。由於第二半導體結構107為電洞及電子複合以發光的主動區,若其厚度小於5μm則可能導致發光效率不佳;同時地,如上述,第二半導體結構107
與第一半導體結構103晶格不匹配,雖可設計第一半導體結構103的寬度(例如:第一部分11)以有效抑制缺陷生成,然而當第二半導體結構107的厚度大於200μm時,則無法有效地抑制缺陷,使得光電半導體10的發光效率劇烈下降。
In this embodiment, the
綜上所述,本實施例之光電半導體元件10包含磊晶品質不同的第一部分11以及第二部分12,由於第一部分11係用以發光,良好的磊晶品質有助於提升發光效率,而第二部分12僅用於作為打線時的支撐區域,既使磊晶品質不如第一部分11,仍不影響光電半導體元件10的特性。
To sum up, the
第2圖至第8圖係根據本發明的一些實施例,繪示出形成光電半導體元件10的過程中各個階段的第一部分11及第二部分12之剖面圖,並以如第1A圖所示的A-A方向作為剖面例示。
2 to 8 are cross-sectional views of the
參照第2圖,提供一基板101,且於基板101上形成第一半導體結構103。基板101可包含絕緣材料、導電材料或兩者。絕緣材料可包含例如下列材料:藍寶石、金剛石、玻璃、石英、丙烯酸或AlN。導電材料可包含例如下列材料:砷化鎵(Gallium Arsenide,GaAs)、磷化銦(Indium Phosphide,InP)、碳化矽(Siliconcarbide,SiC)、磷化鎵(GaP)、磷砷化鎵(GaAsP)、氧化鋅(ZnO)、硒化鋅(ZnSe)、氮化鎵(GaN)、氮化鋁(AlN)、鎵酸鋰(LiGaO2)、鋁酸鋰(LiAlO2)、鍺(Ge)或矽(Si)。在一些實施例中,當基板101用於提供第一半導體結構103磊晶成長於其上時,其材料可選自與第一半導體結構103晶格相近的材料,上述之晶格相近定義為基板101與第一半導體結構103的本質晶格常數
相差小於0.5%,亦即,基板101具有一第三本質晶格常數A3,其中,*100%<0.5%。(例如0.01%至0.45%、0.05%至0.3%、0.1%至0.2%),藉由採用與第一半導體結構103晶格相近的基板101,可以使生長於基板101的第一半導體結構103擁有良好的磊晶品質。在一些實施例中,基板101可具有厚度介於50μm至500μm之間。基板101可為砷化鎵。
Referring to FIG. 2 , a
參照第3圖,可利用合適的選擇性蝕刻製程移除部分第一半導體結構103,於第一半導體結構103中產生複數個第一溝槽105,以形成複數個第一平台1031及複數個第二平台1032。第一平台1031及第二平台1032具有不同的寬度。第一平台1031具有一寬度W小於50μm。在此所述之寬度W的數值大致等於光電半導體元件10之第一部分11的第一寬度W1的數值。
Referring to FIG. 3 , a suitable selective etching process can be used to remove part of the
在一些實施例中,上述形成第一溝槽105的蝕刻製程可包括乾式蝕刻、濕式蝕刻、以及/或其他合適製程。舉例而言,乾式蝕刻製程可包括電漿蝕刻(plasma etching,PE)、反應離子蝕刻(reactive ion etching,RIE)、感應耦合電漿活性離子蝕刻(inductively coupled plasma reactive ion etching,ICP-RIE)。上述蝕刻反應的氣體可包括含氧氣體、含氟氣體(如四氟化碳、六氟化硫、二氟甲烷、氟仿、及/或六氟乙烷)、含氯氣體(如氯氣、氯仿、四氯化碳、及/或三氯化硼)、含溴氣體(如溴化氫及/或溴仿)、含碘氣體、及/或上述之組合。舉例而言,濕式蝕刻製程可採用酸性溶液或鹼性溶液。酸性溶液可包括氫氟酸、磷
酸、硝酸、醋酸或前述之組合的溶液;鹼性溶液可包括含有氫氧化鉀、氨、過氧化氫或前述之組合的溶液。
In some embodiments, the etching process for forming the
參照第4圖及第5圖,於第一半導體結構103上形成第二半導體結構107,並於第二半導體結構107上形成第三半導體結構109。在本實施例中,可於形成第三半導體結構109之前,預先形成一侷限層111於第二半導體結構107上。接著,移除部分的第二半導體結構107及第三半導體結構109,於第二半導體結構107及第三半導體結構109中產生複數個第二溝槽106,且第二溝槽106大致對位於第一溝槽105,兩者共同形成上述之溝槽13。形成第二溝槽106的方法可參考上述第一溝槽105的形成方法。
Referring to FIGS. 4 and 5 , a
在一些實施例中,可藉由下列磊晶成長製程來形成第一半導體結構103、第二半導體結構107、侷限層111及第三半導體結構109,例如:金屬有機化學氣相沉積(metal-organic chemical vapor deposition,MOCVD)、氫化物氣相磊晶法(hydride vapor phase epitaxy,HVPE)、分子束磊晶(molecular beam epitaxy,MBE)或液相磊晶法(liquid-phase epitaxy,LPE)、氣相磊晶(vapor phase epitaxy,VPE)、或前述之組合。在本實施例中,係利用MOCVD形成上述第一、二、三半導體結構。
In some embodiments, the
在一些實施例中,可藉由在磊晶成長期間原位(in-situ)摻雜及/或通過在磊晶成長之後使用摻質進行佈植(implanting)以進行第一半導體結構103及第三半導體結構109的摻雜。第一半導體結構103可包含第一摻質使其具有第一導電型,
第三半導體結構109可包含第二摻質使其具有第二導電型。第一半導體結構103及第三半導體結構109具有不同的導電型,亦即第一導電型與第二導電型不同。第一導電型例如為p型及第二導電型例如為n型以分別提供電洞及電子,或者,第一導電型例如為n型及第二導電型例如為p型以分別提供電子或電洞。在一實施例中,第一摻質或第二摻質可為鎂(Mg)、鋅(Zn)、矽(Si)、碳(C)或碲(Te)。
In some embodiments, the
續參照第6圖。可藉由濕氧化製程將侷限層111氧化以形成第一區1111及第二區1112,以利於光與電的橫向侷限(transverse confinement)。可藉由適當地控制氧化速率及製程時間以調整侷限層111之第一區1111的延伸寬度w,第一區1111橫向的延伸寬度w可介於5μm至約20μm之間,例如10μm。侷限層111的材料具有高鋁含量,且侷限層111中的鋁含量較第一半導體結構103、第二半導體結構107及第三半導體結構109高,藉此在濕氧化製程時,侷限層111的氧化速率大於其他各層的氧化速率,以形成具有電流侷限效果的第一區1111。於本實施例中,侷限層111包括AlxGa1-xAs,其中0.9<x<1。
Continue to refer to Figure 6. The
接著,參照第7圖,將絕緣材料填充於溝槽13中,以形成第一絕緣層113。在一些實施例中,第一絕緣層113與第一半導體結構103、第二半導體結構107、侷限層111及第三半導體結構109接觸,並環繞主動區,藉此可保護第一半導體結構103、第二半導體結構107、侷限層111及第三半導體結構109的側壁,進而提升光電半導體元件的壽命以及可靠度。在一些實施例中,絕緣材料可包
含氧化物絕緣材料、非氧化物絕緣材料、或前述之組合。舉例來說,氧化物絕緣材料可以包含氧化矽(SiOx);非氧化物絕緣材料可以包含氮化矽(SiNx)、苯並環丁烯(benzocyclobutene,BCB)、環烯烴聚合物(cycloolefin copolymer,COC)或氟碳聚合物(fluorocarbon polymer)、氟化鈣(calciumfluoride,CaF2)或氟化鎂(magnesium fluoride,MgF2)。在一些實施例中,絕緣材料優選為苯並環丁烯(benzocyclobutene,BCB)。在一些實施例中,可利用沉積製程來形成第一絕緣層113,例如,化學氣相沉積(chemical vapor deposition,CVD)、旋轉塗佈(spin coating)、原子層沉積(atomic layer deposition,ALD)或其組合。
Next, referring to FIG. 7 , insulating material is filled in the
在一實施例中,填入絕緣材料後,可選擇進行平坦化製程(例如,化學機械平坦化(chemical mechanical planarization,CMP)製程),使得第一絕緣層113的頂表面113a與第三半導體結構109的頂表面109a共平面,以提供平坦的表面以利於後續製程中設置上電極,使得每個上電極可在相同的水平高度上連接,進而提升良率及可靠度。接著,形成一第二絕緣層114於頂表面109a、113a上,第二絕緣層114具有複數個開口114a以暴露出部分的第一部分11的上表面。第二絕緣層114的材料可如上述第一絕緣層113的材料選擇。在其他實施例中,第一絕緣層113及第二絕緣層114亦可以為一步驟製成,例如當製作絕緣層時,除了將絕緣材料填入溝槽13,絕緣材料繼續沉積在磊晶疊層1上,並經圖形化形成複數個開口114a暴露出部分的第一部分11的上表面。
參照第8圖,形成上電極115於第三半導體結構109上,上電極115填入複數個開口114a以與磊晶疊層1接觸,且上電極115具有開孔116以將部分第二絕緣層114暴露出來。接著,並於基板101下方形成下電極117。在一些實施例中,上電極115及下電極117的材料可相同或不同,且可各自包含金屬氧化材料、金屬或合金。金屬氧化材料包含如氧化銦錫(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)、氧化銦鎢(IWO)、氧化鋅(ZnO)或氧化銦鋅(IZO)。金屬可列舉如鍺(Ge)、鈹(Be)、鋅(Zn)、金(Au)、鉑(Pt)、鈦(Ti)、鋁(Al)、或鎳(Ni)、銅(Cu)。合金可包含選自由上述金屬所組成的群組中的至少兩者,例如鍺金鎳(GeAuNi)、鈹金(BeAu)、鍺金(GeAu)、鋅金(ZnAu)。
In one embodiment, after filling the insulating material, a planarization process (for example, a chemical mechanical planarization (CMP) process) may be performed, so that the
將第8圖中的結構進行切割以單粒化(singulation),形成多個如第1A圖至第1C圖所示之光電半導體元件10。切割製程可藉由雷射切割或輪刀切割方式。在其他實施例中,可以選擇性地在進行單粒化的預定切割位置F先形成複數個溝渠,詳言之,移除掉在預定切割位置F的磊晶疊層1,再進行切割,以利提升切割良率。
The structure in Figure 8 is cut and singulated to form a plurality of
如第1A、1B及8圖所示,第一平台1031與形成於上的第二半導體結構107、侷限層111、第三半導體結構109定義為第一部分11,鄰近第一平台1031的兩個第二平台1032的一部分與形成於上的第二半導體結構107、侷限層111、第三半導體結構109則
定義為第二部分12。
As shown in FIGS. 1A, 1B, and 8, the
如上述製程之描述,於本揭露中,由於在第3圖之步驟中形成具有小於50μm寬度W的第一平台1031,使得後續成長與第一半導體結構103晶格不匹配(lattice mismatch)之第二半導體結構107可具有良好品質的磊晶,進而提升光電半導體元件的發光效率。利用相較於用於緩解晶格不匹配之鍵合製程需要複雜的工序,本發明的製程相對簡單。
As described in the above process, in the present disclosure, since the
以上概述數個實施例之部件,以便在本發明所屬技術領域中具有通常知識者可更易理解本發明實施例的觀點。在本發明所屬技術領域中具有通常知識者應理解,他們能以本發明實施例為基礎,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。在本發明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發明的精神與範圍,且他們能在不違背本發明之精神和範圍之下,做各式各樣的改變、取代和替換。 The components of several embodiments are summarized above so that those with ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs can more easily understand the concepts of the embodiments of the present invention. Those with ordinary skill in the technical field of the present invention should understand that they can design or modify other processes and structures based on the embodiments of the present invention to achieve the same purposes and/or advantages as the embodiments introduced here. Those with ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs should also understand that such equivalent processes and structures do not deviate from the spirit and scope of the present invention, and they can be used without departing from the spirit and scope of the present invention. Make all kinds of changes, substitutions and substitutions.
10:光電半導體元件 10: Optoelectronic semiconductor components
11:第一部分 11:Part One
12:第二部分 12:Part 2
13:溝槽 13:Trench
101:基板 101:Substrate
103:第一半導體結構 103: First semiconductor structure
107:第二半導體結構 107: Second semiconductor structure
109:第三半導體結構 109:Third semiconductor structure
109a:第三半導體結構的頂表面 109a: Top surface of third semiconductor structure
111:侷限層 111: Localization layer
1111:第一區
1111:
1112:第二區 1112:Second District
113:第一絕緣層 113: First insulation layer
114:第二絕緣層 114: Second insulation layer
114a:開口 114a:Open your mouth
115:上電極 115: Upper electrode
115a:導電部 115a: Conductive part
115b:連接部 115b:Connection part
115c:接合部 115c:joint part
116:開孔 116:Opening
117:下電極 117: Lower electrode
W1:第一寬度 W1: first width
d:磊晶缺陷 d: Epitaxial defects
E:邊緣 E: edge
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