[发明专利]半导体元件

说明书

本发明是中国发明专利申请（申请号：201010221717.0，申请日：2010年7月9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，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。

背景技术

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n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n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(AlGaInP)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I236773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I253771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 on Patterned Sapphire Substrates,″IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS,VOL.17,NO.2,FEBRUARY2005)。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10.4mW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。

发明内容

本发明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。

本发明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。

本发明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。