在本发明专利技术的一实施例中，半导体元件包含一基板及设置于该基板上方的一外延层。该基板包含一上表面以及多个设置于该上表面的凸块，该凸块包含一顶面及多个壁面，该顶面实质上平行于该该上表面，该壁面夹置于该顶面与该上表面之间。在本发明专利技术的一实施例中，该外延层在该上表面上方的晶格方向与在该壁面上方的晶格方向实质相同。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种半导体元件，特别涉及一种半导体元件，其在图案化基板的凸块 (具有多个晶格方向)上的外延层实质上具有单一晶格方向，以便降低缺陷密度并提升静电放电(ESD)防护能力。
技术介绍
半导体元件(例如发光二极管)，已经被广泛地应用在各种交通号志、车用电子、 液晶显示器背光模块以及一般照明等。发光二极管基本上是在基板上依序形成η型半导体层、发光区域、P型半导体层，并采用在P型半导体层及η型半导体层上形成电极，通过自半导体层注入的电洞与电子再结合，在发光区域上产生光束，其经由P型半导体层上的透光性电极或基板射出发光二极管。用于制造可见光发光二极管的常用材料包括各种III-V 族化合物，包括用于制造绿、黄、橙或红光发光二极管的磷化铝镓铟(AWaInP)以及用于制造蓝光或紫外光发光二极管的氮化镓(GaN)，其中氮化镓发光二极管是成长在蓝宝石基板上。然而，在现有的发光二极管结构中，蓝宝石基板与氮化镓外延层之间的晶格系数差异 (lattice mismatch)很大，因而难以降低发光层的差排密度。中国台湾专利公告第561632号揭示一种高外部量子效率的发光元件，其在基板的表面部分形成使发光区域产生的光散射或衍射的至少一个凹部及/或凸块。凹部及/或凸块的形状可避免结晶缺陷形成于半导体层内部。中国台湾专利公告第1236773号揭示一种发光元件，其包含一基板及一形成在该基板上的外延体。该基板具有一基面及多个相间隔地由该基板的基面凹陷的凹槽。该外延体具有一基面及多个由该外延体的基面凸伸而出的凸柱。该外延体的凸柱是分别设置于该基板的凹槽内。该基板的每一凹槽与该外延体的每一凸柱相配合界定出多个封闭孔。中国台湾专利公告第1253771号揭示一种发光二极管结构，包括基板、第一型掺杂半导体层、第一电极、发光层、第二型掺杂半导体层与第二电极。其中，基板具有一表面以及多个位于表面上的圆柱状光子晶体，而第一型掺杂半导体层是配置于基板上以覆盖这些光子晶体。发光层、第二型掺杂半导体层与第二电极是依序配置于部分的第一型掺杂半导体层上，而第一电极则是配置于未覆盖有发光层的部分第一型掺杂半导体层上。由于具有光子晶体的基板能够改善第一型掺杂半导体层的外延质量，并增加正向出射发光二极管结构的光能量，因此可有效提高发光二极管结构的发光效率。武东星等人揭示一种近紫外光氮化物发光二极管，其发光波长约为410奈米(参见“成长在图案化蓝宝石基板上的近紫外光氮化铟镓-氮化镓发光二极管的加强输出功率，” IEEE电子技术快报，第17卷，2005年2月2日，“Enhanced Output Power of Near-Ultraviolet InGaN-GaN LEDs Grown onPatterned Sapphire Substrates, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, VOL. 17，NO. 2，FEBRUARY 2005)。相较于现有的发光二极管，使用图案化蓝宝石基板的发光二极管的发光强度提升约63 %。使用图案化蓝宝石基板的发光二极管操作在20mA的正向电流下的输出功率及外部量子效率分别为10. 4mff及14. 1%。发光强度的提升主要归因于使用图案化基板而降低螺纹状差排(threading dislocations)及增加在横向的取光效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种半导体元件，其在图案化基板上的外延层实质上具有单一晶格方向，以便降低缺陷密度并提升静电放电(ESD)防护能力。本专利技术的半导体元件的一实施例包含一基板及设置于该基板上方的一外延层。该基板包含一上表面以及多个设置于该上表面的凸块，该凸块包含一顶面及多个壁面，该顶面实质上平行于该上表面，该壁面夹置于该顶面与该上表面之间。该外延层在该上表面上方的晶格方向与在该壁面上方的晶格方向实质相同。本专利技术的半导体元件的另一实施例包含一基板及设置于该基板上方的一外延层。 该基板包含一上表面以及多个设置于该上表面的凸块，该凸块包含一顶面及多个壁面，该顶面实质上平行于该上表面，该壁面夹置于该顶面与该上表面之间。该外延层具有单一晶格方向且实质上覆盖该基板及该凸块的壁面，该外延层实质上没有空洞。上文已相当广泛地概述本专利技术的技术特征及优点，以使下文的本专利技术详细描述得以获得较佳了解。构成本专利技术的保护范围标的的其它技术特征及优点将描述于下文。本专利技术所属
中具有通常知识的人员应了解，可相当容易地利用下文揭示的概念与特定实施例可作为修改或设计其它结构或工艺而实现与本专利技术相同的目的。本专利技术所属
中具有通常知识的人员亦应了解，这类等效建构无法脱离所附的权利要求书所界定的本专利技术的精神和范围。通过参照前述说明及下列附图，本专利技术的技术特征及优点得以获得完全了解。 附图说明图1为本专利技术第一实施例的半导体元件的俯视图；图2为沿图1的剖面线1-1线的剖示图；图3为本专利技术第一实施例的基板的俯视图；图4为本专利技术第一实施例的基板的扫瞄式电子影像；图5为本专利技术第一实施例的半导体元件的局部扫瞄式电子影像；图6示出了图5的扫瞄区域；图7至图10为本专利技术第一实施列的半导体元件的不同区域的纳米电子束衍射图；图11为本专利技术比较例的半导体元件的局部扫瞄式电子影像；图12至图15为本专利技术比较例的半导体元件的不同区域的纳米电子束衍射图；图16及图17为现有技艺制备的外延层的表面形貌影像；以及图18及图19为本专利技术制备的外延层的表面形貌影像。其中，附图标记说明如下10半导体元件12 基板12A上表面13缓冲层14N型半导体层16发光结构18P型半导体层20接触层22导电透明层24第一电极26第二电极30凸块32顶面34壁面36斜面38底面具体实施例方式为了解决现有技术的问题并提升发光效率，本案专利技术人提出使用图案化蓝宝石基板作为发光二极管的外延基板，通过图案化蓝宝石基板的凸块的顶面、斜面及壁面以不同角度反射/衍射发光结构产生的光束，以便大幅地降低发光结构产生的光束在该半导体发光元件的内部重复进行反射，因而得以避免该光束被该发光结构本身吸收而衰减消灭，以便提升取光效率(详参美国专利申请案号12/327，367;专利技术名称为半导体发光元件 ΓSEMICONDUCTORLIGHT-EMITTING DEVICE」)，其全文以引用方式并入本文中。然而，图案化蓝宝石基板的凸块的顶面、斜面及壁面的晶向(orientation)不同且均可供外延成长，导致从不同晶向成长的晶粒在接触形成膜层时，因晶向不同而无可避免地会形成孔洞状缺陷(如图16所示)。因此，后续外延成长的发光结构内部也形成孔洞状缺陷(如图17所示)，亦即发光结构内部的缺陷密度增加而导致半导体元件对静电放电 (ESD)的防护能力降低。为了解决此一使用图案化基板(具有多个晶格方向)所衍生的缺陷密度增加问题，本案专利技术人通过在外延工艺之前，先行在图案化基板上实施一热处理工艺，使得后续的外延工艺仅在一特定面向成长外延层，其它的面向并不会成长外延层，如此外延层实质上具有单一晶格方向，解决了不同晶向成长的晶粒形成缺陷的问题，详如下文所述。图1为本专利技术第一实施例的半导体元件10的俯视图，图2为沿图1的剖面线1-1 线的剖示图。在本专利技术的一实施例中，该半导体元件本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种半导体元件，包含：一基板，包含一上表面以及多个设置于该上表面的凸块，该凸块包含一顶面及多个壁面，该顶面实质上平行于该该上表面，该壁面夹置于该顶面与该上表面之间；以及一外延层，设置于该基板上方，该外延层在该上表面上方的晶格方向与在该壁面上方的晶格方向实质相同。
【技术特征摘要】
2010.03.26 US 12/732,5371.一种半导体元件，包含一基板，包含一上表面以及多个设置于该上表面的凸块，该凸块包含一顶面及多个壁面，该顶面实质上平行于该该上表面，该壁面夹置于该顶面与该上表面之间；以及一外延层，设置于该基板上方，该外延层在该上表面上方的晶格方向与在该壁面上方的晶格方向实质相同。2.根据权利要求1所述的半导体元件，其中该凸块包含多个斜面，该斜面夹置于该顶面与该壁面之间，且各斜面位于两个壁面之间，该外延层在该斜面上方的晶格方向与在该壁面上方的晶格方向实质相同。3.根据权利要求2所述的半导体元件，其中该壁面与该斜面的倾斜度不同。4.根据权利要求2所述的半导体元件，其中该壁面与该斜面相连，且夹角介于90至 180度之间。5.根据权利要求2所述的半导体元件，其中该壁面呈弧状。6.根据权利要求1所述的半导体元件，其中该外延层在该壁面上方的衍射图与在该基板的衍射图相符。7.根据权利要求1所述的半导体元件，其中该顶面为一C面。8.根据权利要求1所述的半导体元件，其中该凸块以周期性方式设置于该上表面。9.根据权利要求1所述的半导体元件，其中该凸块排列成多个奇数列及多个偶数列， 且在偶数列的各凸块位于邻近奇数列的两个凸块之间。10.根据权利要求1所述的半导体元件，其中该凸块的高度介于0.5至5微米之间。11.根据权利要求1所述的半导体元件，其中该凸块的间隔介于0.5至10微米之间。12.根据权利要求1所述的半导体元件，其中该凸块的宽度介于0.5至5微米之间。13.根据权利要求1所述的半导体元件，其中该半导体元件还包含一发光结构，该发光结构设置于该外延层上方。14.根据权利要求13所述的半导体元件，其中该凸块经配置以散射/衍射...
【专利技术属性】
技术研发人员：程志青，童敬文，
申请(专利权)人：广镓光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71
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