[发明专利]光学装置和制造该光学装置的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学装置。更具体地讲，本发明涉及一种具有高效率的光学装置和制造该光学装置的方法。

背景技术

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，以促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(In₂O₃)、氧化锡(SnO₂)、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LED被分类为顶部发射LED(TELED)和倒装芯片(flip-chip)LED(FCLED)。

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)。