(57)【要約】【課題】  透明電極と保護膜との間での光吸収を抑制する半導体発光素子とその製造方法および発光装置を提供することである。【解決手段】  発光素子１００は、半導体層Ｅｐ１と、透明電極Ｔ１と、透明絶縁膜Ｉ１と、保護膜Ｆ１と、を有する。透明絶縁膜Ｉ１は、透明電極Ｔ１と保護膜Ｆ１との間に配置されている。透明電極Ｔ１は、透明導電性酸化物から成る。透明絶縁膜Ｉ１は、透明絶縁性酸化物から成る。保護膜Ｆ１は、ＳｉＮまたはＳｉＯＮから成る。透明絶縁膜Ｉ１の膜厚は、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層と、
前記半導体層の上に形成された透明電極と、
前記半導体層の少なくとも一部を覆う保護膜と、
前記透明電極と前記保護膜との間に配置された透明絶縁膜と、
を有する半導体発光素子において、
前記透明電極は、
透明導電性酸化物から成り、
前記透明絶縁膜は、
透明絶縁性酸化物から成り、
前記保護膜は、
ＳｉＮまたはＳｉＯＮから成ること
を特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体発光素子において、
前記透明絶縁膜の膜厚は、
５ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内であること
を特徴とする半導体発光素子。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体発光素子において、
前記透明絶縁膜の屈折率は、
前記保護膜の屈折率よりも小さく、
前記透明電極の屈折率よりも小さいこと
を特徴とする半導体発光素子。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の半導体発光素子において、
前記透明絶縁膜は、
ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＨｆＯ2 、ＺｒＯ2 のうちの少なくとも１種類の材質を有すること
を特徴とする半導体発光素子。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の半導体発光素子において、
前記透明電極の材質は、
インジウム酸化物であること
を特徴とする半導体発光素子。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体発光素子において、
前記透明電極の材質は、
ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＣＯ、Ｉｎ2 Ｏ3 のうちのいずれかであること
を特徴とする半導体発光素子。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の半導体発光素子において、
前記保護膜の膜厚は、
１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲内であること
を特徴とする半導体発光素子。
【請求項８】
基板の上に半導体層を形成する半導体層形成工程と、
前記半導体層の上に透明電極を形成する透明電極形成工程と、
少なくとも前記透明電極の上に透明絶縁膜を形成する透明絶縁膜形成工程と、
少なくとも前記透明絶縁膜の上に保護膜を形成する保護膜形成工程と、
を有し、
前記透明電極形成工程では、
前記透明電極を透明導電性酸化物で形成し、
前記透明絶縁膜形成工程では、
前記透明絶縁膜を透明絶縁性酸化物で形成し、
前記保護膜形成工程では、
前記保護膜をＳｉＮまたはＳｉＯＮで形成すること
を特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の半導体発光素子の製造方法において、
前記透明絶縁膜形成工程では、
前記透明絶縁膜を５ｎｍ以上１００ｎｍ以下の膜厚で形成すること
を特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項８または請求項９に記載の半導体発光素子の製造方法において、
前記透明絶縁膜形成工程では、
ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＨｆＯ2 、ＺｒＯ2 のうちの少なくとも１種類を積層して前記透明絶縁膜を形成すること
を特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項８から請求項１０までのいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法において、
前記透明電極形成工程では、
インジウム酸化物を材料として前記透明電極を形成すること
を特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項８から請求項１１までのいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法において、
前記透明絶縁膜形成工程では、
プラズマＣＶＤ法、スパッタリング、イオンアシスト蒸着、プラズマＡＬＤのうちのいずれかの方法により前記保護膜を形成すること
を特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の半導体発光素子と、
前記半導体発光素子を実装するためのケースと、
前記ケースを封止する封止樹脂と、
を有し、
前記保護膜の屈折率は、
前記封止樹脂の屈折率よりも高いこと
を特徴とする発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子とその製造方法および発光装置に関する。さらに詳細には、光吸収層の形成の抑制を図った半導体発光素子とその製造方法および発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子は、表面を保護膜で覆われていることが通常である。半導体層を機械的に、もしくは電気的に保護するためである。この保護膜として、ＳｉＯ2 が用いられることが多い。このＳｉＯ2 の屈折率は、１．４５〜１．４７程度である。
【０００３】
例えば特許文献１には、III 族窒化物半導体と、ＩＴＯからなる透明電極と、ＳｉＯ2 からなる保護膜と、を有する半導体発光素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−４１９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、発光装置は、III 族窒化物半導体発光素子を基板等に実装して、封止樹脂により封止することが一般的である。この封止樹脂として、屈折率が１．５程度の材質が用いられることがある。一方、ＧａＮの屈折率は、２．５程度である。つまり、III 族窒化物半導体の屈折率は、封止樹脂の屈折率よりも大きい。そのため、III 族窒化物半導体の内部で発生した光の一部は封止樹脂を透過する。しかし、その光の残部は全反射し、外部に出ることができない。仮に保護膜がＳｉＯ2 であるとすると、保護膜の屈折率は、封止樹脂の屈折率より小さい。そのため、臨界角は、屈折率のより小さい保護膜の屈折率に依存して、より小さい値をとる。このように、保護膜の屈折率が小さいほど、光取り出し効率は低い。
【０００６】
そこで、本発明者は、より屈折率の大きい材料を保護膜に適用することを検討した。例えば、ＳｉＯＮもしくはＳｉＮである。これらの屈折率は、その組成にもよるが、およそ１．５５以上２．０以下の程度である。しかし、予想に反して、保護膜としてＳｉＯＮもしくはＳｉＮを用いると、光取り出し効率が減少した。このようにして、本発明者は、保護膜としてＳｉＯＮもしくはＳｉＮを用いた場合に、光吸収が生じるという問題点を発見した。そこで本発明者は、このような場合に、透明電極と保護膜との間に何らかの光吸収層が形成されると考えるに至った。明るい半導体発光素子を製造するためには、この光吸収層の発生を抑制することが好ましい。
【０００７】
本発明は、前述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは、透明電極と保護膜との間での光吸収を抑制する半導体発光素子とその製造方法および発光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の態様における半導体発光素子は、半導体層と、半導体層の上に形成された透明電極と、半導体層の少なくとも一部を覆う保護膜と、透明電極と保護膜との間に配置された透明絶縁膜と、を有する。透明電極は、透明導電性酸化物から成る。透明絶縁膜は、透明絶縁性酸化物から成る。保護膜は、ＳｉＮまたはＳｉＯＮから成る。
【０００９】
この半導体発光素子では、保護膜の屈折率が封止樹脂の屈折率よりも大きい。そのため、この半導体発光素子をパッケージにした場合に、保護膜の屈折率に依存して、臨界角が小さくなるおそれがない。つまり、この半導体発光素子の光取り出し効率は、従来の半導体発光素子に比べて高い。また、透明絶縁膜があるため、透明電極と保護膜との間で吸収層が形成されることを防止できる。
【００１０】
第２の態様における半導体発光素子では、透明絶縁膜の膜厚は、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内である。透明絶縁膜の膜厚が十分に薄いので、光の染み出しが生じて光の全反射が生じない。
【００１１】
第３の態様における半導体発光素子では、透明絶縁膜の屈折率は、保護膜の屈折率よりも小さく、透明電極の屈折率よりも小さい。
【００１２】
第４の態様における半導体発光素子では、透明絶縁膜は、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＨｆＯ2 、ＺｒＯ2 のうちの少なくとも１種類の材質を有する。
【００１３】
第５の態様における半導体発光素子では、透明電極の材質は、インジウム酸化物である。
【００１４】
第６の態様における半導体発光素子では、透明電極の材質は、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＣＯ、Ｉｎ2 Ｏ3 のうちのいずれかである。
【００１５】
第７の態様における半導体発光素子では、保護膜の膜厚は、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲内である。
【００１６】
第８の態様における半導体発光素子の製造方法は、基板の上に半導体層を形成する半導体層形成工程と、半導体層の上に透明電極を形成する透明電極形成工程と、少なくとも透明電極の上に透明絶縁膜を形成する透明絶縁膜形成工程と、少なくとも透明絶縁膜の上に保護膜を形成する保護膜形成工程と、を有する。透明電極形成工程では、透明電極を透明導電性酸化物で形成する。透明絶縁膜形成工程では、透明絶縁膜を透明絶縁性酸化物で形成する。保護膜形成工程では、保護膜をＳｉＮまたはＳｉＯＮで形成する。
【００１７】
第９の態様における半導体発光素子の製造方法において、透明絶縁膜形成工程では、透明絶縁膜を５ｎｍ以上１００ｎｍ以下の膜厚で形成する。
【００１８】
第１０の態様における半導体発光素子の製造方法において、透明絶縁膜形成工程では、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＨｆＯ2 、ＺｒＯ2 のうちの少なくとも１種類を積層して透明絶縁膜を形成する。
【００１９】
第１１の態様における半導体発光素子の製造方法において、透明電極形成工程では、インジウム酸化物を材料として透明電極を形成する。
【００２０】
第１２の態様における半導体発光素子の製造方法において、透明絶縁膜形成工程では、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング、イオンアシスト蒸着、プラズマＡＬＤのうちのいずれかの方法により保護膜を形成する。
【００２１】
第１３の態様における発光装置は、上記のいずれかの半導体発光素子と、半導体発光素子を実装するためのケースと、ケースを封止する封止樹脂と、を有する。そして、保護膜の屈折率は、封止樹脂の屈折率よりも高い。そのため、保護膜の屈折率により臨界角が制限されない。よって、この発光装置の光取り出し効率は、従来の発光装置に比べて高い。
【発明の効果】
【００２２】
本発明では、透明電極と保護膜との間での光吸収を抑制する半導体発光素子とその製造方法および発光装置が提供されている。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態に係る発光素子の構造を示す概略構成図である。
【図２】実施形態に係る発光素子の透明電極の周辺を示す概念図である。
【図３】実施形態に係る発光素子の製造方法を説明するための図（その１）である。
【図４】実施形態に係る発光素子の製造方法を説明するための図（その２）である。
【図５】実施形態に係る発光素子の製造方法を説明するための図（その３）である。
【図６】実施形態に係る発光素子の製造方法を説明するための図（その４）である。
【図７】保護膜の屈折率と光吸収率との関係を示すグラフである。
【図８】透明絶縁膜の厚みと光吸収率との関係を示すグラフである。
【図９】ｓ波透過率の角度依存性を示すグラフ（その１）である。
【図１０】ｐ波透過率の角度依存性を示すグラフ（その１）である。
【図１１】透過率の角度依存性を示すグラフ（その１）である。
【図１２】ｓ波透過率の角度依存性を示すグラフ（その２）である。
【図１３】ｐ波透過率の角度依存性を示すグラフ（その２）である。
【図１４】透過率の角度依存性を示すグラフ（その２）である。
【図１５】透明絶縁膜の厚みと積分透過率との関係を示すグラフである。
【図１６】実施形態の変形例における発光素子の透明電極の周辺を示す概念図（その１）である。
【図１７】実施形態の変形例における発光素子の透明電極の周辺を示す概念図（その２）である。
【図１８】実施形態に係る発光素子を有する発光装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、具体的な実施形態について、半導体発光素子とその製造方法および発光装置を例に挙げて図を参照しつつ説明する。しかし、これらの実施形態に限定されるものではない。また、後述する半導体発光素子の各層の積層構造および電極構造は、例示である。実施形態とは異なる積層構造であってももちろん構わない。そして、それぞれの図における各層の厚みは、概念的に示したものであり、実際の厚みを示しているわけではない。
【００２５】
１．半導体発光素子
本実施形態に係る発光素子１００の概略構成を図１に示す。発光素子１００は、フェイスアップ型の半導体発光素子である。発光素子１００は、III 族窒化物半導体から成る半導体層Ｅｐ１を有する。
【００２６】
図１に示すように、発光素子１００は、基板１１０と、半導体層Ｅｐ１と、透明電極Ｔ１と、透明絶縁膜Ｉ１と、保護膜Ｆ１と、ｎ電極Ｎ１と、ｐ電極Ｐ１と、を有している。ここで、半導体層Ｅｐ１は、低温バッファ層１２０と、ｎ型コンタクト層１３０と、ｎ側静電耐圧層１４０と、ｎ側超格子層１５０と、発光層１６０と、ｐ側超格子層１７０と、ｐ型コンタクト層１８０と、を有している。また、光取り出し面Ｚは、保護膜Ｆ１の表面に位置している。
【００２７】
低温バッファ層１２０は、基板１１０の主面の上に形成されている。ｎ型コンタクト層１３０は、低温バッファ層１２０の上に形成されている。ｎ側静電耐圧層１４０は、ｎ型コンタクト層１３０の上に形成されている。ｎ側静電耐圧層１４０は、半導体層Ｅｐ１の静電破壊を防止するための層である。ｎ側超格子層１５０は、ｎ側静電耐圧層１４０の上に形成されている。ｎ側超格子層１５０は、発光層１６０に加わる応力を緩和するための歪緩和層である。発光層１６０は、ｎ側超格子層１５０の上に形成されている。発光層１６０は、正孔と電子とが再結合することにより発光する層である。ｐ側超格子層１７０は、発光層１６０の上に形成されている。ｐ型コンタクト層１８０は、ｐ側超格子層１７０の上に形成されている。
【００２８】
ｎ電極Ｎ１は、ｎ型コンタクト層１３０の上に形成されている。ｎ電極Ｎ１は、ｎ型コンタクト層１３０の側から、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｌを順に形成したものである。また、Ｔｉ、Ａｌを順に形成してもよい。または、Ｖ、Ａｌを順に形成してもよい。ｐ電極Ｐ１は、透明電極Ｔ１の上に形成されている。ｐ電極Ｐ１は、透明電極Ｔ１の側から、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｌを順に形成したものである。また、Ｃｒ、Ａｕを順に形成してもよい。
【００２９】
２．透明電極および透明絶縁膜および保護膜
２−１．積層構造
図２は、透明電極Ｔ１の周囲の積層構造を模式的に示す図である。図２には、各層の材質が具体的に示されている。しかし、これらは例示であり、図２に示した材質に限らない。透明電極Ｔ１は、半導体層Ｅｐ１におけるｐ型コンタクト層１８０の上に形成されている。透明絶縁膜Ｉ１は、透明電極Ｔ１の上に形成されている。そして、透明絶縁膜Ｉ１は、透明電極Ｔ１と、半導体層Ｅｐ１の側面と、ｐ電極Ｐ１の一部と、ｎ電極Ｎ１の一部と、を覆っている。
【００３０】
保護膜Ｆ１は、透明絶縁膜Ｉ１の表面を覆っている。そのため、保護膜Ｆ１は、透明電極Ｔ１と、半導体層Ｅｐ１の側面と、ｐ電極Ｐ１の一部と、ｎ電極Ｎ１の一部と、を覆っている。ただし、図１に示すように、保護膜Ｆ１は、透明電極Ｔ１と、半導体層Ｅｐ１と、ｐ電極Ｐ１と、ｎ電極Ｎ１とに、接触していない。このように、保護膜Ｆ１は、半導体層Ｅｐ１の少なくとも一部を半導体層Ｅｐ１に接触しないで覆っている。ここで、透明絶縁膜Ｉ１は、透明電極Ｔ１と保護膜Ｆ１との間に配置されている。透明電極Ｔ１の光取り出し面Ｚの側の表面Ｔ１ａは、ｐ電極Ｐ１もしくは透明絶縁膜Ｉ１で覆われている。そして、透明電極Ｔ１の表面Ｔ１ａは、保護膜Ｆ１と接触していない。そのため、透明電極Ｔ１の表面Ｔ１ａと透明絶縁膜Ｉ１との間で光吸収層が生じるおそれはない。また、透明電極Ｔ１の側面Ｔ１ｂは、透明絶縁膜Ｉ１と接触している。そして、透明電極Ｔ１の側面Ｔ１ｂは、保護膜Ｆ１と接触していない。そのため、同様に、透明電極Ｔ１の側面Ｔ１ｂと透明絶縁膜Ｉ１との間で光吸収層が生じるおそれはない。
【００３１】
２−２．透明電極
透明電極Ｔ１の材質は、透明導電性酸化物である。透明電極Ｔ１の材質は、特に、インジウム酸化物であるとよい。インジウム酸化物として、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＩＣＯ、Ｉｎ2 Ｏ3 が挙げられる。
【００３２】
２−３．透明絶縁膜
透明絶縁膜Ｉ１の膜厚Ｈ１は、後述するように、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内である。この範囲のときに、光吸収の程度が小さい。好ましくは、透明絶縁膜Ｉ１の膜厚Ｈ１は、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲内である。
【００３３】
透明絶縁膜Ｉ１の材質は、ＳｉＯ2 である。または、Ａｌ2 Ｏ3 、ＨｆＯ2 、ＺｒＯ2 であってもよい。このように、透明絶縁膜Ｉ１の材質は、透明絶縁性酸化物である。
【００３４】
２−４．保護膜
保護膜Ｆ１の膜厚Ｈ２は、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲内の程度である。保護膜Ｆ１の材質は、ＳｉＯＮもしくはＳｉＮである。好ましくは、保護膜Ｆ１の膜厚Ｈ２は、２００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の範囲内である。
【００３５】
２−５．透明絶縁膜の効果
このように、透明電極Ｔ１の光取り出し面側の表面Ｔ１ａは、ｐ電極Ｐ１もしくは透明絶縁膜Ｉ１で覆われている。そのため、透明電極Ｔ１と保護膜Ｆ１とは接触しない。そのため、光吸収層が形成されるおそれはほとんどない。透明電極Ｔ１の側面Ｔ１ｂは、透明絶縁膜Ｉ１と接触している。
【００３６】
３．半導体発光素子の製造方法
３−１．半導体層形成工程
ここで、本実施形態に係る発光素子１００の製造方法について説明する。有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、ウエハ状態の基板１１０の上に半導体層Ｅｐ１の結晶をエピタキシャル成長させる。基板１１０の上に半導体層Ｅｐ１を形成した後の様子を図３に示す。
【００３７】
３−２．透明電極形成工程
次に、ｐ型コンタクト層１８０の上に透明電極Ｔ１を形成する。そのために、スパッタリングもしくは蒸着法を用いる。そして、成膜した透明電極Ｔ１のパターニングを実施する。この段階で、透明電極Ｔ１は、ｎ電極Ｎ１を形成する凹部を形成する領域を除いて、ｐ型コンタクト層１８０を覆っている。そして、メサパターニングを実施する。その後、焼成を行う。
【００３８】
３−３．電極形成工程
次に、図４に示すように、レーザーもしくはエッチングにより、ｐ型コンタクト層１８０の側から半導体層Ｅｐ１の一部を抉ってｎ型コンタクト層１３０を露出させる。そして、その露出箇所１３０ａに、ｎ電極Ｎ１を形成する。そして、透明電極Ｔ１の上にｐ電極Ｐ１を形成する。ｐ電極Ｐ１の形成工程とｎ電極Ｎ１の形成工程は、いずれを先に行ってもよい。また、同時に行ってもよい。また、ｎ型コンタクト層１３０の露出は、半導体層Ｅｐ１を形成した後、ｎ電極Ｎ１を形成する前であれば、いつ行ってもよい。ｐ電極Ｐ１およびｎ電極Ｎ１を形成後の様子を図５に示す。
【００３９】
３−４．透明絶縁膜形成工程
次に、図６に示すように、透明電極Ｔ１の表面と、半導体層Ｅｐ１の側面と、に透明絶縁膜Ｉ１を形成する。透明絶縁膜Ｉ１を形成するために、プラズマＣＶＤ法を用いる。または、スパッタリングにより透明絶縁膜Ｉ１を形成してもよい。これにより、透明絶縁膜Ｉ１は、ｐ電極Ｐ１に覆われていない透明電極Ｔ１の表面と、半導体層Ｅｐ１の側面と、ｐ電極Ｐ１の一部と、ｎ電極Ｎ１の一部と、を覆うこととなる。
【００４０】
３−５．保護膜形成工程
次に、透明絶縁膜Ｉ１の上に、保護膜Ｆ１を形成する。そして、ｐ電極Ｐ１の露出箇所およびｎ電極Ｎ１の露出箇所を除いた素子の箇所を保護膜Ｆ１で覆う。このように、少なくとも透明絶縁膜Ｉ１の上に保護膜Ｆ１を形成する。または、保護膜Ｆ１で、発光素子１００の全体を覆った後に、必要な箇所だけ露出させることとしてもよい。この際に、プラズマＣＶＤ法を用いるとよい。
【００４１】
３−６．素子分離工程
次に、ウエハを各素子に分割する。この際に、レーザー装置やブレーキング装置を用いればよい。
【００４２】
３−７．その他の工程
また、上記の工程の他、熱処理工程等、その他の工程を実施してもよい。以上により、図１に示した発光素子１００が製造される。なお、上記の工程は、適宜入れ替えてもよい場合が有る。
【００４３】
４．保護膜の屈折率と光吸収率（実験：光吸収層の有無）
４−１．実験方法
ここで、保護膜Ｆ１について行った実験について説明する。そのために、半導体層を形成しないサンプルを作製し、そのサンプルに外部から光を照射して光の吸収率を測定した。
【００４４】
実験に用いるサンプルとして、２種類のサンプルを作製した。第１のサンプルは、サファイア基板に、透明電極Ｔ１と、保護膜Ｆ１と、を形成したものである。透明電極Ｔ１としてＩＴＯを形成した。第２のサンプルは、サファイア基板に、保護膜Ｆ１を形成したものである。なお、これらの膜を形成するために、プラズマＣＶＤ法を用いた。このように、これらのサンプルにおいては、半導体層を形成しない状態で実験を行った。
【００４５】
保護膜Ｆ１を形成する際に、シランおよび窒素ガスを供給する他に、Ｎ2 Ｏガスを供給した。このＮ2 Ｏガスの供給量により、ＳｉＯＮの酸素原子と窒素原子の組成比率が変化する。そこで、ＳｉＯＮにおける窒素原子の含有比を変えて、光吸収率を測定した。
【００４６】
４−２．実験結果
図７に実験結果を示す。図７の横軸は、サンプルにおける保護膜Ｆ１の屈折率である。図７の縦軸は、サンプルの光吸収率である。この光吸収率は、サンプルの外部から照射した光の強度に対するサンプルの外部に取り出された光の強度である。図７に示すように、第１のサンプル（ＩＴＯ有り）では、光の吸収がある。そして、保護膜Ｆ１の屈折率が高いほど、光吸収率は大きい。なお、ＳｉＯＮにおける窒素濃度を高くするほど、屈折率は高い。実際に、ＳｉＯ2 の屈折率は、１．４６であり、ＳｉＮの屈折率は、１．９５である。このように、窒素濃度を高くするほど、光吸収率は大きい。一方、第２のサンプル（ＩＴＯ無し）では、光の吸収が見られなかった。
【００４７】
上記の実験結果から、本発明者は、ＩＴＯがＳｉＯＮにより窒化され、光吸収層が形成されるという考えに至った。
【００４８】
なお、本実験では、プラズマＣＶＤ法により保護膜Ｆ１を成膜した。しかし、スパッタリング、イオンアシスト蒸着、プラズマＡＬＤなど、イオンにより反応を促進する成膜手法では、同様に、ＩＴＯを窒化するという問題が生じるおそれがある。
【００４９】
５．透明絶縁膜の膜厚と光吸収（実験）
５−１．実験方法
ここで、透明絶縁膜Ｉ１について行った実験について説明する。実験に用いるサンプルとして、３種類のサンプルＡ、Ｂ、Ｃを用意した。サンプルＡは、サファイア基板に、透明絶縁膜Ｉ１と、保護膜Ｆ１と、をこの順序で成膜した。サンプルＢは、サファイア基板に、ＩＴＯと、透明絶縁膜Ｉ１と、保護膜Ｆ１と、をこの順序で成膜した。サンプルＣは、サファイア基板に、ＩＺＯと、透明絶縁膜Ｉ１と、保護膜Ｆ１と、をこの順序で成膜した。これらの３種類のサンプルについて、膜厚を変えたものを作製した。このように、これらのサンプルにおいては、半導体層を形成していない。そして、これらのサンプルＡ、Ｂ、Ｃについて、光吸収率を測定した。
【００５０】
５−２．実験結果
図８に実験結果を示す。図８の左端には、透明電極Ｔ１の上に、膜を形成しなかった場合が示されている。この場合には、光吸収の程度は十分に小さい。図８の左から２番目には、透明電極Ｔ１の上に、膜厚３００ｎｍのＳｉＯ2 を形成した場合が示されている。この場合には、光吸収の程度は十分に小さい。しかし、この場合には、ＳｉＯ2 の膜厚が厚いため、ＳｉＯ2 による全反射が生じるおそれがある。
【００５１】
また、透明電極の上にＳｉＯ2 を形成し、そのＳｉＯ2 の上に膜厚３００ｎｍのＳｉＮを形成した場合には、ＳｉＯ2 の膜厚が０ｎｍ、１ｎｍ、２ｎｍであってＳｉＮの膜厚が３００ｎｍの場合には、光の吸収が２％以上と比較的大きい。一方、ＳｉＯ2 の膜厚が５ｎｍ、１０ｎｍ、１５ｎｍであってＳｉＮの膜厚が３００ｎｍの場合には、光の吸収が比較的小さい。したがって、ＳｉＯ2 の膜厚が５ｎｍ以上の場合に、透明電極Ｔ１と保護膜Ｆ１との間の光吸収が抑制される。
【００５２】
６．透明絶縁膜の膜厚と積分透過率（計算）
６−１．計算方法
ここでは、半導体層Ｅｐ１と、透明電極Ｔ１と、透明絶縁膜Ｉ１と、保護膜Ｆ１と、封止樹脂と、をこの順序で配置した場合の積分透過率を計算した。半導体層Ｅｐ１の材質をＧａＮとした。透明電極Ｔ１の材質をＩＴＯとした。透明絶縁膜Ｉ１の材質をＳｉＯ2 とした。保護膜Ｆ１の材質をＳｉＮとした。そして、ＧａＮ、ＩＴＯ、ＳｉＯ2 、ＳｉＮの屈折率を、それぞれ、２．５、２．０、１．４６、１．９５の値を用いた。なお、封止樹脂の屈折率として１．５２を用いた。なお、入射媒質はＧａＮであった。出射媒質は封止樹脂であった。
【００５３】
そして、保護膜Ｆ１の膜厚を５００ｎｍとして、透明絶縁膜Ｉ１の膜厚を変化させて、透過率Ｔ（θ）を計算した。透過率Ｔ（θ）は次式で与えられる。
Ｔ（θ）  ＝  ｛（Ｔｓ＋Ｔｐ）／２  ｝・  ｓｉｎθ    ………（１）
【００５４】
６−２．計算結果
図９に、ｓ波の透過率Ｔｓの角度依存性を示すグラフである。図９の横軸は、光の入射角である。図９の縦軸は、ｓ波の透過率Ｔｓである。図９に示すように、入射角が３８°以下の場合に、光は透過するが、入射角が３９°以上の場合には、光はほとんど透過しない。そして、この傾向は、透明絶縁膜Ｉ１の膜厚によらない。
【００５５】
図１０にｐ波の透過率Ｔｐの角度依存性を示すグラフである。図１０の横軸は、光の入射角である。図１０の縦軸は、ｐ波の透過率Ｔｐである。図１０に示すように、入射角が３８°以下の場合に、光は透過するが、入射角が３９°以上の場合には、光はほとんど透過しない。そして、この傾向は、透明絶縁膜Ｉ１の膜厚によらない。
【００５６】
図１１に透過率Ｔ（θ）の角度依存性を示すグラフである。図１１の横軸は、光の入射角である。図１１の縦軸は、透過率Ｔ（θ）である。
【００５７】
図１２は、図９に対応する図である。図１３は、図１０に対応する図である。図１４は、図１１に対応する図である。図１２から図１４までのグラフでは、図９から図１１までのグラフに比べて、透明絶縁膜Ｉ１の膜厚の厚い場合がプロットされている。図１２および図１３に示すように、透明絶縁膜Ｉ１の膜厚が５００ｎｍの場合には、入射角が３７°で透過率Ｔｓおよび透過率Ｔｐがほぼゼロである。つまり、透明絶縁膜Ｉ１の膜厚が厚くなることにより、臨界角が３９°から３７°にシフトしている。この臨界角のシフトは、ＳｉＯ2 による全反射が生じていることを意味している。なお、図９および図１０に示すように、透明絶縁膜Ｉ１の膜厚が０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の場合には、臨界角のシフトは、生じていない。
【００５８】
図１５は、透明絶縁膜Ｉ１の厚みＨ１と積分透過率ＩＴを示すグラフである。図１５の横軸は、透明絶縁膜Ｉ１の膜厚である。図１５の縦軸は、積分透過率ＩＴである。積分透過率ＩＴは、図１１の透過率Ｔ（θ）を積分区画０からπ／２まで積分した値である（式（１）参照）。この積分透過率ＩＴが大きいほど、光取り出し効率は高い。
【００５９】
図１５に示すように、積分透過率ＩＴは、透明絶縁膜Ｉ１の膜厚が０ｎｍのときに一番大きい。そして、透明絶縁膜Ｉ１の膜厚が大きくなるにしたがって、積分透過率ＩＴは小さくなる。そして、透明絶縁膜Ｉ１の膜厚が１００ｎｍより大きい場合には、積分透過率ＩＴはほぼ一定である。
【００６０】
図１５に示すように、透明絶縁膜Ｉ１の膜厚が１００ｎｍ以下である場合に、積分透過率ＩＴは９％以上である。透明絶縁膜Ｉ１の膜厚が１００ｎｍより大きい場合に、積分透過率ＩＴは８．８％程度である。ここで、８．８％程度という積分透過率ＩＴの値は、保護膜をＳｉＯ2 とした場合とほぼ同じである。つまり、保護膜Ｆ１として、屈折率の高い材料を用いた利点が失われている。一方、透明絶縁膜Ｉ１の膜厚が１００ｎｍ以下である場合には、保護膜Ｆ１として、屈折率の高い材料を用いたことによる光取り出し効率の向上が見込める。
【００６１】
したがって以上の結果から、次の式（２）を満たす場合に、透明電極Ｔ１と保護膜Ｆ１との間の光吸収が抑制されるとともに、光取り出し効率が高い。
５ｎｍ  ≦  Ｈ１  ≦  １００ｎｍ                      ………（２）
Ｈ１：  透明絶縁膜Ｉ１の膜厚
【００６２】
また、透明絶縁膜Ｉ１の膜厚が５０ｎｍ以下である場合に、積分透過率ＩＴは９．８％以上である。そのため、より好ましくは、透明絶縁膜Ｉ１の膜厚Ｈ１は、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲内である。
【００６３】
６−３．屈折率と光取り出し効率との関係
なお、ＩＴＯの屈折率は、１．７〜２．３の程度である。ＩＺＯの屈折率は、１．９〜２．４の程度である。ＳｉＯ2 の屈折率は、およそ１．４６である。ＳｉＮの屈折率は、２程度である。ＳｉＯＮの屈折率は、酸素原子と窒素原子との組成比率によるが、ＳｉＯ2 の屈折率より高く、ＳｉＮの屈折率より低い。
【００６４】
このように、透明絶縁膜Ｉ１の屈折率は、保護膜Ｆ１の屈折率よりも低く、かつ、透明電極Ｔ１の屈折率よりも低い。この場合であっても、透明絶縁膜Ｉ１が式（２）を満たす場合には、透明絶縁膜Ｉ１は十分に薄い。そのため、透明電極Ｔ１と透明絶縁膜Ｉ１との境界面において、全反射は生じにくいと考えられる。また、透明絶縁膜Ｉ１が透明電極Ｔ１と保護膜Ｆ１との間の位置にあるため、前述した光吸収層はほとんど形成されないと考えられる。
【００６５】
７．変形例
７−１．透明絶縁膜
７−１−１．透明絶縁膜の覆う箇所
図１６に示すように、透明絶縁膜Ｉ２が、透明電極Ｔ１の表面Ｔ１ａおよび側面Ｔ１ｂを覆うこととしてもよい。このように、透明絶縁膜Ｉ２が、少なくとも透明電極Ｔ１の表面Ｔ１ａを覆っていれば、光吸収層の形成を防止することができることに変わりない。
【００６６】
７−１−２．複数層の透明絶縁膜
本実施形態では、透明絶縁膜Ｉ１は、単一層の膜である。しかし、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＨｆＯ2 、ＺｒＯ2 のうちから複数層形成することとしてもよい。例えば、図１７の発光素子３００に示すように、ＩＴＯの上にＡｌ2 Ｏ3 から成る透明絶縁膜Ｉ３を形成し、その透明絶縁膜Ｉ３の上にＳｉＯ2 から成る透明絶縁膜Ｉ４を形成してもよい。ただし、その複数層の合計の膜厚は、もちろん、上記の式（２）を満たすことが好ましい。
【００６７】
７−２．発光装置および保護膜の屈折率
図１８は、発光素子１００を有する発光装置１０００である。発光装置１０００は、発光素子１００と、ケース１１００と、封止樹脂１２００と、を有する。ケース１１００は、リードフレーム１１１０、１１２０を有する。ケース１１００は、発光素子１００を実装するためのものである。封止樹脂１２００は、ケース１１００を封止するためのものである。封止樹脂１２００は、例えば、シリコーン系樹脂やエポキシ系樹脂等の透明樹脂からなる。また、封止樹脂１２００は、蛍光体を含んでいてもよい。
【００６８】
保護膜Ｆ１の屈折率は、パッケージに用いる封止樹脂１２００の屈折率より高い。封止樹脂の屈折率が、１．５２程度であるとすると、保護膜Ｆ１の屈折率は、１．５３以上であるとよい。また、保護膜Ｆ１の屈折率は、パッケージに用いる封止樹脂１２００の屈折率より高く、透明電極Ｔ１の屈折率より低いとなおよい。つまり、保護膜Ｆ１の屈折率が、１．５５以上２．０以下であるとなおよい。
【００６９】
７−３．半導体の種類
本実施形態では、発光素子の半導体層としてIII 族窒化物半導体を用いることとした。しかし、ＧａＡｓ等、その他の半導体を用いてもよい。
【００７０】
７−４．透明絶縁膜および保護膜の成膜方法
本実施形態の透明絶縁膜Ｉ１および保護膜Ｆ１を形成する際に、プラズマＣＶＤ法を用いた。しかし、その代わりに、スパッタリング、イオンアシスト蒸着、プラズマＡＬＤを用いてもよい。
【００７１】
７−５．組み合わせ
また、上記の変形例を自由に組み合わせてもよい。
【００７２】
８．まとめ
以上詳細に説明したように、本実施形態の発光素子１００は、透明電極Ｔ１と保護膜Ｆ１との間に透明絶縁膜Ｉ１を有する。そして、その透明絶縁膜Ｉ１の膜厚は、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内である。この発光素子１００は、透明電極Ｔ１と保護膜Ｆ１との間での光吸収を抑制することができる。また、発光素子１００の光取り出し効率は高い。
【００７３】
なお、以上に説明した実施形態は単なる例示にすぎない。したがって当然に、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能である。積層体の積層構造については、必ずしも図に示したものに限らない。積層構造や各層の繰り返し回数等、任意に選択してよい。また、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）に限らない。キャリアガスを用いて結晶を成長させる方法であれば、他の方法を用いてもよい。また、液相エピタキシー法、分子線エピタキシー法等、その他のエピタキシャル成長法により半導体層を形成することとしてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１００、２００、３００…発光素子
１１０…基板
１２０…低温バッファ層
１３０…ｎ型コンタクト層
１４０…ｎ側静電耐圧層
１５０…ｎ側超格子層
１６０…発光層
１７０…ｐ側超格子層
１８０…ｐ型コンタクト層
Ｅｐ１…半導体層
Ｎ１…ｎ電極
Ｐ１…ｐ電極
Ｔ１…透明電極
Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４…透明絶縁膜
Ｆ１…保護膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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