光学装置和制造该光学装置的方法制造方法及图纸

公开了一种光学装置，该光学装置包括光学构件和堆叠在该光学构件的顶部表面和底部表面的至少一个上的接触层。接触层具有至少一个透明导电氧氮化物（ＴＣＯＮ）层。所述ＴＣＯＮ由铟（Ｉｎ）、锡（Ｓｎ）、锌（Ｚｎ）、镉（Ｃｄ）、镓（Ｇａ）、铝（Ａｌ）、镁（Ｍｇ）、钛（Ｔｉ）、钼（Ｍｏ）、镍（Ｎｉ）、铜（Ｃｕ）、银（Ａｇ）、金（Ａｕ）、铂（Ｐｔ）、铑（Ｒｈ）、铱（Ｉｒ）、钌（Ｒｕ）和钯（Ｐｄ）中的至少一种组成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种光学装置。更具体地讲，本专利技术涉及一种具有高效率的 。
技术介绍
近来，透明导电薄膜被用在各种领域中，诸如使用有机和无机材料的光 电领域、显示器领域和能源工业领域。在包括发光二极管和激光二极管的半 导体发光装置的领域中，必须使用具有优良电学和光学特性的材料，以<足进载流子注入和电流扩展，并有利于从半导体发光装置的有源层(active layer)产 生的光子的发射。致力于作为用于照明的下一代光源而受到关注的第III族氮化物发光二 极管(第III族氮化物LED)的许多国内外的研究所已经积极地进行研究以开发 透明导电薄膜。结果，近来，诸如公知的氧化铟锡(ITO)和包含各种杂质的掺 杂的氧化锌(ZnO)的透明导电材料被直接用作氮化物类LED的电极。在透明导电氧化物(TCO)中，已经积极地研究并开发了氧化铟(111203)、氧 化锡(Sn02)、氧化镉(CdO)、氧化锌(ZnO)和氧化铟锡(ITO)。上面的氧化物具 有相对低的逸出功值，并在可见光线和紫外线的波段表现出透光率突然降低 的特性，因此当将上面的氧化物用于氮化物LED的透明电极时出现问题。将 上面的氧化物部分地用于氮化物LED的问题如下。首先，由于传统TCO或透明导电氮化物(TCN)的逸出功值明显低于p型 氮化物类包层(cladding layer)的逸出功值，所以如果TCO或TCN被用作p型 欧姆接触层，则相对于载流子流在界面处形成高能垒，因此空穴注入非常困 难。因此，实现具有高的外量子效率(EQE, external quantum efficiency)的LED 非常困难。另外，由于传统的TCO或TCN没有灵活地匹配在n型氮化物类包层的 表面处形成的电特性，所以如果TCO或TCN用作n型氮化物类肖特基或欧 姆接触电极结构，则相对于载流子流控制空穴以及注入空穴会是困难的。因此，实现具有高的光接收效率或高的外量子效率(EQE)的光接收二极管或LED 是非常困难的。其次，传统的TCO或TCN相对于产生在氮化物类LED中并从氮化物类 LED输出的特定光表现出低的透光率。详细地讲，TCO或TCN相对于波段 等于或低于蓝光的波段的光表现出低的透光率，因此TCO或TCN不适于发 射短波长的光的LED。第三，由于传统的TCO或TCN具有大致为2的大的光折射率，所以通 过TCO或TCN将光发射到空气非常困难。近来，通过使用氮化物类半导体，诸如晶体管和光电检测器的电子装置 以及诸如LED和激光二极管(LD)的光学装置已经被广泛地商品化。为了实现 具有优良性能的光电装置，能够改善第III族氮化物类半导体和电极之间的界 面特性的接触控制技术是非常重要的。使用包含氮化铟(InN)、氮化镓(GaN)和氮化铝(AlN)的氮化物类半导体的根据目前现有的TELED，通过与p型氮化物类包层接触的p型欧姆接触 层输出从TELED产生的光。相反，在FCLED(因为与TELED的热耗散的实 现相比，在操作期间，容易实现FCLED的热耗散，所以FCLED被制造为大 尺寸大容量LED)的情况下，通过使用高反射的p型欧姆接触层，通过透明的 蓝宝石基底发射从有源层产生的光。由于p型氮化物类包层具有低的空穴密度，所以在p型氮化物类包层处， 采用第III族氮化物类半导体的LED会不易于以各种方向传输作为p型载流 子的空穴。因此，为了使用p型氮化物类包层来获得具有优良性能的光电装 置，必然需要具有优良的电流扩展特性的高质量的p型欧姆接触层。换句话说，为了通过使用第III族氮化物类半导体来实现高质量的下一代 LED,必须开发这样的p型欧姆接触电极结构，即，能够改善横向方向的电 流扩展和垂直方向的空穴注入，并且对于可见光线和具有短波段的光的具有 优良的光学特性(透光率或光反射率)。当前广泛使用的TELED的p型欧姆接触层包含形成在p型氮化物类包 层的上部的被氧化的镍-金(Ni-Au)。通过使用电子束蒸镀器将薄的镍-金 (Ni-Au)层沉积在p型氮化物类包层的上部，然后在氧气(02)气氛中将该薄的 镍-金(Ni-Au)层退火，从而形成具有大约1(T^cn^至104Qcm2的低的比欧姆接触电阻值的半透明的欧姆接触层。在蓝光的波段氐于460nm)中，被氧化的 Ni-Au欧姆接触层具有75%或更低的低的透光率，因此Ni-Au欧姆接触层不 适于下一代氮化物类LED的p型欧姆接触层。由于一皮氧化的半透明Ni-Au欧 姆接触层的低的透光率，所以当在大约500。C至大约600。C的温度下在氧气 (02)气氛中将被氧化的半透明Ni-Au欧姆接触层退火时，在形成p型氮化物 类包层的氮化镓(GaN)和形成欧姆接触层的镍(Ni)之间的接触界面处以岛 (island)的形式产生作为p型半导体氧化物的氧化镍(NiO)。另外，金(Au)置于 以岛的形式分布的氧化镍(NiO)之间，同时覆盖氧化镍(NiO)的上部。具体地 讲，当在氧气(02)气氛中将沉积在p型氮化物类包层上的薄的Ni-Au层退火 时，形成氧化镍(NiO)。这样的氧化镍(NiO)可以降低形成在氮化镓(GaN)和电 极之间的肖特基势垒高度和肖特基势垒宽度(SBH和SBW)，从而当施加外部 电压时容易地将载流子通过电极引入装置中。因为氧化镍(NiO)可以降低SBH 和SBW并且Au组分可以改善横向方向的电流扩展，所以薄的被氧化的Ni-Au 层显示出优良的欧姆行为(behavior)，即，优良的电特性。除了薄的Ni-Au层的优良的欧姆行为机制外，如果在已经在p型氮化物 类包层上沉积了薄的M-Au层之后将p型氮化物类包层退火，则可以去除在 p型氮化物类包层中限制净有效空穴浓度的Mg-H金属间化合物。因此，可以 在p型氮化物类包层的表面处通过增加镁掺杂物的浓度的再生(reactivation) 工艺将净有效空穴浓度增加到高于1018/(^13的水平，从而在p型氮化物类包 层和包含氧化镍的欧姆接触层之间发生隧穿运输。因此，p型氮化物类包层 显示出具有低的比接触电阻值的优良的欧姆行为。然而，由于采用包括被氧化的Ni-Au层的半透明的p型欧姆接触电极结 构的TELED包含通过吸收大量的从LED有源层产生的光以降低透光率的Au 组分，所以所述TELED表现出低的EQE，因此所述TELED不适于提供用于 照明的大尺寸和大容量的LED。近来，文献[T. Margalith et al,， Appl. Phys. Lett. Vol 74. p3930 (1999)]公开 了与作为传统p型多层欧姆接触层的镍-金结构的透光率相比具有更优良的透 光率的透明导电氧化物(诸如ITO)的使用，以解决TELED和FCLED的问题。 文献(Solid-State Electronics vol.47, p849)示出了采用ITO欧姆接触层的 TELED与采用传统的镍-金结构的TELED的输出功率相比表现出提高的输出 功率。欧姆接触层的欧姆接触层可以增加LED的输出功率，但是所述欧姆接触层表现出相对较高的操作电压。这是因为所述 欧姆接触层与p型氮化物类半导体的逸出功值相比具有相对低的逸出功值。因此，在p型氮化物包层和ITO欧姆接触层之间的界面处形成高的肖特基势 垒，从而会不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学装置，包括：　光学构件；　接触层，包括堆叠在光学构件的顶部表面和底部表面的至少一个上的至少一个透明导电氧氮化物（ＴＣＯＮ）层，　其中，所述ＴＣＯＮ包含从由与氧（Ｏ）和氮（Ｎ）化合的铟（Ｉｎ）、锡（Ｓｎ）、锌（Ｚｎ）、镉（Ｃｄ）、镓（Ｇａ）、铝（Ａｌ）、镁（Ｍｇ）、钛（Ｔｉ）、钼（Ｍｏ）、镍（Ｎｉ）、铜（Ｃｕ）、银（Ａｇ）、金（Ａｕ）、铂（Ｐｔ）、铑（Ｒｈ）、铱（Ｉｒ）、钌（Ｒｕ）和钯（Ｐｄ）组成的组中选择的至少一种。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】KR 2005-12-16 10-2005-0124258;KR 2005-12-16 10-2001、一种光学装置，包括光学构件；接触层，包括堆叠在光学构件的顶部表面和底部表面的至少一个上的至少一个透明导电氧氮化物(TCON)层，其中，所述TCON包含从由与氧(O)和氮(N)化合的铟(In)、锡(Sn)、锌(Zn)、镉(Cd)、镓(Ga)、铝(Al)、镁(Mg)、钛(Ti)、钼(Mo)、镍(Ni)、铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、铂(Pt)、铑(Rh)、铱(Ir)、钌(Ru)和钯(Pd)组成的组中选择的至少一种。2、 如权利要求1所述的光学装置，其中，光学构件包括n型氮化物包层、 p型氮化物包层和置于n型氮化物包层和p型氮化物包层之间的有源层。3、 如权利要求2所述的光学装置，其中，接触层包括形成在n型氮化物 包层上的n型接触层和形成在p型氮化物包层上的p型l妻触层中的至少一个。4、 如权利要求1所述的光学装置，其中，所述TCON还包含掺杂物， 以调节电特性，掺杂物包括从由金属、氟(F)和硫(S)组成的组中选择的至少一 种。5、 如权利要求4所述的光学装置，其中，以大约0.001重量百分比至大 约20重量百分比的比率将所述掺杂物加入所述TCON。6、 如权利要求1所述的光学装置，其中，接触层还包含从由与TCON 层结合的金属、基于所述金属的合金/固溶体、导电氧化物、透明导电氧化物 (TCO)和透明导电氮化物(TCN)组成的组中选择的至少 一种。7、 如权利要求6所述的光学装置，其中，所述金属包括从由铂(Pt)、钯 (Pd)、 4臬(Ni)、金(Au)、铑(Rh)、钌(Ru)、铱(Ir)、银(Ag)、 4争(Zn)、镁(Mg)、 铍(Be)、铜(Cu)、钴(Co)、锡(Sn)和稀土金属组成的组中选择的至少一种，所述导电氧化物包括从由镍的氧化物(Ni-O)、铑的氧化物(Rh-O)、钌的 氧化物(Ru-O)、铱的氧化物(Ir-O)、铜的氧化物(Cu-O)、钴的氧化物(Co-O)、 鴒的氧化物(W-O)或钛的氧化物(Ti-O)组成的组中选择的至少 一种，所述TCO包括从由氧化铟(111203)、氧化锡(Sn02)、氧化锌(ZnO)、氧化 镁(MgO)、氧化镉(CdO)、氧化镁锌(MgZnO)、氧化铟锌(InZnO)、氧化铟锡 (InSnO)、氧化铜铝(CuA102)、氧化银(AgzO)、氧化镓(0&203)、氧化锌锡 (ZnSnO)、氧化锌铟锡(ZITO)组成的组中选才奪的至少 一种，所述TCN包括从由氮化钛(TiN)、氮化铬(CrN)、氮化鴒(WN)、氮化钽(TaN) 或氮化铌(NbN)组成的组中选择的至少 一种。8、 如权利要求7所述的光学装置，还包含被引入氮化物包层上以与^t妄触 层结合的纳米级颗粒，其中，纳米级颗粒包括从由金属、基于所述金属的合 金/固溶体、导电氧化物、透明导电氧化物(TCO)和导电氮化物(TCN)组成的组 中选择的至少一种。9、 如权利要求1所述的光学装置，还包括隧道结层，置于光学构件和接 触层之间，并包含从由第III-第V族元素组成的表示为AlalnbGacNxPyAsz(a、 b、 c、 x、 y和z为整数)的化合物中选择的一种。10、 如权利要求1所述的光学装置，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：成泰连，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]