TWI481076B - 半導體發光裝置、使用其之照明器具以及該半導體發光裝置之製造程序 - Google Patents

半導體發光裝置、使用其之照明器具以及該半導體發光裝置之製造程序 Download PDF

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Description

半導體發光裝置、使用其之照明器具以及該半導體發光裝置之製造程序 相關申請案交互參照
本申請案根據2010年3月10日申請的日本專利申請案第2010-52809號主張優先權，在此以引用方式將其併入參照。
本實施例係相關於具有設置有開口之金屬電極的半導體發光裝置。
近來，已為了應用到顯示器或照明器具而研究半導體發光裝置。半導體發光裝置通常包括電極和位在電極之間的半導體層，當電流流經電極之間時，該半導體發光裝置會發光。通常，裝置具有與半導體層歐姆接觸之焊墊電極，及當電流流動時從焊墊電極的周邊發光。若被使用作為照明器具，則發光裝置極大較佳。然而，使焊墊電極增大對擴大發光部並無效，因此，實際上，沿著半導體層表面從焊墊電極額外置放細的引線電極，使得發光部能夠擴大。另一方面，若細的引線電極被延長，則通常導致電極結構變得複雜之問題。
從應用到照明器具之觀點，亦可考慮供應足夠的電流量給裝置以增強亮度強度。在包括焊墊電極之習知半導體發光裝置中，亮度強度根據電流增加而增加直到某一值為止，然後強度到達某一電流值的尖峰。即使電流增加到大於那值，亮度強度仍不增加而是減少。此一重要原因是因為大電流在裝置中流動，導致產生太大的熱而無法充分冷卻。因此，為了增強習知裝置的亮度強度，充分冷卻裝置較佳。為了解決處此問題，建議設置散熱基板在裝置的底部。然而，因為基板距離發熱部太遠，所以目前非常無效。
根據實施例之半導體發光裝置包括基板；化合物半導體層；金屬電極層，其設置有特定開口；光析取層；和相對電極。光析取層具有不小於20 nm但不大於120 nm的厚度，及至少局部覆蓋金屬電極層的金屬部；或者不然，光析取層具有細微粗糙結構，及至少局部覆蓋金屬電極層的金屬部，及粗糙結構具有突出物，其被配置成使其峰頂以不小於100 nm但不大於600 nm的間距來定位，及峰頂距金屬電極層的表面之高度不小於200 nm但不大於700 nm。
實施例被詳細說明如下。
根據第一實施例之半導體發光裝置，包括：基板，化合物半導體層，其形成於該基板的一表面上，金屬電極層，其形成於該化合物半導體層上，及其厚度不小於10 nm但不大於50 nm，光析取層，其形成於該金屬電極層上，及相對電極，其形成於該基板的另一表面上；其中該金屬電極層包括：金屬部，其為連續不斷，以在沒有斷裂之下連續連接其內的任何一對點位置，及複數個開口，其穿過該金屬電極層，及其圓形等面積直徑不小於10 nm但小於5 μm；及該光析取層至少局部覆蓋該金屬電極層的金屬部，及具有不小於20 nm但不大於120 nm的厚度。
另外，根據第二實施例之半導體發光裝置包括：基板，化合物半導體層，其形成於該基板的一表面上，金屬電極層，其形成於該化合物半導體層上，及其厚度不小於10 nm但不大於50 nm，光析取層，其形成於該金屬電極層上，且其具有細微粗糙結構，及相對電極，其形成於該基板的另一表面上；其中該金屬電極層包括：金屬部，其為連續不斷，以在沒有斷裂之下連續連接其內的任何一對點位置，及複數個開口，其穿過該金屬電極層，及其圓形等面積直徑不小於10 nm但小於5 μm；及該光析取層至少局部覆蓋該金屬電極層的金屬部，及其該粗糙結構包含突出物，該突出物被配置成使其峰頂以不小於100 nm但不大於600 nm的間距來定位，及該峰頂距該金屬電極層的表面之高度不小於200 nm但不大於700 nm。
而且，根據實施例之照明器具包括上述半導體發光裝置。
另外，根據實施例，上述半導體發光裝置的任一個之製造程序包括以下步驟：將化合物半導體層形成於基板上，將金屬電極層形成於該化合物半導體層上，將光析取層形成於該金屬電極層上，及將相對電極層形成於與該化合物半導體層相對的側邊上之該基板上；其中形成金屬電極層的該步驟另外包括以下子步驟：形成金屬薄層，將該金屬薄層的至少一部分塗佈有含塊狀共聚合物的組成，以形成塊狀共聚合物膜，使該塊狀共聚合物的相位分離，以形成點圖案形式的微型域，及藉由使用該點圖案化微型域作為蝕刻遮罩來蝕刻該金屬薄層，以形成設置有開口的該金屬電極層。
另外，根據實施例，上述半導體發光裝置的任一個之另一製造程序包括以下步驟：將化合物半導體層形成於基板上，將金屬電極層形成於該化合物半導體層上，將光析取層形成於該金屬電極層上，及將相對電極層形成於與該化合物半導體層相對的側邊上之該基板上；其中形成金屬電極層的該步驟另外包括以下子步驟：形成金屬薄層，備製模子，其表面具有對應於欲待形成之金屬電極層的形狀之細微起伏圖案，藉由使用該模子，將抗蝕圖案轉移到該金屬薄層的至少一部分上，及藉由使用該抗蝕圖案作為蝕刻遮罩，將開口形成於該金屬薄層上。
現在將參考附圖說明實施例。
只要具有足夠的電和熱傳導性，並未特別限制根據實施例之金屬電極層的材料金屬。因此，可採用一般用於電極之任何金屬。然而，鑑於吸收損耗，金屬電極層含有例如90 wt%(重量百分比)或更多的量之Au(金)或Ag(銀)作為基底金屬較佳。另一方面，鑑於確保歐姆接觸和耐熱性，金屬電極層亦含有選自由Al(鋁)、Zn(鋅)、Zr(鋯)、Si(矽)、Ge(鎵)、Pt(鉑)、Rh(銠)、Ni(鎳)、Pd(鈀)、Cu(銅)、Sn(錫)、C(碳)、Mg(鎂)、Cr(鉻)、Te(碲)、Se(硒)、及Ti(鈦)所組成之群組的至少一元素較佳。
根據實施例之半導體裝置的金屬電極層被設置有穿過此層的複數個開口。因為可使金屬電極層佔據極大面積，所以可具有足夠高到防止裝置溫度上升之散熱能力。此外，藉由控制開口的尺寸和配置亦能夠防止溫度上升。尤其是，開口的尺寸和配置可被控制，以使半導體發光裝置的前向電壓降低，藉以可降低串聯電阻，以減少本身的熱產生。為了獲得此效果，電流從設置有開口的金屬電極層平均流動到化合物半導體層的整個表面較佳。因此，需要控制開口的尺寸和它們之中的中心到中心的間距，使得電流可在整個化合物半導體層中平均流動。以諸如模擬等計算為基礎的研究指出，電流從金屬電極層的邊緣在約5 μm的面積內流動，雖然依據電流流動的半導體層之摻雜濃度。因此，若開口具有大於那的圓形等面積直徑，則將出現電流不流動之區域。結果在那時，無法降低串聯電阻，因此無法降低前向電壓。事實上，關於包括具有5 μm或更大網眼之網狀結構的金屬電極之半導體發光裝置，並未有任何正向電壓降低之報告(見Jpn. J. Appl. Phys.第41冊(2002)第L 1431-L 1433頁)。因此，開口具有5 μm或更小之圓形等面積直徑，1μm或更小較佳。另一方面，從電阻的觀點，並未特別限制直徑的下限，但是鑑於程序的簡易性，圓形等面積直徑通常為10 nm或更大，30 nm或更大較佳。此處，若所有開口都是圓形形狀，則“圓形等面積直徑”係從根據公式2×(面積/Π)1/2 的各個開口之面積所導出，因此其對應於平均直徑。
實施例中的金屬電極層包括金屬部，及金屬部為連續不斷，以在沒有斷裂之下連續連接其內的任何一對點位置。這是由於使電阻保持是低的，如上述。
金屬部的連續性如此明顯，使得裝置能夠從整個化合物半導體層發光。金屬電極層具有10 Ω/□或更少的薄片電阻較佳，5 Ω/□或更少更好。薄片電阻越小，裝置產生的熱越少，因此實施例的效果就出現的越明顯。
通常，金屬電極係藉由以下步驟形成在半導體層上：將金屬層形成在半導體層上，然後透過熱處理將摻雜劑摻雜到金屬層和半導體層之間的介面，以形成歐姆接觸。例如，在製造正常紅色發光裝置時，形成電極的程序包括以下步驟：將層式結構Au/Au-Zn(用於p層的摻雜劑)形成在GaAs、GaP等化合物半導體層上，然後將Zn摻雜到金屬半導體介面，以形成歐姆接觸。在實施例中，以相同方式形成金屬層，及隨後以稍後說明之方式將開口設置在其上，以形成金屬電極層。若金屬電極層太薄，則摻雜劑的量通常太少，難以獲得充分的摻雜。結果在那時，無法實現充分的歐姆接觸，及因此電阻增加。我們的實驗顯示出，金屬電極層必須具有10 nm或更大的厚度，30 nm或更大較佳，以獲得充分的歐姆接觸。另一方面，從電阻的觀點，並未特別限制厚度的上限，但是考慮到確保透射比，厚度為50 nm或更少較佳。
因為設置有上述細微開口的金屬電極層，所以實施例的半導體發光裝置之電特性和熱特性絕佳。然而，因為發光層被覆蓋有極低透射比的金屬層，所以難以完全析取從發光層發出的光。因此，增加通過金屬電極層的光量是理想的。
為了增加通過電極層的光量，可考慮將光析取層形成在金屬電極層上。光析取層必須是高透射比的介電或導電膜。尤其是，光析取層在從發光層發出的光之波長下具有50%或更大的光透射比較佳，60%或更大更好。若光析取層具有高於位在發光層的表面之電流擴展層高之折射率，則可降低反射損耗。因此，光析取層具有不小於1.8的折射率。另外，在最後製造步驟中，通常以具有折射率約1.5的樹脂密封半導體裝置，及因此若是有低於1.5的折射率，則光析取層通常無法給予改良的效果。然而，另一方面，折射率不大於2.5較佳。若折射率太大，則當以具有折射率約1.5的樹脂密封裝置時，改良效果亦容易減弱。那是因為在光析取層和密封樹脂之間的折射率具有太大的差異。在那時，通常需要調整光析取層的厚度。因為有用的高介電材料之折射率上至約2.5，所以實際上難以使用具有折射率大於2.5的材料。適用於光析取層的材料之例子包括SiN、SiON、Ta2 O5 、TiO2 、ZnS、ZrO2 、Y2 O3 、ITO、Ce2 O3 、及ZnO。
光析取層具有不小於20 nm但不大於120 nm的厚度。若厚度小於20 nm，則通常無法獲得改良效果。另外，若厚度不適當，則在發射光的波長下容易減低降低反射損耗的效果。鑑於此，厚度需要不大於120 nm。光析取層不需要覆蓋整個金屬電極層，而是其可覆蓋金屬電極層的一部分。尤其是，藉由使用光析取層和金屬電極層之間的介面中之折射率的差，光析取層增加通過金屬電極層的光量，因此，即使光析取層僅部分覆蓋金屬電極層的金屬部仍可出現效果。因此，即使根本未將開口覆蓋，幾乎也不會改變效果。除非在實施例中特別界定，否則光析取層的“厚度”意指從光析取層的表面到化合物半導體層的表面或者到接觸層的表面之距離。化合物半導體層或接觸層與金屬電極層接觸。應注意的是，光析取層的厚度決不是設置在金屬電極層上之層的深度。換言之，光析取層的厚度決不是從光析取層的表面到金屬電極層的表面之距離。因此，在實施例中，光析取層的厚度不小於金屬電極層的厚度。
為了增加通過金屬電極層的光量，具有細微粗糙結構之光析取層係可形成在金屬電極層上。細微粗糙結構提供此種能夠降低金屬電極層和光析取層之間的介面中之反射損耗的抗反射和和繞射效果，結果能夠增加通過金屬電極層的光量。為了實現那些效果，粗糙結構必須包括突出物，突出物被配置成使其峰頂以不小於100 nm但不大於600 nm的間距來定位，及峰頂距金屬電極層的表面之高度不小於200 nm但不大於700 nm。然而，雖然並未特別限制粗糙結構中的突出物和凹下之間的位準間隙，但是間隙通常為200 nm至700 nm，300 nm至700 nm較佳。
圖1為根據實施例之半導體發光裝置的結構之剖面圖。
圖1A為根據第一實施例之半導體發光裝置100A圖。發光裝置100A包括例如n型GaAs的基板101。在基板上，例如，形成包括n型InAlP包覆層、InGaP主動層、及p型InAlP包覆層之異結構102。另外，例如將p型InGaAlP的電流擴展層103設置在其上。這些化合物半導體子層絕不限制化合物半導體層的構成，及化合物半導體層可具有視需要而定的任何構成。整個電流擴展層被覆蓋有設置有開口之Au/Au-Zn的p側金屬電極層，及薄的GaAs接觸層104形成在電流擴展層和金屬電極層之間，使得它們可彼此保持歐姆接觸。尤其是，若電流擴展層包括各種元素，例如，電流擴展層包括諸如InGaAlP或AlGaAs等三或多種元素，則在沒有接觸層之下難以使電流擴展層與形成在其上之金屬電極層105有足夠的歐姆接觸。雖然接觸層的材料依據鄰接層的材料，即、半導體層的半導體和金屬電極層的金屬較佳，但是一般GaAs或GaP較佳。金屬電極層105被設置有穿過層的複數個開口。圖1C為金屬電極層105的平面圖。圖1C所示的電極層包括連續金屬部105X和開口105Y形成在其內。雖然圖1C所示之開口具有隨機尺寸以及被隨機排列，但是它們絕不限制實施例。若需要的話，開口可具有相同尺寸以及可規律排列。
在設置有開口之金屬電極層105上，形成光析取層106A。光析取層為例如具有厚度20 nm至70 nm之ZnS膜(折射率：2.3)。因為ZnS實質上不吸收約400 nm或更長之波長範圍中的光，所以其可透射從半導體裝置發出之非UV光。
在基板的相對表面上，形成例如Au的n側相對電極107。從電流擴展層的整個表面析取主動層所發出之發光。
圖1B為根據第二實施例之半導體發光裝置100B之概要剖面圖。此半導體裝置在光析取層的形狀上與第一實施例不同。在第二實施例中，具有厚度200 nm至500 nm之ZnS膜(折射率：2.3)係形成在設置有開口之金屬電極層105上，及然後被局部去除以形成光析取層。如此形成之光析取層106B具有細微粗糙結構。
上述半導體發光裝置可以任何方法來製造。然而，實施例的半導體裝置之特徵為金屬電極層和光析取層，因此在製造程序中，粗糙結構的金屬電極層和光析取層係以特定方式來形成較佳。然而，另一方面，諸如第一實施例之化合物半導體層、相對電極、和光析取層等其他部分係可藉由組合任何已知方法來形成。
藉由例如下面程序(A)至(D)，可將細微開口形成在根據實施例之半導體發光裝置的金屬電極層上。
(A)使用塊狀共聚合物的自我組裝之程序
可根據使用自我組裝所產生之塊狀共聚合物的相位分離之程序來製造實施例的發光裝置。此程序包括以下步驟：將化合物半導體層形成在基板上，將金屬電極層形成於化合物半導體層的光析取側上，及將相對電極層形成在與光析取側相對的側邊上之基板上；其中形成金屬電極層的步驟另外包括以下子步驟：形成金屬薄層，將金屬薄層的至少一部分塗佈有含塊狀共聚合物的組成，以形成塊狀共聚合物層，使塊狀共聚合物的相位分離，以形成點圖案形式的微型域，及藉由使用點圖案化微型域作為蝕刻遮罩來蝕刻金屬薄層，以形成設置有開口的光析取側金屬電極層。
下面更詳細說明此程序。首先，化合物半導體層係形成在基板上。隨後，在與化合物半導體層相對之基板表面上，真空沉積諸如Au/Zn等金屬，以形成相對電極層。基板、化合物半導體層、及相對電極層係可由任何已知材料來製成，及可藉由任何已知方法來形成。例如，它們可由與上面參考圖1所說明相同的材料來製成。之後，諸如Au/Zn等金屬被真空沉積在化合物半導體層上以形成薄金屬層，然後在薄金屬層上塗佈和加熱抗蝕組成以形成抗蝕層。
若需要的話，藉由塗佈和熱固進一步將有機聚合物層形成在其上。有機聚合物層被用於形成遮罩，以用於稍後說明的步驟中之薄金屬層的製造。因為由有機聚合物層的舉離法形成遮罩，所以遮罩的高度係由有機聚合物層的厚度來決定。鑑於此，有機聚合物層具有厚度50 nm至400 nm較佳。
在有機聚合物層上，含有塊狀共聚合物的組成被旋轉塗佈，以形成塊狀共聚合物層，然後在加熱板上烘烤此塊狀共聚合物層以去除溶劑。然後熱處理共聚合物層以在例如150℃至250℃的溫度中產生相位分離。塊狀共聚合物包括例如聚苯乙烯(下面稱作“PS”)塊和聚甲基丙烯酸甲酯(下面稱作“PMMA”)塊，以在PS矩陣中形成點狀PMMA域。
若在反應性離子蝕刻(RIE)程序中適當選擇氣體，則PS和PMMA的蝕刻率彼此相當不同。因此，可藉由RIE選擇性去除相位分離的PMMA點狀域以形成空隙，藉此可獲得PS的網眼圖案。
塊狀共聚合物通常係由無法承受施加到硬基板的蝕刻之典型聚合物成分所組成，因此實施例採用藉由使用無機物質的圖案轉移法。首先，藉由塗佈或藉由物理氣相沉積以無機物質充填上述空隙。然後藉由RIE去除PS網眼圖案的一部分，以獲得無機物質的點狀圖案。
隨後，以RIE將所形成之無機物質的點狀圖案轉移到下面的有機聚合物層，以形成有機聚合物層的柱狀物圖案。然後以舉離法顛倒有機聚合物的柱狀物圖案以形成網眼圖案的遮罩。此步驟所使用的無機物質對有機聚合物具有高蝕刻選擇性較佳。
最後，以RIE或以離子銑削法將無機物質的網眼圖案遮罩轉移到下面的薄金屬層上，以形成金屬電極層，此金屬電極層設置有開口並且與化合物半導體層保持歐姆接觸。
(B)使用奈米壓印的程序
實施例的發光裝置亦可根據使用奈米壓印的程序來製造。此程序包括以下步驟：將化合物半導體層形成於基板上，將金屬電極層形成於化合物半導體層的光析取側上，及將相對電極層形成於與光析取側相對的側邊上之基板上；其中形成金屬電極層的步驟另外包含以下子步驟：形成金屬薄層，備製模子，其表面具有對應於欲待形成之金屬電極層的形狀之細微起伏圖案，藉由使用模子，將抗蝕圖案轉移到金屬薄層的至少一部分上，及藉由使用抗蝕圖案作為蝕刻遮罩，將開口形成於金屬薄層上。
下面更詳細說明此程序。首先，化合物半導體層係形成在基板上。隨後，在與化合物半導體層相對之基板表面上，形成相對電極層。可以與上述相同方式形成這些層。
之後，在化合物半導體層上真空沉積諸如Au/Zn等金屬以形成薄金屬層。然後，在薄金屬層上塗佈和加熱抗蝕組成以形成抗蝕層。
在抗蝕層上，藉由使用模子作為塑模來轉移對應於實施例所界定的開口結構之細微起伏圖案。
模子係可藉由例如施加到石英板之電子束微影來製造。電子束微影可在石英板上形成想要的結構，但是此絕不限制實施例。在根據實施例的發光裝置之製造程序中，並未特別限制模子的材料和微製造。例如，能夠藉由使用塊狀共聚合物的自我組裝之上述方法或藉由使用細微粒子作為遮罩之後述方法來備製模子。
若需要的話，在加熱抗蝕層的同時將模子置放到抗蝕層上，然後自此冷卻和釋放，使得與模子的起伏圖案顛倒之凹刻圖案被轉移到抗蝕層上。以此方式，獲得具有柱狀物和開口在柱狀物之中的抗蝕圖案。
實施例並不侷限於上述之熱奈米壓印程序。諸如光致壓印和軟壓印等各種壓印技術可被用於形成上述圖案，及它們絕不會損害根據實施例之發光裝置的功能。
藉由使用所獲得的抗蝕圖案作為遮罩來蝕刻薄金屬層，以挖鑿穿過薄金屬層的開口。最後，去除抗蝕圖案遮罩，以獲得實施例的半導體發光裝置。
(C)使用細微粒子作為遮罩之程序
實施例的發光裝置亦仍舊可根據使用例如細微矽土粒子的單粒子層作為遮罩之程序來製造。此程序包括以下步驟：將化合物半導體層形成於基板上，將金屬電極層形成於化合物半導體層的光析取側上，及將相對電極層形成於與光析取側相對的側邊上之基板上；其中形成金屬電極層的步驟另外包含以下子步驟：形成金屬薄層，以抗蝕組成塗佈金屬薄層的至少一部分，以形成抗蝕層，將細微粒子的單粒子層形成於抗蝕層之表面上，藉由使用單粒子層作為遮罩來蝕刻抗蝕層，以形成抗蝕圖案，以無機物質充填抗蝕圖案的開口，以形成顛倒圖案遮罩，及藉由使用顛倒圖案遮罩作為蝕刻遮罩，將開口形成在金屬薄層中。
下面更詳細說明此程序。首先，化合物半導體層係形成在基板上。隨後在與化合物半導體層相對之基板表面上，形成相對電極。可以與上述相同方式形成這些層。
之後，在化合物半導體層上真空沉積諸如Au及Au/Zn等金屬以形成薄金屬層，然後在薄金屬層上塗佈抗蝕組成以形成抗蝕層。可藉由反應性離子蝕刻(RIE)程序來表面處理抗蝕層，以使抗蝕層的表面變成親水的。此表面處理可提高下面所說明之塗佈分散液時的可濕性。
然後以含有例如尺寸為200 nm的細微矽土粒子之分散液塗佈如此形成在基板上的抗蝕層，及若需要的話退火和冷卻，以形成矽土粒子的單粒子層。根據開口的設計來適當選擇細微粒子的直徑和尺寸分佈。
蝕刻所獲得的矽土粒子之單粒子層，使得細微矽土粒子被蝕刻，以降低它們的半徑且在鄰接粒子之中形成間隙。在幾乎無法蝕刻下面的抗蝕層之此種條件下來實行此蝕刻。換言之，藉由使用粒子和抗蝕層之間的蝕刻率差來只蝕刻矽土粒子，以在鄰接粒子之中形成間隙。
隨後，藉由使用剩下的細微粒子作為遮罩來蝕刻下面的熱固性抗蝕劑，以獲得抗蝕圖案。所獲得的圖案包括高寬高比的柱狀物在先前步驟中事先置放的細微粒子之位置中。
以旋塗玻璃(下面稱作SOG)溶液來塗佈所獲得的柱狀物抗蝕圖案，接著加熱，使得抗蝕圖案的柱狀物之中的間隙被充填有SOG。
之後，藉由蝕刻去除剩下的矽土粒子和覆蓋抗蝕柱狀物圖案之過多的SOG，以形成包括填滿柱狀物之中的間隙之SOG 509的抗蝕柱狀物圖案。
然後藉由蝕刻去除熱固性抗蝕劑的柱狀物。由於此步驟，具有與上述抗蝕柱狀物圖案相反的圖案結構之SOG遮罩係形成在金屬薄層上。
之後，藉由使用SOG遮罩來蝕刻金屬薄層，以形成設置有開口的金屬電極層。
最後，SOG遮罩被去除，以製造根據實施例之半導體發光裝置。
(D)使用電子束微影之程序
設置有開口之金屬電極層亦可藉由使用電子束微影之程序來形成。根據實施例之發光裝置的此製造程序包括以下步驟：將化合物半導體層形成於基板上，將金屬電極層形成於化合物半導體層的光析取側上，及將相對電極層形成於與光析取側相對的側邊上之基板上；其中形成金屬電極層的步驟另外包含以下子步驟：形成金屬薄層，以電子束抗蝕劑塗佈金屬薄層，以形成抗蝕層，將抗蝕層經過電子束微影程序，在電子束微影程序中，藉由電子束將對應於欲待形成之開口的形狀之圖案圖示於抗蝕層上，然後顯影以形成抗蝕圖案，及藉由使用抗蝕圖案作為遮罩來蝕刻金屬薄層，以在層中形成開口。
根據第二實施例之半導體發光裝置包括具有特定細微粗糙結構之光析取層。細微粗糙結構係可藉由應用(A)至(D)程序的任一個來形成，上面說明這些程序作為用以在金屬電極層挖鑿開口之方法。尤其是，首先，作為原始光析取層之高透射比的介電或導電膜被形成相對是厚的，例如厚度200 nm至500 nm；然後藉由使用根據(A)至(D)程序的任一個所形成之圖案遮罩而將膜經過RIE。
尤其是，例如，能夠以下列方式來製造半導體發光裝置。首先，以想要的方法將化合物半導體層形成在基板上，然後藉由氣相沉積將Au/Au-Zn(3%)的金屬薄層形成在半導體層上。隨後，以450℃將層退火30分鐘較佳，使得金屬薄層能夠與電流擴展層保持歐姆接觸。此退火處理給予良好的歐姆接觸。然後以電子束抗蝕劑塗佈Au/Au-Zn層，以形成300 nm厚的抗蝕層。以電子束微影系統，將如此形成的抗蝕層經過電子束微影程序，然後顯影，以形成在其上設計想要的開口配置之圖案遮罩。之後，以離子銑削機，經由圖案遮罩蝕刻Au/Au-Zn層，以挖鑿開口。
之後，藉由根據想要的半導體發光裝置之結構所選擇的程序來形成光析取層。在欲形成第一實施例的裝置之例子中，在設置有開口之Au/Au-Zn層上藉由氣相沉積來形成50 nm厚的ZnS膜。
在欲形成第二實施例的裝置之例子中，首先，在設置有開口之Au/Au-Zn層上藉由氣相沉積來形成400 nm厚的ZnS膜。然後以電子束抗蝕劑塗佈ZnS膜，以形成300 nm厚的抗蝕層。以電子束微影系統，將如此形成的抗蝕層經過電子束微影程序，然後顯影，以形成對應於想要的粗糙結構之圖案遮罩。之後，以RIE機器，經由圖案遮罩來蝕刻ZnS膜，以形成具有細微粗糙結構之光析取層。
最後，引線接合用之焊墊電極係形成於金屬電極層的一部分上，以獲得根據實施例之半導體發光裝置。
以下面例子更詳細說明實施例，在例子中，包括習知金屬焊墊電極的已知半導體裝置在特性上與根據實施例之包括設置有開口的金屬電極之裝置比較。
(例子1和比較例子1)
根據上述程序，製造半導體發光裝置。在例子1中，將裝置製成尺寸300 μm平方，其與習知裝置相同，使得包括設置有開口的金屬電極之裝置在特性上可與習知裝置評估比較。
如圖2A所示，包括n型InAlP包覆層、InGaP主動層、及p型InAlP包覆層之異結構102係形成於n-GaAs基板101上。另外，四元素p型InGaAlP的電流擴展層103磊晶生長在其上。在如此形成的電流擴展層上，p型GaAs接觸層104(厚度：0.1 μm)被形成，以確保歐姆接觸。在基板的相對側邊上，設置n型相對電極107。
隨後，在p型GaAs接觸層上，以氣相沉積形成Au(10 nm)/Au-Zn(3%)(厚度：30 nm)之金屬薄層105A。然後在氮氣大氣中以450℃將所形成的層退火30分鐘，以能夠與p型GaAs層完全歐姆接觸。
之後，以電子束抗蝕劑(FEP-301[商標]，由Fujifilm公司製造)塗佈金屬薄層，以形成300 nm厚的抗蝕層。然後藉由使用配備有圖案產生器之電子束曝光系統(加速電壓：50 kV)處理抗蝕層，以形成洞圖案201，其開口的直徑和間距分別為100 nm和200 nm(圖2B)。
之後，在加速電壓和離子電流分別為500 V和40 mA之條件下，以離子銑削機蝕刻金屬薄層達90秒，以形成設置有開口的金屬電極層105。在蝕刻程序之後，以氧灰化去除抗蝕劑(圖2C)。
隨後，氣相沉積ZnS(折射率：2.3)，以形成50 nm厚的絕緣膜(圖2D)。
因為ZnS為絕緣體，所以在欲待形成焊墊電極的區域中局部去除ZnS膜。最後，在那裡形成焊墊電極，以獲得半導體發光裝置(圖2E)。所獲得的裝置以635 nm發光。
獨立地，製造比較半導體發光裝置(比較例子1)。在比較裝置中，只有焊墊電極形成在接觸層上。各個製造的裝置被分割成尺寸300 μm，及以裸晶形式評估比較其特性。圖3A為結果，其圖示電壓電流特性圖。圖3A表示因為設置有開口的金屬電極，所以實施例的裝置在相同電流中展現出低於習知裝置的電壓。另外，圖3B圖示與電流相關聯的亮度特性。如圖3B所示，光析取層(ZnS膜)提高透射比，使得設置有開口的金屬電極顯示較亮的亮度。此外，根據電流增加，在包括光析取層和設置有開口的電極之裝置未喪失但保持亮度的同時，比較例子1之裝置大幅喪失亮度。結果，在100 mA中，根據實施例的裝置發出比習知裝置亮的發光。
這是因為藉由覆蓋整個發射表面之金屬電極層提高散熱能力，亦因為光析取層提高金屬電極層的透射比。
(例子2)
備製類似於例子1的裝置之具有n-GaAs/n-InAlP/InGaP/p-InAlP/p-InGaAlP/p-GaAs的結構之半導體發光裝置。
在p型GaAs接觸層上，以氣相沉積形成Au(10 nm)/Au-Zn(3%)(厚度：30 nm)之金屬薄層105A(圖4A)，之後在氮氣大氣中以450℃退火30分鐘，以與接觸層完全歐姆接觸。
之後，利用與例子1相同方式，以電子束抗蝕劑塗佈金屬薄層，以形成300 nm厚的抗蝕層。然後藉由使用配備有圖案產生器之電子束曝光系統(加速電壓：50 kV)處理抗蝕層，以形成洞圖案201，其開口的直徑和間距分別為100 nm和200 nm(圖4B)。
之後，在加速電壓和離子電流分別為500 V和40 mA之條件下，以離子銑削機蝕刻金屬薄層達90秒，以形成設置有開口的金屬電極層。在蝕刻程序之後，以氧灰化去除抗蝕劑(圖4C)。
隨後，氣相沉積ZnS(折射率：2.3)，以形成400 nm厚的絕緣膜106A(圖4D)。在ZnS膜上，以上述方式形成300 nm的電子束抗蝕層。然後藉由使用配備有圖案產生器之電子束曝光系統(加速電壓：50 kV)處理抗蝕層，以形成點圖案遮罩401，其點的尺寸和間距分別為200 nm和300 nm(圖4E)。
之後，在Cl2 /Ar=10/10 sccm、5 mTorr及ICP/Bias=100/300 W的條件下，以RIE設備經由點圖案遮罩401蝕刻絕緣膜106A達1分鐘。然後以O2 灰化器去除剩下的蝕刻劑。蝕刻程序如此形成光析取層106B，其為設置有具有尺寸為200 nm、間距為300 nm、及高度為300 nm的突出物之粗糙結構的絕緣膜(圖4F)。
因為ZnS為絕緣體，所以在欲待形成焊墊電極的區域中局部去除ZnS膜。最後，在那裡形成焊墊電極202，以獲得半導體發光裝置(圖4G)。
獨立地，製造比較半導體發光裝置(比較例子2)。就製造比較裝置而言，除了只設置焊墊電極來取代金屬電極層和光析取層之外，其餘重複例子2的程序。以裸晶形式評估比較各個所製造的裝置之特性。結果，發現因為設置有開口的金屬電極和細微粗糙結構的光析取層，所以實施例的裝置在相同電流中展現出低於習知裝置的電壓之電壓。圖5圖示它們與電流相關聯的亮度特性。如圖5所示，當電流低如幾十毫安培時，例子2的裝置顯示與比較例子2之亮度幾乎相同的亮度。然而，根據電流增加，在例子2的亮度未喪失且保持亮度的同時比較例子1的裝置大幅喪失亮度。結果，在100 mA中，例子2的裝置發出比比較例子2之裝置亮很多的發光。
這是因為藉由覆蓋整個發射表面之金屬電極層提高散熱能力，及因為細微粗糙結構的光析取層提高金屬電極層的透射比。
(例子3和比較例子3)
備製半導體發光裝置。裝置具有與例子1相同的結構，但是尺寸為1 mm平方，其大於常見的半導體裝置。
獨立地，製造比較半導體發光裝置(比較例子3)。就製造比較裝置而言，除了只設置連接到細引線的焊墊電極來取代金屬電極層和光析取層之外，其餘重複例子3的程序。以裸晶形式評估比較各個裝置的特性。結果，當電流為1 A時，例子3的裝置之前向電壓為0.2V，其小於比較例子3的裝置之前向電壓。另外，當電流為500 mA時，例子3之裝置發出比比較例子3的發光亮2.5倍的發光。
那些結果表示包括設置有開口的金屬電極和特定光析取層之根據實施例的半導體發光裝置利於充作大型晶片半導體發光裝置。
(例子4和比較例子4)
備製半導體發光裝置。裝置具有與例子2相同的結構，但是尺寸為1 mm平方，其大於常見的半導體裝置。
獨立地，製造比較半導體發光裝置(比較例子4)。就製造比較裝置而言，除了只設置連接到細引線的焊墊電極來取代金屬電極層和光析取層之外，其餘重複例子4的程序。以裸晶形式評估比較各個裝置的特性。結果，當電流為1 A時，例子4之裝置的前向電壓為0.2V，其小於比較例子4的裝置之前向電壓。另外，當電流為500 mA時，例子4之裝置發出比比較例子4的發光亮2.5倍的發光。
那些結果表示包括設置有開口的金屬電極和特定光析取層之根據實施例的半導體發光裝置利於充作大型晶片半導體發光裝置。
(例子5和比較例子5)
除了以CVD法形成60 nm厚的SiN膜(折射率：2.0)來取代ZnS膜作為絕緣膜之外，其餘重複例子3的程序，以備製尺寸為1 mm平方的半導體發光裝置。
獨立地，製造比較半導體發光裝置(比較例子5)。就製造比較裝置而言，除了只設置連接到細引線的焊墊電極來取代金屬電極層和光析取層之外，其餘重複例子5的程序。以裸晶形式評估比較各個裝置的特性。結果，當電流為1 A時，例子5之裝置的前向電壓為0.2V，其小於比較例子5的裝置之前向電壓。另外，當電流為500 mA時，例子5之裝置發出比比較例子5的發光亮2.3倍的發光。如此，效果稍微降低，使得提高的亮度較少。這被假設係因為光析取層的折射率比例子3的折射率低。
(例子6和比較例子6)
除了以濺鍍形成60 nm厚的導電ITO膜(折射率：2.0)來取代絕緣ZnS膜，其餘重複例子3的程序，以備製尺寸為1 mm平方的半導體發光裝置。因為ITO膜為導電的，所以在未去除ITO膜的任何部分之下將焊墊電極直接形成在其上。
獨立地，製造比較半導體發光裝置(比較例子6)。就製造比較裝置而言，除了只設置連接到細引線的焊墊電極來取代金屬電極層和光析取層之外，其餘重複例子6的程序。以裸晶形式評估比較各個裝置的特性。結果，當電流為1 A時，例子6之裝置的前向電壓為0.2V，其小於比較例子6的裝置之前向電壓。當電流為500 mA時，例子6之裝置發出比比較例子6的發光亮2.25倍的發光。
(例子7和比較例子7)
除了藉由使用i射線抗蝕劑來取代電子束抗蝕劑將開口形成在金屬電極層中之外，其餘重複例子3的程序，以備製尺寸為1 mm平方的半導體發光裝置。尤其是，以i射線抗蝕劑(THMR-iP3650[商標]，由TOKYO OHKA KOGYO股份有限公司製造)塗佈金屬薄層，以形成1μm厚的抗蝕層，然後藉由使用i射線步進器曝光系統來處理抗蝕層，以形成洞圖案，其中開口的直徑和間距分別為500 nm和1μm。之後，重複例子3的程序以製造半導體發光裝置。
獨立地，製造比較半導體發光裝置(比較例子7)。就製造比較裝置而言，除了只設置連接到細引線的焊墊電極來取代金屬電極層和光析取層之外，其餘重複例子7的程序。以裸晶形式評估比較各個裝置的特性。結果，當電流為1 A時，例子7之裝置的前向電壓為0.15V，其小於比較例子7的裝置之前向電壓。另外，當電流為500 mA時，例子7之裝置發出比比較例子7的發光亮2.0倍的發光。
(例子8和比較例子8)
除了藉由使用i射線抗蝕劑來取代電子束抗蝕劑將開口形成在金屬電極層中之外，其餘重複例子4的程序，以備製尺寸為1 mm平方的半導體發光裝置。尤其是，以i射線抗蝕劑(THMR-iP3650[商標]，由TOKYO OHKA KOGYO股份有限公司製造)塗佈金屬薄層，以形成1μm厚的抗蝕層，然後藉由使用i射線步進器曝光系統來處理抗蝕層，以形成洞圖案，其中開口的直徑和間距分別為500 nm和1μm。之後，重複例子4的程序以製造半導體發光裝置。
獨立地，製造比較半導體發光裝置(比較例子8)。就製造比較裝置而言，除了只設置連接到細引線的焊墊電極來取代金屬電極層和光析取層之外，其餘重複例子8的程序。以裸晶形式評估比較各個裝置的特性。結果，當電流為1 A時，例子8之裝置的前向電壓為0.15V，其小於比較例子8的裝置之前向電壓。另外，當電流為500 mA時，例子8之裝置發出比比較例子8的發光亮1.9倍的發光。
(例子9和比較例子9)
除了形成開口的直徑和間距分別為1.5 μm和2 μm的洞圖案之外，其餘重複例子7的程序，以備製尺寸為1 mm平方的半導體發光裝置。
獨立地，製造比較半導體發光裝置(比較例子9)。就製造比較裝置而言，除了只設置連接到細引線的焊墊電極來取代金屬電極層和光析取層之外，其餘重複例子9的程序。以裸晶形式評估比較各個裝置的特性。結果，當電流為1 A時，例子9之裝置的前向電壓為0.1V，其小於比較例子9的裝置之前向電壓。另外，當電流為500 mA時，例子9之裝置發出比比較例子9的發光亮1.7倍的發光。
那些結果表示，若開口的直徑和間距增加，發光的提高傾向減少。此被假設係由於電流擴展的變化。
(例子10和比較例子10)
備製類似於例子1的裝置之具有n-GaAs/n-InAlP/InGaP/p-InAlP/p-InGaAlP/p-GaAs的結構之半導體發光裝置。在p型GaAs層(接觸層)104上，以氣相沉積形成Au(10 nm)/Au-Zn(3%)(厚度：30 nm)之金屬薄層105A(圖4A)，之後在氮氣大氣中以450℃退火30分鐘。
之後，以與乳酸乙酯(EL)1:1稀釋之抗蝕劑的溶液(THMR-iP3250[商標]，由TOKYO OHKA KOGYO股份有限公司製造)，以2000 rpm旋轉塗佈金屬薄層105A達30秒，然後以110℃在加熱板上加熱90秒以蒸發溶劑。在氮氣大氣中以250℃將抗蝕劑退火以熱硬化。如此形成的抗蝕層601A具有厚度300 nm。
獨立地，直徑200 nm的矽土粒子分散在乳酸乙酯中。粒子的量被調整至8 wt%(重量百分比)。隨後，將丙烯酸單體添加到混合物，使得矽土粒子：丙烯酸單體的體積比為1:3，以獲得分散液。作為丙烯酸單體，使用乙氧化(6)三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(下面稱作“E6TPTA”)。然後將所獲得的分散液滴到形成於基板上之抗蝕層上，及以2000 rpm旋轉塗佈達60秒。在旋轉塗佈程序之後，藉由以110℃烘烤達60秒來完全去除溶劑。然後以150℃將如此形成的層退火1小時以變硬，藉以形成矽土粒子602A規律排列之單粒子層(圖6A)。
之後，在CF4 流：30 sccm，壓力：1.33 Pa(10 mTorr)、及功率：100 W的條件下，以反應性離子蝕刻(RIE)設備蝕刻矽土粒子層2分鐘，藉以將矽土粒子的尺寸降低到150 nm(圖6B)，以在粒子之中形成間隙。
隨後，在O2 流：30 sccm，壓力：1.33 Pa(10 mTorr)、及功率：100 W的條件下，藉由使用矽土粒子層作為遮罩來蝕刻抗蝕層5分鐘，以形成抗蝕柱狀物圖案(圖6C)。
在如此形成於基板上之抗蝕柱狀物圖案上，將有機SOG組成(OCD-T7 T-14000[商標]，由TOKYO OHKA KOGYO股份有限公司製造)滴下，及以2000 rpm旋轉塗佈達60秒。在旋轉塗佈程序之後，藉由以110℃烘烤達60秒來完全去除溶劑。然後以250℃將如此形成的層退火1小時以變硬，藉以將抗蝕柱狀物圖案完全埋入SOG層603A及使其表面齊平(圖6D)。
在CF4 流：30 sccm，壓力：1.33 Pa(10 mTorr)、及功率：100 W的條件下，將齊平的SOG層返回蝕刻達10分鐘，以露出抗蝕柱狀物圖案的頂部(圖6E)。
之後，在O2 流：30 sccm，壓力：1.33 Pa(10 mTorr)、及功率：100 W的條件下，藉由蝕刻3分鐘完全去除抗蝕柱狀物圖案601，以形成SOG的洞圖案603(圖6F)。
然後在加速電壓和離子電流分別為500 V和40 mA的條件下，以離子銑削機蝕刻金屬薄層105A達90秒，以形成設置有開口的金屬電極層105。在蝕刻程序之後，藉由浸沒於5%氫氟酸溶液來去除SOG(圖6G)。
隨後，藉由氣相沉積將60 nm厚的ZnS膜(折射率：2.3)106A形成於金屬電極層105上。
最後，在欲待形成焊墊電極的區域中局部去除ZnS膜之後，在那裡形成焊墊電極202，以獲得半導體發光裝置(圖6H)。
獨立地，製造比較半導體發光裝置(比較例子10)。就製造比較裝置而言，除了只設置焊墊電極來取代金屬電極層和光析取層之外，其餘重複例子10的程序。各個製造的裝置被分割成尺寸1 mm平方，及以裸晶形式評估比較其特性。結果，當電流為1 A時，例子10的裝置之前向電壓為0.2V，其小於比較例子10的裝置之前向電壓。另外，當電流為500 mA時，例子10之裝置發出比比較例子10的發光亮2.5倍的發光。
(例子11和比較例子11)
重複例子10的程序，以在化合物半導體層上形成金屬電極層105(圖7A至7G)。
在金屬電極層105上，以氣相沉積形成500 nm厚的ZnS膜(折射率：2.3)106A。在所形成的ZnS膜上，以與例子2相同的方式來形成300 nm厚的電子束抗蝕層。然後藉由使用配備有圖案產生器之電子束曝光系統(加速電壓：50 kV)處理抗蝕層，以形成點圖案401，其中點的尺寸和間距分別為300 nm和500 nm(圖7H)。此處，“尺寸”意謂從上面觀看的圖案之橫剖面面積所估計的圓形等面積直徑。
隨後，在Cl2 /Ar=10/10 sccm、5 mTorr及ICP/Bias=100/300 W的條件下，以RIE設備蝕刻ZnS膜1分鐘。然後以O2 灰化器去除剩下的抗蝕劑。蝕刻程序如此形成光析取層106B，其為設置有具有尺寸為300 nm、間距為500 nm、及高度為300 nm的突出物之粗糙結構的ZnS膜(圖7I)。
最後，在欲待形成焊墊電極的區域中局部去除ZnS膜之後，在那裡形成焊墊電極202，以獲得半導體發光裝置(圖7J)。
獨立地，製造比較半導體發光裝置(比較例子11)。就製造比較裝置而言，除了只設置連接到細引線的焊墊電極來取代金屬電極層和光析取層之外，其餘重複例子11的程序。各個製造的裝置被分割成尺寸1 mm平方，及以裸晶形式評估比較其特性。結果，當電流為1 A時，例子11的裝置之前向電壓為0.2V，其小於比較例子11的裝置之前向電壓。另外，當電流為500 mA時，例子11之裝置發出比比較例子11的發光亮2.4倍的發光。
(例子12和比較例子12)
備製類似於例子1的裝置之具有n-GaAs/n-InAlP/InGaP/p-InAlP/p-InGaAlP/p-GaAs的結構之半導體發光裝置。在p型GaAs層104上，以氣相沉積形成Au(10 nm)/Au-Zn(3%)(厚度：10 nm)之層105A，之後在氮氣大氣中以450℃退火30分鐘。
之後，以與乳酸乙酯(EL)1:3稀釋之抗蝕劑的溶液(THMR-iP3250[商標]，由TOKYO OHKA KOGYO股份有限公司製造)，以2000 rpm旋轉塗佈Au/Au-Zn層105A達30秒，然後以110℃在加熱板上加熱90秒以蒸發溶劑。在氮氣大氣中以250℃將抗蝕劑退火以熱硬化。如此形成的抗蝕層801A具有厚度100 nm。
隨後，以與乳酸乙酯(EL)1:5稀釋之有機SOG組成的溶液(OCD-T7 T-5500[商標]，由TOKYO OHKA KOGYO股份有限公司製造)，以2000 rpm旋轉塗佈抗蝕層60秒。在旋轉塗佈程序之後，藉由以110℃烘烤達60秒來完全去除溶劑。然後以250℃將如此形成的層退火1小時以變硬。如此形成的SOG層802A具有厚度30 nm(圖8A)。
以含有160000分子重量聚苯乙烯(下面稱作“PS”)和45000分子重量聚甲基丙烯酸甲酯(下面稱作“PMMA”)之塊狀聚合物的溶液，以3000 rpm旋轉進一步塗佈SOG層，然後藉由以110℃預烘烤90秒來完全去除溶劑，以形成塊狀共聚合物層803A(圖8B)。之後，在氮氣大氣中以210℃將塊狀共聚合物層退火4小時，使得PS和PMMA相位分離，以形成點圖案803，其中尺寸為40 nm的PMMA微型域以60 nm的間距排列(圖8C)。
在O2 流：30 sccm，壓力：13.3 Pa(100 mTorr)、及功率：100 W的條件下，藉由RIE蝕刻如此相位分離的塊狀共聚合物層達10秒。因為PS和PMMA具有不同的蝕刻率，所以選擇性蝕刻PMMA以形成PS的洞圖案。
之後，在CF4 流：30 sccm，壓力：1.33 Pa(10 mTorr)、及功率：100 W的條件下，在RIE設備中藉由使用PS的洞圖案作為遮罩將下面的SOG層蝕刻1分鐘，以形成SOG洞圖案。
然後，在O2 流：30 sccm，壓力：1.33 Pa(10 mTorr)、及功率：100 W的條件下，在RIE設備中藉由使用SOG洞圖案作為遮罩以RIE蝕刻抗蝕層60秒，以形成抗蝕洞遮罩(圖8D)。
隨後，在加速電壓和離子電流分別為500 V和40 mA的條件下，以離子銑削機蝕刻Au/Au-Zn層100秒，以形成設置有開口的金屬電極層105(圖8E)。
之後，以氣相沉積形成50 nm厚的ZnS膜(折射率：2.3)106A(圖8F)。
最後，在欲待形成焊墊電極的區域中局部去除ZnS膜之後，在那裡形成焊墊電極202，以獲得半導體發光裝置(圖8G)。
獨立地，製造比較半導體發光裝置(比較例子12)。就製造比較裝置而言，除了只設置連接到細引線的焊墊電極來取代金屬電極層和光析取層之外，其餘重複例子12的程序。各個製造的裝置被分割成尺寸1 mm平方，及以裸晶形式評估比較其特性。結果，當電流為1 A時，例子12的裝置之前向電壓為0.2V，其小於比較例子12的裝置之前向電壓。另外，當電流為500 mA時，例子12之裝置發出比比較例子12的發光亮2.4倍的發光。
(例子13和比較例子13)
重複例子12的程序，以在化合物半導體層上形成金屬電極層105(圖9A至9E)。
在金屬電極層105上，以氣相沉積形成400 nm厚的ZnS膜(折射率：2.3)106A。在所形成的ZnS膜上，以與例子2相同的方式來形成300 nm厚的電子束抗蝕層。然後藉由使用配備有圖案產生器之電子束曝光系統(加速電壓：50 kV)處理抗蝕層，以形成點圖案401，其中點的尺寸和間距分別為150 nm和200 nm(圖9F)。
隨後，在Cl2 /Ar=10/10 sccm、5 mTorr及ICP/Bias=100/300 W的條件下，以RIE設備蝕刻ZnS膜90秒。然後以O2 灰化器去除剩下的抗蝕劑。蝕刻程序如此形成光析取層106B，其為設置有具有尺寸為150 nm、間距為200 nm、及高度為400 nm的突出物之粗糙結構的ZnS膜(圖9G)。
最後，在欲待形成焊墊電極的區域中局部去除ZnS膜之後，在那裡形成焊墊電極202，以獲得半導體發光裝置(圖9H)。
獨立地，製造比較半導體發光裝置(比較例子13)。就製造比較裝置而言，除了只設置連接到細引線的焊墊電極來取代金屬電極層和光析取層之外，其餘重複例子13的程序。各個製造的裝置被分割成尺寸1 mm平方，及以裸晶形式評估比較其特性。結果，當電流為1 A時，例子13的裝置之前向電壓為0.2V，其小於比較例子13的裝置之前向電壓。另外，當電流為500 mA時，例子13之裝置發出比比較例子13的發光亮2.45倍的發光。
(例子14和比較例子14)
備製類似於例子1的裝置之具有n-GaAs/n-InAlP/InGaP/p-InAlP/p-InGaAlP/p-GaAs的結構之半導體發光裝置。在p型GaAs層104上，以氣相沉積形成Au(10 nm)/Au-Zn(3%)(厚度：40 nm)之層105A，之後在氮氣大氣中以450℃退火30分鐘。
之後，以與乳酸乙酯(EL)1:2稀釋之抗蝕劑的溶液(THMR-iP3250[商標]，由TOKYO OHKA KOGYO股份有限公司製造)，以2000 rpm旋轉塗佈Au/Au-Zn層達30秒，然後以110℃在加熱板上加熱90秒以蒸發溶劑。如此形成的抗蝕層801A具有厚度150 nm(圖10A)。
獨立地，備製石英塑模1001。在石英塑模上，事先雕刻起伏圖案(在面積9 cm2 內)，使得尺寸200 nm及高度150 nm的柱狀物以300 nm間距排列。在以120℃加熱設置有以上述方式將抗蝕層形成在其上的基板同時，石英塑模被置放在抗蝕層，使得起伏圖案可與抗蝕層接觸，然後以10 MPa的壓力置放在抗蝕層上，以執行壓印(圖10B)。在壓印程序之後，將基板冷卻至室溫，然後從抗蝕層釋放石英塑模。由於壓印程序，所以凹刻圖案801B係形成在抗蝕圖案上。在所形成的圖案中，尺寸200 nm和深度100 nm的洞以300 nm的間距排列(圖10C)。
隨後，在O2 流：30 sccm，壓力：10 mTorr、及RF(射頻)功率：100 W的條件下，將如此形成的凹刻抗蝕圖案蝕刻30秒。在O2 RIE程序之後，抗蝕層中之洞的底部被去除，以露出Au/Au-Zn層105A(圖10D)。
之後，在加速電壓和離子電流分別為500 V和40 mA的條件下，以離子銑削機蝕刻Au/Au-Zn層105A達90秒，以形成設置有開口的金屬電極層105。在蝕刻程序之後，以氧灰化去除抗蝕劑(圖10E)。
隨後，以CVD法形成60 nm厚的SiN膜(折射率：2.0)106A(圖10F)。
最後，在欲待形成焊墊電極的區域中局部去除SiN膜之後，在那裡形成焊墊電極202，以獲得半導體發光裝置(圖10G)。
獨立地，製造比較半導體發光裝置(比較例子14)。就製造比較裝置而言，除了只設置連接到細引線的焊墊電極來取代金屬電極層和光析取層之外，其餘重複例子14的程序。各個製造的裝置被分割成尺寸1 mm平方，及以裸晶形式評估比較其特性。結果，當電流為1 A時，例子14的裝置之前向電壓為0.2V，其小於比較例子14的裝置之前向電壓。另外，當電流為500 mA時，例子14之裝置發出比比較例子14的發光亮2.3倍的發光。
(例子15和比較例子15)
重複例子14的程序，以在化合物半導體層上形成金屬電極層105(圖11A至11E)。
在金屬電極層105上，以CVD法形成500 nm厚的SiN膜(折射率：2.0)106A。在所形成的SiN膜上，以與例子2相同的方式來形成300 nm厚的電子束抗蝕層。然後藉由使用配備有圖案產生器之電子束曝光系統(加速電壓：50 kV)處理抗蝕層，以形成點圖案401，其中點的尺寸和間距分別為200 nm和300 nm(圖11F)。
隨後，在Cl2 /Ar=10/10 sccm、5 mTorr及ICP/Bias=100/300 W的條件下，以RIE設備蝕刻SiN膜90秒。然後以O2 灰化器去除剩下的抗蝕劑。蝕刻程序如此形成光析取層106B，其為設置有具有尺寸為200 nm、間距為300 nm、及高度為400 nm的突出物之粗糙結構的SiN膜(圖11G)。
最後，在欲待形成焊墊電極的區域中局部去除SiN膜之後，在那裡形成焊墊電極202，以獲得半導體發光裝置(圖11H)。
獨立地，製造比較半導體發光裝置(比較例子15)。就製造比較裝置而言，除了只設置連接到細引線的焊墊電極來取代金屬電極層和光析取層之外，其餘重複例子15的程序。各個製造的裝置被分割成尺寸1 mm平方，及以裸晶形式評估比較其特性。結果，當電流為1 A時，例子15的裝置之前向電壓為0.2V，其小於比較例子15的裝置之前向電壓。另外，當電流為500 mA時，例子15之裝置發出比比較例子15的發光亮2.3倍的發光。
(例子16和比較例子16)
GaN緩衝層1202係形成在藍寶石基板1201上。在GaN緩衝層1202上，n-GaN:Si層1203、INGaN/GaN的多量子阱(MQW)層1204、p-Al0.2 Ga0.8 N:Mg層1205、及p-GaN:Mg層1206被磊晶生長，以依序形成。之後，以氣相沉積將Ni(厚度：10 nm)/Au(厚度：40 nm)的層1207A形成在p-GaN:Mg層上，然後經過快速高溫退火，以確保歐姆接觸(圖12A)。
之後，以與例子2相同的方式將電子束抗蝕層形成在Ni/Au層1207A上，及藉由使用圖案產生器來處理，以形成洞圖案1208，其中開口的直徑和間距分別為100 nm和200 nm(圖12B)。
隨後，在加速電壓和離子電流分別為500 V和40 mA之條件下，以離子銑削機蝕刻Ni/Au層120秒，以形成設置有開口的金屬電極層1207。在蝕刻程序之後，以氧灰化去除抗蝕劑(圖12C)。
然後在金屬電極層上，以氣相沉積形成60 nm厚的ZnS膜(折射率：2.3)106A(圖12D)。
之後藉由圖案化局部露出n-GaN層1203，以在n-GaN層上形成用於n型電極的空間(圖12E)。最後，形成n型電極1209和p型焊墊電極1210，以獲得半導體發光裝置(圖12F)。所獲得的裝置以450 nm發光。
獨立地，製造比較半導體發光裝置(比較例子16)。就製造比較裝置而言，除了只設置連接到細引線的焊墊電極來取代金屬電極層和光析取層之外，其餘重複例子16的程序。各個製造的裝置被分割成尺寸1 mm平方，及以裸晶形式評估比較其特性。結果，當電流為1 A時，例子16的裝置之前向電壓為0.25V，其小於比較例子16的裝置之前向電壓。另外，當電流為500 mA時，例子16之裝置發出比比較例子16的發光亮1.8倍的發光。那些結果證實，具有根據實施例的結構之GaN型裝置亦有實施例的效果。
(例子17和比較例子17)
重複例子16的程序，以在化合物半導體層上形成金屬電極層1207(圖13A至13C)。
隨後，以氣相沉積形成400 nm厚的ZnS膜(折射率：2.3)106A。在所形成的ZnS膜上，以與例子2相同的方式來形成300 nm厚的電子束抗蝕層。然後藉由使用配備有圖案產生器之電子束曝光系統(加速電壓：50 kV)處理抗蝕層，以形成點圖案401，其中點的尺寸和間距分別為200 nm和300 nm(圖13D)。
然後，在Cl2 /Ar=10/10 sccm、5 mTorr及ICP/Bias=100/300 W的條件下，以RIE設備蝕刻ZnS膜一分鐘。然後以O2 灰化器去除剩下的抗蝕劑。蝕刻程序如此形成光析取層106B，其為設置有具有尺寸為200 nm、間距為300 nm、及高度為300 nm的突出物之粗糙結構的ZnS膜(圖13E)。
之後，藉由圖案化局部露出n-GaN層1203，以在n-GaN層上形成用於n型電極的空間(圖13G)。最後，形成n型電極1209和p型焊墊電極1210，以獲得半導體發光裝置(圖13H)。所獲得的裝置以450 nm發光。
獨立地，製造比較半導體發光裝置(比較例子17)。就製造比較裝置而言，除了只設置連接到細引線的焊墊電極來取代金屬電極層和光析取層之外，其餘重複例子17的程序。各個製造的裝置被分割成尺寸1 mm平方，及以裸晶形式評估比較其特性。結果，當電流為1 A時，例子17的裝置之前向電壓為0.25V，其小於比較例子17的裝置之前向電壓。另外，當電流為500 mA時，例子17之裝置發出比比較例子17的發光亮1.8倍的發光。那些結果證實，具有根據實施例的結構之GaN型裝置亦有實施例的效果。
(例子18和比較例子18)
備製類似於例子16的裝置之包括藍寶石基板/GaN緩衝層/n-GaN:Si層/INGaN/GaN的多量子阱(MQW)層/p-Al0.2 Ga0.8 N:Mg層/p-GaN:Mg層的半導體發光裝置。之後，以氣相沉積將Ni(厚度：2 nm)/Ag(厚度：30 nm)層形成在p-GaN:Mg層上，以形成金屬薄層1207A，其然後經過快速高溫退火，以確保歐姆接觸。
之後，以與乳酸乙酯(EL)1:2稀釋之抗蝕劑的溶液(THMR-iP3250[商標]，由TOKYO OHKA KOGYO股份有限公司製造)，以2000 rpm旋轉塗佈Ni/Ag層達30秒，然後以110℃在加熱板上加熱90秒以蒸發溶劑來形成抗蝕層1401A，其具有厚度150 nm(圖14A)。獨立地，備製石英塑模1402。在石英塑模上，事先雕刻起伏圖案(在面積9 cm2 內)，使得尺寸200 nm及高度150 nm的柱狀物以300 nm間距排列。在以120℃加熱設置有以上述方式將抗蝕層形成在其上的基板同時，石英塑模被置放在抗蝕層，使得起伏圖案可與抗蝕層接觸，然後以10 MPa的壓力置放在抗蝕層上，以執行壓印。在壓印程序之後，將基板冷卻至室溫，然後從抗蝕層釋放石英塑模。由於壓印程序，所以凹刻圖案1401B係形成在抗蝕圖案上。在所形成的圖案中，尺寸200 nm和深度100 nm的洞以300 nm的間距排列(圖14B)。
隨後，在O2 流：30 sccm，壓力：10 mTorr、及RF(射頻)功率：100 W的條件下，將如此形成的凹刻抗蝕圖案蝕刻30秒。在O2 RIE程序之後，抗蝕層中之洞的底部被去除，以露出Ni/Ag層1207A(圖14C)。
之後，在加速電壓和離子電流分別為500 V和40 mA的條件下，以離子銑削機蝕刻Ni/Ag層達100秒，以形成設置有開口的金屬電極層1207。在蝕刻程序之後，以氧灰化去除抗蝕劑(圖14D)。
在金屬電極層上，以CVD法形成80 nm厚的SiN膜(折射率：2.0)106A(圖14E)。
之後，藉由圖案化局部露出n-GaN層1203，以在n-GaN層上形成用於n型電極的空間(圖14F)。最後，形成n型電極1209和p型焊墊電極1210，以獲得半導體發光裝置(圖14G)。
獨立地，製造比較半導體發光裝置(比較例子18)。就製造比較裝置而言，除了只設置連接到細引線的焊墊電極來取代金屬電極層和光析取層之外，其餘重複例子18的程序。各個製造的裝置被分割成尺寸1 mm平方，及以裸晶形式評估比較其特性。結果，當電流為1 A時，例子18的裝置之前向電壓為0.25V，其小於比較例子18的裝置之前向電壓。另外，當電流為500 mA時，例子18之裝置發出比比較例子18的發光亮1.8倍的發光。
(例子19和比較例子19)
重複例子18的程序，以在化合物半導體層上形成金屬電極層1207(圖15A至15D)。
隨後，以CVD法形成500 nm厚的SiN膜(折射率：2.0)106A。在所形成的SiN膜上，以與例子2相同的方式來形成300 nm厚的電子束抗蝕層。然後藉由使用配備有圖案產生器之電子束曝光系統(加速電壓：50 kV)處理抗蝕層，以形成點圖案401，其中點的尺寸和間距分別為200 nm和300 nm(圖15E)。
然後，在Cl2 /Ar=10/10 sccm、5 mTorr及ICP/Bias=100/300 W的條件下，以RIE設備蝕刻SiN膜90秒。然後以O2 灰化器去除剩下的抗蝕劑。蝕刻程序如此形成光析取層106B，其為設置有具有尺寸為200 nm、間距為300 nm、及高度為400 nm的突出物之粗糙結構的SiN膜(圖15F)。
之後，藉由圖案化局部露出n-GaN層1203，以在n-GaN層上形成用於n型電極的空間(圖15G)。最後，形成n型電極1209和p型焊墊電極1210，以獲得半導體發光裝置(圖15H)。
獨立地，製造比較半導體發光裝置(比較例子19)。就製造比較裝置而言，除了只設置連接到細引線的焊墊電極來取代金屬電極層和光析取層之外，其餘重複例子19的程序。各個製造的裝置被分割成尺寸1 mm平方，及以裸晶形式評估比較其特性。結果，當電流為1 A時，例子19的裝置之前向電壓為0.25V，其小於比較例子19的裝置之前向電壓。另外，當電流為500 mA時，例子19之裝置發出比比較例子19的發光亮1.8倍的發光。
儘管已說明特定實施例，但是這些實施例僅以例子來呈現，及並不用來侷限本發明的範疇。事實上，此處所說明的新方法和系統可以各種其他形式來體現；而且，只要不違背本發明的精神，可對此處所說明的方法和系統的形式作各種省略、取代、和變化。附錄的申請專利範圍及其同等物欲用於涵蓋落在本發明的範疇和精神內之此種形式或修改。
100A．．．半導體發光裝置
100B．．．半導體發光裝置
101．．．基板
102．．．異結構
103．．．電流擴展層
104．．．GaAs接觸層
105．．．金屬電極層
105A．．．金屬薄層
105X．．．連續金屬部
105Y．．．開口
106A．．．光析取層
106A．．．絕緣膜
106A．．．ZnS膜
106A．．．SiN膜
106B．．．光析取層
107．．．n側相對電極
201．．．洞圖案
202．．．焊墊電極
401．．．點圖案遮罩
509．．．旋塗玻璃
601．．．抗蝕柱狀物圖案
601A．．．抗蝕層
602A．．．單粒子層
603A．．．旋塗玻璃層
603‧‧‧洞圖案
801A‧‧‧抗蝕層
801B‧‧‧凹刻圖案
802A‧‧‧旋塗玻璃層
803A‧‧‧塊狀共聚合物層
803‧‧‧點圖案
1001‧‧‧石英塑模
1201‧‧‧藍寶石基板
1202‧‧‧GaN緩衝層
1203‧‧‧n-GaN：Si層
1204‧‧‧多量子阱層
1205‧‧‧p-Al0.2 Ga0.8 N：Mg層
1206‧‧‧p-GaN：Mg層
1207‧‧‧金屬電極層
1207A‧‧‧鎳/金層
1207A‧‧‧鎳/銀層
1208‧‧‧洞圖案
1209‧‧‧n型電極
1210‧‧‧p型焊墊電極
1401A‧‧‧抗蝕層
1401B‧‧‧凹刻圖案
1402‧‧‧石英塑模
圖1A示意性表示根據第一實施例之半導體裝置的概要剖面圖。
圖1B示意性表示根據第二實施例之半導體裝置的概要剖面圖。
圖1C示意性表示金屬電極的結構之平面圖。
圖2A至2E概念地表示例子1中之半導體裝置的製造程序。
圖3A表示半導體裝置的電壓電流特性。
圖3B表示半導體裝置的電流功率特性。
圖4A至4G概念地表示例子2中之半導體裝置的製造程序。
圖5表示半導體裝置的功率電流特性。
圖6A至6H概念地表示例子10中之半導體裝置的製造程序。
圖7A至7J概念地表示例子11中之半導體裝置的製造程序。
圖8A至8G概念地表示例子12中之半導體裝置的製造程序。
圖9A至9H概念地表示例子13中之半導體裝置的製造程序。
圖10A至10G概念地表示例子14中之半導體裝置的製造程序。
圖11A至11H概念地表示例子15中之半導體裝置的製造程序。
圖12A至12F概念地表示例子16中之半導體裝置的製造程序。
圖13A至13G概念地表示例子17中之半導體裝置的製造程序。
圖14A至14G概念地表示例子18中之半導體裝置的製造程序。
圖15A至15H概念地表示例子19中之半導體裝置的製造程序。
100A．．．半導體發光裝置
100B．．．半導體發光裝置
101．．．基板
102．．．異結構
103．．．電流擴展層
104．．．GaAs接觸層
105．．．金屬電極層
105X．．．連續金屬部
105Y．．．開口
106A．．．光析取層
106A．．．絕緣膜
106A．．．ZnS膜
106A．．．SiN膜
106B．．．光析取層
107．．．n側相對電極

Claims (22)

  1. 一種半導體發光裝置，包含：基板，化合物半導體層，其形成於該基板的一表面上，金屬電極層，其形成於該化合物半導體層上，及其厚度不小於10nm但不大於50nm，光析取層，其形成於該金屬電極層上，及相對電極，其形成於該基板的另一表面上；其中該金屬電極層包含：金屬部，其為連續不斷，以在沒有斷裂之下連續連接其內的任何一對點位置，及複數個開口，其穿過該金屬電極層，及其圓形等面積直徑不小於10nm但小於5μm；該光析取層至少局部覆蓋該金屬電極層的金屬部，及具有不小於20nm但不大於120nm的厚度；及該光析取層包含具有不小於1.8但不大於2.5的折射率的介電膜。
  2. 根據申請專利範圍第1項之裝置，其中該金屬電極層主要含有Ag(銀)或Au(金)，及另外含有選自由Al(鋁)、Zn(鋅)、Zr(鋯)、Si(矽)、Ge(鎵)、Pt(鉑)、Rh(銠)、Ni(鎳)、Pd(鈀)、Cu(銅)、Sn(錫)、C(碳)、Mg(鎂)、Cr(鉻)、Te(碲)、Se(硒)、及Ti(鈦)所組成之群組的至少一元素。
  3. 根據申請專利範圍第1項之裝置，其中該光析取層為介電膜或透明導電膜。
  4. 根據申請專利範圍第1項之裝置，其中該光析取層具有不小於1.8但不大於2.5的折射率。
  5. 根據申請專利範圍第1項之裝置，其中該金屬電極層佔據1mm2 或更大的面積。
  6. 根據申請專利範圍第1項之裝置，其中該金屬電極層與該化合物半導體層保持歐姆接觸。
  7. 根據申請專利範圍第1項之裝置，其中該金屬電極層具有10Ω/□或更少的薄片電阻。
  8. 根據申請專利範圍第1項之裝置，其中該金屬電極層在從該化合物半導體層所發出的發光之波長下具有10%或更大的光透射比。
  9. 一種照明器具，其包含根據申請專利範圍第1項之半導體發光裝置。
  10. 一種製造程序，用以製造根據申請專利範圍第1項之半導體發光裝置，包含以下步驟：將化合物半導體層形成於基板上，將金屬電極層形成於該化合物半導體層上，將光析取層形成於該金屬電極層上，及將相對電極層形成於與該化合物半導體層相對的側邊上之該基板上；其中形成金屬電極層的該步驟另外包含以下子步驟： 形成金屬薄層，將該金屬薄層的至少一部分塗佈有含塊狀共聚合物的組成，以形成塊狀共聚合物膜，使該塊狀共聚合物的相位分離，以形成點圖案形式的微型域，及藉由使用該點圖案化微型域作為蝕刻遮罩來蝕刻該金屬薄層，以形成設置有開口的該金屬電極層。
  11. 一種製造程序，用以製造根據申請專利範圍第1項之半導體發光裝置，包含以下步驟：將化合物半導體層形成於基板上，將金屬電極層形成於該化合物半導體層上，將光析取層形成於該金屬電極層上，及將相對電極層形成於與該化合物半導體層相對的側邊上之該基板上；其中形成金屬電極層的該步驟另外包含以下子步驟：形成金屬薄層，備製模子，其表面具有對應於欲待形成之金屬電極層的形狀之細微起伏圖案，藉由使用該模子，將抗蝕圖案轉移到該金屬薄層的至少一部分上，及藉由使用該抗蝕圖案作為蝕刻遮罩，將開口形成於該金屬薄層上。
  12. 一種半導體發光裝置，包含： 基板，化合物半導體層，其形成於該基板的一表面上，金屬電極層，其形成於該化合物半導體層上，及其厚度不小於10nm但不大於50nm，光析取層，其形成於該金屬電極層上，且其具有細微粗糙結構，及相對電極，其形成於該基板的另一表面上；其中該金屬電極層包含：金屬部，其為連續不斷，以在沒有斷裂之下連續連接其內的任何一對點位置，及複數個開口，其穿過該金屬電極層，及其圓形等面積直徑不小於10nm但小於5μm；該光析取層至少局部覆蓋該金屬電極層的金屬部，及其該粗糙結構包含突出物，該突出物被配置成使其峰頂以不小於100nm但不大於600nm的間距來定位，及該峰頂距該金屬電極層的表面之高度不小於200nm但不大於700nm；及該光析取層包含具有不小於1.8但不大於2.5的折射率的介電膜。
  13. 根據申請專利範圍第12項之裝置，其中該金屬電極層主要含有Ag(銀)或Au(金)，及另外含有選自由Al(鋁)、Zn(鋅)、Zr(鋯)、Si(矽)、Ge(鎵)、Pt(鉑)、Rh(銠)、Ni(鎳)、Pd(鈀)、Cu(銅)、 Sn(錫)、C(碳)、Mg(鎂)、Cr(鉻)、Te(碲)、Se(硒)、及Ti(鈦)所組成之群組的至少一元素。
  14. 根據申請專利範圍第12項之裝置，其中該光析取層為介電膜或透明導電膜。
  15. 根據申請專利範圍第12項之裝置，其中該光析取層具有不小於1.8但不大於2.5的折射率。
  16. 根據申請專利範圍第12項之裝置，其中該金屬電極層佔據1mm2 或更大的面積。
  17. 根據申請專利範圍第12項之裝置，其中該金屬電極層與該化合物半導體層保持歐姆接觸。
  18. 根據申請專利範圍第12項之裝置，其中該金屬電極層具有10Ω/□或更少的薄片電阻。
  19. 根據申請專利範圍第12項之裝置，其中該金屬電極層在從該化合物半導體層所發出的發光之波長下具有10%或更大的光透射比。
  20. 一種照明器具，其包含根據申請專利範圍第12項之半導體發光裝置。
  21. 一種製造程序，用以製造根據申請專利範圍第12項之半導體發光裝置，包含以下步驟：將化合物半導體層形成於基板上，將金屬電極層形成於該化合物半導體層上，將光析取層形成於該金屬電極層上，及將相對電極層形成於與該化合物半導體層相對的側邊上之該基板上； 其中形成金屬電極層的該步驟另外包含以下子步驟：形成金屬薄層，將該金屬薄層的至少一部分塗佈有含塊狀共聚合物的組成，以形成塊狀共聚合物膜，使該塊狀共聚合物的相位分離，以形成點圖案形式的微型域，及藉由使用該點圖案化微型域作為蝕刻遮罩來蝕刻該金屬薄膜，以形成設置有開口的該金屬電極層。
  22. 一種製造程序，用以製造根據申請專利範圍第12項之半導體發光裝置，包含以下步驟：將化合物半導體層形成於基板上，將金屬電極層形成於該化合物半導體層上，將光析取層形成於該金屬電極層上，及將相對電極層形成於與該化合物半導體層相對的側邊上之該基板上；其中形成金屬電極層的該步驟另外包含以下子步驟：形成金屬薄層，備製模子，其表面具有對應於欲待形成之金屬電極層的形狀之細微起伏圖案，藉由使用該模子，將抗蝕圖案轉移到該金屬薄層的至少一部分上，及藉由使用該抗蝕圖案作為蝕刻遮罩，將開口形成於該 金屬薄層上。
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