发光元件和发光元件的制造方法
阅读说明：本技术 发光元件和发光元件的制造方法 (Light-emitting element and method for manufacturing light-emitting element ) 是由 李珍雄 申赞燮 李锦珠 李剡劤 梁明学 雅克布·J·理查德森 埃文·C·奥哈拉 于 2016-08-23 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种发光元件和发光元件的制造方法。所述发光元件包括：基板；发光结构体,布置于所述基板上,且包括n型半导体层、p型半导体层以及位于所述n型半导体层与所述p型半导体层之间的活性层；ITO层,欧姆接触于所述p型半导体层；ZnO透明电极层,在所述p型半导体层上覆盖所述ITO层的上表面及侧面,并具有逆倾斜的侧面；分布式布拉格反射器,与所述发光结构体相向而布置于所述基板下表面；n电极,布置于所述n型半导体层上；以及p电极,布置于所述p型半导体层上。(The invention provides a light-emitting element and a method for manufacturing the same. The light emitting element includes: a substrate; a light emitting structure body disposed on the substrate and including an n-type semiconductor layer, a p-type semiconductor layer, and an active layer between the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer; the ITO layer is in ohmic contact with the p-type semiconductor layer; a ZnO transparent electrode layer which covers the upper surface and the side surface of the ITO layer on the p-type semiconductor layer and has a reverse inclined side surface; a distributed bragg reflector arranged on the lower surface of the substrate to face the light emitting structure; an n-electrode disposed on the n-type semiconductor layer; and a p-electrode disposed on the p-type semiconductor layer.)
本申请是申请日为2016年08月23日、申请号为201680064395.9、发明名称为“具有ZnO透明电极的发光元件及其制造方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种发光元件及其制造方法，尤其涉及一种具有ZnO透明电极的发光元件及其制造方法。
背景技术
在诸如利用氮化物系半导体的发光二极管等发光元件中，p型半导体层具有相对低于n型半导体层的导电性。因此，电流在p型半导体层无法沿水平方向有效地分散，从而发生电流集中于半导体层的特定部分的现象(current crowding)。在半导体层内产生电流集中的情况下，发光二极管对静电放电变得脆弱，且漏电流较大并发生效率下降(droop)。
通常，为了p型半导体层内的电流分散使用ITO(铟锡氧化物：indium tim oxide)层。由于ITO层使光透射并具有导电性，因此能够使电流在p型半导体层的较大的面积分散。然而，由于ITO层也具有光吸收率，所以增加厚度是有限度的。因此，利用ITO层进行电流分散也是有限的。
为了助于利用诸如ITO层等透明电极分散电流，可以在透明电极下方布置电流阻挡层(CBL：current blocking layer)。通常首先对活性层与p型半导体层进行蚀刻工序(以下，台面蚀刻工序)，使n型半导体层暴露，然后以暴露的n型半导体层为基准确定形成CBL的位置。因此，由于要在形成CBL的工序之前进行台面蚀刻工序，所以台面蚀刻工序与蚀刻ITO等的透明电极的工序只能分别独立地进行。由于这些工序分别需要用于图案化(patterning)的掩模，因此存在工序变得繁琐并且制造成本增加的问题。
最近，存在替代ITO层而使用ZnO透明电极层的趋势。由于ZnO透明电极层相比于ITO层光吸收率较低，进而能够相比于ITO层较厚地形成，所以，相比于ITO层能够表现出更好的电流分散性能。
然而，利用普通的ZnO的透明电极的电特性相对不佳，从而在应用于发光元件时正向电压Vf增加。并且，普通的ZnO生产收率较低，因此不适合应于发光元件量产。
发明内容
技术问题
本发明要解决的课题在于，提供一种电阻低而电流分散效率优秀，并且包括结晶性优秀的单晶ZnO透明电极的发光元件。
本发明要解决的又一课题在于，提供一种包括具有能够提高电学及光学特性的结晶性及厚度的单晶ZnO透明电极的发光元件及其制造方法。
本发明要解决的又一课题在于，提供一种不包括电子阻断层且电流分散效率优秀的发光元件制造方法。
本发明要解决的又一课题在于，提供一种通过掩膜数量的减少而简化工序，并且能够缩减制造单价的发光元件制造方法。
本发明要解决的又一课题在于，提供一种使用ZnO透明电极层的同时能够改善针对p型半导体层的欧姆接触特性且改善光提取效率的发光元件。
技术方案
根据本发明的一实施例的发光元件包括：发光结构体，包括第一导电型半导体层、位于所述第一导电型半导体层上的活性层及位于所述活性层上的第二导电型半导体层；以及ZnO透明电极，位于所述第二导电型半导体层上，并与所述第二导电型半导体层欧姆接触，且包括单晶ZnO，其中，通过XRD(X-Ray Diffraction)ω2θ(omega 2theta)扫描的所述ZnO透明电极的峰的衍射角处于通过XRDω2θ(omega 2theta)扫描的所述第二导电型半导体层的峰的衍射角的±1％范围内，且通过XRDω(omega)扫描的所述ZnO透明电极的主峰的半宽度(FWHM)为900arcsec以下。
通过XRD(X-Ray Diffraction)ω2θ(omega 2theta)扫描的所述ZnO透明电极的峰的衍射角可以处于通过XRDω2θ扫描的所述第二导电型半导体层的峰的衍射角的±0.5％范围内。
通过XRDω扫描的所述ZnO透明电极的主峰的半宽可以为870arcsec以下。
所述ZnO透明电极可以具有800nm以上的厚度。
所述ZnO透明电极可以包括ZnO籽晶层，以及位于所述ZnO籽晶层上的ZnO本体层，并且所述ZnO本体层的厚度可以大于所述ZnO籽晶层的厚度。
所述ZnO本体层可以具有所述ZnO透明电极的厚度的90％以上且小于100％的厚度。
所述ZnO籽晶层可以包括未掺杂的ZnO，所述ZnO本体层可以包括通过包含银(Ag)、铟(In)、锡(Sn)、锌(Zn)、镉(Cd)、镓(Ga)、铝(Al)、镁(Mg)、钛(Ti)、钼(Mo)、镍(Ni)、铜(Cu)、金(Au)、铂(Pt)、铑(Rh)、铱(Ir)、钌(Ru)及钯(Pd)中的至少一种的掺杂剂掺杂的单晶ZnO。
所述ZnO透明电极可以包括多个空隙。
所述第二导电型半导体层可以具有C面的生长面，且所述ZnO透明电极的单晶ZnO可以具有纤维锌矿结晶结构。
根据本发明的又一实施例的发光元件制造方法包括如下步骤：形成发光结构体，所述发光结构体包括第一导电型半导体层、位于所述第一导电型半导体层上的活性层及位于所述活性层上的第二导电型半导体层；以及形成ZnO透明电极，所述ZnO透明电极在所述第二导电型半导体层上与所述第二导电型半导体层欧姆接触，其中，通过XRD(X-RayDiffraction)ω2θ(omega2theta)扫描的所述ZnO透明电极的峰的衍射角处于通过XRDω2θ扫描的所述第二导电型半导体层的峰的衍射角的±1％范围内，且通过XRDω(omega)扫描的所述ZnO透明电极的主峰的半宽(FWHM)为900arcsec以下。
形成所述ZnO透明电极的步骤可以包括如下步骤：在所述第二导电型半导体层上形成ZnO籽晶层；以及在所述ZnO籽晶层上将所述ZnO籽晶层作为种子形成ZnO本体层。
形成所述ZnO籽晶层的步骤可以包括如下步骤：利用旋转涂覆法在所述第二导电型半导体层上形成ZnO层；以及对所述ZnO层进行热处理，其中，所述ZnO籽晶层与所述第二导电型半导体层欧姆接触。
形成所述ZnO本体层的步骤可以包括如下步骤：利用水热合成法在所述ZnO籽晶层上形成单晶ZnO；以及对所述单晶ZnO进行热处理。
形成所述ZnO本体层的步骤可以包括如下步骤：在所述ZnO本体层内形成多个空隙。
所述ZnO透明电极可以形成为具有800nm以上的厚度。
根据本发明的又一实施例的发光元件制造方法可以包括如下步骤：在基板上形成第一导电型半导体层、位于所述第一导电型半导体层上的活性层以及位于所述活性层上的第二导电型半导体层；在所述第二导电型半导体层上形成包括单晶ZnO的ZnO透明电极；形成包括使所述ZnO透明电极局部暴露的开口部的掩膜；去除所述ZnO透明电极中的通过所述开口部暴露的部分而使第二导电型半导体层暴露；去除所述第二导电型半导体层中的通过所述开口部暴露的部分及位于所述部分下部的活性层而使第一导电型半导体层暴露；去除所述掩膜；在所述第一导电型半导体层中的去除所述第二导电型半导体层及所述活性层而被暴露的区域上形成第一电极；以及在所述ZnO透明电极上形成第二电极。
所述ZnO透明电极的厚度可以是800nm至900nm。
所述ZnO透明电极的下表面的全部区域可以与所述第二导电型半导体层的上表面相接。
去除所述ZnO透明电极的步骤与去除所述第二导电型半导体层及所述活性层的步骤可以通过相同的方法实现。
形成所述ZnO透明电极的步骤可以包括如下步骤：在所述第二导电型半导体层上形成ZnO籽晶层；以及在所述ZnO籽晶层上将所述ZnO籽晶层作为种子形成ZnO本体层。
形成所述ZnO籽晶层的步骤可以包括如下步骤：利用旋转涂覆法在所述第二导电型半导体层上形成ZnO层；以及对所述ZnO层进行热处理，其中，所述ZnO籽晶层与所述第二导电型半导体层欧姆接触。
形成所述ZnO本体层的步骤可以包括如下步骤：利用水热合成法在所述ZnO籽晶层上形成单晶ZnO；以及对所述单晶ZnO进行热处理。
所述发光元件制造方法还可以包括如下步骤：在所述基板的下表面形成分布式布拉格反射器。
根据本发明的又一实施例的发光元件包括：基板；发光结构体，布置于所述基板上，且包括n型半导体层、p型半导体层，以及位于所述n型半导体层与所述p型半导体层之间的活性层；ITO层，欧姆接触于所述p型半导体层；ZnO透明电极层，在所述p型半导体层上覆盖所述ITO层的上表面及侧面，并具有逆倾斜的侧面；分布式布拉格反射器，与所述发光结构体相向而布置于所述基板下表面；n电极，布置于所述n型半导体层上；以及p电极，布置于所述p型半导体层上。
由于ITO层欧姆接触于所述p型半导体层，因此能够使欧姆接触特性更稳定，并且ZnO层覆盖ITO层，从而能够改善光提取效率。
在若干实施例中，所述ZnO透明电极层可以具有包括下部ZnO层及上部ZnO层的多层结构。所述上部ZnO层具有低于所述下部ZnO层的折射率。因此，能够减少由于ZnO透明电极层中的内部全反射造成的光损失。
所述ZnO透明电极层可以利用水热合成法沉积于所述ITO层上，因此，能够提供透光率优秀的ZnO透明电极层。进而，所述ZnO透明电极层可以具有薄膜形态的连续的单晶结构。所述连续的单晶结构的ZnO透明电极层可以具有所述p型半导体层面积的90％以上的面积。
根据本发明的又一实施例的发光元件制造方法包括如下步骤：在基板上形成n型半导体层、活性层及p型半导体层；在所述p型半导体层上形成ITO层；对所述ITO层进行图案化而使其残留于p型半导体层的一部分区域上；形成覆盖残留的所述ITO层的ZnO层；蚀刻所述ZnO层而使其残留于所述p型半导体层的一部分区域上。在此，残留的所述ZnO层覆盖残留的所述ITO层的上表面及侧面，残留的所述ZnO层具有逆倾斜的侧面。
并且，在蚀刻所述ZnO层之后，可以蚀刻所述p型半导体层及活性层而形成台面。因此，台面可以利用与用于蚀刻ZnO层的掩膜相同的掩膜而形成。
另外，所述ZnO层可以利用水热合成法而形成。在这种情况下，由于可以使用所述ITO层作为籽晶层，因此能够省略形成ZnO籽晶层的工序。即使没有ZnO籽晶层，所述ZnO层也可以利用薄膜形态的连续的单晶形成，而不形成为柱状结晶形态。并且，所述ZnO层在蚀刻后可以残留台面面积的90％以上。
在若干实施例中，形成所述ZnO层的步骤可以包括如下步骤：形成下部ZnO层，以及在所述下部ZnO层形成上部ZnO层。所述上部ZnO层可以具有低于所述下部ZnO层的折射率。因此，能够减小由于内部全反射造成的光损失，从而可以改善光提取效率。
有益效果
根据本发明的实施例，能够提供包括通过互不相同的方法形成的ZnO籽晶层及ZnO本体层的ZnO透明电极，并且如上所述的ZnO透明电极与第二导电型半导体层的电接触特性优秀，从而能够提高发光元件的电特性。并且，通过使所述ZnO透明电极具有预定水平以上的结晶性，能够提高ZnO透明电极的制造收率，从而易于应用于发光元件的量产。
并且，根据本发明的实施例，由于能够提高ZnO透明电极实现充分的电流分散，因此能够省略电流阻挡层，并能够改善对静电放电(ESD：electrostatic discharge)的耐性，且能够简化制造工序。并且，部分去除第二导电型半导体层及活性层而使第一导电型半导体层局部暴露的工序与去除ZnO透明电极的一部分而进行图案化的工序可以使用同一掩膜而进行。因此，能够简化制造工序，从而缩减制造单价。
另外，根据本发明的特定实施例，通过将ITO层与ZnO层一起使用，能够提高欧姆接触特性。并且，利用ZnO层覆盖ITO层的上表面及侧面，从而能够改善光提取效率。
附图说明
图1至图3是用于说明根据本发明的一实施例的发光元件及其制造方法的剖面图。
图4是示出针对根据一实施例的发光元件的ZnO透明电极的XRD(X-rayDiffraction)图案的TEM(transmission electron microscope)照片。
图5是示出针对根据一实施例的发光元件及ZnO透明电极的XRD(X-rayDiffraction)测定值的图表。
图6是示出针对根据一实施例的发光元件及ZnO透明电极的XRD(X-rayDiffraction)测定值的图表。
图7及图8是用于说明根据本发明的另一实施例的发光元件的平面图及剖面图。
图9是用于说明根据本发明的另一实施例的发光元件的剖面图。
图10及图11是用于说明根据本发明的另一实施例的发光元件的平面图及剖面图。
图12至图19是用于说明根据本发明的又一实施例的发光元件制造方法的剖面图。
图20是用于说明根据本发明的一实施例的发光元件的示意性剖面图。
图21是用于说明根据本发明的又一实施例的发光元件的示意性剖面图。
图22是用于说明根据本发明的又一实施例的发光元件的示意性剖面图。
图23是用于说明应用根据本发明的一实施例的发光元件的照明装置的分解立体图。
图24是用于说明应用根据本发明的又一实施例的发光元件的显示装置的剖面图。
图25是用于说明应用根据本发明的又一实施例的发光元件的显示装置的剖面图。
图26是用于说明应用根据本发明的又一实施例的发光元件的前照灯的剖面图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施例。为了将本发明的思想充分传递给本发明所属技术领域的普通技术人员，作为示例提供以下介绍的实施例。因此，本发明并不限定于如下所述的实施例，其可以具体化为其他形态。另外，在附图中，可能为了便利而夸张图示构成要素的宽度、长度、厚度等。并且，当记载为某构成要素位于其他构成要素的“上部”或“上”时，不仅包括各部分均“直接”位于在其他部分的“上部”或“上”的情形，还包括各构成要素与其他构成要素之间夹设有另一构成要素的情形。在整个说明书中，相同的附图符号表示相同的构成要素。
以下说明的针对半导体层的各组成比、生长方法、生长条件、厚度等相当于是示例，以下说明并不限定本发明。例如，在标记为AlGaN的情况下，Al及Ga的组成比可以根据通常技术人员的需求而以多种方式得到应用。并且，以下所说明的半导体层可以利用本技术领域中具有普通知识水平的人员(以下，记载为“普通技术人员”)所公知的多样的方法生长，例如，可以利用金属有机化学气相沉积(MOCVD：Metal Organic Chemical VaporDeposition)、分子束外延(MBE：Molecular Beam Epitaxy)或者氢化物气相外延(HVPE：Hydride Vapor Phase Epitaxy)等技术生长。但是，在以下说明的实施例中，对半导体层利用MOCVD而在同一腔室内生长的情形进行说明。在半导体层的生长过程中，流入到腔室内的源(source)可以利用普通技术人员所公知的源，例如，可以利用三甲基镓(TMGa)、三乙基镓(TEGa)等作为Ga源，可以利用三甲基铝(TMA)、三乙基铝(TEA)等作为Al源，可以利用三甲基铟(TMI)和三乙基铟(TEI)等作为In源，可以利用NH3作为N源。然而，本发明并不限定于此。
并且，在后述的实施例中，单晶ZnO所指的物质可以包括具有预定的结晶结构的ZnO，例如，可以包括具有纤维锌矿(wurtzite)结晶结构的ZnO。并且，单晶ZnO可以是包括热力学固有缺陷(intrinsic defect)的单晶，并且，也可以是包括在制造工序等可能发生的微量的缺陷，例如，空位缺陷、位错(dislocation)、晶界(grain boundary)等的单晶。并且，单晶ZnO可以是包括微量的杂质的单晶。即，在本说明书中所指的单晶ZnO可以包括含有非故意或不可避免的缺陷或者杂质的单晶ZnO。
图1至图3是用于说明根据本发明的一实施例的发光元件及其制造方法的剖面图。尤其，根据图1至图3对发光元件及ZnO透明电极130的制造方法进行说明，再参照图4至图6对ZnO透明电极130进行更详细的说明。
参照图1，形成发光结构体120。发光结构体120可以在基板110上生长并形成。
基板110可以是绝缘性基板或导电性基板。并且，基板110可以是用于使发光结构体120生长的生长基板，且可以包括蓝宝石基板、碳化硅基板、硅基板、氮化镓基板、氮化铝基板等。与此不同地，基板110也可以是用于支撑发光结构体120的二次基板。例如，基板110可以是在上表面形成预定图案的图案化蓝宝石基板(PSS:patterned sapphiresubstrate)。
发光结构体120可以包括：第一导电型半导体层121；第二导电型半导体层125，位于第一导电型半导体层121上；以及活性层123，位于第一导电型半导体层121与第二导电型半导体层125之间。
第一导电型半导体层121、活性层123及第二导电型半导体层125可以包括III-V族氮化物系半导体，例如，可以包括如(Al、Ga、In)N等氮化物系半导体。第一导电型半导体层121、活性层123及第二导电型半导体层125可以利用如金属有机化学气相沉积(MOCVD)等公知方法在腔室内生长而形成。并且，第一导电型半导体层121可以包括n型杂质(例如，Si、Ge、Sn)，第二导电型半导体层125可以包括p型杂质(例如，Mg、Sr、Ba)。并且，也可以与之相反。例如，在一实施例中，第一导电型半导体层121可以包括含有作为掺杂剂的Si的GaN，第二导电型半导体层可以包括含有作为掺杂剂的Mg的GaN。活性层123可以包括多量子阱结构(MQW)，并且可以调节氮化物系半导体的组成比，以使其发出所期望的波长。
发光结构体120的半导体层121、123、125可以分别具有预定的生长面。发光结构体120的半导体层121、123、125的生长面对应于基板110的生长面。例如，在基板110具有c面(c-plane；(0001))的情况下，发光结构体120的半导体层121、123、125也沿着c面的生长面生长。在这种情况下，第二导电型半导体层125的上表面具有c面。本发明不限于此，发光结构体120也可以具有非极性或半极性的生长面，且可以具有针对特定结晶面具有预定偏移(offset)角度的生长面。
发光结构体120的结构可以根据所述发光元件的形态进行多种变形。本实施例的发光元件可以变更或变形为水平型发光元件、垂直型发光元件、倒装芯片型发光元件等多种形态的发光元件。多种结构的发光元件在下文中进行详细说明，然而本发明不限于根据后述的实施例的发光元件的结构。
参照图2及图3，在发光结构体120上形成ZnO透明电极130。形成ZnO透明电极130的过程可以包括形成ZnO籽晶层131、在ZnO籽晶层131上形成ZnO本体层133的过程。ZnO本体层133可以将所述ZnO籽晶层131作为种子而生长。
具体而言，首先参照图2，在发光结构体120上形成ZnO籽晶层131。ZnO籽晶层131形成于第二导电型半导体层125上。ZnO籽晶层131可以与第二导电型半导体层125形成欧姆接触。
ZnO籽晶层131可以通过多种方法形成于第二导电型半导体层125上，例如，可以通过旋转涂覆(Spin coating)方法形成于第二导电型半导体层125上。形成ZnO籽晶层131的过程可以包括将ZnO粒子或包含Zn的溶液旋转涂覆于发光结构体120上的过程。并且，形成ZnO籽晶层131的过程还可以包括对通过旋转涂覆形成的ZnO层进行热处理的过程。所述ZnO层的热处理可以在N2氛围中的约450℃至550℃的温度条件下执行。ZnO籽晶层131可以通过所述热处理与第二导电型半导体层125形成欧姆接触。
例如，准备包括乙酸锌脱水物(Zinc acetate dehydrate)作为起始物质、甲氧基乙醇(methoxethanol)作为溶剂、以及单乙醇胺(monoethanolamine)作为稳定剂的溶液。接着，利用旋转涂覆将所述溶液涂覆于第二导电型半导体层125上。接下来，涂覆的溶液可以在约300℃的温度下干燥约10分钟以去除溶剂及有机残留物，进而形成ZnO籽晶层131。形成的ZnO籽晶层131可以在约500℃的温度下进行热处理。
与此不同地，ZnO籽晶层131也可以通过水热合成法、溶胶-凝胶合成法、原子层沉积法(ALD：atomic layer deposition)、脉冲激光沉积法(PLD：pulsed laserdeposition)、分子束外延法(MBE)、金属有机化学气相沉积法(MOCVD)、射频溅射法(RF-sputtering)等真空沉积法、电化学沉积法、浸涂法(dip coating)等形成。
并且，ZnO籽晶层131可以包括具有与发光结构体120的结晶结构相似结构的结晶结构的单晶结构。对于ZnO单晶而言，可以具有与氮化物系半导体，如GaN大致相似的晶格常数的纤维锌矿结构。因此，ZnO单晶的结构可以为具有与氮化物系半导体相同取向性的单晶结构。例如，在第二导电型半导体层125具有c面的生长面(0001)的情况下，ZnO籽晶层131也可以为具有随着(0001)面的取向性的结晶结构。因此，包括ZnO籽晶层131的ZnO透明电极130与第二导电型半导体层125的接合性优秀，从而能够防止由于透明电极的剥离造成的发光元件电特性降低及发光强度降低，并且能够提高发光元件的可靠性。进而，ZnO籽晶层131可以利用未掺杂的ZnO单晶形成。ZnO籽晶层131利用未掺杂的ZnO形成，从而能够提高ZnO籽晶层131的结晶性。
ZnO籽晶层131可以起到使后述的ZnO本体层(bulk layer)133能够生长的种子(seed)作用，并且可以如上所述地起到形成与第二导电型半导体层125的欧姆接触的作用。尤其，ZnO籽晶层131利用未掺杂的ZnO形成，从而能够提高在后续工序中形成的ZnO本体层133的结晶性。ZnO籽晶层131可以具有小于后述的ZnO本体层133的厚度，例如，可以具有几至几十nm的厚度。
接着，参照图3，在ZnO籽晶层131上形成ZnO本体层133，进而形成ZnO透明电极130。因此，能够提供包括发光结构体120以及位于发光结构体120上的ZnO透明电极130的发光元件。
ZnO本体层133可以通过多种方法形成于第二导电型半导体层125上，例如，可以通过水热合成法形成于第二导电型半导体层125上。形成ZnO本体层133的过程可以包括利用包含ZnO前体的溶液通过水热合成法在发光结构体120上形成单晶ZnO层的过程。此时，所述单晶ZnO层可以从ZnO籽晶层131生长而形成。并且，形成ZnO本体层133的过程还可以包括对通过水热合成形成的单晶ZnO层进行热处理的过程。所述单晶ZnO层的热处理可以在N2氛围中约200℃至300℃的温度条件下执行。通过所述热处理能够减小ZnO本体层133的薄层电阻，并且能够提高透光性(降低吸光性)。
准备用于形成ZnO单晶的溶液。所述溶液包含锌盐及沉淀剂，并将其溶解在极性溶剂中来制造。所述锌盐用作锌离子(Zn2+)的供体(donor)，所述沉淀剂用作羟基(OH-)供体。所述锌盐可以包括乙酸锌(Zinc acetate)、硝酸锌(Znic nitrate)、硫酸锌(Zincsulfate)及氯化锌(Zinc chloride)中的至少一种。所述沉淀剂可以包括NaOH、Na2CO3、LiOH、H2O2、KOH、HMTA(hexamethylenetetramine)及NH4OH中的至少一种。所述极性溶剂可以包括水、醇及有机溶剂中的至少一种。
将所述溶液涂覆于ZnO籽晶层131上，并供应热能而形成单晶ZnO。热能的供应可以在常压下约50℃至100℃的温度范围内执行。因此，通过使锌盐与沉淀剂反应而形成单晶ZnO，从而可以形成ZnO本体层133。
形成ZnO本体层133的方法并不限于此，只要是使ZnO本体层133具有与ZnO籽晶层131实质上相同的结晶性的方法，则不受限制。例如，ZnO本体层133也可以通过溶胶-凝胶合成法、原子层沉积法(ALD：atomic layer deposition)、脉冲激光沉积法(PLD：pulsedlaser deposition)、分子束外延法(MBE)、金属有机化学气相沉积法(MOCVD)、射频溅射法(RF-sputtering)等真空沉积法、电化学沉积法、浸涂法(dip coating)等形成。
包括上述的单晶ZnO或包括利用单晶ZnO形成的ZnO本体层133的ZnO透明电极130可以具有相对较优异的结晶性。尤其，根据本发明的实施例的ZnO透明电极130的X射线衍射(XRD)ω(omega)扫描时出现的主峰的半宽(FWHM：Full Width at Half Maximum)可以为约900角秒(arcsec)以下，进而，可以为约870arcsec以下。
并且，ZnO本体层133从ZnO籽晶层131生长，因此可以包括具有与ZnO籽晶层131的结晶结构实质上相同的结晶结构的单晶结构。因此，ZnO本体层133可以包括具有与发光结构体120的结晶结构相似结构的结晶结构的单晶结构，进而，ZnO透明电极130可以包括具有与发光结构体120的结晶结构相似结构的结晶结构。对于ZnO单晶而言，可以包括具有与氮化物系半导体，如GaN大致相似的晶格常数的纤维锌矿结构。因此，ZnO单晶的结构可以为具有与氮化物系半导体相同取向性的单晶结构。例如，在第二导电型半导体层125具有c面的生长面(0001)的情况下，ZnO籽晶层131也可以为具有随着(0001)面的取向性的结晶结构，并且，从上述的ZnO籽晶层131生长而形成的ZnO本体层133也可以包括具有根据(0001)面的取向性的结晶结构。因此，ZnO透明电极130可以包括具有根据(0001)面的取向性的结晶结构的单晶ZnO。本发明并不限于此，在第二导电型半导体层125具有非极性或半极性的生长面的情况下，ZnO透明电极130可以为具有根据所述生长面的取向性的结晶结构。
即，第二导电型半导体层125与ZnO透明电极130分别包括具有实质上相同结晶取向性的实质上相同的结晶结构，从而包括ZnO籽晶层131及ZnO本体层133的ZnO透明电极130的XRDω2θ(omega 2theta)扫描时出现的ZnO峰的衍射角(degree)可以与第二导电型半导体层125的XRDω2θ(omega2theta)扫描时出现的氮化物系半导体峰的衍射角大致相同。例如，XRDω2θ(omega 2theta)扫描时出现的ZnO峰的衍射角可以在XRDω2θ)扫描时出现的氮化物系半导体峰的衍射角的约±1％范围内，进而，可以在约±0.5％范围内。
ZnO透明电极130具有与GaN相同的取向性及结晶结构，因此，即使ZnO透明电极130应用于多个发光元件，应用于互不相同的发光元件的ZnO透明电极130也可以具有大致相同的取向性及结晶结构。因此，应用于多个发光元件的ZnO透明电极130之间的特性偏差能够减小，从而能够提高制造收率。
进而，ZnO本体层133还可以包括掺杂剂。因此，ZnO本体层133可以包括掺杂的单晶ZnO。ZnO本体层133可以包括金属性掺杂剂，例如，可以包括银(Ag)、铟(In)、锡(Sn)、锌(Zn)、镉(Cd)、镓(Ga)、铝(Al)、镁(Mg)、钛(Ti)、钼(Mo)、镍(Ni)、铜(Cu)、金(Au)、铂(Pt)、铑(Rh)、铱(Ir)、钌(Ru)及钯(Pd)中的至少一种。在本实施例中，ZnO本体层133可以利用掺杂Ga的ZnO(GZO)形成。ZnO本体层133包括金属性掺杂剂，从而能够进一步降低薄层电阻，从而能够使电流向水平方向更均匀地分散。但是，本发明并不限于此，ZnO本体层133也可以利用未掺杂的ZnO形成。
ZnO本体层133可以具有大于ZnO籽晶层131的厚度，例如，可以具有数百nm的厚度。并且，以ZnO透明电极130的整体厚度为基准，ZnO本体层133所占的厚度可以为约90％以上且小于100％。同上所述，具有预定水平以上的结晶性的ZnO本体层133可以相对于ZnO透明电极130整体厚度以约90％以上的比例形成，从而针对多个发光元件，应用的ZnO透明电极130可以具有大致相似或相同的特性。因此，能够减小制造的ZnO透明电极130之间的特性偏差，并且能够增加收率。
进而，ZnO透明电极130的整体厚度可以为约800nm以上。随着ZnO透明电极130的整体厚度增加至约800nm以上，由于ZnO透明电极130的晶格失配引起的应力及应变可能急剧减小。因此，通过使ZnO透明电极130形成为约800nm以上的厚度，从而能够提高ZnO透明电极130的结晶性。并且，单晶ZnO透光度优异，从而单晶ZnO可以形成为相对较厚的厚度。单晶ZnO可以形成为数百nm以上的厚度，进而，即使形成为数μm的厚度，在单晶ZnO的光吸收率的增加也不大，从而能够提高发光元件的光提取效率。即，通过使ZnO透明电极130具有约800nm以上的厚度，能够在提高结晶性的同时提高在ZnO透明电极130的电流分散效率。因此，本实施例的发光元件具有较低的正向电压Vf，并且具有较高的发光效率。
此外，ZnO本体层133可以包括多个空隙(void)。所述空隙可以无规律地分散而布置于ZnO本体层133内。所述空隙可以具有数nm至数十nm的直径。ZnO本体层133的空隙可以在形成ZnO本体层133的过程中形成。例如，在通过水热合成法形成的ZnO本体层133内由于在水热合成过程或热处理过程中供应的热导致存在于ZnO本体层133内的H2O或OH-蒸发，从而可以在ZnO本体层133内形成多个空隙。通过所述空隙，能够散射通过ZnO透明电极130的光，从而能够提高发光元件的光提取效率。
如上所述，通过使ZnO透明电极130形成为包括ZnO籽晶层131与ZnO本体层133的多重结构，从而能够易于形成ZnO透明电极130与第二导电型半导体层125之间的欧姆接触，并且能够提高ZnO透明电极130的结晶性，并且能够形成薄层电阻较低且透光率高的ZnO透明电极130。因此能够提高发光元件的电特性及光学特性。并且，如上述实施例所述，通过利用旋转涂覆形成ZnO籽晶层131，并且在ZnO籽晶层131上利用水热合成法形成ZnO本体层133的方法形成ZnO透明电极130，从而能够提供与第二导电型半导体层125的电接触特性优异的ZnO透明电极130。因此，根据实施例的发光元件的正向电压Vf可以降低。进而，根据上述实施例制造的ZnO透明电极130可以具有预定水准以上的结晶性，因此，当ZnO透明电极130应用于多个发光元件的制造时，所述多个发光元件之间的特性偏差减小。因此，能够提高包括ZnO透明电极130的发光元件的制造收率，并且根据实施例的ZnO透明电极130能够易于应用于发光元件的量产。
以下，参照图4及图5，对根据本发明的一实施例的ZnO透明电极130的更详细的示例进行说明。本实施例的发光元件包括：发光结构体120，位于蓝宝石基板上；以及ZnO透明电极130，包括ZnO籽晶层131与ZnO本体层133。发光结构体120的第二导电型半导体层125包括P-GaN，且第二导电型半导体层125的生长面是C面。ZnO透明电极130的厚度约为800nm。
图4是示出针对根据本实施例的发光元件的ZnO透明电极130的X射线衍射(XRD：X-ray Diffraction)图案的透射式电子显微镜(TEM：transmission electron microscope)照片。图4的TEM照片示出了在由P-GaN形成的第二导电型半导体层125上形成的ZnO透明电极130的一部分。从图4所示的XRD图案照片可知，由P-GaN形成的第二导电型半导体层125、ZnO籽晶层131及ZnO本体层133都具有单晶结构。
图5是示出针对根据一实施例的发光元件的ZnO透明电极130的通过ω2θ扫描的XRD测定值的图表。参照图5，可以得知具有(004)面的垂直(normal)方向的结晶取向性的P-GaN(第二导电型半导体层125)峰的衍射角与具有(004)面的垂直(normal)方向的结晶取向性的ZnO(ZnO透明电极130)峰的衍射角大致相同。此时，ZnO(ZnO透明电极130)峰的衍射角具有相对P-GaN(第二导电型半导体层125)峰的衍射角小约4.26％的值。并且，可以得知具有(002)面的垂直(normal)方向的结晶取向性的P-GaN(第二导电型半导体层125)峰的衍射角与具有(002)面的垂直(normal)方向的结晶取向性的ZnO(ZnO透明电极130)峰的衍射角大致相同。此时，ZnO(ZnO透明电极130)峰的衍射角具有相对P-GaN(第二导电型半导体层125)峰的衍射角小约3.76％的值。
图6是示出针对根据实施例的ZnO透明电极130的XRD(X-ray Diffraction)ω扫描的测定值的图表。分别根据实施例1至实施例3的发光元件包括：发光结构体120，位于蓝宝石基板上；以及ZnO透明电极130，包括ZnO籽晶层131与ZnO本体层133。发光结构体120的第二导电型半导体层125包括P-GaN，且第二导电型半导体层125的生长面是C面。实施例1至实施例3分别具有260nm、570nm及800nm厚度的ZnO透明电极130。
参照图6，针对实施例1的ZnO透明电极130的根据XRDω扫描的主峰的半宽为约1436arcsec，针对实施例2的ZnO透明电极130的根据XRDω扫描的主峰的半宽为约1428arcsec，针对实施例3的ZnO透明电极130的根据XRDω扫描的主峰的半宽为约869arcsec。据此，可以得知即使ZnO透明电极130的厚度从260nm增加至570nm，根据XRDω扫描的主峰的半宽也不会较大地减小，并且在这种情况下，ZnO透明电极130的结晶性的变化也不大。相反，当ZnO透明电极130的厚度从570nm增加至800nm时，根据XRDω扫描的主峰的半宽急剧减小。即，在此情况下，可以得知ZnO透明电极130的结晶性显著增加。因此，若ZnO透明电极130的厚度形成为约800nm以上，则单晶ZnO的晶格失配显著减小，并且由于晶格失配引起的应力及应变减小，从而能够大幅提高结晶性。
图7及图8是用于说明根据本发明的另一实施例的发光元件的平面图及剖面图。图8图示了对应于图7的A-A'线的部分的剖面。省略对于与上述的实施例中所说明的构成相同的构成的具体说明。
参照图7及图8，所述发光元件包括发光结构体120及ZnO透明电极130。并且，所述发光元件可以包括位于发光结构体120的下部的基板110、第一电极141及第二电极143。本实施例的发光元件可以是水平型发光元件的一例，如本实施例，ZnO透明电极130可以应用于水平型发光元件。
发光结构体120可以与上述实施例中所述大致相似。但是，在本实施例中，发光结构体120可以包括具有第二导电型半导体层125及活性层123的台面120m。在台面120m周围的一部分区域，第一导电型半导体层121可以局部暴露。
ZnO透明电极130可以位于台面120m上，并且可以大致整体地覆盖台面120m的上表面。并且，ZnO透明电极130可以包括ZnO籽晶层131及ZnO本体层133。ZnO籽晶层131可以与第二导电型半导体层125欧姆接触。
第一电极141及第二电极143可以分别与第一导电型半导体层121及第二导电型半导体层125电连接。例如，第一电极141可以位于第一导电型半导体层121在台面120m周围暴露的区域上，进而与第一导电型半导体层121电连接。第二电极143可以位于ZnO透明电极130上，进而通过ZnO透明电极130与第二导电型半导体层125电连接。通过第二电极143注入的电流可以在ZnO透明电极130内向水平方向分散，从而能够提高发光元件的电流分散效率及发光效率。第一电极141及第二电极143的位置并受限，可以考虑电流的流动及电流的分散而进行多种变更。例如，如图所示，第一电极141可以与发光元件的以边角相邻而布置，第二电极143可以与相对于所述一边角相反地布置的另一边角相邻而布置。并且，第一电极141及第二电极143可以包括分别通过引线与外部电源连接的焊盘部与延伸部(未图示)。
通常，由于水平型发光元件的发光面是发光元件的上表面，因此从活性层123发射的光能够通过ZnO透明电极130而发射。由于根据本发明的实施例的ZnO透明电极130具有较高的透光度，因此能够提高发光元件的发光效率。
图9是用于说明根据本发明的另一实施例的发光元件的剖面图。省略对于与上述的实施例中所说明的构成相同的构成的具体说明。
参照图9，所述发光元件包括发光结构体120及ZnO透明电极130。并且，所述发光元件可以包括第一电极141及第二电极143。本实施例的发光元件可以是垂直型发光元件的一例，如本实施例，ZnO透明电极130可以应用于垂直型发光元件。
发光结构体120可以与上述实施例中所述大致相似。但是，在本实施例中，活性层123可以位于第二导电型半导体层125上，第一导电型半导体层121可以位于活性层123上。ZnO透明电极130可以位于第二导电型半导体层125的下部，并且可以大致整体地覆盖第二导电型半导体层125的下表面。并且，ZnO透明电极130可以包括ZnO籽晶层131及ZnO本体层133。ZnO籽晶层131可以与第二导电型半导体层125欧姆接触。
第一电极141及第二电极143可以分别与第一导电型半导体层121及第二导电型半导体层125电连接。例如，第一电极141可以位于发光结构体120上，进而与第一导电型半导体层121电连接。
第二电极143可以位于ZnO透明电极130的下部，进而通过ZnO透明电极130与第二导电型半导体层125电连接。通过第二电极143注入的电流可以在ZnO透明电极130内向水平方向分散，从而能够提高发光元件的电流分散效率及发光效率。
另外，在本实施例的发光元件中，第二电极143可以起到支撑发光结构体120的支撑基板的作用。并且，第二电极143可以包括能够使从活性层123发射的光向上部反射的反射层(未图示)。例如，第二电极143可以包括：支撑基板(未图示)；反射层，位于所述支撑基板上，且与ZnO透明电极130电接触；以及键合层(未图示)，键合所述支撑基板与所述反射层。
通常，由于垂直型发光元件的电流流动借助通过位于上部及下部的电极的路径实现，因此电流集中于位于第一导电型半导体层121的上部的第一电极141周围的概率较高。根据本实施例，可以通过ZnO透明电极130使电流在发光结构体120的下部向水平方向分散，从而能够提高发光元件的发光效率。
图10及图11是用于说明根据本发明的另一实施例的发光元件的平面图及剖面图。图11是图示对应于图10(a)及图10(b)的B-B'线的部分的剖面。图10(b)是用于说明台面120m、第一开口部170a、第三开口部180a及第四开口部180b的布置的平面图。省略对于与上述的实施例中所说明的构成相同的构成的具体说明。
参照图10及图11，所述发光元件包括发光结构体120、ZnO透明电极130、第一电极150、绝缘层170、180。并且，所述发光元件还可以包括基板110、连接电极160、第一电极焊盘191及第二电极焊盘193。本实施例的发光元件可以是倒装芯片型发光元件的一例，如本实施例，ZnO透明电极130可以应用于倒装芯片型发光元件。
如上所述，基板110可以是能够使发光结构体120生长的生长基板。在所述发光元件中，基板110可以省略。例如，在利用基板110作为发光结构体的生长基板的情况下，可以利用公知的技术将基板110从发光结构体120分离而去除。并且，基板110也可以是将在其他生长基板生长的发光结构体120支撑的支撑基板。
发光结构体可以包括：第一导电型半导体层121；活性层123，位于第一导电型半导体层121上；以及第二导电型半导体层125，位于活性层123上。发光结构体120可以包括贯通第二导电型半导体层125及活性层123而使第一导电型半导体层121局部暴露的区域。发光结构体120可以包括至少一个的台面120m，台面120m可以包括活性层123及第二导电型半导体层125。在本实施例中，发光结构体120可以包括多个台面120m，且台面120m可以具有沿大致相同的方向较长地延伸的形状。
ZnO透明电极130可以位于第二导电型半导体层125上。ZnO透明电极130可以与第二导电型半导体层125电连接，且可以与第二导电型半导体层125形成欧姆接触。ZnO透明电极130可以大致整体地覆盖台面120m的上表面。ZnO透明电极130可以包括ZnO籽晶层131及ZnO本体层133。
通过所述的ZnO透明电极130能够使注入的电流在发光结构体120的上部向水平方向均匀地分散，从而能够改善发光元件的电流分散。并且，ZnO透明电极130具有相对较高的透光率，从而能够最小化通过ZnO透明电极130的光损失。能够提高欧姆特性及电流分散效率，从而减小发光元件的正向电压Vf，并且，通过改善透光度能够提高发光元件的发光效率。
绝缘层170、180可以包括第一绝缘层170及第二绝缘层180。以下，首先对第一绝缘层170进行说明。
第一绝缘层170可以覆盖发光结构体120及ZnO透明电极130的上表面，并且包括使第一导电型半导体层121局部暴露的第一开口部170a以及使ZnO透明电极130局部暴露的第二开口部170b。第一开口部170a及第二开口部170b的布置及数量不限于此，例如，第一开口部170a可以布置于台面120m的周围，且具有沿着与台面120m延伸的方向实质上相同的方向较长地延伸的形状。第二开口部170b可以布置于至少一个的台面120m上，例如，可以分别形成于三个台面120m上。
第一绝缘层170可以包括绝缘性物质，例如，可以包括SiO2、SiNx、MgF2等。在若干实施例中，第一绝缘层170可以包括分布式布拉格反射器。所述分布式布拉格反射器可以由折射率互不相同的电介质层反复层叠而形成，例如，所述电介质层可以包括TiO2、SiO2、HfO2、ZrO2、Nb2O5等。分布式布拉格反射器的各层可以具有特定波长的1/4的光学厚度，并且可以由4至20对(pairs)形成。
所述分布式布拉格反射器可以具有对可见光相对高的反射率。所述分布式布拉格反射器可以设计为对入射角为0～60°，波长为400～700nm的光具有90％以上的反射率。具有所述反射率的分布式布拉格反射器可以通过控制形成分布式布拉格反射器的多个电介质层的种类、厚度、层叠周期等而提供。因此，可以形成对于相对长波长的光(例如，550nm至700nm)及相对短波长的光(例如，400nm至550nm)具有高反射率的分布式布拉格反射器。
如上所述，所述分布式布拉格反射器可以包括多重层叠结构，以使分布式布拉格反射器对较宽的波长带具有高反射率。即，所述分布式布拉格反射器可以包括层叠具有第一厚度的电介质层的第一层叠结构、层叠具有第二厚度的电介质层的第二层叠结构。例如，所述分布式布拉格反射器可以包括层叠具有相对于可见光的中心波长(约550nm)的光而小于1/4的光学厚度的厚度的电介质层的第一层叠结构、层叠具有相对于可见光的中心波长(约550nm)的光而大于1/4的光学厚度的厚度的电介质层的第二层叠结构。进而，所述分布式布拉格反射器还可以包括反复层叠具有相对于可见光的中心波长(约550nm)的光而大于1/4的光学厚度的厚度的电介质层与具有相对于所述光而小于1/4的光学厚度的厚度的电介质层的第三层叠结构。
通过使光在几乎整体覆盖发光结构体120的上表面的第一绝缘层170的分布式布拉格反射器反射，从而能够提高所述发光元件的发光效率。并且，如上所述，由于ZnO透明电极130具有高透光度，因此能够减小被分布式布拉格反射器反射的光被ZnO透明电极130吸收而消失的比例，从而能够提高所述发光元件的发光效率。
第一电极150可以大致整体地覆盖第一绝缘层170，并通过第一开口部170a与第一导电型半导体层121欧姆接触。并且，第一电极150与第二开口部170b隔开。第一电极150可以形成为单层或多层，并可以包括能够与第一导电型半导体层121形成欧姆接触的金属性物质。进而，第一电极150可以包括反光性金属性物质。连接电极160可以通过第一绝缘层170的第二开口部170b与ZnO透明电极130电连接。
第一电极150与连接电极160可以在同一工序中形成，在这种情况下，第一电极150与连接电极160可以包括相同的层叠结构和/或相同的物质。因此，第一电极150与连接电极160可以具有大致相同的厚度。但是，本发明并不限于此，第一电极150与连接电极160也可以通过独立的工序形成。第一电极150和/或连接电极160可以包括Ni、Pt、Pd、Rh、W、Ti、Al、Mg、Ag及Au中的至少一种。另外，连接电极160也可以省略。
第二绝缘层180覆盖第一电极150，且包括使第一电极150局部暴露的第三开口部180a以及使连接电极160(或ZnO透明电极130)局部暴露的第四开口部180b。第三开口部180a可以是允许第一电极150与第一电极焊盘191之间的电连接的通路，第四开口部180b可以是允许连接电极160(或ZnO透明电极130)与第二电极焊盘193之间电连接的通路。
另外，第二绝缘层180可以包括形成为单层或多层的绝缘性物质，例如，可以包括SiO2、SiNx、MgF2等。并且，第二绝缘层180可以包括分布式布拉格反射器。由于所述分布式布拉格反射器与在对第一绝缘层170进行说明的部分中所述大致相似，因此，省略其详细说明。并且，在第二绝缘层180形成为多层的情况下，第二绝缘层180的最上部层可以由SiNx形成。因为由SiNx形成的层防湿性优异，因此能够从湿气保护发光元件。
第一电极焊盘191与第二电极焊盘193位于第二绝缘层180上。第一电极焊盘191可以通过第三开口部180a与第一电极150电连接，第二电极焊盘193可以通过第四开口部180b与连接电极160(或ZnO透明电极130)电连接。第一电极焊盘191及第二电极焊盘193可以分别形成为单层或多层，并且可以包括金属性物质。
如上所述，根据本发明的实施例的ZnO透明电极130也可以应用于倒装芯片型结构的发光元件，且能够提高所述发光元件的电特性及光学特性。
图12至图19是用于说明根据本发明的又一实施例的发光元件制造方法的剖面图。
参照图12，可以在基板110上形成发光结构体120。
基板110只要是能够使发光结构体120生长的基板则不受限制，例如，可以是蓝宝石基板、碳化硅基板、氮化镓基板、氮化铝基板、硅基板等。尤其，在本实施例中，基板110可以是图案化蓝宝石基板(PSS)。
发光结构体120包括：第一导电型半导体层121；活性层123，位于第一导电型半导体层121上；以及第二导电型半导体层125，位于活性层上。由于第一导电型半导体层121、活性层123及第二导电型半导体层125与参照图1所述相似，因此为避免重复，在此省略详细说明。第一导电型半导体层121、活性层123及第二导电型半导体层125可以利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)或分子束外延(MBE)等技术生长于基板110上。基板110可以在制造发光元件后通过激光剥离(LLO：laser lift off)等去除。
参照图13，在第二导电型半导体层125上可以形成ZnO透明电极130。形成ZnO透明电极130的过程可以包括形成ZnO籽晶层(未图示)，以及在ZnO籽晶层上形成ZnO本体层(未图示)的过程。ZnO本体层可以将所述ZnO籽晶层作为种子而生长。
ZnO籽晶层的形成方法及结晶结构与参照图2所述的ZnO籽晶层131的形成方法及结晶结构相似，因此为避免重复，在此省略其详细说明。
ZnO籽晶层可以起到能够使后述的ZnO本体层(未图示)生长的种子(seed)的作用，并且，可以如上所述地起到形成与第二导电型半导体层125的欧姆接触的作用。尤其，ZnO籽晶层利用未掺杂的ZnO形成，从而能够提高在后续工序中形成的ZnO本体层的结晶性。ZnO籽晶层可以具有小于后述的ZnO本体层的厚度，例如，可以具有几nm至几十nm的厚度。
接着，在ZnO籽晶层上形成ZnO本体层，进而形成ZnO透明电极。因此，能够形成发光结构体120以及位于发光结构体120上的ZnO透明电极130。
ZnO本体层可以通过多种方法形成于第二导电型半导体层125上，例如，可以通过水热合成法形成于第二导电型半导体层125上。形成ZnO本体层的过程可以包括利用包含ZnO前体的溶液通过水热合成法在发光结构体120上形成单晶ZnO层的过程。此时，所述单晶ZnO层可以是从ZnO籽晶层生长而形成的。并且，形成ZnO本体层的过程还可以包括对通过水热合成形成的单晶ZnO层进行热处理的过程。所述单晶ZnO层的热处理可以在N2氛围中在约200℃至300℃的温度条件下执行。通过所述热处理能够减小ZnO本体层的薄层电阻，并且能够提高透光性(降低吸光性)。
形成ZnO本体层的方法并不限于此，只要是使ZnO本体层具有与ZnO籽晶层实质上相同的结晶性的方法，则不受限制。例如，ZnO本体层也可以通过溶胶-凝胶合成法、原子层沉积法(ALD：atomic layer deposition)、脉冲激光沉积法(PLD：pulsed laserdeposition)、分子束外延法(MBE)、金属有机化学气相沉积法(MOCVD)、射频溅射法(RF-sputtering)等真空沉积法、电化学沉积法、浸涂法(dip coating)等形成。
ZnO透明电极130的整体厚度可以为800nm以上，具体而言，可以形成为800至900nm的厚度。随着ZnO透明电极130的整体厚度增加至约800nm以上，由于ZnO透明电极130的晶格失配引起的应力及应变可能急剧减小。因此，通过使ZnO透明电极130形成为约800nm以上的厚度，能够提高ZnO透明电极130的结晶性。并且，单晶ZnO相比于ITO透明电极而言透光度优秀，从而单晶ZnO相比于ITO透明电极可以形成为更厚的厚度。在ITO透明电极形成为200nm以上的情况下，由于低透光度导致在ITO透明电极的光吸收率增加。相反，单晶ZnO的透光度相对优秀，从而可以形成为数百nm以上的厚度，进而，即使形成为数μm的厚度，在单晶ZnO的光吸收率增加不大，从而能够提高发光元件的光提取效率。即，约800nm以上厚度的ZnO透明电极130可以具有与ITO透明电极相似的透光度或更高的透光度。因此，通过使ZnO透明电极130具有约800nm以上的厚度，从而能够在提高结晶性的同时提高在ZnO透明电极130的电流分散效率。因此，本实施例的发光元件相比于应用ITO透明电极的发光元件而具有较低的正向电压Vf，并且具有较高的发光效率。
随着ZnO透明电极130的电流分散效率得到提高，发光元件可以不包括位于ZnO透明电极130下部的电流阻挡层(CBL：current blocking layer)。具体而言，ZnO透明电极130的下表面的全区域可以与第二导电型半导体层125的上表面相接。通常，为了电流分散效率而使用电流阻挡层，然而，由于根据本发明的发光元件包括ZnO透明电极130，因此，即使不使用电流阻挡层也能够实现充分的电流分散效果。并且，通过省略电流阻挡层也能够解决由于电流阻挡层加重的静电放电(ESD：electrostatic discharge)问题。进而，无需电流阻挡层形成工序，从而能够简化工序。
进而，由于能够省略电流阻挡层，所以不需要使第一导电类型半导体层121暴露来形成参考线以指定将要形成电流阻挡层的位置。因此，使第一导电类型半导体层121局部暴露的工序可以不用先于形成ZnO透明电极130的工序执行。因此，可以使用相同的掩膜而进行部分去除第二导电型半导体层125及活性层123而使第一导电类型半导体层121局部暴露的工序与去除ZnO透明电极130的一部分而进行图案化的工序。因此，能够简化制造工序并缩减制造单价。
参照图14，可以在ZnO透明电极130上形成掩膜140。具体而言，掩膜140可以包括使ZnO透明电极130局部暴露的开口部140a。开口部140a起到指定ZnO透明电极130、第二导电型半导体层125及活性层123中将要被去除的区域的作用。掩膜140可以是感光性树脂，然而并不限于此。
参照图15，去除ZnO透明电极130中通过开口部140a暴露的部分而使第二导电型半导体层125暴露。ZnO透明电极130可以通过湿式蚀刻(wet etching)去除。此时，ZnO透明电极130的侧表面可以通过诸如缓冲型氧化物蚀刻剂(BOE)等蚀刻溶剂被蚀刻，并且ZnO透明电极130的侧面可以沿着特定结晶面而被蚀刻。其结果，如图15所示，通过蚀刻暴露的ZnO透明电极130的侧面可以与第二导电型半导体层125的上表面垂直。并且，由于ZnO透明电极130的蚀刻速度较快，因此，ZnO透明电极130的侧表面可以不与开口部140a的侧面对齐。具体而言，如图15所示，ZnO透明电极130的侧面可以形成为相比于掩膜140的侧面更向内侧凹陷。因此，在形成后述的台面M时，ZnO透明电极130可以形成为从第二导电型半导体层125的上表面外廓凹进去(recess)预定距离的形态。
在本实施例中通过湿式蚀刻去除了ZnO透明电极130，然而并不一定限于此。例如，也可以不通过湿式蚀刻，而通过干式蚀刻(dry etching)去除ZnO透明电极130。在这种情况下，由于通过干式蚀刻部分去除第二导电型半导体层125及活性层123的工序可以依次连续进行，因此能够简化工序。
参照图16，可以去除第二导电型半导体层125中的通过开口部140a被暴露的部分以及位于所述部分的下部的活性层123，而使第一导电型半导体层121暴露。具体而言，可以通过电感耦合等离子体(ICP)等干式蚀刻部分去除第二导电型半导体层125与活性层123。去除ZnO透明电极130的过程可以通过与去除第二导电型半导体层125及活性层123的过程相同的方法实现，例如，都可以是干式蚀刻。在本实施例中通过干式蚀刻去除了第二导电型半导体层125与活性层123，然而去除方法并不一定限于干式蚀刻。
第一导电型半导体层121中的通过所述工序暴露的区域可以通过部分去除第二导电型半导体层125及活性层123而形成包括第二导电型半导体层125及活性层123的台面M而提供。如图16所示，台面M的侧面可以通过使用诸如光刻胶回流(photo resist reflow)等技术而倾斜地形成。并且，发光结构体120也可以包括贯通第二导电型半导体层125及活性层123而使第一导电型半导体层121被暴露的至少一个孔(未图示)。之后，如图17所示，可以去除掩膜140。
参照图18，可以形成第一电极141及第二电极143。
第一电极141可以形成于第一导电型半导体层121中的去除第二导电型半导体层125及活性层123而被暴露的区域上。第一电极141可以与第一导电型半导体层121电连接。第一电极141可以包括诸如Al层的高反射金属层，且高反射金属层可以形成于Ti、Cr或Ni等的粘合层上。并且，在高反射金属层上可以形成Ni、Cr、Au等的单层或复合层结构的保护层。第一电极141例如可以具有Ti/Al/Ti/Au的多层结构。第一电极141可以通过沉积金属物质，并对其进行图案化而形成。第一电极141可以利用诸如电子束沉积法、真空沉积法、溅射(sputter)法或金属有机化学气相沉积(MOCVD)等技术而形成。
第二电极143可以形成于ZnO透明电极130上。第二电极143可以与第二导电型半导体层125电连接。第二电极143可以包括反射层以及覆盖所述反射层的保护层。第二电极143可以与第二导电型半导体层125欧姆接触，并且起到反射光的作用。因此，所述反射层可以包括具有高反射度且能够与第二导电型半导体层125形成欧姆接触的金属。例如，所述反射层可以包括Ni、Pt、Pd、Rh、W、Ti、Al、Ag及Au中的至少一种。并且，所述反射层可以包括单层或多层。第二电极143可以利用诸如电子束沉积法、真空沉积法、溅射(sputter)法或金属有机化学气相沉积(MOCVD)等技术形成。
本发明的发光元件还可以包括分布式布拉格反射器145。参照图19，在基板110的下表面可以形成分布式布拉格反射器145。分布式布拉格反射器145起到将在活性层123生成的光中的向基板110的下表面射出的光反射的作用，从而能够改善光提取效率。分布式布拉格反射器可以包括交替层叠的TiO2层/SiO2层的结构，并且可以调节各层的厚度而能够调节被反射的光的波长。
图20是用于说明根据本发明的又一实施例的发光元件的示意性剖面图。
参照图20，发光元件包括基板110、发光结构体120、ITO层231、ZnO层133、n-电极141及p-电极143。并且，发光结构体120包括n型半导体层121、活性层123及p型半导体层125。
基板110可以是用于使氮化镓系半导体层生长的生长基板，可以包括蓝宝石基板、碳化硅基板、硅基板、氮化镓基板、氮化铝基板等。例如，基板110可以是如图所示地在上表面形成预定图案的图案化蓝宝石基板(PSS:patterned sapphire substrate)。然而，基板110并不一定限定于生长基板，也可以是导电性或绝缘性的支撑基板。
发光结构体120包括：n型半导体层121；p型半导体层125，位于n型半导体层121上；以及活性层123，位于n型半导体层121与p型半导体层125之间。
n型半导体层121、活性层123及p型半导体层125可以包括III-V族氮化物系半导体，例如，可以包括如(Al、Ga、In)N等氮化物系半导体。n型半导体层121、活性层123及p型半导体层125可以利用如MOCVD等公知方法在腔室内生长而形成。并且，n型半导体层121可以包括n型杂质(例如，Si、Ge、Sn)，p型半导体层125可以包括p型杂质(例如，Mg、Sr、Ba)。例如，在一实施例中，n型半导体层121可以包括含有Si作为掺杂剂的GaN，p型半导体层可以包括含有Mg作为掺杂剂的GaN。活性层123可以包括单量子阱结构或多量子阱结构，并且可以调节氮化物系半导体的组成比以使其发出所期望的波长。
ITO层231布置于p型半导体层125上而欧姆接触于p型半导体层125。在使用ITO层作为透明电极层的以往技术中，为了电流分散，使ITO层的厚度为60nm以上。然而，在本实施例中，ITO层231的厚度只要是足以实现欧姆接触的厚度即可。例如，ITO层231可以为10nm以下，进而可以是5nm以下。
ITO层231可以利用电子束蒸发方法或溅射技术形成于p型半导体层125上，并且可以与后述的ZnO层133一同被图案化，以限定位于p型半导体层125上。
另外，ZnO层133布置于ITO层231上。ZnO层133相比于ITO层231更厚地形成，从而使电流在p型半导体层125均匀地分散。由于ZnO层133的光吸收率低，因此可以相对较厚地形成。例如，ZnO层133可以形成为60nm以上的厚度，也可以形成为100nm以上的厚度。其上限不受特殊限制，例如可以形成为数μm的厚度。
ZnO层133例如可以利用水热合成法而形成，在本实施例中，由于ITO层231执行籽晶层的功能，因此，无需追加形成专门的籽晶层。ZnO层133可以形成为薄膜形态的连续的单晶，而不形成为由柱状晶体形成的多晶。
例如，ZnO层133可以利用包含ZnO前体的溶液而通过水热合成法在ITO层231上形成。进而，通过水热合成法形成的ZnO层133可以在N2氛围中在约200℃至300℃的温度条件下被热处理。通过热处理能够减小ZnO层133的表面电阻，并且能够提高透光性。
进而，ZnO层133还可以包括掺杂剂。ZnO层133可以包括金属性掺杂剂，例如，可以包括银(Ag)、铟(In)、锡(Sn)、锌(Zn)、镉(Cd)、镓(Ga)、铝(Al)、镁(Mg)、钛(Ti)、钼(Mo)、镍(Ni)、铜(Cu)、金(Au)、铂(Pt)、铑(Rh)、铱(Ir)、钌(Ru)及钯(Pd)中的至少一种。在本实施例中，ZnO133可以利用掺杂Ga的ZnO(GZO)形成。ZnO层133包括金属性掺杂剂，从而能够进一步降低薄层电阻，从而能够使电流向水平方向更均匀地分散。但是，本发明并不限于此，ZnO层133也可以利用未掺杂的ZnO形成。
以下，对根据本实施例的发光元件的制造方法进行简略的说明。首先，在基板110使n型半导体层、活性层、p型半导体层生长。接着，在p型半导体层上形成ITO层及ZnO层。
之后，利用光刻及蚀刻技术，在p型半导体层的一部分区域上留下ZnO层133及ITO层231，并去除剩余区域的ZnO层及ITO层。此时，ZnO层及ITO层可以利用湿式蚀刻技术去除。接着，通过利用湿式蚀刻技术对p型半导体层及活性层进行图案化，从而形成发光结构体120的p型半导体层125及活性层123。
另外，ZnO层133在通过湿式蚀刻形成的期间内，侧面形成为逆倾斜的形态。与此相反，ITO层231如图所示具有向与ZnO层133的倾斜相反方向倾斜或垂直的侧面。ZnO层133虽然由于湿式蚀刻而导致面积减小，但是可以具有发光结构体120的p型半导体层125面积的90％以上的面积。
另外，在发光结构体120的n型半导体层121上形成n电极141，在ZnO层133上形成p电极143。n电极141及p电极143可以利用相同的金属材料形成，然而并不限定于此，也可以是互不相同的材料。并且，n电极141及p电极143可以形成为单层或多层结构。例如，n电极141及p电极143可以形成为Cr/Al/Cr/Ni/Au的多层结构。通过在ZnO层133形成上多层结构的p电极143，提高p电极143的粘合力。
根据本实施例，通过一起使用ITO层231与ZnO层133，能够提高欧姆接触电阻的可靠性，并且能够改善电流分散性能。
图21是用于说明根据本发明的又一实施例的发光元件的示意性剖面图。
参照图21，根据本实施例的发光元件与参照图20说明的发光元件大致相似，差异在于ZnO层133覆盖ITO层231的上表面及侧面，并且，差异在于在基板110下表面布置有分布式布拉格反射器(DBR)145。
即，在图20的实施例中，ITO层231的侧面暴露于发光元件的外部。与其相反，在本实施例中，ITO层231的侧面被ZnO层133遮盖而不暴露于外部。因此，向发光元件外部发射的光通过基板110、发光结构体120及ZnO层133的表面向外部发射，通过ITO层231发射的光射入ZnO层133内。
另外，ZnO层133的侧面如图21所示地具有逆倾斜的形状。随着侧面逆倾斜，ZnO层133的上部边角部形成小于90度的锐角，因此，能够防止ZnO层133内部的由于全反射造成的光损失。
由于ITO层231与ZnO层133具有大致相似的折射率，因此，在ZnO层133与ITO层231的交界面不会大量发生内部全反射。与此相反，由于ITO层231与空气的折射率差异较大，因此在ITO层231暴露于外部的情况下，在交界面可能发生内部全反射，进而，可能减小光效率。因此，如本实施例，由于ITO层231被逆倾斜的ZnO层133的包围，因此能够防止由于内部全反射造成的光损失，从而可以提高光提取效率。
进而，在基板110下部布置有DBR145，从而能够将向基板110下部行进的光反射。在这种情况下，由于朝向发光元件的上部的光束增加，因此借助根据本实施例的ZnO层133而进一步改善光效率。
根据本实施例的发光元件制造方法与图20的发光元件制造方法大致相似，差异在于ITO层231与ZnO层133利用独立的光刻及蚀刻工序而分别形成。即，在本实施例中，与图20的实施例不同地，在沉积ITO之后，首先对ITO进行图案化而形成ITO层231。之后，沉积ZnO层而覆盖ITO层231的上表面及侧面，接着通过蚀刻ZnO层使覆盖ITO层231的上表面及侧面的ZnO层133残留。接着，通过干式蚀刻p型半导体层及活性层而形成发光结构体120。
图22是用于说明根据本发明的又一实施例的发光元件的示意性剖面图。
参照图22，根据本实施例的发光元件与图21的实施例的发光元件大致相似，差异在于ZnO透明电极层包括具有高折射率的下部ZnO层133以及具有低折射率的上部ZnO层135。
通过在具有高折射率的下部ZnO层133上布置具有低折射率的上部ZnO层135，从而能够改善通过ZnO透明电极层的光的提取效率。
ZnO层133、135的折射率可以在利用水热合成法而沉积ZnO时，改变晶圆的旋转速度而调节。即，通过使形成上部ZnO层135时的晶圆的旋转速度相比于形成下部ZnO层133时的晶圆的旋转速度更快，上部ZnO层135可以形成为相比于下部ZnO层133更具有多孔性。因此，上部ZnO层135可以具有相比于下部ZnO层133更低的折射率。
另外，如图21所述，下部ZnO层133及上部ZnO层135具有逆倾斜的形状，并且覆盖ITO层231的上表面及侧面，从而改善光提取效率。
在本实施例中，虽然图示并说明了透明电极层具有下部ZnO层133及上部ZnO层135的双层结构的情形，但是也可以是向上侧折射率逐渐减小的三层以上的多层结构。并且，透明电极层也可以形成为折射率逐渐减小的折射率渐变层结构。
图23是用于说明应用根据本发明的一实施例的发光元件的照明装置的分解立体图。
参照图23，根据本实施例的照明装置包括：扩散盖(Diffusion Cover)1010、发光元件模块1020及主体部1030。主体部1030可以收容发光元件模块1020，扩散盖1010可以布置于主体部1030上，以能够覆盖发光元件模块1020的上部。
主体部1030只要是能够收容并支撑发光元件模块1020并向发光元件模块1020供应电源的形态就不受限制。例如，如图所示，主体部1030可以包括主体壳体1031、电源供应装置1033、电源壳体1035以及电源连接部1037。
电源供应装置1033可以被收容于电源壳体1035内而电连接于发光元件模块1020，且可以包括至少一个IC芯片。所述IC芯片能够调节、转换或控制向发光元件模块1020供应的电源的特性。电源壳体1035可以收容并支撑电源供应装置1033，并且在内部固定有电源供应装置1033的电源壳体1035可以位于主体壳体1031的内部。电源连接部1037可以布置于电源壳体1035的下端，从而与电源壳体1035结合。因此，电源连接部1037可以电连接于电源壳体1035内部的电源供应装置1033，从而能够起到向电源供应装置1033供应外部电源的通路的作用。
发光元件模块1020包括基板1023以及布置于基板1023上的发光元件1021。发光元件模块1020可以布置于主体壳体1031上部而电连接于电源供应装置1033。
基板1023只要是可以支撑发光元件1021的基板就不受限制，例如，可以是包括布线的印刷电路板。基板1023可以具有与主体壳体1031上部的固定部对应的形态，使其能够稳定地固定于主体壳体1031。发光元件1021可以包括上述的根据本发明的实施例的发光元件中的至少一个。
扩散盖1010可以布置于发光元件1021上，并且固定于主体壳体1031而覆盖发光元件1021。扩散盖1010可以具有透光性材质，且可以调节扩散盖1010的形态及透光性而调节照明装置的指向特性。因此，扩散盖1010能够根据照明装置的使用目的及应用形态而变形为多种形态。
图24是用于说明应用根据本发明的又一实施例的发光元件的显示装置的剖面图。
本实施例的显示装置包括：显示面板2110；背光单元，用于向显示面板2110提供光；以及面板引导件，用于支撑所述显示面板2110下部边缘。
显示面板2110不受特别限定，例如，可以是包括液晶层的液晶显示面板。在显示面板2110的边缘还可以布置栅极驱动印刷电路板(PCB)，用于向所述栅极线(gate line)提供驱动信号。在此，栅极驱动PCB也可以不构成于其他PCB而形成于薄膜晶体管基板上。
背光单元包括光源模块，所述光源模块包括至少一个的基板及多个发光元件2160。进而，背光单元还可以包括底盖(bottom cover)2180、反射片2170、扩散板2131以及光学片2130。
底盖2180上部形成开口，且可以收容基板、发光元件2160、反射片2170、扩散板2131以及光学片2130。并且，底盖2180可以与面板引导件结合。基板可以位于反射片2170的下部而布置成被反射片2170包围的形态。但是，并不限定于此，在表面涂覆有反射物质的情况下，基板也可以位于反射片2170上。并且，基板可以形成多个，且布置成多个基板并列布置的形态，然而并不限定于此，也可以形成为单个基板。
发光元件2160可以包括上述的根据本发明的实施例的发光元件中的至少一个。发光元件2160可以在基板上以预定的图案有规律地排列。并且，在各个发光元件2160上布置有透镜2210，从而能够提高从多个发光元件2160发出的光的均匀性。
扩散板2131及光学片2130位于发光元件2160上。从发光元件2160发出的光可以经过扩散板2131及光学片2130而以面光源的形态向显示面板2110提供。
如上所述，根据本发明的实施例的发光元件可以应用于与本实施例相同的直下型显示装置。
图25是用于说明应用根据本发明的又一实施例的发光元件的显示装置的剖面图。
配备有根据本实施例的背光单元的显示装置包括：显示面板3210，用于显示图像；以及背光单元，布置于显示面板3210的背面而照射光。进而，所述显示装置包括：框架，用于支撑显示面板3210并收容背光单元；以及盖部3240、3280，包围所述显示面板3210。
显示面板3210不受特别的限制，例如，可以是包括液晶层的液晶显示面板。在显示面板3210的边缘还可以布置有栅极驱动印刷电路板(PCB)，用于向所述栅极线提供驱动信号。此处，栅极驱动PCB也可以不构成于其他的PCB而形成于薄膜晶体管基板上。显示面板3210通过位于其上部及下部的盖部3240、3280被固定，且位于其下部的盖部3280可以与背光单元结合。
向显示面板3210提供光的背光单元包括：下部盖3270，所述下部盖3270上表面的一部分形成开口；光源模块，布置于下部盖3270的内部一侧；以及导光板3250，与所述光源模块并排布置，且将点光转换为面光。并且，本实施例的背光单元还可以包括：光学片3230，位于导光板3250上而将光扩散及聚光；以及反射片3260，布置于导光板3250的下部，使向导光板3250的下部方向行进的光向显示面板3210的方向反射。
发光模块包括基板3220以及多个发光元件3110，多个所述发光元件3110在所述基板3220的一面以预定的间距隔开而布置。基板3220只要能够支撑发光元件3110且电连接于发光元件3110就不受限制，例如，可以是印刷电路板。发光元件3110可以包括至少一个根据上述的本发明的实施例的发光元件。从光源模块发出的光入射到导光板3250，并通过光学片3230被供应至显示面板3210。通过导光板3250及光学片3230，从发光元件3110发出的点光源可以转换为面光源。
如上所述，根据本发明的一实施例的发光元件可以应用于如本实施例的侧光型显示装置。
图26是用于说明将根据本发明的又一实施例的发光元件应用到前照灯的示例的剖面图。
参照图26，所述前照灯包括灯主体4070、基板4020、发光元件4010以及保护玻璃(cover lens)4050。进而，所述前照灯还可以包括散热部4030、支撑架(rack)4060以及连接部件4040。
基板4020通过支撑架4060被固定，从而以与灯主体4070隔开的方式布置于灯主体4070上。基板4020只要是能够支撑发光元件4010的基板就不受限制，例如，可以是如印刷电路板等具有导电图案的基板。发光元件4010可以位于基板4020上，且通过基板4020得到支撑及固定。并且，发光元件4010可以通过基板4020的导电图案电连接于外部电源。并且，发光元件4010可以包括上述的根据本发明的实施例的发光元件中的至少一个。
保护玻璃4050位于从发光元件4010发出的光所移动的路径上。例如，如图所示，保护玻璃4050可以通过连接部件4040而布置成与发光元件4010相隔布置，且可以布置于欲提供从发光元件4010所发出的光的方向上。通过保护玻璃4050可以调节从前照灯向外部发出的光的指向角和/或颜色。另外，连接部件4040也可以使保护玻璃4050与基板4020固定，并且布置成包围发光元件4010而起到提供发光路径4045的光引导作用。此时，连接部件4040可以利用光反射性物质形成，或者涂覆有光反射性物质。另外，散热部4030可以包括散热翅片4031和/或散热风扇4033，并且向外部排放在驱动发光元件4010时产生的热。
如上所述，根据本发明的一实施例的发光元件可以应用于如本实施例的前照灯，特别是汽车用前照灯。
以上，对本发明的多样的实施例进行了说明，然而本发明并不限定于上述多样的实施例及特征，在不脱离本发明的权利要求书中记载的技术思想的范围内能够实现多种变形和变更。