本发明涉及一种能够提高光提取效率的深紫外LED。一种深紫外LED，其将设计波长设为λ，所述深紫外LED的特征在于，从基板的相反侧按顺序具有反射电极层、金属层、p型GaN接触层、以及相对于波长λ透明的p型AlGaN层、多量子势垒层或者电子阻挡层、势垒层、量子阱层，所述p型AlGaN层的膜厚处于100nm以内，具有反射型光子晶体周期结构，该反射型光子晶体周期结构具有多个空孔，所述多个空孔至少包括所述p型GaN接触层和所述p型AlGaN层的界面，并设置于在所述基板方向上未超过所述p型AlGaN层的厚度方向的范围内，当从所述空孔的基板方向上的端面至量子阱层的距离为所述势垒层和所述多量子势垒层(或者所述电子阻挡层)的膜厚的合计值以上且处于80nm以内、以及其深度h处于所述p型AlGaN层和所述p型GaN接触层的膜厚的合计值以内时，能够获得光提取效率的极大值，并且，所述反射型光子晶体周期结构具有相对于TE偏振分量而形成的光子带隙，所述光子晶体周期结构的周期a相对于所述设计波长为λ的光满足布拉格条件，并且，当布拉格条件式中的次数m满足1≤m≤5、且所述空孔的半径设为R时，满足使得光子带隙最大的R/a。
深紫外LED及其制造方法
技术领域
[0001] 本发明涉及AlGaN基深紫外LED技术。
背景技术
[0002] 发光波长为280nm以下的深紫外LED在杀菌、净水及空气净化、医疗等广泛的应用领域中作为水银灯杀菌灯的替代技术而受到关注。然而，LED的电光转换效率(WPE)为百分之几，与水银灯的20％相比明显较低。其主要理由在于，发出的光在p型GaN接触层中被吸收50％以上，因此光提取效率(LEE)低至6％左右。
[0003] 根据专利文献1，在包括p型GaN接触层和p型AlGaN层的界面在内的厚度方向上设置光子晶体，由此使入射光反射而抑制上述吸收。
[0004] 现有技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1：日本特许第5757512号公报
发明内容
[0007] 发明所要解决的问题
[0008] 然而，若上述文献中设置的光子晶体的深度未达到与周期等同或大于周期的300nm左右的深度，则无法获得有效的反射效果。因此，需要p型GaN接触层和p型AlGaN层的膜厚的总和达到300nm以上、或者p型AlGaN接触层的膜厚达到300nm以上。
[0009] 但是，若将p型AlGaN层设为300nm的膜厚，则会白浊而无法确保足够的透明度，其结果是，产生LEE下降的问题。
[0010] 本发明的目的在于提供能够在深紫外LED中提高光提取效率的新技术。
[0011] 用于解决问题的方法
[0012] 根据本发明的第一观点，提供一种深紫外LED，其将设计波长设为λ，所述深紫外LED的特征在于，从基板的相反侧按顺序具有反射电极层、金属层、p型GaN接触层、以及相对于波长λ透明的p型AlGaN层、多量子势垒层(或者电子阻挡层)、势垒层、量子阱层，所述p型AlGaN层的膜厚处于100nm以内，具有反射型光子晶体周期结构，该反射型光子晶体周期结构具有多个空孔，所述多个空孔至少包括所述p型GaN接触层和所述p型AlGaN层的界面，并设置于在所述基板方向上未超过所述p型AlGaN层的厚度方向的范围内，当从所述空孔的基板方向上的端面至量子阱层的距离为所述势垒层和所述多量子势垒层(或者所述电子阻挡层)的膜厚的合计值以上且处于80nm以内、以及其深度h处于所述p型AlGaN层和所述p型GaN接触层的膜厚的合计值以内时，能够获得光提取效率的极大值，并且，所述反射型光子晶体周期结构具有相对于TE偏振分量而形成的光子带隙，所述光子晶体周期结构的周期a相对于所述设计波长为λ的光满足布拉格条件，并且，当布拉格条件式中的次数m满足1≤m≤5、且所述空孔的半径设为R时，满足使得光子带隙最大的R/a。
[0013] 根据本发明的第二观点，提供一种深紫外LED，其将设计波长设为λ，所述深紫外LED的特征在于，从基板的相反侧按顺序具有反射电极层、极薄膜金属层、以及相对于波长λ透明的p型AlGaN接触层、多量子势垒层(或者电子阻挡层)、势垒层、量子阱层，所述p型AlGaN接触层的膜厚处于100nm以内，在所述p型AlGaN接触层内具有反射型光子晶体周期结构，该反射型光子晶体周期结构具有多个空孔，所述多个空孔设置于在所述基板方向上未超过所述p型AlGaN接触层的厚度方向的范围内，当从所述空孔的基板方向上的端面至量子阱层的距离为所述势垒层和所述多量子势垒层(或者所述电子阻挡层)的膜厚的合计值以上且处于80nm以内、以及其深度h处于所述p型AlGaN接触层的膜厚以内时，能够获得光提取效率的极大值，并且，所述反射型光子晶体周期结构具有相对于TE偏振分量而形成的光子带隙，所述光子晶体周期结构的周期a相对于所述设计波长为λ的光满足布拉格条件，并且，当布拉格条件式中的次数m满足1≤m≤5、且所述空孔的半径设为R时，满足使得光子带隙最大的R/a。
[0014] 根据本发明的第三观点，提供一种深紫外LED，其将设计波长设为λ，所述深紫外LED的特征在于，从基板的相反侧按顺序具有反射电极层、金属层、p型GaN接触层、以及相对于波长λ透明的p型AlGaN层、多量子势垒层(或者电子阻挡层)、势垒层、量子阱层，所述p型AlGaN层的膜厚处于100nm以内，具有反射型光子晶体周期结构，所述反射型光子晶体周期结构具有多个空孔，所述多个空孔至少包括所述p型GaN接触层和所述p型AlGaN层的界面，并设置于从在所述基板方向上未超过所述p型AlGaN层的厚度方向将p型GaN接触层以及金属层贯通且到达反射电极层内、但却未超过反射电极层的位置，当从所述空孔的基板方向上的端面至量子阱层的距离为所述势垒层和所述多量子势垒层(或者所述电子阻挡层)的膜厚的合计值以上、且处于80nm以内时，能够获得光提取效率的极大值，并且，所述反射型光子晶体周期结构具有相对于TE偏振分量而形成的光子带隙，所述光子晶体周期结构的周期a相对于所述设计波长为λ的光满足布拉格条件，并且，当布拉格条件式中的次数m满足1≤m≤5、且所述空孔的半径设为R时，满足使得光子带隙最大的R/a。
[0015] 根据本发明的第四观点，提供一种深紫外LED，其将设计波长设为λ，所述深紫外LED的特征在于，从基板的相反侧按顺序具有反射电极层、极薄膜金属层、以及相对于波长λ透明的p型AlGaN接触层、多量子势垒层(或者电子阻挡层)、势垒层、量子阱层，所述p型AlGaN接触层的膜厚处于100nm以内，具有反射型光子晶体周期结构，该反射型光子晶体周期结构具有多个空孔，所述多个空孔设置于从在所述基板方向上未超过所述p型AlGaN接触层的厚度方向将极薄膜金属层贯通且到达反射电极层内、但却未超过反射电极层的位置，当从所述空孔的基板方向上的端面至量子阱层的距离为所述势垒层和所述多量子势垒层(或者所述电子阻挡层)的膜厚的合计值以上、且处于80nm以内时，能够获得光提取效率的极大值，并且，所述反射型光子晶体周期结构具有相对于TE偏振分量而形成的光子带隙，所述光子晶体周期结构的周期a相对于所述设计波长为λ的光满足布拉格条件，并且，当布拉格条件式中的次数m满足1≤m≤5、且所述空孔的半径设为R时，满足使得光子带隙最大的R/a。
[0016] 根据本发明的第五观点，提供一种深紫外LED，其将设计波长设为λ，所述深紫外LED的特征在于，从基板的相反侧按顺序具有反射电极层、金属层、p型GaN接触层、以及相对于波长λ透明的p型AlGaN层、多量子势垒层(或者电子阻挡层)、势垒层、量子阱层，所述p型AlGaN层的膜厚处于100nm以内，具有反射型光子晶体周期结构，该反射型光子晶体周期结构具有多个空孔，所述多个空孔至少包括所述p型GaN接触层和所述p型AlGaN层的界面，并从在所述基板方向上未超过所述p型AlGaN层的厚度方向设置至p型GaN接触层和金属层的界面，当从所述空孔的基板方向上的端面至量子阱层的距离为所述势垒层和所述多量子势垒层(或者所述电子阻挡层)的膜厚的合计值以上且处于80nm以内、以及其深度h处于所述p型AlGaN层和所述p型GaN接触层的膜厚的合计值以内时，能够获得光提取效率的极大值，并且，所述反射型光子晶体周期结构具有相对于TE偏振分量而形成的光子带隙，所述光子晶体周期结构的周期a相对于所述设计波长为λ的光满足布拉格条件，并且，当布拉格条件式中的次数m满足1≤m≤5、且所述空孔的半径设为R时，满足使得光子带隙最大的R/a。
[0017] 根据本发明的第六观点，提供一种深紫外LED，其将设计波长设为λ，所述深紫外LED的特征在于，从基板的相反侧按顺序具有反射电极层、极薄膜金属层、以及相对于波长λ透明的p型AlGaN接触层、多量子势垒层(或者电子阻挡层)、势垒层、量子阱层，所述p型AlGaN接触层的膜厚处于100nm以内，在所述p型AlGaN接触层内具有反射型光子晶体周期结构，该反射型光子晶体周期结构具有多个空孔，所述多个空孔从在所述基板方向上未超过所述p型AlGaN接触层的厚度方向设置至p型AlGaN接触层和极薄膜金属层的界面，当从所述空孔的基板方向上的端面至量子阱层的距离为所述势垒层和所述多量子势垒层(或者所述电子阻挡层)的膜厚的合计值以上且处于80nm以内、以及其深度h处于所述p型AlGaN接触层的膜厚以内时，能够获得光提取效率的极大值，并且，所述反射型光子晶体周期结构具有相对于TE偏振分量而形成的光子带隙，所述光子晶体周期结构的周期a相对于所述设计波长为λ的光满足布拉格条件，并且，当布拉格条件式中的次数m满足1≤m≤5、且所述空孔的半径设为R时，满足使得光子带隙最大的R/a。
[0018] 根据本发明的第七观点，提供一种深紫外LED，其将设计波长设为λ，从基板的相反侧按顺序具有反射电极层、金属层、p型GaN接触层、以及相对于波长λ透明的p型AlGaN层、多量子势垒层(或者电子阻挡层)、势垒层、量子阱层，所述p型AlGaN层的膜厚处于100nm以内，具有反射型光子晶体周期结构，该反射型光子晶体周期结构具有多个空孔，所述多个空孔未超过所述p型GaN接触层和所述p型AlGaN层的界面、且在所述基板方向设置于所述p型GaN接触层的膜厚的范围内，当从所述空孔的基板方向上的端面至量子阱层的距离为所述势垒层和所述多量子势垒层(或者所述电子阻挡层)的膜厚的合计值以上且处于80nm以内、以及其深度h处于所述p型GaN接触层的膜厚以内时，能够获得光提取效率的极大值，并且，所述反射型光子晶体周期结构具有相对于TE偏振分量形成的光子带隙，所述光子晶体周期结构的周期a相对于所述设计波长为λ的光满足布拉格条件，并且，当布拉格条件式中的次数m满足1≤m≤5、且所述空孔的半径设为R时，满足使得光子带隙最大的R/a。
[0019] 根据本发明的第八观点，提供一种深紫外LED的制造方法，其是上述第一观点所涉及的深紫外LED的制造方法，所述深紫外LED的制造方法具有如下工序：准备从基板的相反侧按顺序含有反射电极层、金属层、p型GaN接触层、以及相对于波长λ透明的p型AlGaN层的层叠结构体的工序；准备用于形成反射型光子晶体周期结构的模具的工序，其中，所述p型AlGaN层的膜厚处于100nm以内，具有反射型光子晶体周期结构，该反射型光子晶体周期结构具有多个空孔，所述多个空孔至少包括所述p型GaN接触层和所述p型AlGaN层的界面，并设置于在所述基板方向上未超过所述p型AlGaN层的厚度方向的范围内，当从所述空孔的基板方向上的端面至量子阱层的距离为所述势垒层和所述多量子势垒层(或者所述电子阻挡层)的膜厚的合计值以上且处于80nm以内、以及其深度h处于所述p型AlGaN层和所述p型GaN接触层的膜厚的合计值以内时，能够获得光提取效率的极大值；在所述层叠结构体上形成抗蚀剂层而对所述金型的结构进行转印的工序；以及将所述抗蚀剂层作为掩膜，按顺序对所述层叠结构体进行蚀刻而形成光子晶体周期结构的工序。
[0020] 根据本发明的第九观点，提供一种深紫外LED的制造方法，其是上述第二观点所涉及的深紫外LED的制造方法，所述深紫外LED的制造方法具有如下工序：准备从基板的相反侧按顺序含有反射电极层、极薄膜金属层、以及相对于波长λ透明的p型AlGaN接触层的层叠结构体的工序；准备用于形成反射型光子晶体周期结构的模具的工序，其中，所述p型AlGaN接触层的膜厚处于100nm以内，在所述p型AlGaN接触层内具有反射型光子晶体周期结构，该反射型光子晶体周期结构具有多个空孔，所述多个空孔设置于在所述基板方向上未超过所述p型AlGaN接触层的厚度方向的范围内，当从所述空孔的基板方向上的端面至量子阱层的距离为所述势垒层和所述多量子势垒层(或者所述电子阻挡层)的膜厚的合计值以上且处于80nm以内、以及其深度h处于所述p型AlGaN接触层的膜厚以内时，能够获得光提取效率的极大值；在所述层叠结构体上形成抗蚀剂层而对所述金型的结构进行转印的工序；以及将所述抗蚀剂层作为掩膜，按顺序对所述层叠结构体进行蚀刻而形成光子晶体周期结构的工序。
[0021] 根据本发明的第十观点，提供一种深紫外LED的制造方法，其是上述第三观点所涉及的深紫外LED的制造方法，所述深紫外LED的制造方法具有如下工序：准备从基板的相反侧按顺序含有反射电极层、金属层、p型GaN接触层、以及相对于波长λ透明的p型AlGaN层的层叠结构体的工序；准备用于形成反射型光子晶体周期结构的模具的工序，其中，所述p型AlGaN层的膜厚处于100nm以内，具有反射型光子晶体周期结构，该反射型光子晶体周期结构具有多个空孔，所述多个空孔至少包括所述p型GaN接触层和所述p型AlGaN层的界面，并设置于从在所述基板方向上未超过所述p型AlGaN层的厚度方向将p型GaN接触层和金属层贯通并到达反射电极层内、但却未超过反射电极层的位置，当从所述空孔的基板方向上的端面至量子阱层的距离为所述势垒层和所述多量子势垒层(或者所述电子阻挡层)的膜厚的合计值以上、且处于80nm以内时，能够获得光提取效率的极大值；在所述层叠结构体上形成抗蚀剂层而对所述金型的结构进行转印的工序；将所述抗蚀剂层作为掩膜，按顺序对所述层叠结构体进行蚀刻而形成光子晶体周期结构的工序；以及对反射电极层进行再蒸镀的工序。
[0022] 根据本发明的第十一观点，提供一种深紫外LED的制造方法，其是上述第四观点所涉及的深紫外LED的制造方法，所述深紫外LED的制造方法具有如下工序：准备从基板的相反侧按顺序含有反射电极层、极薄膜金属层、以及相对于波长λ透明的p型AlGaN接触层的层叠结构体的工序；准备用于形成反射型光子晶体周期结构的模具的工序，其中，所述p型AlGaN接触层的膜厚处于100nm以内，具有反射型光子晶体周期结构，该反射型光子晶体周期结构具有多个空孔，所述多个空孔设置于从在所述基板方向上未超过所述p型AlGaN接触层的厚度方向将极薄膜金属层贯通且到达反射电极层内、但却未超过反射电极层的位置，当从所述空孔的基板方向上的端面至量子阱层的距离为所述势垒层和所述多量子势垒层(或者所述电子阻挡层)的膜厚的合计值以上、且处于80nm以内时，能够获得光提取效率的极大值；在所述层叠结构体上形成抗蚀剂层而对所述金型的结构进行转印的工序；将所述抗蚀剂层作为掩膜，按顺序对所述层叠结构体进行蚀刻而形成光子晶体周期结构的工序；以及对反射电极层进行再蒸镀的工序。
[0023] 根据本发明的第十二观点，提供一种深紫外LED的制造方法，其是上述第五观点所涉及的深紫外LED的制造方法，所述深紫外LED的制造方法具有如下工序：准备从基板的相反侧按顺序含有反射电极层、金属层、p型GaN接触层、以及相对于波长λ透明的p型AlGaN层的层叠结构体的工序；准备用于形成反射型光子晶体周期结构的模具的工序，其中，所述p型AlGaN层的膜厚处于100nm以内，具有反射型光子晶体周期结构，该反射型光子晶体周期结构具有多个空孔，所述多个空孔至少包括所述p型GaN接触层和所述p型AlGaN层的界面，并从在所述基板方向上未超过所述p型AlGaN层的厚度方向设置至p型GaN接触层和金属层的界面，当从所述空孔的基板方向上的端面至量子阱层的距离为所述势垒层和所述多量子势垒层(或者所述电子阻挡层)的膜厚的合计值以上且处于80nm以内、以及其深度h处于所述p型AlGaN层和所述p型GaN接触层的膜厚的合计值以内时，能够获得光提取效率的极大值；在所述层叠结构体中使晶体生长至所述p型GaN接触层的基础上，形成抗蚀剂层而对所述金型的结构进行转印的工序；将所述抗蚀剂层作为掩膜，按顺序对所述层叠结构体进行蚀刻而形成光子晶体周期结构的工序；以及在形成所述光子晶体周期结构之后按照金属层和反射电极层这个顺序进行倾斜蒸镀的工序。
[0024] 根据本发明的第十三观点，提供一种深紫外LED的制造方法，其是上述第六观点所涉及的深紫外LED的制造方法，所述深紫外LED的制造方法具有如下工序：准备从基板的相反侧按顺序含有反射电极层、极薄膜金属层、以及相对于波长λ透明的p型AlGaN接触层的层叠结构体的工序；准备用于形成反射型光子晶体周期结构的模具的工序，其中，所述p型AlGaN接触层的膜厚处于100nm以内，在所述p型AlGaN接触层内具有反射型光子晶体周期结构，该反射型光子晶体周期结构具有多个空孔，所述多个空孔从在所述基板方向上未超过所述p型AlGaN接触层的厚度方向设置至p型AlGaN接触层和极薄膜金属层的界面，当从所述空孔的基板方向上的端面至量子阱层的距离为所述势垒层和所述多量子势垒层(或者所述电子阻挡层)的膜厚的合计值以上且处于80nm以内、以及其深度h处于所述p型AlGaN接触层的膜厚以内时，能够获得光提取效率的极大值；在所述层叠结构体中使晶体生长至所述p型AlGaN接触层的基础上，形成抗蚀剂层而对所述金型的结构进行转印的工序；将所述抗蚀剂层作为掩膜，按顺序对所述层叠结构体进行蚀刻而形成光子晶体周期结构的工序；以及在形成所述光子晶体周期结构之后按照极薄膜金属层和反射电极层这个顺序进行倾斜蒸镀的工序。
[0025] 根据本发明的第十四观点，提供一种深紫外LED的制造方法，其是上述第七观点所涉及的深紫外LED的制造方法，所述深紫外LED的制造方法具有如下工序：准备从基板的相反侧按顺序含有反射电极层、金属层、p型GaN接触层、以及相对于波长λ透明的p型AlGaN层的层叠结构体的工序；准备用于形成反射型光子晶体周期结构的模具的工序，其中，所述p型AlGaN层的膜厚处于100nm以内，具有反射型光子晶体周期结构，该反射型光子晶体周期结构具有多个空孔，所述多个空孔未超过所述p型GaN接触层和所述p型AlGaN层的界面、且在所述基板方向上设置于所述p型GaN接触层的膜厚的范围内，当从所述空孔的基板方向上的端面至量子阱层的距离为所述势垒层和所述多量子势垒层(或者所述电子阻挡层)的膜厚的合计值以上且处于80nm以内、以及其深度h处于所述p型GaN接触层的膜厚以内时，能够获得光提取效率的极大值；在所述层叠结构体中使晶体生长至所述p型GaN接触层的基础上，形成抗蚀剂层而对所述金型的结构进行转印的工序；以及将所述抗蚀剂层作为掩膜，按顺序对所述层叠结构体进行蚀刻而形成光子晶体周期结构的工序。
[0026] 发明效果
[0027] 根据本发明，通过在膜厚较薄的p型AlGaN层设置光子晶体周期结构，能够飞跃性地提高深紫外LED的LEE。
附图说明
[0028] 图1A(a-1)、图1A(a-2)是表示使用了本发明的第一实施方式所涉及的p型GaN接触层光子晶体的深紫外LED的结构的一个例子的剖视图以及俯视图。
[0029] 图1B(b)是表示使用了本发明的第一实施方式所涉及的p型GaN接触层光子晶体的深紫外LED的结构的表面安装型封装体的结构例的图。
[0030] 图1C是作为图1A的变形例而示出的图。
[0031] 图1D是作为图1B的变形例而示出的图。
[0032] 图2是通过平面波展开法求出光子晶体周期结构满足布拉格散射条件(mλ/neff＝2a，其中，neff：等效折射率，a：周期，m：次数)的情况下的TM光(图2(a))、TE光(图2(b))的光子能带结构的一个例子的图。
[0033] 图3是表示光子晶体反射效果的情形的俯视图(a)和剖视图(b)。
[0034] 图4A(a-1)、图4(a-2)是表示使用了本发明的第二实施方式所涉及的p型AlGaN接触层光子晶体的深紫外LED的结构的一个例子的剖视图以及俯视图。
[0035] 图4B(b)是表示使用了本发明的第二实施方式所涉及的p型AlGaN接触层光子晶体的深紫外LED的结构的表面安装型封装体的结构例的图。
[0036] 图4C是作为图4A的变形例而示出的图。
[0037] 图4D是作为图4B的变形例而示出的图。
[0038] 图5是表示在p型GaN接触层中使用了光子晶体的情况下的FDTD法计算模型的图。
[0039] 图6是表示使用了p型AlGaN接触层光子晶体的情况下的FDTD法计算模型的图。
[0040] 图7A是表示光线追踪法的计算模型和解析结果的图。
[0041] 图7B是用于通过FDTD法的解析而求出光子带隙的大小和反射、透射效果的关系、以及深紫外LED的光提取效率(LEE)增减率，且获得LEE增减率最大的光子晶体的直径d、周期a以及深度h的详细的处理流程图。
[0042] 图8A是表示光子晶体附近电场分布：x分量的图，图8A(a)是表示对照组(Flat)的情况的图，图8A(b)是表示设置有光子晶体周期结构的情况下的Ex的图，图8A(c)是表示与设置有光子晶体周期结构的情况下的Ex相关的计算结果的图。
[0043] 图8B是与图8A对应的、表示光子晶体附近电场分布：y分量的图。
[0044] 图8C是与图8A对应的、表示光子晶体附近电场分布：z分量的图。
[0045] 图8D是表示与光子晶体空孔的深度方向中间点垂直交叉的水平面内的电场分布的合计分量的图。
[0046] 图9是表示基于FDTD法的LEE增减率的解析结果的图。
[0047] 图10是表示基于FDTD法和光线追踪法的交叉模拟(cross-simulation)的LEE解析结果的图。
[0048] 图11是表示光子晶体周期结构的加工工艺的一个例子的图。
[0049] 图12A(a-1)、图12A(a-2)是表示使用了本发明的第四实施方式所涉及的p型GaN接触层光子晶体的深紫外LED的结构的一个例子的剖视图以及俯视图。
[0050] 图12B(b)是表示使用了本发明的第四实施方式所涉及的p型GaN接触层光子晶体的深紫外LED的结构的表面安装型封装体的结构例的图。
[0051] 图13是表示使用了p型GaN光子晶体的情况下的FDTD法计算模型的图。
[0052] 图14(a)是光提取效率增减率(Enhancement of LEE)的解析结果，图14(b)是光提取效率的解析结果，图14(c)是辐射图案(Radiation Pattern)的解析结果。
[0053] 图15A是光子晶体的深度为120nm的截面处的电场强度分布。
[0054] 图15B是光子晶体的深度为140nm的截面处的电场强度分布。
[0055] 图15C是光子晶体的深度为160nm的截面处的电场强度分布。
[0056] 图16A(a-1)、图16A(a-2)是表示使用了本发明的第五实施方式所涉及的p型GaN接触层光子晶体的深紫外LED的结构的一个例子的剖视图以及俯视图。
[0057] 图16(b)是表示使用了本发明的第五实施方式所涉及的p型GaN接触层光子晶体的深紫外LED的结构的表面安装型封装体的结构例的图。
[0058] 图17是表示使用了p型GaN光子晶体的情况下的FDTD法计算模型的图。
[0059] 图18(a)是光提取效率增减率的解析结果，图18(b)是光提取效率的解析结果，图18(c)是辐射图案(Radiation Pattern)的解析结果。
[0060] 图19A(a-1)、图19A(a-2)是表示使用了本发明的第六实施方式所涉及的p型AlGaN接触层光子晶体的深紫外LED的结构的一个例子的剖视图以及俯视图。
[0061] 图19B(b)是表示使用了本发明的第六实施方式所涉及的p型AlGaN接触层光子晶体的深紫外LED的结构的表面安装型封装体的结构例的图。
[0062] 图20是表示使用了p型AlGaN光子晶体的情况下的FDTD法计算模型的图。
[0063] 图21(a)是光提取效率增减率的解析结果，图21(b)是光提取效率的解析结果，图21(c)是辐射图案(Radiation Pattern)的解析结果。
[0064] 图22A(a-1)、图22A(a-2)是表示使用了本发明的第七实施方式所涉及的p型GaN接触层光子晶体的深紫外LED的结构的一个例子的剖视图以及俯视图。
[0065] 图22B(b)是表示使用了本发明的第七实施方式所涉及的p型GaN接触层光子晶体的深紫外LED的结构的表面安装型封装体的结构例的图。
[0066] 图23是表示使用了p型GaN光子晶体的情况下的FDTD法计算模型的图。
[0067] 图24(a)是光提取效率增减率的解析结果，图24(b)是光提取效率的解析结果，图24(c)是辐射图案(Radiation Pattern)的解析结果。
具体实施方式
[0068] 以下，参照附图对本发明的实施方式所涉及的深紫外LED进行详细说明。
[0069] (第一实施方式)
[0070] 作为本发明的第一实施方式所涉及的深紫外LED，图1A(a-1)、图1A(a-2)中示出了设计波长λ设为280nm的AlGaN基深紫外LED的结构(剖视图和俯视图)。图1B(b)是搭载于表面安装型封装体的深紫外LED。
[0071] 具体而言，从图1A(a-1)的剖视图的上方按顺序具有蓝宝石基板1、AlN缓冲层2、n型AlGaN层3、势垒层4、量子阱层5、势垒层6、多量子势垒层(MQB)7、p型AlGaN层(透明p型AlGaN层)8、p型GaN接触层9、Ni层10、Au反射电极层11。而且，p型AlGaN层8的膜厚处于100nm以内，包括p型GaN接触层9和p型AlGaN层8的界面在内，在基板方向上未超过p型AlGaN层的范围内设置有光子晶体周期结构100，并且，光子晶体周期结构100为因设置有空孔(柱状结构、孔)101(h)、且具有光子带隙而作为对波长为λ的光进行反射的反射型光子晶体周期结构。此外，若仅在p型GaN接触层9内形成光子晶体周期结构，则光会在p型GaN接触层被吸收，因此不优选。此外，多量子势垒层(MQB)7可以是电子阻挡层。在以下实施方式中也一样。
[0072] 如作为xy俯视图的图1A(a-2)所示，反射型光子晶体周期结构100具有如下孔结构：圆柱等形状的、折射率比p型AlGaN层及p型GaN接触层的折射率小的空气等的截面形成为半径R的圆的空孔101(h)，沿x方向以及y方向以周期a而形成为三角晶格状。另外，空孔101(h)是未超过p型AlGaN层8和多量子势垒层7的界面的结构，并且，空孔101(h)的基板方向上的端面与量子阱层5之间的距离G为势垒层6和多量子势垒层7的膜厚的合计值以上、且处于80nm以内的范围。进一步，反射型光子晶体周期结构100的深度h处于p型AlGaN层8和p型GaN接触层9的膜厚的合计值以内。
[0073] 此外，从器件制造工艺方面的其他方法的观点来看，作为本实施方式的变形例，如图1C(a-1)、图1C(a-2)、图1D(b)所示，柱状结构体101(h)可以是将Ni层10贯通并到达Au反射电极层11内但并未到达Au反射电极层11和空气的界面的结构。
[0074] 在上述结构中，在量子阱层5发光的波长为λ的深紫外光的TE光和TM光向所有方向辐射一边进行楕圆偏振、一边在介质中传播。在量子阱层5的附近设置的光子晶体周期结构100，作为两个结构体而形成有在端面具有不同折射率的p型AlGaN层8和空气，当将空孔的半径R与周期a之比即R/a设为R/a＝0.4时，通过下式对上述光子晶体的填充率f进行计算，f＝2π/30.5×(R/a)2＝0.58。
[0075] 而且，由于空气的折射率n1＝1.0、p型AlGaN的折射率n2＝2.583、f＝0.58，因此，通过下式对等效折射率neff进行计算，得出neff＝(n22+(n12-n22)×f)0.5＝1.838。
[0076] 而且，当设为发光波长λ＝280nm时，通过平面波展开法对该光子晶体周期结构满足布拉格散射条件(mλ/neff＝2a，其中，neff：等效折射率，a：周期，m：次数)的情况下的TM光、TE光的光子能带结构进行求解，能够获得图2的结果。
[0077] 如图2(a)所示，在TM光中并未观测到光子带隙(PBG)，但是，如图2(b)所示，在TE光中，在第一光子能带(ω1TE)与第二光子能带(ω2TE)之间观测到较大的PBG。
[0078] 此外，R/a＝0.4是根据本申请的发明人本人所发明的、国际申请PCT/JP2015/071453号(现有技术1)所记载的、“R/a的大小、PBG的大小、光提取效率增减率分别互成正比”的原理而采用的值。
[0079] 在本实施方式中，随着光子晶体的位置接近量子阱层，即使周期为现有技术1等中的300nm，也无需将深度设为300nm，即使是60nm左右的较浅的深度，也能够获得与现有技术1等的结构相比等同或更好的反射效果。另外，还扩大了次数m的可取值范围。此外，若m变小，则周期也变小。
[0080] 图3是表示光子晶体反射效果的情形的图。如图3(a)、图3(b)所示，从所有方向入射至在量子阱层的附近所设置的光子晶体周期结构的TE光，如AR1所示那样为了完全满足布拉格散射的条件而在该面内散射并向基板的方向反射。另一方面，如虚线AR2所示，由于TM光不具有PBG，因此不会在深度方向上进行布拉格散射。因此，入射的光不会在p型GaN接触层被吸收而消失。
[0081] 因此，根据本实施方式所涉及的深紫外LED，在成为设置光子晶体周期结构的对象的层中，通过精心设计对光子晶体周期结构进行设置的位置，不用使形成晶体的层变厚，就能够在抑制白浊同时增大反射效果而获得较大的光提取效率。
[0082] (第二实施方式)
[0083] 接下来，作为本发明的第二实施方式所涉及的深紫外LED，图4A(a-1)、图4A(a-2)中示出了设计波长λ设为280nm的AlGaN基深紫外LED的结构。图4A(a-1)为剖视图，图4A(a-2)为俯视图。图4B(b)为搭载于表面安装型封装体的深紫外LED。具体而言，从图4A(a-1)的上方按顺序具有蓝宝石基板1、AlN缓冲层2、n型AlGaN层3、势垒层4、量子阱层5、势垒层6、多量子势垒层(MQB)7、p型AlGaN接触层(透明p型AlGaN接触层)8a、极薄膜Ni层10a、Al反射电极层11a。
[0084] 而且，p型AlGaN接触层8a的膜厚处于100nm以内，在p型AlGaN接触层8a，在基板方向上未超过p型AlGaN层的范围内设置有光子晶体周期结构100，并且，光子晶体周期结构100是因设置有空孔(柱状结构体、孔)101(h)、且具有光子带隙而对波长为λ的光进行反射的反射型光子晶体周期结构。
[0085] 另外，图4C(a-1)、图4C(a-2)以及图4D(b)中示出了图4A(a-1)、图4A(a-2)、图4B(b)的变形例。该结构为如下结构：光子晶体周期结构的空孔的厚度方向上的深度在基板的相反侧的方向上在将极薄膜金属层贯通并到达反射电极层内但未将反射电极层贯通的范围内延长。
[0086] 关于其他的、光子晶体周期结构的详情以及通过平面波展开法并根据光子能带结构对TE光以及TM光的情形的观测，与第一实施方式相同。在该情况下，入射至光子晶体周期结构的光在面内散射并向基板的方向反射，因此不会被Al反射电极(反射率为90％)吸收而消失。
[0087] 因此，实际上制作计算模型并通过FDTD法而对光提取效率增减率和光子晶体附近的电场分布(Ex、Ey、Ez)分量进行解析，由此验证光子晶体周期结构的反射效果。
[0088] 分别地，图5中示出了p型GaN接触层的光子晶体计算模型(第一实施方式)，图6中示出了p型AlGaN接触层的计算模型(第二实施方式)。
[0089] 另外，为了求出光提取效率(LEE)，制作了计算模型并通过光线追踪法进行了解析(参照图7A)。图7A(a-1)为pGaN接触层的计算模型。图7A(a-2)是根据解析结果而形成的辐射图案。图7A(b)中示出了模型的详情和作为解析结果的光提取效率。图7A(c-1)为pAlGaN接触的计算模型。图7A(c-2)是根据解析结果而形成的辐射图案。
[0090] 图7B是表示用于通过FDTD法的解析而求出光子带隙的大小和反射、透射效果的关系、以及深紫外LED的光提取效率(LEE)增减率，且获得LEE增减率最大的光子晶体的直径d、周期a以及深度h的详细的处理流程的图。
[0091] (步骤S01)
[0092] 暂定作为周期结构参数的周期a和结构体的半径R的比(R/a)。
[0093] (步骤S02)
[0094] 计算上述结构体的各自的折射率n1和n2、以及根据上述折射率和R/a而计算出平均折射率nav，并将其代入布拉格条件的算式，获得每个次数m的周期a和半径R。
[0095] (步骤S03)
[0096] 通过平面波展开法对TE光的光子能带结构进行解析，该平面波展开法采用R/a和波长λ以及根据上述折射率n1、n2而得到的各结构体的介电常数ε1和ε2。
[0097] (步骤S04)
[0098] 通过改变上述暂定的R/a的值而反复进行解析，由此决定使得TE光的第一光子能带和第二光子能带之间的PBG最大的R/a。
[0099] (步骤S05)
[0100] 对于使得PBG最大的R/a，通过以与布拉格条件的次数m相应的的个别的周期a和半径R、以及任意周期结构的深度h作为变量而进行的基于FDTD法的模拟解析而求出针对上述波长λ的光提取效率。
[0101] (步骤S06)
[0102] 反复进行基于FDTD法的模拟，由此决定针对波长λ的光提取效率达到最大的布拉格条件的次数m、以及与该次数m对应的周期结构参数的周期a、半径R和深度h。
[0103] 基于上述这样的本发明的发明人的见解，首先，求出布拉格散射条件的次数m＝4、R/a＝0.4时的空孔的直径、周期，使从光子晶体周期结构中的空孔的端面至量子阱层的距离在50nm～80nm之间变化、且使空孔的深度在40nm～60nm之间变化而进行解析。将解析结果记载在表1、表2中。
[0104] [表1]
[0105]
[0106] [表2]
[0107]
[0108] 如表1所示，示出了pAlGaN的单层的情况下、pGaN的单层的情况下以及pGaN/pAlGaN的双层的情况下的LEE的解析结果。
[0109] 另外，表2中示出了改变次数m的情况下的LEE的解析结果。
[0110] 此外，在以下说明中，进行如下定义：pAlGaN表示p型AlGaN接触层的光子晶体，pGaN表示p型GaN接触层的光子晶体，Flat(对照组)表示不具有光子晶体周期结构的结构，PhC Depth 40nm表示空孔的深度为40nm，Power表示FDTD法的输出值，Flat LEE％表示光线追踪法的LEE计算值，Enhanced表示PhC的输出值相对于对照组(Flat)的输出值的LEE增减率，PhC LEE％表示光子晶体的LEE％，Flat LEE％×(Enhanced+100％)，m4表示次数m＝4，G50nm表示从空孔的端面至量子阱层的距离为50nm，Diameter表示空孔的直径，Period表示光子晶体的周期。
[0111] 作为光子晶体周期结构的反射效果的实际验证，特别观测了p型GaN接触层的光子晶体中增减率最高的m＝3(直径：183nm，周期：228nm，深度：60nm)的光子晶体附近的电场分布。图8A为电场分布Ex分量，图8A(a)为对照组(Flat)，图8A(b)为光子晶体周期结构(未图示光子晶体周期结构)，图8A(c)为光子晶体周期结构(图示了光子晶体周期结构)。各图分别表示截面结构的电场分布。其中，为了容易理解，在图8A(c)、图8A(b)中除去了光子晶体周期结构。
[0112] 此外，在各附图的右侧，示出了简单的电场的范例以使实验结果容易理解。另外，示出了各层的边界、且附加标注了各层的名称。
[0113] 在对照组(Flat)中，在p型GaN接触层和Ni层的部分观测到了强度较高的电场分量Ex(图8A(a))，与此相对，在设置有光子晶体周期结构的结构中，在p型GaN接触层和Ni层的部分(参照图8A(b)中的A1区域、图8A(c)中的A2区域)未观测到强度较高的电场分量Ex。
[0114] 该结果验证了如下情况：在设置有光子晶体周期结构的结构中，能够获得p型GaN接触层和Ni层的部分的由光子晶体实现的反射效果。在图8B的电场分布的Ey分量以及图8C的电场分布的Ez分量中，也观测到与图8A的Ex分量同样的现象(参照A3区域、A4区域)。
[0115] 进一步，关于作为电场分布Ex、Ey、Ez的合计分量的Etotal，在光子晶体空孔的深度方向上的中间点处观测到相对于该空孔垂直地交叉的水平面的电场分布(参照图8D)。
[0116] 图8D(a)为对照组(Flat)的电场分布Etotal，图8D(b)为光子晶体中心部的电场分布Etotal。在图8D(a)的对照组(Flat)中，电场朝向外侧以反复变强变弱(颜色的浓淡)的方式传播。
[0117] 与此相对，在图8D(b)的设置有光子晶体的结构中，电场滞留于各空孔之间，特别是在中心部分以浓色(图中以白色进行显示)进行显示。其示出了在该部分引发布拉格散射而形成驻波的情形。而且，其后立即使光朝基板的方向反射。
[0118] 因此，如参照图3说明的那样，该解析结果良好地说明了“从所有方向入射至在量子阱层的附近设置的光子晶体周期结构的TE光由于完全满足布拉格散射的条件而在该面内散射并朝基板的方向反射”的物理现象。
[0119] 图9中示出了基于FDTD法的LEE增减率的解析结果。
[0120] 图9(a)为p型AlGaN接触层的光子晶体的LEE增减率，图9(b)为p型GaN接触层的光子晶体的LEE增减率。作为特征性的现象，在从空孔的端面至量子阱层的距离为60nm时，在所有深度中都能够获得极大值。另外，图9(c)中示出了距量子阱层的距离为60nm、且空孔的深度为60nm的p型GaN接触层的光子晶体周期结构及其对照组(Flat)的辐射图案，同样示出了p型AlGaN接触层的光子晶体周期结构及其对照组(Flat)的辐射图案。特别是在具有光子晶体周期结构时，相对于对照组(Flat)特别地增大了朝向正面方向(角度为0～10°)的输出值。
[0121] 另外，图10中示出了通过FDTD法和光线追踪法的交叉模拟而获得的光提取效率(LEE)的解析结果。关于在p型GaN接触层以及p型AlGaN接触层设置的光子晶体，图10(a)示出了距量子阱层的距离为60nm的光提取效率。根据该结果，能够观测到光子晶体周期结构(孔，hole)的深度(Depth)h和LEE的比例关系。另外，图10(b)示出了LEE的次数m的依赖性。可知次数m＝3或4时的LEE最大。根据这些结果可知，与本发明的发明人在已提交的申请中说明的趋势一致，因此，模拟的正确性得到了实际验证。
[0122] 根据以上结果可知，根据本发明的实施方式，通过使光子晶体周期结构的位置接近量子阱结构，作为光子晶体周期结构的反射效果，在p型AlGaN接触层的光子晶体周期结构中，能够获得两倍的光提取效率，在p型GaN接触层的光子晶体周期结构中，能够三倍多的光提取效率。
[0123] (第三实施方式)
[0124] 对本发明的第三实施方式所涉及的加工深紫外LED的反射型光子晶体周期结构的制造方法进行详细说明。图11是表示光子晶体周期结构加工工艺的一个例子的图。
[0125] 在光子晶体的加工中，利用纳米压印光刻法的技术。p型GaN接触层209的表面在凸出方向上存在100μm以上的翘曲，因此，利用树脂模具200作为模具。另外，在干蚀刻时为了近乎垂直且准确地保持孔的直径而使用两层抗蚀剂。
[0126] 具体而言，在具有层叠至p型GaN接触层209的深紫外LED层叠结构体的晶片中，将下层抗蚀剂211旋涂于p型GaN接触层209的表面。接下来，旋涂含有Si的上层抗蚀剂210而形成双层抗蚀剂(参照图11(a))。
[0127] 对于上层抗蚀剂，利用具有规定的光子晶体周期结构的反转图案的树脂模具200进行按压并进行UV固化，由此将光子晶体图案212转印于上层抗蚀剂210(参照图11(b))。接下来，利用含氧等离子体对上层抗蚀剂210进行蚀刻而形成掩膜213。参照图11(c)。然后，利用ICP等离子体将该掩膜213蚀刻至未超过p型AlGaN层208的、从光子晶体图案(孔)212的端面至量子阱层205的距离为势垒层206和多量子势垒层207的膜厚的合计值以上且处于80nm以内的位置，并加工成孔的深度处于p型AlGaN层208和p型GaN接触层209的膜厚的合计值以内的形状。参照图11(d)。最后对残留的下层抗蚀剂211进行清洗而形成清洁的表面。
[0128] 此外，在形成光子晶体图案之后，进行GaN或者AlGaN的晶体再生长，在此基础上形成金属层以及反射电极层等，由此形成图1A、图4A、图12A或者图22A所示的结构。或者，在形成至金属层以及反射电极层之后形成光子晶体图案，在此基础上对Au或者Al等反射电极层进行再蒸镀等，由此形成图1C或者图4C所示的结构。或者，在形成p型GaN接触层或者p型AlGaN接触层之后形成光子晶体图案，在此基础上通过倾斜蒸镀法而形成金属层以及反射电极层等，由此形成图16A或者图19A所示的结构。
[0129] 根据倾斜蒸镀法，能够在光子晶体图案的孔内不形成金属层以及反射电极层地在p型GaN接触层或者p型AlGaN接触层的表面层叠金属层以及反射电极层。
[0130] (第四实施方式)
[0131] 接下来，作为本发明的第四实施方式所涉及的深紫外LED，图12A(a-1)、图12A(a-2)中示出了设计波长λ设为280nm的AlGaN基深紫外LED的结构。图12A(a-1)为剖视图，图12A(a-2)为俯视图。图12B(b)是搭载于表面安装型封装体的深紫外LED。
[0132] 该LED与第一实施方式中的深紫外LED的层叠薄膜结构相同，但是，p型GaN接触层9的膜厚为200nm，这一点有所不同。这是为了通过在器件制造工艺中将p型GaN接触层层叠为较厚而获得表面的平坦性。
[0133] 而且，包括p型GaN接触层9和p型AlGaN层8的界面在内，在基板方向上未超过p型AlGaN层的范围内设置光子晶体周期结构100，并且，光子晶体周期结构100是因设置有空孔(柱状结构、孔)101(h)、且具有光子带隙而对波长为λ的光进行反射的反射型光子晶体周期结构。
[0134] 另外，空孔101(h)是未超过p型AlGaN层8和多量子势垒层7的界面的结构，并且，空孔101(h)的基板方向上的端面与量子阱层5之间的距离G为势垒层6和多量子势垒层7的膜厚的合计值以上且处于80nm以内。进一步，反射型光子晶体周期结构100的深度h处于p型AlGaN层8和p型GaN接触层9的膜厚的合计值以内。
[0135] 制作了反映出上述结构的计算模型，并同时使用FDTD法以及光线追踪法对光提取效率增减率(Enhancement of LEE)以及光提取效率(LEE)进行了计算。图13中示出了上述p型GaN接触层的光子晶体计算模型。而且，表3、图14(a)的光提取效率增减率、图14(b)的光提取效率、图14(c)的辐射图案(Radiation Pattern)中示出了解析结果。[表3][0136]
[0137] 在图14(a)的光提取效率增减率中，在从空孔的端面至量子阱层的距离为50nm时，在所有深度中都能够获得相对于对照组(Flat)的强度达到2.5倍以上的极大值。另外，在图14(c)的辐射图案中，在具有光子晶体周期结构时，相对于对照组(Flat)朝向正面方向(角度0～10°)的输出值增大。另一方面，在图14(b)中的通过FDTD法和光线追踪法的交叉模拟而获得的光提取效率中，随着光子晶体的深度增大而略微减小。因此，尝试对光子晶体的深度为120nm、140nm、160nm的截面处的电场强度分布进行了比较。
[0138] 图15A是光子晶体的深度为120nm的截面处的电场强度分布。图15B是光子晶体的深度为140nm的截面处的电场强度分布。图15C是光子晶体的深度为160nm的截面处的电场强度分布。根据图15A至图15C(电场强度分布)可知，无论何种深度，侵入至光子晶体的光(电场)都到达光子晶体的最深部。而且，随着深度的增大，光(电场)侵入p型GaN接触层，因此，能够想到其理由在于光被吸收而消失。
[0139] 因此，当在p型GaN接触层形成光子晶体时，为了使光子晶体的深度变浅也优选减薄p型GaN接触层的膜厚。
[0140] (第五实施方式)
[0141] 接下来，作为本发明的第五实施方式所涉及的深紫外LED，图16A(a-1)、图16A(a-2)中示出了设计波长λ设为280nm的AlGaN基深紫外LED的结构。图16A(a-1)为剖视图，图16A(a-2)为俯视图。图16B(b)是搭载于表面安装型封装体的深紫外LED。
[0142] 上述LED与第四实施方式中的深紫外LED的层叠薄膜结构相同，但是，p型GaN接触层9的膜厚为150nm，这一点有所不同。其成为从器件制造工艺上的其他方法的观点来看的变形例。
[0143] 而且，包括p型GaN接触层9和p型AlGaN层8的界面在内，在基板方向上未超过p型AlGaN层的范围内设置光子晶体周期结构100，并且，光子晶体周期结构100是因设置有空孔(柱状结构、孔)101(h)、且具有光子带隙而对波长为λ的光进行反射的反射型光子晶体周期结构。
[0144] 另外，空孔101(h)形成为未超过p型AlGaN层8和多量子势垒层7的界面、但到达p型GaN接触层9和Ni层10的界面的结构，并且，空孔101(h)的基板方向上的端面与量子阱层5之间的距离G为势垒层6和多量子势垒层7的膜厚的合计值以上、且处于80nm以内。进一步，反射型光子晶体周期结构100的深度h处于p型AlGaN层8和p型GaN接触层9的膜厚的合计值以内。
[0145] 制作了反映出上述结构的计算模型，并同时使用FDTD法以及光线追踪法而对光提取效率增减率(Enhancement of LEE)以及光提取效率(LEE)进行了计算。图17中示出了上述p型GaN接触层的光子晶体计算模型。而且，表4、图18(a)的光提取效率增减率、图18(b)的光提取效率、图18(c)的辐射图案(Radiation Pattern)中示出了解析结果。
[0146] [表4]
[0147]
[0148] 在图18(a)的光提取效率增减率中，在距量子阱层5的距离为60nm时，能够获得相对于对照组(Flat)的强度达到2.5倍以上的极大值。另外，在图18(b)的光提取效率中也能够获得15.7％的极大值。进一步，在辐射图案中，轴上(0～10°)的输出相对于对照组(Flat)增大。
[0149] (第六实施方式)
[0150] 接下来，作为本发明的第六实施方式所涉及的深紫外LED，图19A(a-1)、图19A(a-2)中示出了设计波长λ设为280nm的AlGaN基深紫外LED的结构。图19A(a-1)为剖视图，图19A(a-2)为俯视图。图19B(b)是搭载于表面安装型封装体的深紫外LED。
[0151] 上述LED与第二实施方式中的深紫外LED的层叠薄膜结构相同，但是成为从器件制造工艺上的其他方法的观点来看的变形例。
[0152] 而且，p型AlGaN接触层8a的膜厚处于100nm以内，在p型AlGaN接触层8a，在基板方向上未超过p型AlGaN接触层的范围内设置光子晶体周期结构100，并且，光子晶体周期结构100是因设置有空孔(柱状结构、孔)101(h)、且具有光子带隙而对波长为λ的光进行反射的反射型光子晶体周期结构。
[0153] 另外，空孔101(h)形成为未超过p型AlGaN接触层8a和多量子势垒层7的界面、但却到达p型AlGaN接触层8a和极薄膜Ni层10a的界面的结构，并且，空孔101(h)的基板方向上的端面与量子阱层5之间的距离G为势垒层6和多量子势垒层7的膜厚的合计值以上、且处于80nm以内。进一步，反射型光子晶体周期结构100的深度h处于p型AlGaN接触层8a的膜厚以内。
[0154] 制作了反映出上述结构的计算模型，并同时使用FDTD法以及光线追踪法而对光提取效率增减率(Enhancement of LEE)以及光提取效率(LEE)进行了计算。图20中示出了上述p型AlGaN接触层的光子晶体计算模型。而且，表5、图21(a)的光提取效率增减率、图21(b)的LEE、图21(c)的辐射图案(Radiation Pattern)中示出了解析结果。[表5]
[0155]
[0156] 在图21(a)的光提取效率增减率中，在距量子阱层5的距离为50nm时，能够获得相对于对照组(Flat)的强度达到1.75倍的极大值。另外，在图21(b)的光提取效率中，能够获得23.0％的极大值。进一步，在图21(c)的辐射图案中，轴上(0～10°)的输出相对于对照组(Flat)增大。
[0157] (第七实施方式)
[0158] 接下来，作为本发明的第七实施方式所涉及的深紫外LED，图22A(a-1)、图22A(a-2)中示出了设计波长λ设为280nm的AlGaN基深紫外LED的结构。图22A(a-1)为剖视图，图22A(a-2)为俯视图。图22B(b)是搭载于表面安装型封装体的深紫外LED。
[0159] 上述LED与第一实施方式以及第四实施方式中的深紫外LED的层叠薄膜结构相同，但是，设置光子晶体周期结构100的位置不同。其成为从器件制造工艺上的其他方法的观点来看的变形例。
[0160] 在基板方向上，将光子晶体周期结构100设置为未超过p型GaN接触层9和p型AlGaN层8的界面、且处于p型GaN接触层9的膜厚的范围内，并且，光子晶体周期结构100是因设置有空孔(柱状结构、孔)101(h)、且具有光子带隙而对波长为λ的光进行反射的反射型光子晶体周期结构。
[0161] 另外，空孔101(h)未超过p型GaN接触层9和Ni层10的界面，并且，空孔101(h)的基板方向上的端面与量子阱层5之间的距离G为势垒层6和多量子势垒层7的膜厚的合计值以上、且处于80nm以内。进一步，反射型光子晶体周期结构100的深度h处于p型GaN接触层9的膜厚以内。
[0162] 在上述结构中，在量子阱层5发出的波长为λ的深紫外光的TE光和TM光向所有方向辐射一边进行楕圆偏振、一边在介质中传播。由于在量子阱层5的附近设置的光子晶体周期结构100设置于p型GaN接触层9的膜厚内，因此，在端面处，形成为p型GaN接触层9和空气的两种具有不同的折射率的结构体，当将空孔的半径R与周期a之比即R/a设为R/a＝0.4时，通过下式对上述光子晶体的填充率f进行计算，f＝2π/30.5×(R/a)2＝0.58。
[0163] 而且，由于空气的折射率n1＝1.0、p型GaN的折射率n2＝2.618、f＝0.58，因此，通过下式对等效折射率neff进行计算，得出neff＝(n22+(n12-n22)×f)0.5＝1.859。
[0164] 而且，确认了如下情况：当设为发光波长λ＝280nm时，通过平面波展开法求出该光子晶体周期结构满足布拉格散射条件(mλ/neff＝2a，其中，neff：等效折射率，a：周期，m：次数)的情况下的TE光和TM光的光子能带结构，在TE光中能够在第一光子能带和第二光子能带之间获得PBG。
[0165] 制作了反映出上述结构的计算模型，并同时使用FDTD法以及光线追踪法对光提取效率增减率(Enhancement of LEE)以及光提取效率(LEE)进行了计算。图23中示出了上述LED结构的光子晶体计算模型。在上述计算模型中，使p型AlGaN层8的膜厚在0nm至30nm的范围内以10nm而阶梯式地变化，将空孔101(h)的位置设定为使得基板方向上的端面处于距p型AlGaN层8和p型GaN接触层9的界面为120nm的深度。在该情况下，随着p型AlGaN层8的膜厚变薄，量子阱层5与空孔101(h)的基板方向上的端面之间的距离G变短。即，在p型AlGaN层8的膜厚为0nm时，距离G变为50nm，同样地，膜厚设定为以10nm而阶梯式地变化，当p型AlGaN层8的膜厚为30nm时，距离G为80nm。表6、图24(a)的光提取效率增减率、图24(b)的光提取效率、图24(c)的辐射图案(Radiation Pattern)示出了该解析结果。
[0166] [表6]
[0167]
[0168] 在图24(a)的光提取效率增减率中，随着p型AlGaN层的膜厚变薄，光提取效率增减率升高，在距量子阱层5的距离G为50nm(该情况下的p型AlGaN层的膜厚为0nm)时获得约2.7倍的强度的极大值，在距离G为60nm(同样，p型AlGaN层的膜厚为10nm)时也获得约2.5倍的强度。另外，在图24(b)的光提取效率中，在距离G为50nm时也获得17.3％的极大值。进一步，图24(c)示出了距离G为50nm时的辐射图案，可知轴上方向(0～30°)的输出相对于对照组(Flat)增大。
[0169] 以下，在形成图1A等所示的结构之后制作LED器件。
[0170] 根据上述各实施方式所涉及的深紫外LED技术，通过在膜厚较薄的p型AlGaN层设置光子晶体周期结构，能够飞跃性地提高深紫外LED的LEE。
[0171] 在上述实施方式中，关于附图所示的结构等，并不限定于这些结构，可以在发挥本发明的效果的范围内适当地进行变更。除此之外，只要未脱离本发明的目的范围便能够适当地进行变更实施。
[0172] 另外，可以任意地取舍选择本发明的各结构要素，具备取舍选择后的结构的发明也包含在本发明中。
[0173] 【工业上的可利用性】
[0174] 本发明能够用于深紫外LED。
[0175] 符号说明
[0176] 1…蓝宝石基板、2…AlN缓冲层、3…n型AlGaN层、4…势垒层、5…量子阱层、6…势垒层、7…多量子势垒层(MQB)、8…p型AlGaN层(透明p型AlGaN层)、8a…p型AlGaN接触层(透明p型AlGaN接触层)、9…p型GaN接触层、10…Ni层、11…Au反射电极层。
