JP2009519608A - 光学素子およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

光学部材と光学部材の上面および下面の少なくとも一方に積層された接触層を含む光学素子が開示されている。前記接触層は、少なくとも一層の透明導電性酸窒化物(TCON)層を有する。前記透明導電性酸窒化物(TCON)は、インジウム(In)、スズ(Sn)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、ガリウム(Ga)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、およびパラジウム(Pd)の少なくとも一種からなる。
【選択図】図1

Description

技術分野
本発明は、光学素子に関し、さらに詳細には、高効率を有する光学素子およびその製造方法に関する。
背景技術
近年、透明導電性電導性薄膜は、有機および無機材料を使用した光電子分野、ディスプレイ分野およびエネルギー産業分野において様々に利用されている。発光ダイオード(LED)およびレーザーダイオード(LD)などを含む半導体発光素子分野では、円滑なキャリア注入および電流拡散(current spreading)の他にも、半導体発光素子活性層で生成された光子の放出を促進するために、電気および光学的特性を同時に有する物質でなければならない。
次世代照明用光源として脚光を浴びている第III族元素窒化物系発光ダイオード(III nitride LED)と関連した国内外の多くの研究機関では、良質の発光素子用透明導電性薄膜を開発するために、盛んに研究が行われている。その結果、周知の酸化インジウムスズ(indium tin oxide:ITO)をはじめとする様々な不純物が添加された亜鉛酸化物(ZnO)などの透明導電性物質は、最近、窒化物系LEDの電極として直接使用されている。
様々な透明導電性酸化物(TCO)の中で最も盛んに研究開発されている物質は、インジウム酸化物(In)、スズ酸化物(SnO)、カドミウム酸化物(CdO)、亜鉛酸化物(ZnO)、および酸化インジウムスズ(ITO)などである。これらは、相対的に小さな仕事関数値と可視光線および紫外線光の波長領域で急激な光透過度の減少という特性を有しているから、窒化物系LEDの透明電極として利用するときには、問題が生ずる。現在、窒化物系LEDにおいて部分的に利用されている上記の物質の問題は、以下のとおりである。
第1に、従来の透明導電性酸化物(TCO)または窒化物(TCN)は、p型窒化物クラッド層の仕事関数値に比べてはるかに小さな仕事関数値を有しているから、p型オーム接触層として使用する際に、界面にキャリアの流れに対する高いエネルギー障壁が形成されて、円滑な正孔注入が難しくなる。これにより、高い外部量子効率(EQE)を有するLEDを実現するのは非常に困難である。
その上、従来のTCOまたはTCNは、n型窒化物クラッド層の表面での電気的特性と柔軟には適合しないため、n型窒化物系ショットキーまたはオーム接触電極構造体として使用する際には、キャリアの流れに対して正孔の制御および注入が難しくなりうる。これにより、効果的な外部光の受光および高い外部量子効率(EQE)を有する受光ダイオードおよびLEDを実現するのに多くの難しさがある。
第2に、従来のTCOまたはTCNは、窒化物系LEDから生成および出射される特定の光に対しては、低い光透過度を示す。詳細には、TCOまたはTCNは、青色光の波長領域以下の光に対しては、では光透過度が低く、短波長領域の光を発光するLEDには適用し難い。
第3に、従来のTCOまたはTCNは、光k屈折率が約2に近い大きな値を有しているから、TCOまたはTCNを通して光を空気中に出射するのにも難しさがある。
近年、トランジスタおよび光検出器等の電子素子、並びにLEDおよびレーザーダイオード(LD)等の光素子は、窒化物系半導体を利用し、幅広く市販されてきた。さらに優れた性能を有する光電子素子を実現するためには、第III族窒化物系半導体と電極との間の界面特性を改善することのできる接触制御技術が極めて重要である。
窒化インジウム(InN)、窒化ガリウム(GaN)、および窒化アルミニウム(AlN)を含む窒化物系半導体を利用したLEDは、上部発光LED(TELED)とフリップチップLED(FCLED)とに分類される。
現在入手可能なTELEDでは、p型窒化物系クラッド層と接触しているp型オーム接触層を通して、生成された光が出射する。これに対し、TELEDに比べて駆動時に発生する熱発散が容易であるため、大面積および大容量のLEDとして製作されているFCLEDは、活性層で生成した光を、高反射性p型オーム接触層を利用して、透明なサファイア基板を介して発光させる。
p型窒化物系クラッド層は正孔密度が低いため、第III族窒化物系半導体を利用するLEDは、p型窒化物係クラッド層において四方に、p型キャリアである正孔を容易に輸送することが難しい。したがって、このようなp型窒化物系クラッド層を利用した高性能の光電子素子を得るためには、優れた電流拡散性を有する高品質のp型オーム接触層が本質的に必要である。
言い換えれば、第III族窒化物系半導体を利用した高品位次世代LEDを実現するためには、横方向への電流拡散性と垂直方向への正孔注入が改善され、同時に可視光線および短波長領域の光に対する光学特性(光透過度または光反射度)に優れたp型オーム接触電極構造体が開発されなければならない。
今日最も広く利用されているTELED用p型オーム接触層は、p型窒化物系クラッド層の上部に形成された酸化ニッケル−金(Ni−Au)を含む。電子ビーム蒸発器を用いて、p型窒化物系クラッド層の上部にNi−Auの薄膜層を蒸着し、このNi−Au薄膜層を酸素(O)雰囲気で熱処理し、これにより、10−3〜10−4Ωcm程度の特定の低いオーム接触抵抗値を有する半透明のオーム接触層を形成する。酸化Ni−Auオーム接触層は、青色光の波長領域である460nm未満では、75%以下の低い光透過度を有しているから、次世代窒化物系LED用p型オーム接触層には適していない。上記の半透明酸化Ni−Auオーム接触層の低い光透過度の故に、この層を約500℃〜600℃の温度および酸素(O)雰囲気下で熱処理する際、p型窒化物系クラッド層をなす窒化ガリウム(GaN)とオーム接触層をなすニッケル(Ni)金属との間の接触界面で、p型半導体酸化物である酸化ニッケル(NiO)が島状に生成する。さらに、金(Au)金属が島状に分布している酸化ニッケル(NiO)の上部を覆う一方で、間に入り込んでいる。特に、p型窒化物系クラッド層の上部に蒸着されたNi−Au薄層を酸素(O)雰囲気下で熱処理するときに、酸化ニッケル(NiO)が形成される。このような酸化ニッケル(NiO)は、窒化ガリウム(GaN)と電極との間に形成されるショットキー障壁の高さおよび幅(SBHおよびSBW)を減少させ、したがって、外部電圧を印加すると、この電極を介してキャリアが素子に容易に供給される。酸化Ni−Au薄膜層が、優れた電気的特性であるオーム性挙動を示すのは、酸化ニッケル(NiO)がSBHおよびSBWを減少させることができ、かつ、金(Au)成分が横方向への電流拡散性を向上させることができるためである。
優れたNi−Au薄膜層のオーム性挙動に対するメカニズムの他にも、p型窒化物係クラッド層の上部にニッケル−金薄膜層を蒸着した後に熱処理を行うと、p型窒化物系クラッド層内で実効正孔濃度を制限しているMg−H金属間化合物を除去することができる。したがって、実効正孔濃度は、マグネシウムドーパント濃度を増加させる再活性化過程を通して、p型窒化物系クラッド層の表面において、1018/cmを超えるレベルにまで増加させることができ、このようにして、p型窒化物系クラッド層と酸化ニッケルを含有するオーム接触層との間にトンネル輸送が起きる。したがって、p型窒化物系クラッド層は低い接触比抵抗値を伴う優れたオーム性挙動を示す。
しかしながら、酸化Ni−Auを含む半透明p型オーム接触電極構造体を利用したTELEDは、光透過度減少させる、すなわちLED活性層から生成された多量の光を吸収するAu成分を含んでいるため、TELEDは低いEQEを示し、それ故にTELEDは、今後大面積および大容量の照明用LEDを提供するには不適当である。
最近では、ある文献[T.Margalith et al.,Appl.Phys.Lett.Vol.74.p3930(1999)]は、このようなTELEDおよびFCLEDの問題を解決するために、従来のp型オーム接触層として使用されているNi−Au構造より優れた光透過度を有するITO等の透明導電性酸化物の使用を報告している。文献[Solid−State Electronics vol.47.p 849(2003)]は、ITOオーム接触層を利用したTELEDは、従来のニッケル−金構造を用いたTELEDと比較して、さらに向上した出力を示すことを報告している。
しかしながら、上記のITOオーム接触層を用いたオーム接触層は、LEDの出力を増大させることができるが、オーム接触層は、相対的に高い動作電圧を表すという問題点を有している。その原因は、オーム接触層はp型窒化物系半導体の仕事関数値に比べて相対的に小さな値を有しているためである。そのために、p型窒化物系クラッド層とITOオーム接触層との間の界面に高いショットキー障壁を形成して、キャリア注入が円滑に行かなくなり、これにより、多量の熱が発生し素子寿命が短くなる。
上記のように、p型窒化物系クラッド層の上部にITOおよびZnOなどのようなTCOを直接蒸着させると、高いSBHおよび厚いSBWが形成され、オーム接触層の品質を損なう。これを解決するために、最近、韓国の光州科学技術院(GIST)の研究グループは、p型窒化物系クラッド層と第1のTCOとの間に第2のTCO層を挿入して得られた構造を熱処理することによって得られる、大きさ100nm以下の粒子を含む高品質のオーム接触層の試験結果を報告している。このような界面に生成されたナノ粒子は、界面で電場を誘起し、これによってSBHおよびSBWが低減され、かつ、この誘導された電場が、TCO電極のショットキー性挙動をオーム性挙動に転換させる。
しかしながら、上記の技術を用いて製造された高透過度かつ高品質のp型オーム接触層およびこれを適用した垂直LEDは、発光領域が制限され、駆動時の多量の熱発散を引き起こし、そのため、p型オーム接触層は、次世代照明用光源としては不適当である。
発明の開示
本発明の目的は、高効率を有する光学素子を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、そのような光学素子の製造方法を提供することにある。
技術的解決方法
本発明の一実施の形態では、光学素子は、光学部材および接触層を含む。前記接触層は、前記光学部材の上面および下面の少なくとも一方に積層された少なくとも一層の透明導電性酸窒化物(TCON)を含む。前記TCONには、インジウム(In)、スズスズ(Sn)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、ガリウム(Ga)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、およびパラジウム(Pd)からなる群から選ばれる少なくとも一種が、酸素(O)および窒素(N)双方と結合されて含まれる。
前記光学部材は、n型窒化物系クラッド層、p型窒化物系クラッド層、n型およびp型クラッド層の間に介在する活性層を含む。また、前記接触層は、前記n型窒化物系クラッド層上に形成されたn型接触層および前記p型窒化物系クラッド層上に形成されたp型接触層の少なくとも一方を含む。
本発明の別の実施の形態による光学素子の製造方法は、光学部材を形成する工程と、前記光学部材の上面および下面の少なくとも一方の上に、少なくとも一層の透明導電性酸窒化物(TCON)を積層することにより接触層を形成する工程と、を含む。TCONには、インジウム(In)、スズスズ(Sn)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、ガリウム(Ga)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、およびパラジウム(Pd)からなる群から選ばれる少なくとも一種が酸素(O)および窒素(N)双方と結合して含まれる。
上記製造方法は、接触層が形成された後、光学部材を熱処理する工程をさらに含む。また、熱処理工程は、窒素(N)、酸素(O)、水素(H)、空気、アルゴン(Ar)、およびヘリウム(He)からなる群から選ばれる少なくとも一種を含む雰囲気で約100℃〜約800℃で約10秒〜約3時間行う。
有利な効果
本発明によれば、透明導電性酸窒化物(TCON)を使用して、オーム接触特性を改善することによって、高効率の光学素子を得ることができる。
図面の簡単な説明
図1は、本発明の第1の実施の形態による多重p型オーム接触電極構造を有する上部発光型発光ダイオード(TELED)の断面図である。
図2は、本発明の第2の実施の形態による多重p型オーム接触電極構造を有する上部発光型発光ダイオード(TELED)の断面図である。
図3は、本発明の第3の実施の形態による多重p型オーム接触電極構造を有する上部発光型発光ダイオード(TELED)の断面図である。
図4は、本発明の第4の実施の形態による多重p型オーム接触電極構造を有する上部発光型発光ダイオード(TELED)の断面図である。
図5〜図8は、図1〜図4に示すp型窒化物系クラッド層上に形成される多重p型オーム接触電極構造の多様な積層構造を示す断面図である。
図9〜図12は、nmサイズの粒子を導入させた後に、図1〜図4に示すp型窒化物系クラッド層上に粒子形成される多重p型オーム接触層の多様な積層構造を示す断面図である。
図13は、本発明の第5の実施の形態によるn型窒化物系クラッド層上に形成された透明性の高い多重n型ショットキー接触層の構造を示す断面図である。
図14は、本発明の第6の実施の形態によるn型窒化物系クラッド層上に形成された透明性の高い多重n型ショットキー接触層の構造を示す断面図である。
図15は、本発明の第7の実施の形態によるn型窒化物系クラッド層上に形成された透明性の高い多重n型オーム接触層の構造を示す断面図である。
図16は、本発明の第8の実施の形態によるn型窒化物系クラッド層上に形成された透明性の高い多重n型オーム接触層の構造を示す断面図である。
図17〜図20は、図13〜図16に示すn型窒化物系クラッド層上に形成される、透明性の高い多重n型ショットキー接触層およびオーム接触層の多様な積層構造を示す断面図である。
図21〜図24は、図13〜図16に示すn型窒化物系クラッド層上にnmサイズの粒子を導入した後に形成される、透明性の高い多重n型ショットキー接触層およびオーム接触層の多様な積層構造を示す断面図である。
図25は、本発明の第9の実施の形態による、n型窒化物系クラッド層上に形成された透明性の高い多重n型オーム接触層を含むLEDを示す断面図である。
図26は、本発明の第10の実施の形態による、n型窒化物系クラッド層の上部に形成された透明性の高い多重n型オーム接触層を含む第III族窒化物系LEDを示す断面図である。
発明を実施するための最良の形態
以下、添付の図面を参照して、本発明の具体的な実施の形態を説明する。以下の説明で、同じ構造および機能を有する要素は、同一の参照符号を付する。
図1は、本発明の第1の実施の形態による多重p型オーム接触電極構造を有する上部発光型発光ダイオード(TELED)の断面図であり、図2は、本発明の第2の実施の形態による多重p型オーム接触電極構造を有する上部発光型発光ダイオード(TELED)の断面図である。
詳細に説明すると、図1は、絶縁性成長基板であるサファイア基板10の上に積層/成長された第III族窒化物系上部発光型発光ダイオード(TELED)を示し、図2は、炭化ケイ素(SiC)、酸化亜鉛(ZnO)、ケイ素(Si)、ガリウムヒ素(GaAs)、または、電気めっきまたはボンディングトランスファー(bonding transfer)法によって形成された銅(Cu)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)等の金属若しくは合金を含む導電性基板上に形成された、第III族窒化物系上部発光型発光ダイオード(TELED)を示す。
図1および図2に示すように、第III族窒化物系上部発光型発光ダイオード(TELED)は、基板10、低温核生成層20、窒化物系バッファ層30、n型窒化物系クラッド層40、窒化物系活性層50、p型窒化物系クラッド層60、多重p型オーム接触層70を順次積層して含む。参照符号80および90は、それぞれp型電極パッドおよびn型電極パッドである。ここで、基板10からp型窒化物系クラッド層60までが発光構造に該当し、p型窒化物系クラッド層60の上に積層された構造はp型電極構造に該当する。
基板10は、サファイア(Al)、炭化ケイ素(SiC)、酸化亜鉛(ZnO)、ケイ素(Si)、ガリウムヒ素(GaAs)、または電気めっき/ボンディングトランスファー(bonding transfer)法によって形成される銅(Cu)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)等の金属若しくは合金からなる群から選ばれる少なくとも一種を含む。
低温核生成層20は、700℃以下の低温で形成された非晶質窒化ガリウム(GaN)または窒化アルミニウム(AlN)を含む。低温核生成層20は省略することができる。窒化物系バッファ層30からp型窒化物系クラッド層60までの各層は、第III族窒化物系化合物の一般式であるAlxInyGazN(x、yおよびzは整数)で表される化合物の一種を基本的に含む。n型窒化物系クラッド層40およびp型窒化物系クラッド層60には、n型およびp型の該当するドーパントがそれぞれ添加される。
さらに、窒化物系活性層50は、単層、多重量子井戸(multi quantum well:MQW)構造、多重量子ドット(multi quantum dot、多重量子ワイヤ(multi quantum wire)およびまたは多重量子ドット、ワイヤおよび井戸の混合の形態で構成しうる。一例として、窒化ガリウム(GaN)化合物を使用する場合には、窒化物系バッファ層30は、GaNを含み、n型窒化物系クラッド層40には、GaNおよびこれにn型ドーパントとしてSi、Ge、Se、Teなどが添加されて含まれ、窒化物系活性層は、InGaN/GaN MQW構造またはAlGaN/GaN MQW構造を含む。加えて、p型窒化物系クラッド層60には、GaNおよびこれにp型ドーパントとしてMg、Zn、Ca、Sr、Baなどが添加されて含まれる。
n型窒化物系クラッド層40とn型電極パッド90との間には、n型オーム接触層(図示せず)が介在しうる。n型オーム接触層は、様々な構造をとってよい。例えば、チタン(Ti)とアルミニウム(Al)が積層された構造を有する。
前記p型多重オーム接触層70は、p型窒化物系クラッド層60の上に少なくとも一層のTCONが蒸着されることにより、形成することができる。TCONは、インジウム(In)、スズ(Sn)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、ガリウム(Ga)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、およびパラジウム(Pd)からなる群から選ばれた少なくとも一種を含み、これは酸素(O)および窒素(N)双方が結合している。
好ましくは、TCONは、電気的特性を調節するために、他の金属成分をドーパントとしてさらに含んでもよい。本発明の実施態様では、元素周期律表上で金属に分類される化学元素がTCONにドーパントとして使用できる。ドーパントとしてフッ素(F)および硫黄(S)も用い得る。好ましくは、ドーパントは、TCONに対して、0.001〜20wt%で添加される。
p型多重オーム接触層70は、TCONの他にも、さらに、金属、金属を母体とする合金/固溶体、導電性酸化物、透明導電性酸化物(TCO)、および透明導電性窒化物(TCN)を含んでもよく、これらは、積層順序とは無関係にp型窒化物系クラッド層60の上にオーム接触電極を形成するのに有利である。
前記金属は、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)、金(Au)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)、銅(Cu)、コバルト(Co)、スズ(Sn)および希土類金属が含まれる。加えて、前記合金/固溶体には、上記の金属を母体とする合金/固溶体が含まれ得る。
上記の導電性酸化物は、酸化ニッケル(Ni−O)、酸化ロジウム(Rh−O)、酸化ルテニウム(Ru−O)、酸化イリジウム(Ir−O)、酸化(Cu−O)、酸化コバルト(Co−O)、酸化タングステン(W−O)、または酸化チタン(Ti−O)を含む。
前記TCOには、酸化インジウム(In)、酸化スズ(SnO)、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化カドミウム(CdO)、マグネシウム亜鉛酸化物(MgZnO)、インジウム亜鉛酸化物(InZnO)、酸化インジウムスズ(InSnO)、銅アルミニウム酸化物(CuAlO)、酸化銀(AgO)、酸化ガリウム(Ga)、亜鉛スズ酸化物(ZnSnO)、亜鉛インジウムスズ酸化物(ZITO)、または上記TCOに結合した他の酸化物が含まれる。
前記TCNには、窒化チタン(TiN)、窒化クロム(CrN)、窒化タングステン(WN)、窒化タンタル(TaN)または窒化ニオブ(NbN)が含まれる。
酸化物および窒化物の電気的特性を向上させるために、酸化物および窒化物にドーパントとして第3の物質を添加することができる。
多重p型オーム接触層70は、約1nm〜約1000nmの厚さを有することが好ましい。加えて、多重p型オーム接触層70は、約20℃〜約1500℃の温度下で蒸着される。この際、多重p型オーム接触層70が蒸着される蒸着器内の圧力は、約10〜12torrの範囲である。
多重p型オーム接触層70を形成した後には、熱処理(annealing)工程を経ることが好ましい。熱処理は、反応器内の温度を約100℃〜約800℃とし、真空またはガス雰囲気下で10秒〜3時間行う。多重p型オーム接触層70の熱処理中に、窒素、アルゴン、ヘリウム、酸素、水素および空気のうち、少なくとも一種が反応器内に導入される。
p型電極パッド80は、ニッケル(Ni)/金(Au)、銀(Ag)/金(Au)、チタン(Ti)/金(Au)、ニッケル(Ni)/金(Au)、パラジウム(Pd)/金(Au)、またはクロム(Cr)/金(Au)の積層構造を有している。
第III族窒化物系発光ダイオードの各層の形成方法は、電子ビーム若しくは熱蒸発、レーザー光源を利用したPLD(pulsed laser deposition)、二重型熱蒸発(dual type thermal evaporation)スパッタリングなどの物理蒸着法(PVD)または、電気めっき、金属有機気体堆積法(metal oganic chemical vapor deposition)等の化学反応を利用する化学蒸着法(CVD)を用い得る。
図3は、本発明の第3の実施の形態による多重p型オーム接触電極構造が適用された上部発光型発光ダイオード(TELED)の断面図であり、図4は、本発明の第4の実施の形態による多重p型オーム接触電極構造が適用された上部発光型発光ダイオードの断面図である。
詳細に説明すると、図3は、絶縁性成長基板であるサファイア基板10の上に積層/成長された第III族窒化物系上部発光型発光ダイオード(TELED)を示し、図4は、炭化ケイ素(SiC)、亜鉛酸化物(ZnO)、ケイ素(Si)、ガリウムヒ素(GaAs)、または電気めっき/ボンディングトランスファー法によって形成される金属(Cu、Ni、Al等)または合金を含む導電性を有する基板上に形成された第III族窒化物系上部発光型発光ダイオード(TELED)を示す。
本発明の第1および第2の実施形態とは異なり、第3および第4の実施形態では、多重p型オーム接触層70を形成する前に、p型窒化物系クラッド層60上にトンネル接合層100を形成した積層構造を提供する。上記のトンネル接合層100を除くと、第3の実施の形態は、第1の実施の形態に対応し、第4の実施の形態は、第2の実施の形態に対応する。したがって、対応する部分において重複する要素についての詳細説明は省略する。
前記トンネル接合層100は、第III〜V族元素からなるAlInGaAs(a、b、c、x、yおよびzは整数)で表される化合物の中から選択される一種を基本として含む。トンネル接合層は、50nm以下の厚さを有する単層の形態で準備される。好ましくは、トンネル接合層100は、二層、三層、または多層で形成される。
または、トンネル接合層100は、超格子構造を有していてもよい。例えば、InGaN/GaN、AlGaN/GaN、AlInN/GaN、AlGaN/InGaN、AlInN/InGaN、AlN/GaN、またはAlGaAs/InGaAsなどの第III〜V族元素が薄い積層構造の形態で最大30対まで繰り返し積層されてもよい。
トンネル接合層100は、第II族元素(Mg、BeおよびZn)または第IV族元素(Siおよび、Ge)が添加された単結晶、多結晶、または非晶質を含んでもよい。
図3および図4に示すように、第III族窒化物系TELEDは、低温核生成層20、窒化物系バッファ層30、n型窒化物系クラッド層40、窒化物系活性層50、p型窒化物系クラッド層60、多重p型オーム接触層70、およびトンネル接合層100が順次積層された、基板10を含む。参照符号80および90は、p型電極パッドおよびn型電極パッドをそれぞれ表している。
ここで、基板10からp型窒化物系クラッド層60までが発光構造に該当し、p型窒化物系クラッド層60の上に積層された構造は多重p型電極構造に該当する。低温核生成層20、窒化物系バッファ層30、n型窒化物系クラッド層40、窒化物系活性層50、p型窒化物系クラッド層60、多重p型オーム接触層70の材質および製造方法は、第1および第2の実施の形態のものと同一である。
図5〜図8は、図1〜図4に示すp型窒化物系クラッド層上に形成される多重p型オーム接触層の多様な積層構造を示す断面図である。
本発明の多重p型オーム接触層70は、酸素(O)と窒素(N)とが同時に結合して生成されたTCON層を少なくとも一層含む。好ましくは、多重p型オーム接触層70は、単層、二層、または多層で準備される。
例えば、図5に示すように、多重p型オーム接触層70は、TCONを含む単層70aとして準備することもできる。さらに、図6〜図8に示すように、積層順序とは無関係に、金属、合金、固溶体、導電性酸化物、TCOおよびTCNを含む多層70a、70b、70cおよび70dとして準備することもできる。
図9〜図12は、nmサイズの粒子を導入した後、図1〜図4に示すp型窒化物系クラッド層上に形成された多重p型オーム接触層の多様な積層構造を示す断面図である。
本発明で適用される多重p型オーム接触層70をp型窒化物系クラッド層60上に形成する前に、nmサイズの粒子をp型窒化物系クラッド層60上に形成する。ここで、ナノサイズの粒子は、金属、合金、固溶体、一般導電性酸化物、TCO、TCN、またはTCONを含み、これらはp型窒化物系クラッド層60と多重p型オーム接触層70との間の界面でキャリアの電荷輸送を調節するショットキー障壁の高さおよび幅を制御することができる。上記のように多重p型オーム接触層70は、酸素(O)と窒素(N)が同時に結合した少なくともTCONを一層含む。多重p型オーム接触層70は、単層、二層または多層の形態で準備することが好ましい。
例えば、図9に示すように、多重p型オーム接触層70は、TCONを含む単層70aとして準備することができる。さらに、図10〜図12に示すように、多重p型オーム接触層70は、積層順序とは無関係に、金属、合金、固溶体、導電性酸化物、TCO、またはTCNを含む多層70a、70b、70cおよび70dの形態で準備することもできる。
具体的には、多重p型オーム接触層70は、以下を積層して準備することができる。すなわち、ニッケル(Ni)/インジウムスズ酸窒化物(ITON)または酸窒化亜鉛(ZnON);ルテニウム(Ru)/インジウムスズ酸窒化物(ITON)または酸窒化亜鉛(ZnON);イリジウム(Ir)/インジウムスズ酸窒化物(ITON)または酸窒化亜鉛(ZnON);酸化ニッケル(Ni−O)/インジウムスズ酸窒化物(ITON)または酸窒化亜鉛(ZnON);酸化ルテニウム(Ru−O)/インジウムスズ酸窒化物(ITON)または酸窒化亜鉛(ZnON);酸化イリジウム(Ir−O)/インジウムスズ酸窒化物(ITON)または酸窒化亜鉛(ZnON);ニッケル(Ni)/銀(Ag)または金(Au)/インジウムスズ酸窒化物(ITON)または酸窒化亜鉛(ZnON);ルテニウム(Ru)/銀(Ag)または金(Au)/インジウムスズ酸窒化物(ITON)または酸窒化亜鉛(ZnON);イリジウム(Ir)/銀(Ag)または金(Au)/インジウムスズ酸窒化物(ITON)または酸窒化亜鉛(ZnON);酸化ニッケル(Ni−O)/銀(Ag)または金(Au)/インジウムスズ酸窒化物(ITON)または酸窒化亜鉛(ZnON);酸化ルテニウム(Ru−O)/銀(Ag)または金(Au)/インジウムスズ酸窒化物(ITON)または酸窒化亜鉛(ZnON);酸化イリジウム(Ir−O)/銀(Ag)または金(Au)/インジウムスズ酸窒化物(ITON)または酸窒化亜鉛(ZnON);酸化インジウムスズ(ITO)または酸化亜鉛(ZnO)/インジウムスズ酸窒化物(ITON)または酸窒化亜鉛(ZnON);インジウムスズ酸窒化物(ITON)または酸窒化亜鉛(ZnON)/酸化インジウムスズ(ITO)または酸化亜鉛(ZnO)である。
図13は、本発明の第5の実施の形態による、n型窒化物系クラッド層上に形成された透明性の高い多重n型ショットキー接触層の構造を示す断面図で、図14は、本発明の第6の実施の形態による、n型窒化物系クラッド層上に形成された透明性の高い多重n型ショットキー接触層の構造を示す断面図である。
詳細には、図13は、n型窒化物系クラッド層210上に直接積層された透明性の高い多重n型ショットキー接触層220を示し、図14は、n型窒化物系クラッド層上に、透明性の高い多重n型ショットキー接触層220を形成する前に、トンネル接合層230を介在させた透明性の高い多重n型ショットキー接触層220を示す。
図13および図14に示すように、n型窒化物系クラッド層210は、第III族窒化物系化合物の一般式であるAlInGaN(x、yおよびzは整数)から選択された一種を基本的に含む。n型窒化物系クラッド層210には、第IV族元素であるSi、Ge、Se、およびTeなどのドーパントが単独でまたは同時にn型窒化物系クラッド層210に添加される。
透明性の高い多重n型ショットキー接触層220は、n型窒化物系クラッド層210上に少なくとも一層のTCON層を含む。
前記TCONは、酸素(O)および窒素(N)双方が結合した、インジウム(In)、スズ(Sn)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、ガリウム(Ga)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、タンタル(Ta)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、ニオブ(Nb)、ジルコニウム(Zr)、銀(Ag)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、コバルト(Co)、金(Au)、白金(Pt)、レニウム(Re)、イリジウム(Ir)、タングステン(W)、ルテニウム(Ru)、およびパラジウム(Pd)からなる群から選ばれる少なくとも一種を主に含む。
好ましくは、TCONは、電気的特性を調節するために、他の金属成分をドーパントとしてさらに含んでもよい。本実施の形態によれば、元素周期律表上において金属に分類される化学元素がTCONとして使用できる。フッ素(F)および硫黄(S)もドーパントとして使用できる。好ましくは、ドーパントはTCONに対して0.001〜20wt%で添加される。
TCONに加えて、上記の透明性の高い多重n型ショットキー接触層220は、金属、金属を母体とする合金/固溶体、導電性酸化物、透明導電性酸化物(TCO)、および透明導電性窒化物(TCN)をさらに含んでもよく、これらは、積層順序とは無関係に、n型窒化物系クラッド層210上にショットキー接触界面を形成するのに有利である。
前記金属は白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)、金(Au)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)、銅(Cu)、コバルト(Co)、スズ(Sn)または希土類金属を含む。加えて、前記金属を母体とする合金/固溶体には、上記の金属を母体とする合金/固溶体が含まれうる。
前記導電性酸化物には、酸化ニッケル(Ni−O)、酸化ロジウム(Rh−O)、酸化ルテニウム(Ru−O)、酸化イリジウム(Ir−O)、酸化銅(Cu−O)、酸化コバルト(Co−O)、酸化タングステン(W−O)、または酸化チタン(Ti−O)が含まれる。
前記TCOには、酸化インジウム(In)、酸化スズ(SnO)、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化カドミウム(CdO)、マグネシウム亜鉛酸化物(MgZnO)、インジウム亜鉛酸化物(InZnO)、酸化インジウムスズ(InSnO)、銅アルミニウム酸化物(CuAlO)、酸化銀(AgO)、酸化ガリウム(Ga)、亜鉛スズ酸化物(ZnSnO)、亜鉛インジウムスズ酸化物(ZITO)、または上記TCOが結合した他の酸化物が含まれる。
前記TCNには、窒化チタン(TiN)、窒化クロム(CrN)、窒化タングステン(WN)、窒化タンタル(TaN)、または窒化ニオブ(NbN)が含まれる。
上記の酸化物および窒化物に、これらの酸化物及び窒化物の電気的特性を向上させるために、第3の物質をドーパントとして添加することができる。
透明性の高い多重n型ショットキー接触層220は、約1nm〜約1000nmの厚さを有することが好ましい。さらに、透明性の高い多重n型ショットキー接触層220は、約20℃〜約1500℃の温度下で蒸着される。同時に、透明性の高い多重n型ショットキー接触層220が蒸着される蒸着器内の圧力は、約10〜約12torrの範囲である。
透明性の高い多重n型ショットキー接触層220を形成した後には、熱処理工程を経ることが好ましい。熱処理は、反応器内の温度を約100℃〜約800℃とし、真空またはガス雰囲気下で10秒〜3時間行う。熱処理工程中に、窒素、アルゴン、ヘリウム、酸素、水素および空気の少なくとも一種が反応器内に供給される。
図14に示す実施の形態において、トンネル接合層230は、第III〜V族元素からなるAlInGaAs(a、b、c、x、yおよびzは整数)で表される化合物の中から選択された一種を基本として含む。トンネル接合層230は、50nm以下の厚さを有する単層の形態で準備し得る。好ましくは、トンネル接合層230は、二層、三層、または多層の形態で準備される。
トンネル接合層230は、超格子構造を有していてもよい。例えば、InGaN/GaN、AlGaN/GaN、AlInN/GaN、AlGaN/InGaN、AlInN/InGaN、AlN/GaN、またはAlGaAs/InGaAsなどの薄い積層形態で、第III〜V族元素を最大30対まで繰り返し積層することができる。同時に、トンネル接合層230の各層は、第II族元素(Mg、BeおよびZn)または第IV族元素(SiおよびGe)が添加された、単結晶、多結晶、または非晶質の形態で準備することができる。
さらに、各層は、電子ビーム若しくは熱蒸着、レーザー光源を用いたPLD、二重型熱蒸着若しくはスパッタリングなどの物理蒸着法、または、電気めっき、金属有機気体堆積法等の化学反応を利用する化学蒸着法により形成することができる。
図15は、本発明の第7の実施の形態によるn型窒化物系クラッド層上に形成された透明性の高い多重n型オーム接触層の構造を示す断面図であり、図16は、本発明の第8の実施の形態によってn型窒化物系クラッド層上に形成された透明性の高い多重n型オーム接触層の構造を示す断面図である。
詳細に説明すると、図15は、n型窒化物系クラッド層360上に直接積層された透明性の高い多重n型オーム接触層240を示し、図16は、n型窒化物系クラッド層上に、透明性の高い多重n型オーム接触層240を形成する前に、トンネル接合層380をその間に介在させた透明性の高い多重n型オーム接触層を示している。
第7の実施の形態は、第5の実施の形態に対応し、第8の実施の形態は、第6の実施の形態に対応する。したがって、同一の要素についての詳細説明は重複するため省略する。
図15および図16に示すように、n型窒化物系クラッド層360は、第III族窒化物系化合物の一般式であるAlInGaN(x、yおよびzは整数)で表される化合物から選択された一種を基本として含む。第IV族元素であるSi、Ge、Se、およびTeなどのドーパントがn型窒化物系クラッド層360に単独または同時に添加される。
透明性の高い多重n型オーム接触層240は、n型窒化物系クラッド層360上に少なくとも一層のTCON層を蒸着することで形成される。
前記TCON成分または前記TCONの電気的特性を調節するために添加されるドーパントは、第5および第6の実施の形態のものと同一である。
一方、上記の透明性の高い多重n型オーム接触層240は、TCONの他にも、n型窒化物系クラッド層360上でオーム性接触電極を形成するのに有利な、金属、金属を母体とする合金/固溶体、導電性酸化物、透明導電性酸化物(TCO)、および透明導電性窒化物(TCN)を積層順序とは無関係に含んでもよい。金属、金属を母体とする合金/固溶体、導電性酸化物、透明導電性酸化物(TCO)、および透明導電性窒化物(TCN)の成分は、第5および第6の実施の形態のものと同一である。上記の酸化物および窒化物に、これら酸化物および窒化物の電気的特性を向上させるために、第3の物質をドーパントとして添加することができる。
透明性の高い多重n型オーム接触層240は、約1nm〜約1000nmの厚さを有することが好ましい。さらに、透明性の高い多重n型オーム接触層240は、約20℃〜約1500℃の温度下で蒸着される。同時に、透明性の高い多重n型オーム接触層240が蒸着される蒸着器内の圧力は、約10torr〜約12torrの範囲である。
透明性の高い多重n型オーム接触層240を形成した後には、熱処理工程を経ることが好ましい。熱処理は、反応器内の温度を約100℃〜約800℃とし、真空またはガス雰囲気下で10秒〜3時間行う。熱処理工程中に窒素、アルゴン、ヘリウム、酸素、水素および空気の少なくとも一種が反応器内に供給される。
図16に示す実施の形態において、トンネル接合層380は、第III〜V族元素からなるAlInGaAs(a、b、c、x、yおよびzは整数)で表される化合物から選択される一種を基本として含む。トンネル接合層380は、単層または多層で準備し得る。さらに、トンネル接合層380は超格子構造を有していてもよい。
トンネル接合層380の各層は、電子ビーム若しくは熱蒸着、レーザー光源を利用したPLD、二重型熱蒸着若しくはスパッタリングなどの物理蒸着法、または、電気めっき若しくは金属有機気体堆積法等の化学反応を利用する化学蒸着法により形成することができる。
図17〜図20は、図13〜図16に示すn型窒化物系クラッド層上に形成される透明性の高い多重n型ショットキー接触層およびオーム接触層の多様な積層構造を示す断面図である。
図17〜図20に示すように、n型窒化物系クラッド層210上に形成される透明性の高い多重n型ショットキー接触層220は、少なくともTCONを一層含む単層220a、二層220aおよび220b、または、多層220a、220b、220cおよび220dの形態に準備することができる。図17〜図20に示す透明性の高い多重n型ショットキー接触層220の機能および構造は、透明性の高い多重n型オーム接触層240に対しても同様に適用される。
図21〜図24は、図13〜図16に示すn型窒化物系クラッド層上に、nmサイズの粒子を導入した後に、n型窒化物系クラッド層上に形成される透明性の高い多重n型ショットキー接触層およびオーム接触層の多様な積層構造を示す断面図である。
図21〜図24を参照すると、n型窒化物系クラッド層210上に透明性の高い多重n型窒化物系ショットキー接触層220を形成する前に、キャリアの電荷輸送に対する大きな影響を及ぼす界面特性であるショットキー障壁の高さおよび幅を調節できるnmサイズの粒子250が導入される。ナノサイズの粒子250は、金属、合金、固溶体、導電性酸化物、TCO、TCN、またはTCONから含まれ、これらは、n型窒化物系クラッド層210と透明性の高い多重n型窒化物系ショットキー接触層220との間の界面でキャリアの電荷輸送を調節するショットキー障壁の高さおよび幅を調節できる。そこで、酸素(O)と窒素(N)双方がナノサイズ粒子250に結合し、これにより、TCON層を少なくとも一層含む、単層220a、二層220aおよび220b、または多層220a、220b、220cおよび220dが形成される。図21〜図24に示す透明性の高い多重n型ショットキー接触層220の機能および構造は、透明性の高い多重n型オーム接触層240にも同様に適用される。
図25は、本発明の第9の実施の形態によるn型窒化物系クラッド層上に形成された透明性の高い多重n型オーム接触層を含むLEDを示す断面図であり、図26は、本発明の第10の実施の形態によるn型窒化物系クラッド層上に形成された透明性の高い多重n型オーム接触層を含む第III族窒化物系LEDを示す断面図である。
詳細に説明すると、炭化ケイ素(SiC)、酸化亜鉛(ZnO)、ケイ素(Si)、ガリウムヒ素(GaAs)、または電気めっき/ボンディングトランスファー法によって形成される銅(Cu)、ニッケル(Ni)若しくはアルミニウム(Al)若しくは合金を含む導電性基板上形成した垂直型LEDの構造を示した断面図である。
図25および図26に示すように、LEDは、結合材層320、高反射多重p型オーム接触層330、p型窒化物系クラッド層340、窒化物系活性層350、n型窒化物系クラッド層360、透明性の高い多重n型オーム接触層240が順次形成された導電性基板310を含む。参照符号380および370は、それぞれ、オーム接触層240の特性を向上させるために導入されたトンネル接合層およびn型電極パッドである。
導電性基板310は、ケイ素(Si)、炭化ケイ素(SiC)、酸化亜鉛(ZnO)、ガリウムヒ素(GaAs)、または電気めっき/ボンディングトランスファー法によって形成される、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)等の金属または合金からなる群から選ばれる一種を含む。
n型窒化物系クラッド層360からp型窒化物系クラッド層340までの各層は、第III族窒化物系化合物の一般式であるAlInGaN(x、yおよびzは整数)で表される化合物の中から選択された少なくとも一種を基本として含む。n型窒化物系クラッド層360およびp型窒化物系クラッド層340には、ドーパントが添加される。また、窒化物系活性層350は、単層、多重量子井戸(MQW)、多重量子ドット、多重量子ワイヤ、または多重量子ドット、ワイヤおよびMQWの混合構造の形態で構成することができる。
例えば、n型窒化物系クラッド層360は、GaNにn型ドーパントとしてSi、Ge、Se、Teなどを添加して形成することができる。活性層350は、InGaN/GaN MQW構造またはAlGaN/GaN MQW構造の形態で準備することができ、p型窒化物系クラッド層340は、GaNにp型ドーパントとしてMg、Zn、Ca、Sr、Baなどを添加して形成することができる。
透明性の高い多重n型オーム接触層240は、n型窒化物系クラッド層360上に少なくとも一層のTCON層を蒸着することにより形成される。TCONは、主として金属並びにTCONに必ず結合した酸素(O)および窒素(N)で構成される。TCONは、電気的特性を調節するためにドーパントが添加されうる。
TCONに加えて、透明性の高い多重n型オーム接触層240は、金属、金属を母体とする合金/固溶体、導電性酸化物、透明導電性酸化物(TCO)、および透明導電性窒化物(TCN)をさらに含んでもよく、これらは、積層順序とは無関係にn型窒化物系クラッド層360上でオーム性接触電極を形成するのに有利である。
TCONの主成分となる金属、ドーパントの成分および比率、並びに金属/合金/固溶体/導電性酸化物/透明導電性酸化物/透明導電性窒化物構造は、第7の実施の形態のものと同様である。
透明性の高い多重n型オーム接触層240は、約1nm〜約1000nmの厚さを有していることが好ましい。また、透明性の高い多重n型オーム接触層240は、約20℃〜約1500℃の温度下で蒸着される。同時に、透明性の高い多重n型オーム接触層240が蒸着される蒸着器内の圧力は、約10torr〜12torrの範囲内である。
透明性の高い多重n型オーム接触層240を形成した後には、熱処理工程を経ることが好ましい。熱処理は、反応器内の温度を約100℃〜約800℃とし、真空またはガス雰囲気で10秒〜3時間行う。熱処理の間には、反応器内に窒素、アルゴン、ヘリウム、酸素、水素、および空気の少なくとも一種が導入される。
n型電極パッド370は、ニッケル(Ni)/金(Au)、銀(Ag)/金(Au)、チタン(Ti)/金(Au)、ニッケル(Ni)/金(Au)、パラジウム(Pd)/金(Au)、またはクロム(Cr)/金(Au)などが順次積層された層構造が適用されうる。
LEDの各層は、の形成方法は、電子ビームまたは熱蒸着、レーザー光源を利用したPLD、二重型の熱蒸着、スパッタリングなどの物理蒸着法(PVD)、または、電気めっき、金属有機気体堆積法等の化学反応を利用する化学蒸着法(CVD)により形成される。
(産業上利用可能性)
上記説明したように、本発明の実施の形態による光学素子は、受光素子、発光素子、発光ダイオード、有機電界発光ダイオード(OLED)、太陽電池等のような多様な装置に使用されうる。
図1は、本発明の第1の実施の形態による多重p型オーム接触電極構造を有する上部発光型発光ダイオード(TELED)の断面図である。 図2は、本発明の第2の実施の形態による多重p型オーム接触電極構造を有する上部発光型発光ダイオード(TELED)の断面図である。 図3は、本発明の第3の実施の形態による多重p型オーム接触電極構造を有する上部発光型発光ダイオード(TELED)の断面図である。 図4は、本発明の第4の実施の形態による多重p型オーム接触電極構造を有する上部発光型発光ダイオード(TELED)の断面図である。 図5〜図8は、図1〜図4に示すp型窒化物系クラッド層上に形成される多重p型オーム接触電極構造の多様な積層構造を示す断面図である。 図5〜図8は、図1〜図4に示すp型窒化物系クラッド層上に形成される多重p型オーム接触電極構造の多様な積層構造を示す断面図である。 図5〜図8は、図1〜図4に示すp型窒化物系クラッド層上に形成される多重p型オーム接触電極構造の多様な積層構造を示す断面図である。 図5〜図8は、図1〜図4に示すp型窒化物系クラッド層上に形成される多重p型オーム接触電極構造の多様な積層構造を示す断面図である。 図9〜図12は、nmサイズの粒子を導入させた後に、図1〜図4に示すp型窒化物系クラッド層上に形成される多重p型オーム接触電極構造の多様な積層構造を示す断面図である。 図9〜図12は、nmサイズの粒子を導入させた後に、図1〜図4に示すp型窒化物系クラッド層上に形成される多重p型オーム接触電極構造の多様な積層構造を示す断面図である。 図9〜図12は、nmサイズの粒子を導入させた後に、図1〜図4に示すp型窒化物系クラッド層上に形成される多重p型オーム接触電極構造の多様な積層構造を示す断面図である。 図9〜図12は、nmサイズの粒子を導入させた後に、図1〜図4に示すp型窒化物系クラッド層の上部に形成される多重p型オーム接触電極構造の多様な積層構造を示す断面図である。 図13は、本発明の第5の実施の形態によるn型窒化物系クラッド層上に形成された透明性の高い多重n型ショットキー接触層の構造を示す断面図である。 図14は、本発明の第6の実施の形態によるn型窒化物系クラッド層上に形成された透明性の高い多重n型ショットキー接触層の構造を示す断面図である。 図15は、本発明の第7の実施の形態によるn型窒化物系クラッド層上に形成された透明性の高い多重n型オーム接触層の構造を示す断面図である。 図16は、本発明の第8の実施の形態によるn型窒化物系クラッド層上に形成された透明性の高い多重n型オーム接触層の構造を示す断面図である。 図17〜図20は、図13〜図16に示すn型窒化物系クラッド層上に形成される、透明性の高い多重n型ショットキー接触層およびオーム接触層の多様な積層構造を示す断面図である。 図17〜図20は、図13〜図16に示すn型窒化物系クラッド層上に形成される、透明性の高い多重n型ショットキー接触層およびオーム接触層の多様な積層構造を示す断面図である。 図17〜図20は、図13〜図16に示すn型窒化物系クラッド層上に形成される、透明性の高い多重n型ショットキー接触層およびオーム接触層の多様な積層構造を示す断面図である。 図17〜図20は、図13〜図16に示すn型窒化物系クラッド層上に形成される、透明性の高い多重n型ショットキー接触層およびオーム接触層の多様な積層構造を示す断面図である。 図21〜図24は、図13〜図16に示すn型窒化物系クラッド層上にnmサイズの粒子を導入した後に形成される、透明性の高い多重n型ショットキー接触層およびオーム接触層の多様な積層構造を示す断面図である。 図21〜図24は、図13〜図16に示すn型窒化物系クラッド層上にnmサイズの粒子を導入した後に形成される、透明性の高い多重n型ショットキー接触層およびオーム接触層の多様な積層構造を示す断面図である。 図21〜図24は、図13〜図16に示すn型窒化物系クラッド層上にnmサイズの粒子を導入した後に形成される、透明性の高い多重n型ショットキー接触層およびオーム接触層の多様な積層構造を示す断面図である。 図21〜図24は、図13〜図16に示すn型窒化物系クラッド層上にnmサイズの粒子を導入した後に形成される、透明性の高い多重n型ショットキー接触層およびオーム接触層の多様な積層構造を示す断面図である。 図25は、本発明の第9の実施の形態による、n型窒化物系クラッド層上に形成された透明性の高い多重n型オーム接触層を含むLEDを示す断面図である。 図26は、本発明の第10の実施の形態による、n型窒化物系クラッド層上に形成された透明性の高い多重n型オーム接触層を含む第III族窒化物系LEDを示す断面図である。
符号の説明
10 基板、
20 低温核生成層、
30 窒化物系バッファ層、
40 n型窒化物系クラッド層、
50 窒化物系活性層、
60 p型窒化物系クラッド層、
70、70a、70b、70c、70d 多重p型窒化物系クラッド層、
80 p型電極パッド、
90 n型電極パッド、
100 トンネル接合層、
210 n型窒化物系クラッド層、
220、220a、220b、220c、220d、 透明性の高い多重n型ショットキー接合層、
230 トンネル接合層、
240 透明性の高い多重n型オーム接触層、
250 粒子、
310 導電性基板、
320 接合材層、
330 高反射多重p型オーム接触層、
340 p型窒化物系クラッド層、
350 活性層、
360 n型窒化物系クラッド層
380 トンネル接合層。

Claims (20)

  1. 光学素子であって、
    光学部材と、
    前記光学部材の上面および下面の少なくとも一方に積層された少なくとも一層の透明導電性酸窒化物(TCON)層を含む接触層とを含み、
    前記TCONには、インジウム(In)、スズ(Sn)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、ガリウム(Ga)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、およびパラジウム(Pd)からなる群から選ばれる少なくとも一種が酸素(O)および窒素(N)双方が結合して含まれることを特徴とする光学素子。
  2. 前記光学部材は、n型窒化物系クラッド層、p型窒化物系クラッド層、および前記n型窒化物系クラッド層とp型窒化物系クラッド層との間に介在する活性層を含むことを特徴とする請求項1に記載の光学素子。
  3. 前記接触層は、前記n型窒化物系クラッド層上に形成されたn型接触層および前記p型窒化物系クラッド層上に形成されたp型接触層の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項2に記載の光学素子。
  4. 前記TCONは、電気的特性を調節するためのドーパントをさらに含み、前記ドーパントは、金属、フッ素(F)および硫黄(S)からなる群から選ばれる少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項1に記載の光学素子。
  5. 前記ドーパントが、前記TCONに対して約0.001〜約20wt%の比率で添加されていることを特徴とする請求項4に記載の光学素子。
  6. 前記接触層は、前記TCONに結合される、金属、金属を母体とする合金/固溶体、導電性酸化物、透明導電性酸化物(TCO)、および透明導電性窒化物(TCN)のうち、少なくとも一種をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の光学素子。
  7. 前記金属は、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)、金(Au)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)、銅(Cu)、コバルト(Co)、スズ(Sn)、および希土類金属からなる群から選ばれる少なくとも一種を含み、
    前記導電性酸化物は、酸化ニッケル(Ni−O)、酸化ロジウム(Rh−O)、酸化ルテニウム(Ru−O)、酸化イリジウム(Ir−O)、酸化銅(Cu−O)、酸化コバルト(Co−O)、酸化タングステン(W−O)、および酸化チタン(Ti−O)からなる 群から選ばれる少なくとも一種を含み、
    前記TCOは、酸化インジウム(In)、酸化スズ(SnO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化カドミウム(CdO)、マグネシウム亜鉛酸化物(MgZnO)、インジウム亜鉛酸化物(InZnO)、酸化インジウムスズ(InSnO)、銅アルミニウム酸化物(CuAlO)、酸化銀(AgO)、酸化ガリウム(Ga)、亜鉛スズ酸化物(ZnSnO)、および亜鉛インジウムスズ酸化物(ZITO)からなる群から選ばれる少なくとも一種を含み、
    前記TCNは、窒化チタン(TiN)、窒化クロム(CrN)、窒化タングステン(WN)、窒化タンタル(TaN)、および窒化ニオブ(NbN)からなる群から選ばれる少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項6に記載の光学素子。
  8. 前記接触層に接続されて前記窒化物系クラッド層上に導入されるナノサイズの粒子をさらに含み、前記ナノサイズの粒子は、金属、金属を母体とする合金/固溶体、導電性酸化物、透明導電性酸化物(TCO)、および透明導電性窒化物(TCN)からなる群から選ばれる少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項7に記載の光学素子。
  9. 前記光学部材と前記接触層との間に介在し、第III〜V族元素からなるAlInGaAs(a、b、c、x、yおよびzは整数)で表される化合物から選択される一種を含むトンネル接合層をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の光学素子。
  10. 前記光学部材が、受光素子、発光素子、発光ダイオード、有機電界発光ダイオード(OLED)、および太陽電池のうち、何れか一つに使用されることを特徴とする請求項1に記載の光学素子。
  11. 光学素子を製造する方法であって、
    光学部材を形成する工程と、
    前記光学部材の上面および下面の少なくとも一方に、少なくとも一層の透明導電性酸窒化物(TCON)を積層することにより接触層を形成する工程と、を含み、
    前記TCONには、インジウム(In)、スズ(Sn)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、ガリウム(Ga)、アルミニウム(Al)、マグネシウム(Mg)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、白金(Pt)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、ルテニウム(Ru)、およびパラジウム(Pd)からなる群から選ばれる少なくとも一種が、酸素(O)および窒素(N)双方が結合して含まれることを特徴とする光学素子の製造方法。
  12. 前記光学部材は、n型窒化物系クラッド層、p型窒化物系クラッド層、および前記n型窒化物系クラッド層とp型窒化物系クラッド層との間に介在する活性層を含むことを特徴とする請求項11に記載の光学素子の製造方法。
  13. 前記接触層は、前記n型窒化物系クラッド層上に形成されたn型接触層および前記p型窒化物系クラッド層上に形成されたp型接触層の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項12に記載の光学素子の製造方法。
  14. 前記TCONは、電気的特性を調節するためのドーパントをさらに含み、前記ドーパントは、金属、フッ素(F)および硫黄(S)からなる群から選ばれる少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項11に記載の光学素子の製造方法。
  15. 前記ドーパントは、前記TCONに対して、約0.001〜約20wt%の比率で添加されることを特徴とする請求項14に記載の光学素子の製造方法。
  16. 前記接触層は、前記TCON層に結合される、金属、金属を母体とする合金/固溶体、導電性酸化物、透明導電性酸化物(TCO)、および透明導電性窒化物(TCN)からなる群から選ばれる少なくとも一種をさらに含むことを特徴とする請求項11に記載の光学素子の製造方法。
  17. 前記金属は、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)、金(Au)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、イリジウム(Ir)、銀(Ag)、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)、銅(Cu)、コバルト(Co)、スズ(Sn)、および希土類金属からなる群から選ばれる少なくとも一種を含み、
    前記導電性酸化物は、酸化ニッケル(Ni−O)、酸化ロジウム(Rh−O)、酸化ルテニウム(Ru−O)、酸化イリジウム(Ir−O)、酸化銅(Cu−O)、酸化コバルト(Co−O)、酸化タングステン(W−O)、および酸化チタン(Ti−O)からなる群から選ばれる少なくとも一種を含み、
    前記TCOは、酸化インジウム(In)、酸化スズ(SnO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化カドミウム(CdO)、マグネシウム亜鉛酸化物(MgZnO)、インジウム亜鉛酸化物(InZnO)、酸化インジウムスズ(InSnO)、銅アルミニウム酸化物(CuAlO)、酸化銀(AgO)、酸化ガリウム(Ga)、亜鉛スズ酸化物(ZnSnO)、および亜鉛インジウムスズ酸化物(ZITO)からなる群から選ばれる少なくとも一種を含み、
    前記TCNは、窒化チタン(TiN)、窒化クロム(CrN)、窒化タングステン(WN)、窒化タンタル(TaN)、および窒化ニオブ(NbN)からなる群から選ばれる少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項16に記載の光学素子の製造方法。
  18. 前記接触層に接続されて前記窒化物系クラッド層上にナノサイズの粒子が導入され、前記ナノサイズの粒子は、金属、金属を母体とする合金/固溶体、導電性酸化物、透明導電性酸化物(TCO)、および透明導電性窒化物(TCN)からなる群から選ばれる少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項17に記載の光学素子の製造方法。
  19. 前記接触層を形成する工程後に、熱処理する工程をさらに含むことを特徴とする請求項11に記載の光学素子の製造方法。
  20. 前記熱処理する工程は、窒素(N)、酸素(O)、水素(H)、空気、アルゴン(Ar)、およびヘリウム(He)からなる群から選ばれる少なくとも一種を含む雰囲気下で、約100℃〜約800℃の温度下、10秒〜3時間行うことを特徴とする請求項19に記載の光学素子の製造方法。
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