(57)【要約】【課題】  本発明は、製造工程を増加させることなくＩＴＯ電極を有する発光素子のさらなる光取り出し効率の向上を図ったＩＴＯ電極構造を得ることを課題とする。【解決手段】  少なくとも表面が針状結晶に覆われたＩＴＯ電極である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表面が針状結晶に覆われたＩＴＯ電極。
【請求項２】
請求項１記載のＩＴＯ電極を備えた発光素子。
【請求項３】
上記発光素子は発光ダイオードであることを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子等の電極として利用されるＩＴＯ電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ等の発光素子の外部量子効率は、内部量子効率と光取り出し効率の積で与えられる。特にｐ型層側から主に光を取り出す表面発光型のＧａＮ系ＬＥＤ等の場合、ｐ型電極及び（／又は）ｎ型電極の光の透過率（以下透過率と記す）が光取り出し効率に大きな影響を与える。従来のｐ型電極として用いられているＮｉ／Ａｕ半透明電極では十分な透過率が得られないため、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）電極等の透明電極が用いられている。また、ｎ電極にはＴｉ／Ａｌ等がパッド電極と兼ねて形成される場合が多く、ｎ電極の透明性は考慮されなかった。
【０００３】
透過率の高いＩＴＯ電極を使うことにより、ＬＥＤの光取り出し効率は従来のＮｉ／Ａｕ半透明電極を使った場合に比べて飛躍的に向上するが、ＩＴＯ電極を使った更なる光取り出し効率を向上させる多くの提案がなされている。例えば図４に示すように、ＧａＮ系ＬＥＤにおいてＩＴＯ電極の表面に凹凸加工を施し、光取り出し効率の向上を図っている（非特許文献１）。
図４に示すＧａＮ系ＬＥＤは、周知のＬＥＤ構造を形成した後、表面にＩＴＯ電極を形成する。次にポリスチレンのビーズをマスクにＩＴＯ電極表面をＣｌ２／Ａｒガスを用いてドライエッチングして、表面が凹凸加工を施されたＩＴＯ電極を得ている。この凹凸加工を施したＩＴＯ電極を採用することにより、平坦なＩＴＯ電極のＧａＮ系ＬＥＤに比べて、２８％光取り出し効率が向上している。
【非特許文献１】APPLIED PHYSICS LETTERS 86,221101(2005)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、製造工程を増加させることなくＩＴＯ電極を有する発光素子のさらなる光取り出し効率の向上を図ったＩＴＯ電極を得ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために本発明は、次のようなＩＴＯ電極を提供するものである。
（１）少なくとも表面が針状結晶に覆われたＩＴＯ電極。
（２）（１）記載のＩＴＯ電極を備えた発光素子。
（３）上記発光素子は発光ダイオードであることを特徴とする（２）に記載の発光素子。
ここで、針状結晶とは、ＩＴＯの針状の結晶であって、長さ／直径（断面が不定形の場合は断面積が等しい円の直径を等価直径として代用する）＞２、かつ直径（等価直径）＜１μｍと定義する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、光取り出し効率の向上に加えてさらに次のような効果が得られる。
（１）針状結晶はＩＴＯ電極の成膜条件により自然に形成されるため、改めて表面加工をする必要がない。
（２）針状結晶が表面にあるためアンカー効果により、ＩＴＯ電極上に形成される金ワイヤをボンディングするためのパッド電極（Ａｌ又はＡｕ）が剥がれにくい。
（３）発光素子の外部量子効率が向上することにより内部での発熱が抑えられ、発光素子及びその周辺部材の寿命を伸ばすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
ＩＴＯ電極は、スパッタあるいは電子ビーム蒸着等によりＧａＮ系のＬＥＤの上部電極（ｐ型電極及び（／又は）ｎ型電極）として形成される。スパッタあるいは電子ビーム蒸着等によりＩＴＯ電極を作製する場合は、通常平坦な表面を有するＩＴＯ電極となる。
ところが本発明者らは、ＩＴＯ電極の電子ビーム蒸着工程において、基板温度、 蒸着中の真空雰囲気（特に酸素分圧）、成膜速度、膜厚、Ｓｎの含有率等の成膜条件を選択することにより、表面形状を制御し、図１にあるような針状結晶に覆われたＩＴＯ電極が得られることを見いだした。
【０００８】
本発明におけるＩＴＯ電極の電子ビーム蒸着による一般的な作製方法は、次のとおりである。
蒸着原料としてＳｎ（錫）含有量が酸化錫として５［重量％］のＩＴＯペレットを使用する。通常は５〜１０［重量％］のＳｎ含有量のＩＴＯが電極用として使われるが、本発明で使用した電子ビーム蒸着法では５［重量％］が適正値である。しかし、５［重量％］に本発明が限定されるものではない。
蒸着装置は電子ビーム真空蒸着装置を用い、酸素分圧をコントロールするための酸素導入ポートを有している。基板ホルダーにＬＥＤ構造を有した基板（以下「基板」という）を装着し、背圧２．０×１０−４［Ｐａ］まで真空排気を行う。基板加熱はランプ加熱方式で行い、基板を設定温度（例えば３００℃）に加熱する。
【０００９】
基板温度が設定温度に十分近づいた後に、酸素の供給を開始する。酸素供給量を制御することにより、真空蒸着装置内の真空度（酸素分圧に等しい）を設定値に保持し、電子線のＩＴＯペレットへの照射を開始する。ＩＴＯペレットからの不純物の除去を目的にした脱ガスと急激な加熱でペレットが割れることを防ぐために、電子線照射量は徐々に上昇させる（予熱）。
【００１０】
十分脱ガスと予熱を行った後、ＩＴＯペレットの電子ビーム照射による加熱を強め、ＩＴＯの蒸発が定常状態になったことを確認してシャッタを開け、ＩＴＯ薄膜の基板への堆積を開始する。水晶振動子による膜厚制御システムを使い、所定の膜厚の堆積を確認し、シャッタを閉じてＩＴＯの加熱を停止し、同時に基板加熱も停止する。酸化物であるＩＴＯの分解・酸素の脱離を防ぐための酸素分圧を一定に保つために、基板温度が１００度に下がるまで酸素の供給を続ける。
ＩＴＯ電極が針状結晶に覆われるかどうかの主たるパラメータは、酸素分圧（真空排気速度を一定の場合は酸素供給量で規定される）、基板温度、堆積速度、堆積膜厚である。
【００１１】
一連の実験では、同時に作製した、同じＬＥＤ構造で、同一のＬＥＤに加工すると同じ素子特性を発現するエピタキシャル基板を使用した。ｐ電極として上記ＩＴＯ薄膜を堆積し、通常のウエハープロセス技術を使って３５０μｍ×３５０μｍのＬＥＤ素子を作製した。従来例との比較のために、Ｎｉ／Ａｕ（１ｎｍ／１０ｎｍの膜厚）半透明電極を有するＬＥＤも同種のエピタキシャル基板を使って作製した。素子特性は、サファイア基板上に独立したＬＥＤ素子が形成され配列されている状態で（分割以前）、プローバにより評価した。ｎ電極には通常のＴｉ／Ａｌパッド電極を使用した。
【００１２】
（実施例１）
上記ＩＴＯ電極の電子ビーム蒸着による一般的な作製方法において、ＩＴＯの製膜条件を、酸素分圧：７．０×１０−３［Ｐａ］、基板温度：３００℃、堆積速度：約０．２［ｎｍ／ｓｅｃ］、堆積膜厚：３８０ｎｍとした。この時のＩＴＯ電極の断面図を図１に示す。
図１において、（ａ）は、ＩＴＯ膜の断面ＳＥＭ写真、また（ｂ）は表面鳥瞰ＳＥＭ写真である。図１から明らかなように、ＩＴＯ電極全体にわたって針状結晶が形成されている。
【００１３】
（実施例２）
ＩＴＯの製膜条件を、酸素分圧：３．０×１０−２［Ｐａ］、基板温度：３００℃、堆積速度：約０．３［ｎｍ／ｓｅｃ］、堆積膜厚：２００ｎｍとした以外は実施例１と同様に堆積した。この時のＩＴＯ電極の断面図を図２に示す。
図２から明らかなように、製膜条件を変えることにより平坦な下地と針状の結晶が表層を覆った多層構造の電極構造が得られている。
【００１４】
（比較例）
本比較例では、ＩＴＯの製膜条件は、酸素分圧を３．０×１０−２［Ｐａ］、基板温度を３５０℃、堆積速度を約０．２５［ｎｍ／ｓｅｃ］とし、堆積膜厚１５０ｎｍ堆積とした以外は実施例１と同様に堆積した。
この時のＩＴＯ電極の断面図を図３に示す。
図３から明らかなように、針状結晶は認められず、平坦なＩＴＯ電極が得られていることがわかる。
【００１５】
次に作製したＬＥＤ素子のプローバ評価試験を行った。評価試験は、３５０μｍ×３５０μｍの大きさのチップに対して、２０ｍＡの順方向電流を流して発光出力を測定した。
比較例（平坦なＩＴＯ電極）のＬＥＤの発光出力は、Ｎｉ／Ａｕ半透明電極を使った従来例のＬＥＤに対して８０％の発光出力（光取り出し効率）の向上が認められた。
【００１６】
以下この比較例の平坦なＩＴＯ電極をｐ電極に使ったＬＥＤの発光出力を標準（１００）とする。
本平坦なＩＴＯ電極を有するＬＥＤの比較例に対して、実施例１のＬＥＤの発光出力（光取り出し効率）は約５０％の発光出力の向上が認められた。
また実施例２のＬＥＤでは、発光出力（光取り出し効率）は４０％の発光出力の増加が認められた。
以上を整理すると表１のとおりである。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
以上のとおり本発明に係る少なくとも表面が針状結晶に覆われたＩＴＯ電極によれば、ＬＥＤの発光出力について、従来の平坦なＩＴＯ電極に比べて４０％〜５０％と発光出力（光取り出し効率）が大幅に向上していることが分かる。
さらに、ｎ電極にＩＴＯ透明電極を使い、従来より面積の小さいパッド電極を使うことにより、半導体層全体を伝搬する光を取り出す効率が向上し、ＬＥＤ等の外部量子効率は更に向上する。このＩＴＯのｎ電極にも本発明の少なくとも表面が針状結晶に覆われたＩＴＯを形成することにより、さらに外部量子効率を向上できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る実施例１のＩＴＯ電極の断面図である。
【図２】本発明に係る実施例２のＩＴＯ電極の断面図である。
【図３】平坦な表面を有する比較例のＩＴＯ電極の断面図である。
【図４】凹凸加工された従来のＧａＮ系ＬＥＤの断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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