(57)【要約】深紫外ＬＥＤにおいて光取出し効率を高める。設計波長をλとする深紫外ＬＥＤであって、反射電極層と、金属層と、ｐ型ＧａＮコンタクト層と、波長λに対し透明な、ｐ型ＡｌＧａＮ層、多重量子障壁層或いは電子ブロック層、バリア層、量子井戸層とを、基板とは反対側からこの順で有し、前記ｐ型ＡｌＧａＮ層の膜厚が１００ｎｍ以内で、少なくとも前記ｐ型ＧａＮコンタクト層と前記ｐ型ＡｌＧａＮ層との界面を含み、前記基板方向において前記ｐ型ＡｌＧａＮ層を超えない厚さ方向の範囲内に設けられた複数の空孔を有する反射型フォトニック結晶周期構造を有し、前記空孔の基板方向の端面から量子井戸層までの距離が前記バリア層と前記多重量子障壁層（或いは前記電子ブロック層）の膜厚の合計値以上８０ｎｍ以内及びその深さｈが前記ｐ型ＡｌＧａＮ層と前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の膜厚の合計値以内において光取出し効率の極大値が得られ、かつ、前記反射型フォトニック結晶周期構造は、ＴＥ偏光成分に対して開かれるフォトニックバンドギャップを有し、前記設計波長λの光に対して前記フォトニック結晶周期構造の周期ａがブラッグの条件を満たし、かつ、ブラッグの条件式にある次数ｍは１≦ｍ≦５を満たし、前記空孔の半径をＲとした時、フォトニックバンドギャップが最大となるＲ／ａを満たすことを特徴とする深紫外ＬＥＤ。
2017168811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
設計波長をλとする深紫外ＬＥＤであって、反射電極層と、金属層と、ｐ型ＧａＮコンタクト層と、波長λに対し透明な、ｐ型ＡｌＧａＮ層、多重量子障壁層或いは電子ブロック層、バリア層、量子井戸層とを、基板とは反対側からこの順で有し、前記ｐ型ＡｌＧａＮ層の膜厚が１００ｎｍ以内で、少なくとも前記ｐ型ＧａＮコンタクト層と前記ｐ型ＡｌＧａＮ層との界面を含み、前記基板方向において前記ｐ型ＡｌＧａＮ層を超えない厚さ方向の範囲内に設けられた複数の空孔を有する反射型フォトニック結晶周期構造を有し、前記空孔の基板方向の端面から量子井戸層までの距離が前記バリア層と前記多重量子障壁層或いは前記電子ブロック層の膜厚の合計値以上８０ｎｍ以内及びその深さｈが前記ｐ型ＡｌＧａＮ層と前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の膜厚の合計値以内において光取出し効率の極大値が得られ、かつ、前記反射型フォトニック結晶周期構造は、ＴＥ偏光成分に対して開かれるフォトニックバンドギャップを有し、前記設計波長λの光に対して前記フォトニック結晶周期構造の周期ａがブラッグの条件を満たし、かつ、ブラッグの条件式にある次数ｍは１≦ｍ≦５を満たし、前記空孔の半径をＲとした時、フォトニックバンドギャップが最大となるＲ／ａを満たすことを特徴とする深紫外ＬＥＤ。
【請求項２】
設計波長をλとする深紫外ＬＥＤであって、反射電極層と、極薄膜金属層と、波長λに対し透明な、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層、多重量子障壁層或いは電子ブロック層、バリア層、量子井戸層とを、基板とは反対側からこの順で有し、前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の膜厚が１００ｎｍ以内で、前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層内に、前記基板方向において前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層を超えない厚さ方向の範囲内に設けられた複数の空孔を有する反射型フォトニック結晶周期構造を有し、前記空孔の基板方向の端面から量子井戸層までの距離が前記バリア層と前記多重量子障壁層或いは前記電子ブロック層の膜厚の合計値以上８０ｎｍ以内及びその深さｈが前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の膜厚以内において光取出し効率の極大値が得られ、かつ、前記反射型フォトニック結晶周期構造は、ＴＥ偏光成分に対して開かれるフォトニックバンドギャップを有し、前記設計波長λの光に対して前記フォトニック結晶周期構造の周期ａがブラッグの条件を満たし、かつ、ブラッグの条件式にある次数ｍは１≦ｍ≦５を満たし、前記空孔の半径をＲとした時、フォトニックバンドギャップが最大となるＲ／ａを満たすことを特徴とする深紫外ＬＥＤ。
【請求項３】
設計波長をλとする深紫外ＬＥＤであって、反射電極層と、金属層と、ｐ型ＧａＮコンタクト層と、波長λに対し透明な、ｐ型ＡｌＧａＮ層、多重量子障壁層或いは電子ブロック層、バリア層、量子井戸層とを、基板とは反対側からこの順で有し、前記ｐ型ＡｌＧａＮ層の膜厚が１００ｎｍ以内で、少なくとも前記ｐ型ＧａＮコンタクト層と前記ｐ型ＡｌＧａＮ層との界面を含み、前記基板方向において前記ｐ型ＡｌＧａＮ層を超えない厚さ方向からｐ型ＧａＮコンタクト層及び金属層を貫通し、反射電極層内に達しているが、反射電極層を超えない位置に設けられた複数の空孔を有する反射型フォトニック結晶周期構造を有し、前記空孔の基板方向の端面から量子井戸層までの距離が前記バリア層と前記多重量子障壁層或いは前記電子ブロック層の膜厚の合計値以上８０ｎｍ以内において光取出し効率の極大値が得られ、かつ、前記反射型フォトニック結晶周期構造は、ＴＥ偏光成分に対して開かれるフォトニックバンドギャップを有し、前記設計波長λの光に対して前記フォトニック結晶周期構造の周期ａがブラッグの条件を満たし、かつ、ブラッグの条件式にある次数ｍは１≦ｍ≦５を満たし、前記空孔の半径をＲとした時、フォトニックバンドギャップが最大となるＲ／ａを満たすことを特徴とする深紫外ＬＥＤ。
【請求項４】
設計波長をλとする深紫外ＬＥＤであって、反射電極層と、極薄膜金属層と、波長λに対し透明な、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層、多重量子障壁層或いは電子ブロック層、バリア層、量子井戸層とを、基板とは反対側からこの順で有し、前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の膜厚が１００ｎｍ以内で、前記基板方向において前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層を超えない厚さ方向から極薄膜金属層を貫通し、反射電極層内に達しているが、反射電極層を超えない位置に設けられた複数の空孔を有する反射型フォトニック結晶周期構造を有し、前記空孔の基板方向の端面から量子井戸層までの距離が前記バリア層と前記多重量子障壁層或いは前記電子ブロック層の膜厚の合計値以上８０ｎｍ以内において光取出し効率の極大値が得られ、かつ、前記反射型フォトニック結晶周期構造は、ＴＥ偏光成分に対して開かれるフォトニックバンドギャップを有し、前記設計波長λの光に対して前記フォトニック結晶周期構造の周期ａがブラッグの条件を満たし、かつ、ブラッグの条件式にある次数ｍは１≦ｍ≦５を満たし、前記空孔の半径をＲとした時、フォトニックバンドギャップが最大となるＲ／ａを満たすことを特徴とする深紫外ＬＥＤ。
【請求項５】
設計波長をλとする深紫外ＬＥＤであって、反射電極層と、金属層と、ｐ型ＧａＮコンタクト層と、波長λに対し透明な、ｐ型ＡｌＧａＮ層、多重量子障壁層或いは電子ブロック層、バリア層、量子井戸層とを、基板とは反対側からこの順で有し、前記ｐ型ＡｌＧａＮ層の膜厚が１００ｎｍ以内で、少なくとも前記ｐ型ＧａＮコンタクト層と前記ｐ型ＡｌＧａＮ層との界面を含み、前記基板方向において前記ｐ型ＡｌＧａＮ層を超えない厚さ方向からｐ型ＧａＮコンタクト層と金属層の界面にかけて設けられた複数の空孔を有する反射型フォトニック結晶周期構造を有し、前記空孔の基板方向の端面から量子井戸層までの距離が前記バリア層と前記多重量子障壁層或いは前記電子ブロック層の膜厚合計値以上８０ｎｍ以内及びその深さｈが前記ｐ型ＡｌＧａＮ層と前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の膜厚の合計値以内において光取出し効率の極大値が得られ、かつ、前記反射型フォトニック結晶周期構造は、ＴＥ偏光成分に対して開かれるフォトニックバンドギャップを有し、前記設計波長λの光に対して前記フォトニック結晶周期構造の周期ａがブラッグの条件を満たし、かつ、ブラッグの条件式にある次数ｍは１≦ｍ≦５を満たし、前記空孔の半径をＲとした時、フォトニックバンドギャップが最大となるＲ／ａを満たすことを特徴とする深紫外ＬＥＤ。
【請求項６】
設計波長をλとする深紫外ＬＥＤであって、反射電極層と、極薄膜金属層と、波長λに対し透明な、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層、多重量子障壁層或いは電子ブロック層、バリア層、量子井戸層とを、基板とは反対側からこの順で有し、前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の膜厚が１００ｎｍ以内で、前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層内に、前記基板方向において前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層を超えない厚さ方向からｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層と極薄膜金属層の界面にかけて設けられた複数の空孔を有する反射型フォトニック結晶周期構造を有し、前記空孔の基板方向の端面から量子井戸層までの距離が前記バリア層と前記多重量子障壁層或いは前記電子ブロック層の膜厚の合計値以上８０ｎｍ以内及びその深さｈがｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の膜厚以内において光取出し効率の極大値が得られ、かつ、前記反射型フォトニック結晶周期構造は、ＴＥ偏光成分に対して開かれるフォトニックバンドギャップを有し、前記設計波長λの光に対して前記フォトニック結晶周期構造の周期ａがブラッグの条件を満たし、かつ、ブラッグの条件式にある次数ｍは１≦ｍ≦５を満たし、前記空孔の半径をＲとした時、フォトニックバンドギャップが最大となるＲ／ａを満たすことを特徴とする深紫外ＬＥＤ。
【請求項７】
設計波長をλとする深紫外ＬＥＤであって、反射電極層と、金属層と、ｐ型ＧａＮコンタクト層と、波長λに対し透明な、ｐ型ＡｌＧａＮ層、多重量子障壁層或いは電子ブロック層、バリア層、量子井戸層とを、基板とは反対側からこの順で有し、前記ｐ型ＡｌＧａＮ層の膜厚が１００ｎｍ以内で、前記ｐ型ＧａＮコンタクト層と前記ｐ型ＡｌＧａＮ層との界面を超えず、かつ、前記基板方向において前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の膜厚の範囲内に設けられた複数の空孔を有する反射型フォトニック結晶周期構造を有し、前記空孔の基板方向の端面から量子井戸層までの距離が前記バリア層と前記多重量子障壁層或いは前記電子ブロック層の膜厚の合計値以上８０ｎｍ以内及びその深さｈが前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の膜厚以内において光取出し効率の極大値が得られ、かつ、前記反射型フォトニック結晶周期構造は、ＴＥ偏光成分に対して開かれるフォトニックバンドギャップを有し、前記設計波長λの光に対して前記フォトニック結晶周期構造の周期ａがブラッグの条件を満たし、かつ、ブラッグの条件式にある次数ｍは１≦ｍ≦５を満たし、前記空孔の半径をＲとした時、フォトニックバンドギャップが最大となるＲ／ａを満たすことを特徴とする深紫外ＬＥＤ。
【請求項８】
請求項１記載の深紫外ＬＥＤの製造方法であって、
反射電極層と、金属層と、ｐ型ＧａＮコンタクト層と、波長λに対し透明な、ｐ型ＡｌＧａＮ層とを、基板とは反対側からこの順で含有する積層構造体を準備する工程と、
前記ｐ型ＡｌＧａＮ層の膜厚が１００ｎｍ以内で、少なくとも前記ｐ型ＧａＮコンタクト層と前記ｐ型ＡｌＧａＮ層との界面を含み、前記基板方向において前記ｐ型ＡｌＧａＮ層を超えない厚さ方向の範囲内に設けられた複数の空孔を有する反射型フォトニック結晶周期構造を有し、前記空孔の基板方向の端面から量子井戸層までの距離が前記バリア層と前記多重量子障壁層或いは前記電子ブロック層の膜厚の合計値以上８０ｎｍ以内及びその深さｈが前記ｐ型ＡｌＧａＮ層と前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の膜厚の合計値以内において光取出し効率の極大値が得られる反射型フォトニック結晶周期構造を形成するための金型を準備する工程と、
前記積層構造体上に、レジスト層を形成し、前記金型の構造を転写する工程と、
前記レジスト層をマスクとして順次前記積層構造体をエッチングしてフォトニック結晶周期構造を形成する工程と
を有する深紫外ＬＥＤの製造方法。
【請求項９】
請求項２記載の深紫外ＬＥＤの製造方法であって、
反射電極層と、極薄膜金属層と、波長λに対し透明な、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層とを、基板とは反対側からこの順で含有する積層構造体を準備する工程と、
前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の膜厚が１００ｎｍ以内で、前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層内に、前記基板方向において前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層を超えない厚さ方向の範囲内に設けられた複数の空孔を有する反射型フォトニック結晶周期構造を有し、前記空孔の基板方向の端面から量子井戸層までの距離が前記バリア層と前記多重量子障壁層或いは前記電子ブロック層の膜厚の合計値以上８０ｎｍ以内及びその深さｈが前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の膜厚以内において光取出し効率の極大値が得られる反射型フォトニック結晶周期構造を形成するための金型を準備する工程と、
前記積層構造体上に、レジスト層を形成し、前記金型の構造を転写する工程と、
前記レジスト層をマスクとして順次前記積層構造体をエッチングしてフォトニック結晶周期構造を形成する工程とを有する深紫外ＬＥＤの製造方法。
【請求項１０】
請求項３記載の深紫外ＬＥＤの製造方法であって、
反射電極層と、金属層と、ｐ型ＧａＮコンタクト層と、波長λに対し透明な、ｐ型ＡｌＧａＮ層とを、基板とは反対側からこの順で含有する積層構造体を準備する工程と、
前記ｐ型ＡｌＧａＮ層の膜厚が１００ｎｍ以内で、少なくとも前記ｐ型ＧａＮコンタクト層と前記ｐ型ＡｌＧａＮ層との界面を含み、前記基板方向において前記ｐ型ＡｌＧａＮ層を超えない厚さ方向からｐ型ＧａＮコンタクト層と金属層を貫通し、反射電極層内に達しているが、反射電極層を超えない位置に設けられた複数の空孔を有する反射型フォトニック結晶周期構造を有し、前記空孔の基板方向の端面から量子井戸層までの距離が前記バリア層と前記多重量子障壁層或いは前記電子ブロック層の膜厚の合計値以上８０ｎｍ以内において光取出し効率の極大値が得られる反射型フォトニック結晶周期構造を形成するための金型を準備する工程と、
前記積層構造体上に、レジスト層を形成し、前記金型の構造を転写する工程と、
前記レジスト層をマスクとして順次前記積層構造体をエッチングしてフォトニック結晶周期構造を形成する工程と、
反射電極層を再蒸着させる工程と
を有する深紫外ＬＥＤの製造方法。
【請求項１１】
請求項４記載の深紫外ＬＥＤの製造方法であって、
反射電極層と、極薄膜金属層と、波長λに対し透明な、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層とを、基板とは反対側からこの順で含有する積層構造体を準備する工程と、
前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の膜厚が１００ｎｍ以内で、前記基板方向において前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層を超えない厚さ方向から極薄膜金属層を貫通し、反射電極層内に達しているが反射電極層を超えない位置に設けられた複数の空孔を有する反射型フォトニック結晶周期構造を有し、前記空孔の基板方向の端面から量子井戸層までの距離が前記バリア層と前記多重量子障壁層或いは前記電子ブロック層の膜厚の合計値以上８０ｎｍ以内において光取出し効率の極大値が得られる反射型フォトニック結晶周期構造を形成するための金型を準備する工程と、
前記積層構造体上に、レジスト層を形成し、前記金型の構造を転写する工程と、
前記レジスト層をマスクとして順次前記積層構造体をエッチングしてフォトニック結晶周期構造を形成する工程と、
反射電極層を再蒸着させる工程と
を有する深紫外ＬＥＤの製造方法。
【請求項１２】
請求項５記載の深紫外ＬＥＤの製造方法であって、
反射電極層と、金属層と、ｐ型ＧａＮコンタクト層と、波長λに対し透明な、ｐ型ＡｌＧａＮ層とを、基板とは反対側からこの順で含有する積層構造体を準備する工程と、
前記ｐ型ＡｌＧａＮ層の膜厚が１００ｎｍ以内で、少なくとも前記ｐ型ＧａＮコンタクト層と前記ｐ型ＡｌＧａＮ層との界面を含み、前記基板方向において前記ｐ型ＡｌＧａＮ層を超えない厚さ方向からｐ型ＧａＮコンタクト層と金属層の界面にかけて設けられた複数の空孔を有する反射型フォトニック結晶周期構造を有し、前記空孔の基板方向の端面から量子井戸層までの距離が前記バリア層と前記多重量子障壁層或いは前記電子ブロック層の膜厚の合計値以上８０ｎｍ以内及びその深さｈが前記ｐ型ＡｌＧａＮ層と前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の膜厚の合計値以内において光取出し効率の極大値が得られる反射型フォトニック結晶周期構造を形成するための金型を準備する工程と、
前記積層構造体のうち前記ｐ型ＧａＮコンタクト層まで結晶成長させた上に、レジスト層を形成し、前記金型の構造を転写する工程と、
前記レジスト層をマスクとして順次前記積層構造体をエッチングしてフォトニック結晶周期構造を形成する工程と、
前記フォトニック結晶周期構造形成後に金属層と反射電極層をこの順で斜め蒸着させる工程と
を有する深紫外ＬＥＤの製造方法。
【請求項１３】
請求項６記載の深紫外ＬＥＤの製造方法であって、
反射電極層と、極薄膜金属層と、波長λに対し透明な、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層とを、基板とは反対側からこの順で含有する積層構造体を準備する工程と、
前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の膜厚が１００ｎｍ以内で、前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層内に、前記基板方向において前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層を超えない厚さ方向からｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層と極薄膜金属層の界面にかけて設けられた複数の空孔を有する反射型フォトニック結晶周期構造を有し、前記空孔の基板方向の端面から量子井戸層までの距離が前記バリア層と前記多重量子障壁層或いは前記電子ブロック層の膜厚の合計値以上８０ｎｍ以内及びその深さｈが前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の膜厚以内において光取出し効率の極大値が得られる反射型フォトニック結晶周期構造を形成するための金型を準備する工程と、
前記積層構造体のうち前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層まで結晶成長させた上に、レジスト層を形成し、前記金型の構造を転写する工程と、
前記レジスト層をマスクとして順次前記積層構造体をエッチングしてフォトニック結晶周期構造を形成する工程と、
前記フォトニック結晶周期構造形成後に極薄膜金属層と反射電極層をこの順で斜め蒸着させる工程と
を有する深紫外ＬＥＤの製造方法。
【請求項１４】
請求項７記載の深紫外ＬＥＤの製造方法であって、
反射電極層と、金属層と、ｐ型ＧａＮコンタクト層と、波長λに対し透明な、ｐ型ＡｌＧａＮ層とを、基板とは反対側からこの順で含有する積層構造体を準備する工程と、前記ｐ型ＡｌＧａＮ層の膜厚が１００ｎｍ以内で、前記ｐ型ＧａＮコンタクト層と前記ｐ型ＡｌＧａＮ層との界面を超えず、かつ、前記基板方向において前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の膜厚の範囲内に設けられた複数の空孔を有する反射型フォトニック結晶周期構造を有し、前記空孔の基板方向の端面から量子井戸層までの距離が前記バリア層と前記多重量子障壁層或いは前記電子ブロック層の膜厚の合計値以上８０ｎｍ以内及びその深さｈが前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の膜厚以内において光取出し効率の極大値が得られる反射型フォトニック結晶周期構造を形成するための金型を準備する工程と、前記積層構造体のうち前記ｐ型ＧａＮコンタクト層まで結晶成長させた上に、レジスト層を形成し、前記金型の構造を転写する工程と、前記レジスト層をマスクとして順次前記積層構造体をエッチングしてフォトニック結晶周期構造を形成する工程と、を有する深紫外ＬＥＤの製造方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＡｌＧａＮ系深紫外ＬＥＤ技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光波長が２８０ｎｍ以下の深紫外ＬＥＤは、殺菌、浄水・空気浄化、医療などの幅広い応用分野で、水銀ランプ殺菌灯の代替技術として注目されている。しかし、ＬＥＤの電力光変換効率（ＷＰＥ）は数％と水銀ランプの２０％と比較して著しく低い。その主な理由は、発光した光がｐ型ＧａＮコンタクト層で５０％以上吸収されるために光取出し効率（ＬＥＥ）が、６％程度と低いことに起因する。【０００３】
特許文献１によれば、ｐ型ＧａＮコンタクト層とｐ型ＡｌＧａＮ層との界面を含む厚さ方向にフォトニック結晶を設けて、入射光を反射させて上記吸収を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５７５７５１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記文献に設けられたフォトニック結晶の深さは周期と同等以上の３００ｎｍ程度の深さがないと有効な反射効果が得られない。そのためには、ｐ型ＧａＮコンタクト層とｐ型ＡｌＧａＮ層の膜厚総和が３００ｎｍ以上、或いはｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の膜厚が３００ｎｍ以上必要となる。【０００６】
ところが、ｐ型ＡｌＧａＮ層を膜厚３００ｎｍとすると、白濁し、十分な透明度を確保することができず、結果としてＬＥＥが低下するという問題が生じる。【０００７】
本発明は、深紫外ＬＥＤにおいて、光取出し効率を高める新たな技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第一の観点によれば、設計波長をλとする深紫外ＬＥＤであって、反射電極層と、金属層と、ｐ型ＧａＮコンタクト層と、波長λに対し透明な、ｐ型ＡｌＧａＮ層、多重量子障壁層（或いは電子ブロック層）、バリア層、量子井戸層とを、基板とは反対側からこの順で有し、前記ｐ型ＡｌＧａＮ層の膜厚が１００ｎｍ以内で、少なくとも前記ｐ型ＧａＮコンタクト層と前記ｐ型ＡｌＧａＮ層との界面を含み、前記基板方向において前記ｐ型ＡｌＧａＮ層を超えない厚さ方向の範囲内に設けられた複数の空孔を有する反射型フォトニック結晶周期構造を有し、前記空孔の基板方向の端面から量子井戸層までの距離が前記バリア層と前記多重量子障壁層（或いは前記電子ブロック層）の膜厚の合計値以上８０ｎｍ以内及びその深さｈが前記ｐ型ＡｌＧａＮ層と前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の膜厚の合計値以内において光取出し効率の極大値が得られ、かつ、前記反射型フォトニック結晶周期構造は、ＴＥ偏光成分に対して開かれるフォトニックバンドギャップを有し、前記設計波長λの光に対して前記フォトニック結晶周期構造の周期ａがブラッグの条件を満たし、かつ、ブラッグの条件式にある次数ｍは１≦ｍ≦５を満たし、前記空孔の半径をＲとした時、フォトニックバンドギャップが最大となるＲ／ａを満たすことを特徴とする深紫外ＬＥＤが提供される。【０００９】
本発明の第二の観点によれば、設計波長をλとする深紫外ＬＥＤであって、反射電極層と、極薄膜金属層と、波長λに対し透明な、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層、多重量子障壁層（或いは電子ブロック層）、バリア層、量子井戸層とを、基板とは反対側からこの順で有し、前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の膜厚が１００ｎｍ以内で、前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層内に、前記基板方向において前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層を超えない厚さ方向の範囲内に設けられた複数の空孔を有する反射型フォトニック結晶周期構造を有し、前記空孔の基板方向の端面から量子井戸層までの距離が前記バリア層と前記多重量子障壁層（或いは前記電子ブロック層）の膜厚の合計値以上８０ｎｍ以内及びその深さｈが前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の膜厚以内において光取出し効率の極大値が得られ、かつ、前記反射型フォトニック結晶周期構造は、ＴＥ偏光成分に対して開かれるフォトニックバンドギャップを有し、前記設計波長λの光に対して前記フォトニック結晶周期構造の周期ａがブラッグの条件を満たし、かつ、ブラッグの条件式にある次数ｍは１≦ｍ≦５を満たし、前記空孔の半径をＲとした時、フォトニックバンドギャップが最大となるＲ／ａを満たすことを特徴とする深紫外ＬＥＤが提供される。【００１０】
本発明の第三の観点によれば、設計波長をλとする深紫外ＬＥＤであって、反射電極層と、金属層と、ｐ型ＧａＮコンタクト層と、波長λに対し透明な、ｐ型ＡｌＧａＮ層、多重量子障壁層（或いは電子ブロック層）、バリア層、量子井戸層とを、基板とは反対側からこの順で有し、前記ｐ型ＡｌＧａＮ層の膜厚が１００ｎｍ以内で、少なくとも前記ｐ型ＧａＮコンタクト層と前記ｐ型ＡｌＧａＮ層との界面を含み、前記基板方向において前記ｐ型ＡｌＧａＮ層を超えない厚さ方向からｐ型ＧａＮコンタクト層及び金属層を貫通し、反射電極層内に達しているが、反射電極層を超えない位置に設けられた複数の空孔を有する反射型フォトニック結晶周期構造を有し、前記空孔の基板方向の端面から量子井戸層までの距離が前記バリア層と前記多重量子障壁層（或いは前記電子ブロック層）の膜厚の合計値以上８０ｎｍ以内において光取出し効率の極大値が得られ、かつ、前記反射型フォトニック結晶周期構造は、ＴＥ偏光成分に対して開かれるフォトニックバンドギャップを有し、前記設計波長λの光に対して前記フォトニック結晶周期構造の周期ａがブラッグの条件を満たし、かつ、ブラッグの条件式にある次数ｍは１≦ｍ≦５を満たし、前記空孔の半径をＲとした時、フォトニックバンドギャップが最大となるＲ／ａを満たすことを特徴とする深紫外ＬＥＤが提供される。【００１１】
本発明の第四の観点によれば、設計波長をλとする深紫外ＬＥＤであって、反射電極層と、極薄膜金属層と、波長λに対し透明な、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層、多重量子障壁層（或いは電子ブロック層）、バリア層、量子井戸層とを、基板とは反対側からこの順で有し、前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の膜厚が１００ｎｍ以内で、前記基板方向において前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層を超えない厚さ方向から極薄膜金属層を貫通し、反射電極層内に達しているが、反射電極層を超えない位置に設けられた複数の空孔を有する反射型フォトニック結晶周期構造を有し、前記空孔の基板方向の端面から量子井戸層までの距離が前記バリア層と前記多重量子障壁層（或いは前記電子ブロック層）の膜厚の合計値以上８０ｎｍ以内において光取出し効率の極大値が得られ、かつ、前記反射型フォトニック結晶周期構造は、ＴＥ偏光成分に対して開かれるフォトニックバンドギャップを有し、前記設計波長λの光に対して前記フォトニック結晶周期構造の周期ａがブラッグの条件を満たし、かつ、ブラッグの条件式にある次数ｍは１≦ｍ≦５を満たし、前記空孔の半径をＲとした時、フォトニックバンドギャップが最大となるＲ／ａを満たすことを特徴とする深紫外ＬＥＤが提供される。【００１２】
本発明の第五の観点によれば、設計波長をλとする深紫外ＬＥＤであって、反射電極層と、金属層と、ｐ型ＧａＮコンタクト層と、波長λに対し透明な、ｐ型ＡｌＧａＮ層、多重量子障壁層（或いは電子ブロック層）、バリア層、量子井戸層とを、基板とは反対側からこの順で有し、前記ｐ型ＡｌＧａＮ層の膜厚が１００ｎｍ以内で、少なくとも前記ｐ型ＧａＮコンタクト層と前記ｐ型ＡｌＧａＮ層との界面を含み、前記基板方向において前記ｐ型ＡｌＧａＮ層を超えない厚さ方向からｐ型ＧａＮコンタクト層と金属層の界面にかけて設けられた複数の空孔を有する反射型フォトニック結晶周期構造を有し、前記空孔の基板方向の端面から量子井戸層までの距離が前記バリア層と前記多重量子障壁層（或いは前記電子ブロック層）の膜厚の合計値以上８０ｎｍ以内及びその深さｈが前記ｐ型ＡｌＧａＮ層と前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の膜厚の合計値以内において光取出し効率の極大値が得られ、かつ、前記反射型フォトニック結晶周期構造は、ＴＥ偏光成分に対して開かれるフォトニックバンドギャップを有し、前記設計波長λの光に対して前記フォトニック結晶周期構造の周期ａがブラッグの条件を満たし、かつ、ブラッグの条件式にある次数ｍは１≦ｍ≦５を満たし、前記空孔の半径をＲとした時、フォトニックバンドギャップが最大となるＲ／ａを満たすことを特徴とする深紫外ＬＥＤが提供される。【００１３】
本発明の第六の観点によれば、設計波長をλとする深紫外ＬＥＤであって、反射電極層と、極薄膜金属層と、波長λに対し透明な、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層、多重量子障壁層（或いは電子ブロック層）、バリア層、量子井戸層とを、基板とは反対側からこの順で有し、前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の膜厚が１００ｎｍ以内で、前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層内に、前記基板方向において前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層を超えない厚さ方向からｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層と極薄膜金属層の界面にかけて設けられた複数の空孔を有する反射型フォトニック結晶周期構造を有し、前記空孔の基板方向の端面から量子井戸層までの距離が前記バリア層と前記多重量子障壁層（或いは前記電子ブロック層）の膜厚の合計値以上８０ｎｍ以内及びその深さｈが前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の膜厚以内において光取出し効率の極大値が得られ、かつ、前記反射型フォトニック結晶周期構造は、ＴＥ偏光成分に対して開かれるフォトニックバンドギャップを有し、前記設計波長λの光に対して前記フォトニック結晶周期構造の周期ａがブラッグの条件を満たし、かつ、ブラッグの条件式にある次数ｍは１≦ｍ≦５を満たし、前記空孔の半径をＲとした時、フォトニックバンドギャップが最大となるＲ／ａを満たすことを特徴とする深紫外ＬＥＤが提供される。【００１４】
本発明の第七の観点によれば、設計波長をλとする深紫外ＬＥＤであって、反射電極層と、金属層と、ｐ型ＧａＮコンタクト層と、波長λに対し透明な、ｐ型ＡｌＧａＮ層、多重量子障壁層（或いは電子ブロック層）、バリア層、量子井戸層とを、基板とは反対側からこの順で有し、前記ｐ型ＡｌＧａＮ層の膜厚が１００ｎｍ以内で、前記ｐ型ＧａＮコンタクト層と前記ｐ型ＡｌＧａＮ層との界面を超えず、かつ、前記基板方向において前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の膜厚の範囲内に設けられた複数の空孔を有する反射型フォトニック結晶周期構造を有し、前記空孔の基板方向の端面から量子井戸層までの距離が前記バリア層と前記多重量子障壁層（或いは前記電子ブロック層）の膜厚の合計値以上８０ｎｍ以内及びその深さｈが前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の膜厚以内において光取出し効率の極大値が得られ、かつ、前記反射型フォトニック結晶周期構造は、ＴＥ偏光成分に対して開かれるフォトニックバンドギャップを有し、前記設計波長λの光に対して前記フォトニック結晶周期構造の周期ａがブラッグの条件を満たし、かつ、ブラッグの条件式にある次数ｍは１≦ｍ≦５を満たし、前記空孔の半径をＲとした時、フォトニックバンドギャップが最大となるＲ／ａを満たすことを特徴とする深紫外ＬＥＤが提供される。【００１５】
本発明の第八の観点によれば、上記第一の観点による深紫外ＬＥＤの製造方法であって、反射電極層と、金属層と、ｐ型ＧａＮコンタクト層と、波長λに対し透明な、ｐ型ＡｌＧａＮ層とを、基板とは反対側からこの順で含有する積層構造体を準備する工程と、前記ｐ型ＡｌＧａＮ層の膜厚が１００ｎｍ以内で、少なくとも前記ｐ型ＧａＮコンタクト層と前記ｐ型ＡｌＧａＮ層との界面を含み、前記基板方向において前記ｐ型ＡｌＧａＮ層を超えない厚さ方向の範囲内に設けられた複数の空孔を有する反射型フォトニック結晶周期構造を有し、前記空孔の基板方向の端面から量子井戸層までの距離が前記バリア層と前記多重量子障壁層（或いは前記電子ブロック層）の膜厚の合計値以上８０ｎｍ以内及びその深さｈが前記ｐ型ＡｌＧａＮ層と前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の膜厚の合計値以内において光取出し効率の極大値が得られる反射型フォトニック結晶周期構造を形成するための金型を準備する工程と、前記積層構造体上に、レジスト層を形成し、前記金型の構造を転写する工程と、前記レジスト層をマスクとして順次前記積層構造体をエッチングしてフォトニック結晶周期構造を形成する工程と、を有する深紫外ＬＥＤの製造方法が提供される。        【００１６】
本発明の第九の観点によれば、上記第二の観点による深紫外ＬＥＤの製造方法であって、反射電極層と、極薄膜金属層と、波長λに対し透明な、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層とを、基板とは反対側からこの順で含有する積層構造体を準備する工程と、前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の膜厚が１００ｎｍ以内で、前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層内に、前記基板方向において前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層を超えない厚さ方向の範囲内に設けられた複数の空孔を有する反射型フォトニック結晶周期構造を有し、前記空孔の基板方向の端面から量子井戸層までの距離が前記バリア層と前記多重量子障壁層（或いは前記電子ブロック層）の膜厚の合計値以上８０ｎｍ以内及びその深さｈが前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の膜厚以内において光取出し効率の極大値が得られる反射型フォトニック結晶周期構造を形成するための金型を準備する工程と、前記積層構造体上に、レジスト層を形成し、前記金型の構造を転写する工程と、前記レジスト層をマスクとして順次前記積層構造体をエッチングしてフォトニック結晶周期構造を形成する工程と、を有する深紫外ＬＥＤの製造方法が提供される。【００１７】
本発明の第十の観点によれば、上記第三の観点による深紫外ＬＥＤの製造方法であって、反射電極層と、金属層と、ｐ型ＧａＮコンタクト層と、波長λに対し透明な、ｐ型ＡｌＧａＮ層とを、基板とは反対側からこの順で含有する積層構造体を準備する工程と、前記ｐ型ＡｌＧａＮ層の膜厚が１００ｎｍ以内で、少なくとも前記ｐ型ＧａＮコンタクト層と前記ｐ型ＡｌＧａＮ層との界面を含み、前記基板方向において前記ｐ型ＡｌＧａＮ層を超えない厚さ方向からｐ型ＧａＮコンタクト層と金属層を貫通し、反射電極層内に達しているが、反射電極層を超えない位置に設けられた複数の空孔を有する反射型フォトニック結晶周期構造を有し、前記空孔の基板方向の端面から量子井戸層までの距離が前記バリア層と前記多重量子障壁層（或いは前記電子ブロック層）の膜厚の合計値以上８０ｎｍ以内において光取出し効率の極大値が得られる反射型フォトニック結晶周期構造を形成するための金型を準備する工程と、前記積層構造体上に、レジスト層を形成し、前記金型の構造を転写する工程と、前記レジスト層をマスクとして順次前記積層構造体をエッチングしてフォトニック結晶周期構造を形成する工程と、反射電極層を再蒸着させる工程と、を有する深紫外ＬＥＤの製造方法が提供される。【００１８】
本発明の第十一の観点によれば、上記第四の観点による深紫外ＬＥＤの製造方法であって、反射電極層と、極薄膜金属層と、波長λに対し透明な、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層とを、基板とは反対側からこの順で含有する積層構造体を準備する工程と、前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の膜厚が１００ｎｍ以内で、前記基板方向において前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層を超えない厚さ方向から極薄膜金属層を貫通し、反射電極層内に達しているが反射電極層を超えない位置に設けられた複数の空孔を有する反射型フォトニック結晶周期構造を有し、前記空孔の基板方向の端面から量子井戸層までの距離が前記バリア層と前記多重量子障壁層（或いは前記電子ブロック層）の膜厚の合計値以上８０ｎｍ以内において光取出し効率の極大値が得られる反射型フォトニック結晶周期構造を形成するための金型を準備する工程と、前記積層構造体上に、レジスト層を形成し、前記金型の構造を転写する工程と、前記レジスト層をマスクとして順次前記積層構造体をエッチングしてフォトニック結晶周期構造を形成する工程と、反射電極層を再蒸着させる工程と、を有する深紫外ＬＥＤの製造方法が提供される。【００１９】
本発明の第十二の観点によれば、上記第五の観点による深紫外ＬＥＤの製造方法であって、反射電極層と、金属層と、ｐ型ＧａＮコンタクト層と、波長λに対し透明な、ｐ型ＡｌＧａＮ層とを、基板とは反対側からこの順で含有する積層構造体を準備する工程と、前記ｐ型ＡｌＧａＮ層の膜厚が１００ｎｍ以内で、少なくとも前記ｐ型ＧａＮコンタクト層と前記ｐ型ＡｌＧａＮ層との界面を含み、前記基板方向において前記ｐ型ＡｌＧａＮ層を超えない厚さ方向からｐ型ＧａＮコンタクト層と金属層の界面にかけて設けられた複数の空孔を有する反射型フォトニック結晶周期構造を有し、前記空孔の基板方向の端面から量子井戸層までの距離が前記バリア層と前記多重量子障壁層（或いは前記電子ブロック層）の膜厚の合計値以上８０ｎｍ以内及びその深さｈが前記ｐ型ＡｌＧａＮ層と前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の膜厚の合計値以内において光取出し効率の極大値が得られる反射型フォトニック結晶周期構造を形成するための金型を準備する工程と、前記積層構造体のうち前記ｐ型ＧａＮコンタクト層まで結晶成長させた上に、レジスト層を形成し、前記金型の構造を転写する工程と、前記レジスト層をマスクとして順次前記積層構造体をエッチングしてフォトニック結晶周期構造を形成する工程と、前記フォトニック結晶周期構造形成後に金属層と反射電極層をこの順で斜め蒸着させる工程と、を有する深紫外ＬＥＤの製造方法が提供される。【００２０】
本発明の第十三の観点によれば上記第六の観点による深紫外ＬＥＤの製造方法であって、反射電極層と、極薄膜金属層と、波長λに対し透明な、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層とを、基板とは反対側からこの順で含有する積層構造体を準備する工程と、前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の膜厚が１００ｎｍ以内で、前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層内に、前記基板方向において前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層を超えない厚さ方向からｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層と極薄膜金属層の界面にかけて設けられた複数の空孔を有する反射型フォトニック結晶周期構造を有し、前記空孔の基板方向の端面から量子井戸層までの距離が前記バリア層と前記多重量子障壁層（或いは前記電子ブロック層）の膜厚の合計値以上８０ｎｍ以内及びその深さｈが前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の膜厚以内において光取出し効率の極大値が得られる反射型フォトニック結晶周期構造を形成するための金型を準備する工程と、前記積層構造体のうち前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層まで結晶成長させた上に、レジスト層を形成し、前記金型の構造を転写する工程と、前記レジスト層をマスクとして順次前記積層構造体をエッチングしてフォトニック結晶周期構造を形成する工程と、前記フォトニック結晶周期構造形成後に極薄膜金属層と反射電極層をこの順で斜め蒸着させる工程と、を有する深紫外ＬＥＤの製造方法が提供される。【００２１】
本発明の第十四の観点によれば、上記第七の観点による深紫外ＬＥＤの製造方法であって、反射電極層と、金属層と、ｐ型ＧａＮコンタクト層と、波長λに対し透明な、ｐ型ＡｌＧａＮ層とを、基板とは反対側からこの順で含有する積層構造体を準備する工程と、前記ｐ型ＡｌＧａＮ層の膜厚が１００ｎｍ以内で、前記ｐ型ＧａＮコンタクト層と前記ｐ型ＡｌＧａＮ層との界面を超えず、かつ、前記基板方向において前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の膜厚の範囲内に設けられた複数の空孔を有する反射型フォトニック結晶周期構造を有し、前記空孔の基板方向の端面から量子井戸層までの距離が前記バリア層と前記多重量子障壁層（或いは前記電子ブロック層）の膜厚の合計値以上８０ｎｍ以内及びその深さｈが前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の膜厚以内において光取出し効率の極大値が得られる反射型フォトニック結晶周期構造を形成するための金型を準備する工程と、前記積層構造体のうち前記ｐ型ＧａＮコンタクト層まで結晶成長させた上に、レジスト層を形成し、前記金型の構造を転写する工程と、前記レジスト層をマスクとして順次前記積層構造体をエッチングしてフォトニック結晶周期構造を形成する工程と、を有する深紫外ＬＥＤの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、膜厚の薄いｐ型ＡｌＧａＮ層にフォトニック結晶周期構造を設けることで、深紫外ＬＥＤのＬＥＥを飛躍的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】図１Ａ（ａ−１）、（ａ−２）は、本発明の第１の実施の形態によるｐ型ＧａＮコンタクト層フォトニック結晶を用いた深紫外ＬＥＤの構造の一例を示す断面図および平面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂ（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態によるｐ型ＧａＮコンタクト層フォトニック結晶を用いた深紫外ＬＥＤの構造の表面実装型パッケージの構成例を示す図である。
【図１Ｃ】図１Ａの変形例として示す図である。
【図１Ｄ】図１Ｂの変形例として示す図である。
【図２】フォトニック結晶周期構造がブラッグ散乱条件（ｍλ／ｎｅｆｆ＝２ａ、但しｎｅｆｆ：等価屈折率、ａ：周期、ｍ：次数）を満たす場合のＴＭ光（図２（ａ））、ＴＥ光（図２（ｂ））のフォトニックバンド構造を平面波展開法で求めた一例を示す図である。
【図３】フォトニック結晶反射効果の様子を示す上面図（ａ）と、断面図（ｂ）である。
【図４Ａ】図４Ａ（ａ−１）、（ａ−２）は、本発明の第２の実施の形態によるｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層フォトニック結晶を用いた深紫外ＬＥＤの構造の一例を示す断面図および平面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂ（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態によるｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層フォトニック結晶を用いた深紫外ＬＥＤの構造の表面実装型パッケージの構成例を示す図である。
【図４Ｃ】図４Ａの変形例として示す図である。
【図４Ｄ】図４Ｂの変形例として示す図である。
【図５】ｐ型ＧａＮコンタクト層にフォトニック結晶を用いた場合のＦＤＴＤ法計算モデルを示す図である。
【図６】ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層フォトニック結晶を用いた場合のＦＤＴＤ法計算モデルを示す図である。
【図７Ａ】光線追跡法の計算モデルと解析結果を示す図である。
【図７Ｂ】フォトニックバンドギャップの大きさと反射・透過効果の関係、並びに、深紫外ＬＥＤにおける光取出し効率（ＬＥＥ）増減率をＦＤＴＤ法による解析で求め、ＬＥＥ増減率が最大となるフォトニック結晶の直径ｄ、周期ａ及び深さｈを得るための詳細な処理フロー図である。
【図８Ａ】フォトニック結晶近傍電界分布：ｘ成分を示す図であり、（ａ）はＦｌａｔの場合，（ｂ）はフォトニック結晶周期構造を設けた場合のＥｘ，（ｃ）は、フォトニック結晶周期構造を設けた場合のＥｘに関する計算結果を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ａに対応する、フォトニック結晶近傍電界分布：ｙ成分を示す図である。
【図８Ｃ】図８Ａに対応するフォトニック結晶近傍電界分布：ｚ成分を示す図である。
【図８Ｄ】フォトニック結晶空孔の深さ方向中間点と垂直交差する水平面内における電界分布の合計成分を示す図である。
【図９】ＦＤＴＤ法によるＬＥＥ増減率の解析結果を示す図である。
【図１０】ＦＤＴＤ法と光線追跡法のクロスシミュレーションによるＬＥＥ解析結果を示す図である。
【図１１】フォトニック結晶周期構造の加工プロセスの一例を示す図である。
【図１２Ａ】図１２Ａ（ａ−１）、（ａ−２）は、本発明の第４の実施の形態によるｐ型ＧａＮコンタクト層フォトニック結晶を用いた深紫外ＬＥＤの構造の一例を示す断面図および平面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂ（ｂ）は、本発明の第４の実施の形態によるｐ型ＧａＮコンタクト層フォトニック結晶を用いた深紫外ＬＥＤの構造の表面実装型パッケージの構成例を示す図である。
【図１３】ｐ型ＧａＮフォトニック結晶を用いた場合のＦＤＴＤ法計算モデルを示す図である。
【図１４】（ａ）Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ＬＥＥ、（ｂ）光取出し効率、（ｃ）放射パターン（Ｒａｄｉａｔｉｏｎ  Ｐａｔｔｅｒｎ）の解析結果である。
【図１５Ａ】フォトニック結晶の深さ１２０ｎｍの断面における電界強度分布である。
【図１５Ｂ】フォトニック結晶の深さ１４０ｎｍの断面における電界強度分布である。
【図１５Ｃ】フォトニック結晶の深さ１６０ｎｍの断面における電界強度分布である。
【図１６Ａ】図１６Ａ（ａ−１）、（ａ−２）は、本発明の第５の実施の形態によるｐ型ＧａＮコンタクト層フォトニック結晶を用いた深紫外ＬＥＤの構造の一例を示す断面図および平面図である。
【図１６Ｂ】図１６（ｂ）は、本発明の第５の実施の形態によるｐ型ＧａＮコンタクト層フォトニック結晶を用いた深紫外ＬＥＤの構造の表面実装型パッケージの構成例を示す図である。
【図１７】ｐ型ＧａＮフォトニック結晶を用いた場合のＦＤＴＤ法計算モデルを示す図である。
【図１８】（ａ）Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ＬＥＥ、（ｂ）光取出し効率、（ｃ）放射パターン（Ｒａｄｉａｔｉｏｎ  Ｐａｔｔｅｒｎ）の解析結果である。
【図１９Ａ】図１９Ａ（ａ−１）、（ａ−２）は、本発明の第６の実施の形態によるｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層フォトニック結晶を用いた深紫外ＬＥＤの構造の一例を示す断面図および平面図である。
【図１９Ｂ】図１９Ｂ（ｂ）は、本発明第６の実施の形態によるｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層フォトニック結晶を用いた深紫外ＬＥＤの構造の表面実装型パッケージの構成例を示す図である。
【図２０】ｐ型ＡｌＧａＮフォトニック結晶を用いた場合のＦＤＴＤ法計算モデルを示す図である。
【図２１】（ａ）Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ＬＥＥ、（ｂ）光取出し効率、（ｃ）放射パターン（Ｒａｄｉａｔｉｏｎ  Ｐａｔｔｅｒｎ）の解析結果である。
【図２２Ａ】図２２Ａ（ａ−１）、（ａ−２）は、本発明の第７の実施の形態によるｐ型ＧａＮコンタクト層フォトニック結晶を用いた深紫外ＬＥＤの構造の一例を示す断面図および平面図である。
【図２２Ｂ】図２２Ｂ（ｂ）は、本発明の第７の実施の形態によるｐ型ＧａＮコンタクト層フォトニック結晶を用いた深紫外ＬＥＤの構造の表面実装型パッケージの構成例を示す図である。
【図２３】ｐ型ＧａＮフォトニック結晶を用いた場合のＦＤＴＤ法計算モデルを示す図である。
【図２４】（ａ）Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ＬＥＥ、（ｂ）光取出し効率、（ｃ）放射パターン（Ｒａｄｉａｔｉｏｎ  Ｐａｔｔｅｒｎ）の解析結果である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明の実施の形態による深紫外ＬＥＤについて、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２５】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る深紫外ＬＥＤとして、設計波長λを２８０ｎｍとするＡｌＧａＮ系深紫外ＬＥＤの構造（断面図と平面図）を図１Ａ（ａ−１）、（ａ−２）に表す。図１Ｂ（ｂ）は表面実装型パッケージに搭載した深紫外ＬＥＤである。
【００２６】
具体的には、図１Ａ（ａ−１）の断面図の上から順番に、サファイア基板１、ＡｌＮバッファー層２、ｎ型ＡｌＧａＮ層３、バリア層４、量子井戸層５、バリア層６、多重量子障壁層（ＭＱＢ）７、ｐ型ＡｌＧａＮ層（透明ｐ型ＡｌＧａＮ層）８、ｐ型ＧａＮコンタクト層９、Ｎｉ層１０、Ａｕ反射電極層１１を有する。そして、ｐ型ＡｌＧａＮ層８の膜厚が１００ｎｍ以内であり、ｐ型ＧａＮコンタクト層９とｐ型ＡｌＧａＮ層８との界面を含み、基板方向においてｐ型ＡｌＧａＮ層を超えない範囲内にフォトニック結晶周期構造１００を設けており、かつ、フォトニック結晶周期構造１００は、空孔（柱状構造、ホール）１０１（ｈ）を設け、フォトニックバンドギャップを有することにより波長λの光を反射する反射型フォトニック結晶周期構造である。尚、フォトニック結晶周期構造をｐ型ＧａＮコンタクト層９内のみに形成すると、光がｐ型ＧａＮコンタクト層で吸収されてしまうため、好ましくない。尚、多重量子障壁層（ＭＱＢ）７は、電子ブロック層であっても良い。以下の実施の形態でも同様である。
【００２７】
図１Ａ（ａ−２）にｘｙ平面図として示す通り、反射型フォトニック結晶周期構造１００は、円柱などの形状の、ｐ型ＡｌＧａＮ層やｐ型ＧａＮコンタクト層よりも屈折率が小さい空気などの半径がＲの円を断面とする空孔１０１（ｈ）が、ｘ方向及びｙ方向に沿って周期ａで三角格子状に形成されたホール構造を有する。また、空孔１０１（ｈ）は、ｐ型ＡｌＧａＮ層８と多重量子障壁層７の界面を超えない構造であり、かつ、空孔１０１（ｈ）の基板方向の端面と量子井戸層５までの距離Ｇが、バリア層６と多重量子障壁層７の膜厚の合計値以上８０ｎｍ以内の範囲にある。さらに、反射型フォトニック結晶周期構造１００の深さｈが、ｐ型ＡｌＧａＮ層８とｐ型ＧａＮコンタクト層９の膜厚の合計値以内である。
【００２８】
尚、デバイス製造プロセス上の別の方法という観点から見た本実施の形態の変形例として、図１Ｃ（ａ−１）、（ａ−２）、図１Ｄ（ｂ）に示すように、柱状構造体１０１（ｈ）はＮｉ層１０を貫通してＡｕ反射電極層１１内に達しているがＡｕ反射電極層１１と空気の界面には到達していない構造であってもよい。
【００２９】
上記の構造においては、量子井戸層５で発光した波長λの深紫外光はＴＥ光とＴＭ光が全方向に放射されて楕円偏光しながら媒質中を伝搬する。量子井戸層５の近傍に設けられたフォトニック結晶周期構造１００が、端面において異なる屈折率をもつｐ型ＡｌＧａＮ層８と空気を二つの構造体として形成され、空孔の半径Ｒと周期ａの比であるＲ／ａ＝０．４とした時、上記フォトニック結晶の充填率ｆは次式で計算されｆ＝２π／３０．５×（Ｒ／ａ）２＝０．５８となる。
【００３０】
そして、空気の屈折率ｎ１＝１．０、ｐ型ＡｌＧａＮの屈折率ｎ２＝２．５８３、ｆ＝０．５８より等価屈折率ｎｅｆｆは次式で計算されｎｅｆｆ＝（ｎ２２＋（ｎ１２−ｎ２２）×ｆ）０．５＝１．８３８が得られる。
【００３１】
そして、発光波長λ＝２８０ｎｍとすると、このフォトニック結晶周期構造がブラッグ散乱条件（ｍλ／ｎｅｆｆ＝２ａ、但しｎｅｆｆ：等価屈折率、ａ：周期、ｍ：次数）を満たす場合のＴＭ光、ＴＥ光のフォトニックバンド構造を平面波展開法で求めると図２が得られる。
【００３２】
図２（ａ）に示すように、ＴＭ光ではフォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）が観測されないが、図２（ｂ）に示すように、ＴＥ光では第１フォトニックバンド（ω１ＴＥ）と第２フォトニックバンド（ω２ＴＥ）間に大きなＰＢＧが観測された。
【００３３】
尚、Ｒ／ａ＝０．４は、発明者自身が発明し、国際出願ＰＣＴ／ＪＰ２０１５／０７１４５３号（先行技術１）に記載した、「Ｒ／ａの大きさ、ＰＢＧの大きさ、光取出し効率増減率が其々比例する」という原理から採用した値である。
【００３４】
本実施の形態においては、フォトニック結晶の位置が量子井戸層に近づくに従い、周期が先行技術１等における３００ｎｍであっても、深さを３００ｎｍにする必要がなく、６０ｎｍ程度の浅い深さでも、先行技術１等の構造以上の反射効果が得られる。また、次数ｍの取り得る範囲も広がった。尚、ｍが小さくなると周期も小さくなる。
【００３５】
図３は、フォトニック結晶反射効果の様子を示す図である。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、量子井戸層の近傍に設けられたフォトニック結晶周期構造にあらゆる方向から入射したＴＥ光は、ＡＲ１で示すように、ブラッグ散乱の条件を完全に満たすために、この面内で散乱されて基板の方向に反射される。一方、ＴＭ光は破線ＡＲ２で示すように、ＰＢＧが無いために深さ方向にブラッグ散乱されることはない。従って、入射した光がｐ型ＧａＮコンタクト層で吸収・消失されない。
【００３６】
従って、本実施の形態による深紫外ＬＥＤによれば、フォトニック結晶周期構造を設ける対象となる層において、フォトニック結晶周期構造を設ける位置を工夫することで、結晶を形成する層を厚くすることなく白濁を抑制しつつ、反射効果を増大させることにより、大きな光取り出し効率を得ることができる。
【００３７】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係る深紫外ＬＥＤとして、設計波長λを２８０ｎｍとするＡｌＧａＮ系深紫外ＬＥＤの構造を図４Ａ（ａ−１）、（ａ−２）に表す。図４Ａ（ａ−１）は断面図、図４Ａ（ａ−２）は平面図である。図４Ｂ（ｂ）は表面実装型パッケージに搭載した深紫外ＬＥＤである。具体的には、図４Ａ（ａ−１）の上から順番にサファイア基板１、ＡｌＮバッファー層２、ｎ型ＡｌＧａＮ層３、バリア層４、量子井戸層５、バリア層６、多重量子障壁層（ＭＱＢ）７、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層（透明ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層）８ａ、極薄膜Ｎｉ層１０ａ、Ａｌ反射電極層１１ａを有する。
【００３８】
そしてｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層８ａの膜厚が１００ｎｍ以内であり、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層８ａに、基板方向においてｐ型ＡｌＧａＮ層を超えない範囲内にフォトニック結晶周期構造１００を設けており、かつ、フォトニック結晶周期構造１００は、空孔（柱状構造体、ホール）１０１（ｈ）を設け、フォトニックバンドギャップを有することにより波長λの光を反射する反射型フォトニック結晶周期構造である。
【００３９】
また、図４Ａ（ａ−１）、（ａ−２）、図４Ｂ（ｂ）の変形例を図４Ｃ（ａ−１）、（ａ−２）及び図４Ｄ（ｂ）に示す。この構造は、フォトニック結晶周期構造の空孔の厚さ方向の深さを、基板とは反対側の方向に、極薄膜金属層を貫通し反射電極層内に達するが、反射電極層を貫通させない範囲まで延長した構造である。
【００４０】
その他の、フォトニック結晶周期構造の詳細及び平面波展開法にてフォトニックバンド構造からＴＥ光及びＴＭ光の様子を観測することに関しては、第１の実施の形態と同じである。この場合、フォトニック結晶周期構造に入射した光は面内で散乱されて基板の方向に反射されるために、Ａｌ反射電極（反射率９０％）に吸収・消失されることはない。
【００４１】
そこで、実際に計算モデルを作成してＦＤＴＤ法で光取出し効率増減率とフォトニック結晶近傍の電界分布（Ｅｘ、Ｅｙ、Ｅｚ）成分を解析してフォトニック結晶周期構造の反射効果を検証した。
【００４２】
図５にｐ型ＧａＮコンタクト層のフォトニック結晶計算モデル（第１の実施の形態）、図６にｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の計算モデル（第２の実施の形態）を其々示す。
【００４３】
また、光取出し効率（ＬＥＥ）を求めるために、計算モデルを作成して光線追跡法で解析した（図７Ａ参照）。図７Ａ（ａ−１）はｐＧａＮコンタクトの計算モデルである。図７Ａ（ａ−２）は解析結果で放射パターンである。図７Ａ（ｂ）にモデルの詳細と解析結果である光取出し効率を示した。図７Ａ（ｃ−１）は、ｐＡｌＧａＮコンタクトの計算モデルである。図７Ａ（ｃ−２）は解析結果で放射パターンである。
【００４４】
図７Ｂは、フォトニックバンドギャップの大きさと反射・透過効果の関係、並びに、深紫外ＬＥＤにおける光取出し効率（ＬＥＥ）増減率をＦＤＴＤ法による解析で求め、ＬＥＥ増減率が最大となるフォトニック結晶の直径ｄ、周期ａ及び深さｈを得るための詳細な処理フローを示す図である。
（ステップＳ０１）
周期構造パラメータである周期ａと構造体の半径Ｒの比（Ｒ／ａ）を仮決定する。
（ステップＳ０２）
前期構造体のそれぞれの屈折率ｎ１とｎ２、及びこれらとＲ／ａから平均屈折率ｎａｖを算出し、これをブラッグ条件の式に代入し、次数ｍごとの周期ａと半径Ｒを得る。
（ステップＳ０３）
Ｒ／ａ及び波長λ並びに前記屈折率ｎ１、ｎ２から得られる各構造体の誘電率ε１及びε２を用いた平面波展開法により、ＴＥ光のフォトニックバンド構造を解析する。
（ステップＳ０４）
ＴＥ光の第一フォトニックバンドと第二フォトニックバンド間のＰＢＧが最大となるＲ／ａを、前記仮決定のＲ／ａの値を変えて繰り返し行う解析により決定する。
（ステップＳ０５）
ＰＢＧを最大にするＲ／ａについて、ブラッグ条件の次数ｍに応じた個別の周期ａ及び半径Ｒ、並びに、任意の周期構造の深さｈを変数として行うＦＤＴＤ法によるシミュレーション解析により、前記波長λに対する光取出し効率を求める。
（ステップＳ０６）
ＦＤＴＤ法によるシミュレーションを繰り返し行うことにより、波長λに対する光取出し効率が最大となるブラッグ条件の次数ｍと、その次数ｍに対応する周期構造パラメータの周期ａ、半径Ｒ、及び、深さｈを決定する。
【００４５】
上記のような発明者の知見に基づいて、先ず、ブラッグ散乱条件の次数ｍ＝４、Ｒ／ａ＝０．４における空孔の直径、周期を求め、フォトニック結晶周期構造中の空孔の端面から量子井戸層までの距離を５０ｎｍ〜８０ｎｍ及び空孔の深さを４０〜６０ｎｍ間で変化させて解析した。解析結果を表１、表２に記載する。
【表１】
2017168811.tif 000003
【００４６】
【表２】
2017168811.tif 000004
【００４７】
表１に示すように、ｐＡｌＧａＮ単層の場合、ｐＧａＮ単層の場合及びｐＧａＮ／ｐＡｌＧａＮ２層の場合におけるＬＥＥの解析結果が示されている。
【００４８】
また、表２には、次数ｍを変化させた場合にけるＬＥＥの解析結果が示されている。
【００４９】
尚、以下の説明において、ｐＡｌＧａＮ：ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層のフォトニック結晶、ｐＧａＮ：ｐ型ＧａＮコンタクト層のフォトニック結晶、Ｆｌａｔ：フォトニック結晶周期構造の無い構造、ＰｈＣ  Ｄｅｐｔｈ  ４０ｎｍ：空孔の深さが４０ｎｍ、Ｐｏｗｅｒ：ＦＤＴＤ法の出力値、ＦｌａｔＬＥＥ％：光線追跡法のＬＥＥ計算値、Ｅｎｈａｎｃｅｄ：Ｆｌａｔの出力値に対するＰｈＣ出力値のＬＥＥ増減率、ＰｈＣ  ＬＥＥ％：フォトニック結晶のＬＥＥ％でＦｌａｔ  ＬＥＥ％×（Ｅｎｈａｎｃｅｄ＋１００％）、ｍ４：次数ｍ＝４、Ｇ５０ｎｍ：空孔の端面から量子井戸層までの距離が５０ｎｍ、Ｄｉａｍｅｔｅｒ：空孔の直径、Ｐｅｒｉｏｄ：フォトニック結晶の周期、と定義する。
【００５０】
フォトニック結晶周期構造の反射効果の実証として、特にｐ型ＧａＮコンタクト層のフォトニック結晶で最も増減率の高かったｍ＝３（直径：１８３ｎｍ、周期：２２８ｎｍ、深さ：６０ｎｍ）のフォトニック結晶近傍の電界分布を観測した。図８Ａは、電界分布Ｅｘ成分で、図８Ａ（ａ）がＦｌａｔ，図８Ａ（ｂ）がフォトニック結晶周期構造（フォトニック結晶周期構造を図示せず）、図８Ａ（ｃ）がフォトニック結晶周期構造（フォトニック結晶周期構造を図示）である。それぞれは、断面構造の電界分布を示している。但し、わかりやすいように、図８Ａ（ｃ）、図８Ａ（ｂ）では、フォトニック結晶周期構造を取り除いている。
【００５１】
尚、それぞれの図面の右側には、実験結果がわかりやすいように簡単な電界の凡例を示した。また、各層の境界を示すとともに各層の名称を付記した。
【００５２】
Ｆｌａｔではｐ型ＧａＮコンタクト層とＮｉ層との部分に強度の高い電界成分Ｅｘが観測されるのに対して（図８Ａ（ａ））、フォトニック結晶周期構造を設けた構造ではｐ型ＧａＮコンタクト層とＮｉ層との部分（図８Ａ（ｂ）のＡ１、図８Ａ（ｃ）の図のＡ２領域参照）に強度の高い電界成分Ｅｘは観測されていない。
【００５３】
この結果は、フォトニック結晶周期構造を設けた構造では、ｐ型ＧａＮコンタクト層とＮｉ層との部分におけるフォトニック結晶による反射効果が得られていることを実証している。図８Ｂの電界分布のＥｙ成分及び図８Ｃの電界分布のＥｚ成分においても、図８ＡのＥｘ成分と同様の現象が観測された（Ａ３、Ａ４の領域参照）。
【００５４】
更に、電界分布Ｅｘ、Ｅｙ、Ｅｚの合計成分であるＥｔｏｔａｌについて、フォトニック結晶空孔の深さ方向の中間点でこの空孔に対して垂直に交差する水平面の電界分布を観測した（図８Ｄ参照）。
【００５５】
図８Ｄ（ａ）がＦｌａｔの電界分布Ｅｔｏｔａｌで、図８Ｄ（ｂ）がフォトニック結晶中心部の電界分布Ｅｔｏｔａｌである。図８Ｄ（ａ）のＦｌａｔにおいては、電界が外側に向かって強弱（色の濃淡）を繰り返して伝搬している。
【００５６】
それに対して、図８Ｄ（ｂ）のフォトニック結晶を設けた構造においては、各空孔間に電界が滞留して、特に中心部分で色濃く（図中においては白く表示）表示されている。これはこの部分でブラッグ散乱が誘発されて定在波を形成している様子を示している。そして、その直後に、基板の方向に光が反射されていく。
【００５７】
従って、この解析結果は、図３を参照して説明したように、『量子井戸層の近傍に設けられたフォトニック結晶周期構造にあらゆる方向から入射したＴＥ光は、ブラッグ散乱の条件を完全に満たすために、この面内で散乱されて基板の方向に反射される』という物理現象を良く説明している。
【００５８】
ＦＤＴＤ法によるＬＥＥ増減率の解析結果を図９に示す。
【００５９】
図９（ａ）がｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層、図９（ｂ）がｐ型ＧａＮコンタクト層のフォトニック結晶のＬＥＥ増減率である。特徴的な現象として、空孔の端面から量子井戸層までの距離６０ｎｍでは、全ての深さにおいて極大値が得られていることである。また、図９（ｃ）に量子井戸層までの距離６０ｎｍ、空孔の深さ６０ｎｍからなるｐ型ＧａＮコンタクト層のフォトニック結晶周期構造とそのＦｌａｔ、同様にｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層のフォトニック結晶周期構造とそのＦｌａｔの放射パターンを示す。フォトニック結晶周期構造を有する方がＦｌａｔに対して正面方向（角度０〜１０°）への出力値が特に増大している。
【００６０】
また、ＦＤＴＤ法と光線追跡法のクロスシミュレーションで得られた光取出し効率（ＬＥＥ）の解析結果を図１０に示す。図１０（ａ）はｐ型ＧａＮコンタクト層及びｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層に設けられたフォトニック結晶に関して、量子井戸層までの距離が６０ｎｍの光取出し効率を示している。この結果より、フォトニック結晶周期構造（ホール）の深さ（Ｄｅｐｔｈ）ｈとＬＥＥとの比例関係が観測される。また、図１０（ｂ）はＬＥＥの次数ｍの依存性を示している。次数ｍ＝３或いは４のＬＥＥが最も大きいことがわかる。これらの結果は、発明者の既出願で説明した傾向と一致していることから、シミュレーションの正当性が実証された。
【００６１】
以上の結果から、本発明の実施の形態によれば、フォトニック結晶周期構造の位置を量子井戸構造に近づけることで、フォトニック結晶周期構造の反射効果はｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層のフォトニック結晶周期構造で２倍、ｐ型ＧａＮコンタクト層のフォトニック結晶周期構造で３倍強の光取出し効率が得られることがわかる。
【００６２】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る深紫外ＬＥＤの反射型フォトニック結晶周期構造を加工する製造方法について詳細を説明する。図１１は、フォトニック結晶周期構造加工プロセスの一例を示す図である。
【００６３】
フォトニック結晶の加工には、ナノインプリントリソグラフィーの技術を利用する。ｐ型ＧａＮコンタクト層２０９の表面は凸方向に１００μｍ以上の反りがあるので、金型は樹脂モールド２００で対応する。また、ドライエッチング時に垂直に近くかつホールの直径を正確に保持するために、二層レジストを使用する。
【００６４】
具体的には、ｐ型ＧａＮコンタクト層２０９まで積層された深紫外ＬＥＤ積層構造体を有するウエハーにおいて、ｐ型ＧａＮコンタクト層２０９の表面に下層レジスト２１１をスピンコートする。次に、Ｓｉ含有の上層レジスト２１０をスピンコートして二層レジストを形成する（図１１（ａ）参照）。
【００６５】
上層レジストに対し、所定のフォトニック結晶周期構造の反転パターンを有する樹脂モールド２００で押してＵＶ硬化させてフォトニック結晶パターン２１２を上層レジスト２１０に転写する（図１１（ｂ）参照）。次に酸素プラズマで上層レジスト２１０をエッチングしてマスク２１３を形成する。図１１（ｃ）参照。そしてこのマスク２１３をＩＣＰプラズマでｐ型ＡｌＧａＮ層２０８を超えない、フォトニック結晶パターン（ホール）２１２の端面から量子井戸層２０５までの距離が、バリア層２０６と多重量子障壁層２０７の膜厚の合計値以上８０ｎｍ以内の位置までエッチングして、ホールの深さがｐ型ＡｌＧａＮ層２０８とｐ型ＧａＮコンタクト層２０９の膜厚の合計値以内の形状に加工する。図１１（ｄ）参照。最後に残存した下層レジスト２１１を洗浄して清浄な面出しを行う。
【００６６】
尚、金属層及び反射電極層は、フォトニック結晶パターン形成後、ＧａＮまたはＡｌＧａＮの結晶再成長を行い、その上に形成する等で図１Ａ、図４Ａ、図１２Ａ、または図２２Ａに示される構造を形成する。または、金属層及び反射電極層まで形成後にフォトニック結晶パターンを形成し、その上にＡｕまたはＡｌ等反射電極層を再蒸着させる等で、図１Ｃまたは図４Ｃに示される構造を形成する。あるいは、ｐ型ＧａＮコンタクト層またはｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層を形成後にフォトニック結晶パターンを形成し、その上に斜め蒸着法にて金属層及び反射電極層を形成する等で図１６Ａまたは図１９Ａに示される構造を形成する。
【００６７】
斜め蒸着法によれば、金属層および反射電極層をフォトニック結晶パターンのホール内に形成せずに、ｐ型ＧａＮコンタクト層またはｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の表面に金属層および反射電極層を積層することが可能である。
【００６８】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態に係る深紫外ＬＥＤとして、設計波長λを２８０ｎｍとするＡｌＧａＮ系深紫外ＬＥＤの構造を図１２Ａ（ａ−１）、（ａ−２）に表す。図１２Ａ（ａ−１）は断面図、図１２Ａ（ａ−２）は平面図である。図１２Ｂ（ｂ）は表面実装型パッケージに搭載した深紫外ＬＥＤである。
【００６９】
このＬＥＤは第１の実施の形態にある深紫外ＬＥＤの積層薄膜構造と同じであるが、ｐ型ＧａＮコンタクト層９の膜厚が２００ｎｍと異なる。これは、デバイス製造プロセス上ｐ型ＧａＮコンタクト層を厚く積層することで表面の平坦性を得るためである。
【００７０】
そして、ｐ型ＧａＮコンタクト層９とｐ型ＡｌＧａＮ層８との界面を含み、基板方向においてｐ型ＡｌＧａＮ層を超えない範囲内にフォトニック結晶周期構造１００を設けており、かつ、フォトニック結晶周期構造１００は、空孔（柱状構造、ホール）１０１（ｈ）を設け、フォトニックバンドギャップを有することにより波長λの光を反射する反射型フォトニック結晶周期構造である。
【００７１】
また、空孔１０１（ｈ）は、ｐ型ＡｌＧａＮ層８と多重量子障壁層７の界面を超えない構造であり、かつ、空孔１０１（ｈ）の基板方向の端面と量子井戸層５までの距離Ｇが、バリア層６と多重量子障壁層７の膜厚の合計値以上８０ｎｍ以内にある。さらに、反射型フォトニック結晶周期構造１００の深さｈは、ｐ型ＡｌＧａＮ層８とｐ型ＧａＮコンタクト層９の膜厚の合計値以内である。
【００７２】
上記の構造を反映した計算モデルを作成して、ＦＤＴＤ法及び光線追跡法を併用して光取出し効率増減率（Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ＬＥＥ）及び光取出し効率（ＬＥＥ）を計算した。図１３に前記ｐ型ＧａＮコンタクト層のフォトニック結晶計算モデルを示す。そして、解析結果を表３、図１４（ａ）Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ＬＥＥ、（ｂ）光取出し効率、（ｃ）放射パターン（Ｒａｄｉａｔｉｏｎ  Ｐａｔｔｅｒｎ）に示す。
【表３】
2017168811.tif 000005
【００７３】
図１４（ａ）の光取出し効率増減率では、空孔の端面から量子井戸層までの距離５０ｎｍでは、全ての深さにおいてＦｌａｔに対する強度が２．５倍以上の極大値が得られている。また、図１４（ｃ）の放射パターンでは、フォトニック結晶周期構造を有する方がＦｌａｔに対して正面方向（角度０〜１０°）への出力値が増大している。一方、図１４（ｂ）のＦＤＴＤ法と光線追跡法のクロスシミュレーションで得られた光取出し効率では、フォトニック結晶の深さが大きくなるにつれて若干減少となっている。そこで、フォトニック結晶の深さ１２０ｎｍ、１４０ｎｍ、１６０ｎｍの断面における電界強度分布を比較してみた。
【００７４】
図１５Ａは、フォトニック結晶の深さ１２０ｎｍの断面における電界強度分布である。図１５Ｂは、フォトニック結晶の深さ１４０ｎｍの断面における電界強度分布である。図１５Ｃは、フォトニック結晶の深さ１６０ｎｍの断面における電界強度分布である。図１５ＡからＣまで（電界強度分布）より、何れの深さにおいてもフォトニック結晶に侵入した光（電界）はフォトニック結晶の最深部まで到達していることがわかる。そして深さが大きくなるに従い、光（電界）がｐ型ＧａＮコンタクト層に侵入していて、そこで、光が吸収・消失されることが理由として考えられる。
【００７５】
従って、ｐ型ＧａＮコンタクト層にフォトニック結晶を形成する場合、フォトニック結晶の深さを浅くするためにもｐ型ＧａＮコンタクト層の膜厚は薄いほうが好ましい。
【００７６】
（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態に係る深紫外ＬＥＤとして、設計波長λを２８０ｎｍとするＡｌＧａＮ系深紫外ＬＥＤの構造を図１６Ａ（ａ−１）、（ａ−２）に示す。図１６Ａ（ａ−１）は断面図、図１６Ａ（ａ−２）は平面図である。図１６Ｂ（ｂ）は表面実装型パッケージに搭載した深紫外ＬＥＤである。
【００７７】
前記ＬＥＤは第４の実施の形態にある深紫外ＬＥＤの積層薄膜構造と同じであるが、ｐ型ＧａＮコンタクト層９の膜厚が１５０ｎｍと異なる。これは、デバイス製造プロセス上の別の方法という観点から見た変形例となる。
【００７８】
そして、ｐ型ＧａＮコンタクト層９とｐ型ＡｌＧａＮ層８との界面を含み、基板方向においてｐ型ＡｌＧａＮ層を超えない範囲内にフォトニック結晶周期構造１００を設けており、かつ、フォトニック結晶周期構造１００は、空孔（柱状構造、ホール）１０１（ｈ）を設け、フォトニックバンドギャップを有することにより波長λの光を反射する反射型フォトニック結晶周期構造である。
【００７９】
また、空孔１０１（ｈ）は、ｐ型ＡｌＧａＮ層８と多重量子障壁層７の界面を超えないが、ｐ型ＧａＮコンタクト層９とＮｉ層１０の界面に到達した構造であり、かつ、空孔１０１（ｈ）の基板方向の端面と量子井戸層５までの距離Ｇが、バリア層６と多重量子障壁層７の膜厚の合計値以上８０ｎｍ以内にある。さらに、反射型フォトニック結晶周期構造１００の深さｈは、ｐ型ＡｌＧａＮ層８とｐ型ＧａＮコンタクト層９の膜厚の合計値以内である。
【００８０】
前記構造を反映した計算モデルを作成して、ＦＤＴＤ法及び光線追跡法を併用して光取出し効率増減率（Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ＬＥＥ）及び光取出し効率（ＬＥＥ）を計算した。図１７に前記ｐ型ＧａＮコンタクト層のフォトニック結晶計算モデルを示す。そして、解析結果を表４、図１８（ａ）Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ＬＥＥ、図１８（ｂ）光取出し効率、図１８（ｃ）放射パターン（Ｒａｄｉａｔｉｏｎ  Ｐａｔｔｅｒｎ）に示す。
【表４】
2017168811.tif 000006
【００８１】
図１８（ａ）の光取出し効率増減率では、量子井戸層５から６０ｎｍの距離においてＦｌａｔに対する強度が２．５倍以上の極大値が得られている。また、図１８（ｂ）の光取出し効率においても１５．７％の極大値が得られている。さらに、放射パターンでは、軸上（０〜１０°）の出力がＦｌａｔに対して増大している。
【００８２】
（第６の実施の形態）
次に、本発明の第６の実施の形態に係る深紫外ＬＥＤとして、設計波長λを２８０ｎｍとするＡｌＧａＮ系深紫外ＬＥＤの構造を図１９Ａ（ａ−１）、（ａ−２）に示す。図１９Ａ（ａ−１）は断面図、図１９Ａ（ａ−２）は平面図である。図１９Ｂ（ｂ）は表面実装型パッケージに搭載した深紫外ＬＥＤである。
【００８３】
前記ＬＥＤは第２の実施の形態にある深紫外ＬＥＤの積層薄膜構造と同じであるが、デバイス製造プロセス上の別の方法という観点から見た変形例となる。
【００８４】
そして、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層８ａの膜厚が１００ｎｍ以内であり、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層８ａに、基板方向においてｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層を超えない範囲内にフォトニック結晶周期構造１００を設けており、かつ、フォトニック結晶周期構造１００は、空孔（柱状構造、ホール）１０１（ｈ）を設け、フォトニックバンドギャップを有することにより波長λの光を反射する反射型フォトニック結晶周期構造である。
【００８５】
また、空孔１０１（ｈ）は、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層８ａと多重量子障壁層７の界面を超えないが、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層８ａと極薄膜Ｎｉ層１０ａの界面に到達した構造であり、かつ、空孔１０１（ｈ）の基板方向の端面と量子井戸層５までの距離Ｇが、バリア層６と多重量子障壁層７の膜厚の合計値以上８０ｎｍ以内にある。さらに、反射型フォトニック結晶周期構造１００の深さｈは、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層８ａの膜厚以内である。
【００８６】
前記構造を反映した計算モデルを作成して、ＦＤＴＤ法及び光線追跡法を併用して光取出し効率増減率（Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ＬＥＥ）及び光取出し効率（ＬＥＥ）を計算した。図２０に前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層のフォトニック結晶計算モデルを示す。そして、解析結果を、表５、図２１（ａ）Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ＬＥＥ、図２１（ｂ）ＬＥＥ、図２１（ｃ）放射パターン（Ｒａｄｉａｔｉｏｎ  Ｐａｔｔｅｒｎ）に示す。
【表５】
2017168811.tif 000007
【００８７】
図２１（ａ）の光取出し効率増減率では、量子井戸層５から５０ｎｍの距離においてＦｌａｔに対する強度が１．７５倍と極大値が得られている。また、図２１（ｂ）の光取出し効率では、２３．０％の極大値が得られている。さらに、図２１（ｃ）の放射パターンでは、軸上（０〜１０°）の出力がＦｌａｔに対して増大している。
【００８８】
（第７の実施の形態）
次に、本発明の第７の実施の形態に係る深紫外ＬＥＤとして、設計波長λを２８０ｎｍとするＡｌＧａＮ系深紫外ＬＥＤの構造を図２２Ａ（ａ−１）、（ａ−２）に示す。図２２Ａ（ａ−１）は断面図、図２２Ａ（ａ−２）は平面図である。図２２Ｂ（ｂ）は表面実装型パッケージに搭載した深紫外ＬＥＤである。
【００８９】
前記ＬＥＤは第1の実施の形態及び第４の実施の形態にある深紫外ＬＥＤの積層薄膜構造と同じであるが、フォトニック結晶周期構造１００を設けている位置が異なる。これは、デバイス製造プロセス上の別の方法という観点から見た変形例となる。
【００９０】
基板方向において、ｐ型ＧａＮコンタクト層９とｐ型ＡｌＧａＮ層８との界面を超えず、かつ、ｐ型ＧａＮコンタクト層９の膜厚の範囲内にフォトニック結晶周期構造１００を設けており、かつ、フォトニック結晶周期構造１００は、空孔（柱状構造、ホール）１０１（ｈ）を設け、フォトニックバンドギャップを有することにより波長λの光を反射する反射型フォトニック結晶周期構造である。
【００９１】
また、空孔１０１（ｈ）は、ｐ型ＧａＮコンタクト層９とＮｉ層１０の界面を超えず、かつ、空孔１０１（ｈ）の基板方向の端面と量子井戸層５までの距離Ｇが、バリア層６と多重量子障壁層７の膜厚の合計値以上８０ｎｍ以内にある。さらに、反射型フォトニック結晶周期構造１００の深さｈは、ｐ型ＧａＮコンタクト層９の膜厚以内である。
【００９２】
上記の構造において、量子井戸層５で発光した波長λの深紫外光はＴＥ光とＴＭ光が全方向に放射されて楕円偏光しながら媒質中を伝搬する。量子井戸層５の近傍に設けられたフォトニック結晶周期構造１００は、ｐ型ＧａＮコンタクト層９の膜厚内に設けられるため、端面においては、ｐ型ＧａＮコンタクト層９と空気の二つの異なる屈折率をもつ構造体として形成され、空孔の半径Ｒと周期ａの比であるＲ／ａ＝０．４とした時、上記フォトニック結晶の充填率ｆは次式で計算されｆ＝２π／３０．５×（Ｒ／ａ）２＝０．５８となる。
【００９３】
そして、空気の屈折率ｎ１＝１．０、ｐ型ＧａＮの屈折率ｎ２＝２．６１８、ｆ＝０．５８より等価屈折率ｎｅｆｆは次式で計算されｎｅｆｆ＝（ｎ２２＋（ｎ１２−ｎ２２）×ｆ）０．５＝１．８５９が得られる。
【００９４】
そして、発光波長λ＝２８０ｎｍとすると、このフォトニック結晶周期構造がブラッグ散乱条件（ｍλ／ｎｅｆｆ＝２ａ、但しｎｅｆｆ：等価屈折率、ａ：周期、ｍ：次数）を満たす場合のＴＥ光とＴＭ光のフォトニックバンド構造を平面波展開法で求め、ＴＥ光において第１フォトニックバンドと第２フォトニックバンドの間にＰＢＧが得られることを確認する。
【００９５】
前記構造を反映した計算モデルを作成して、ＦＤＴＤ法及び光線追跡法を併用して光取出し効率増減率（Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ＬＥＥ）及び光取出し効率（ＬＥＥ）を計算した。図２３に前記ＬＥＤ構造のフォトニック結晶計算モデルを示す。前記計算モデルは、ｐ型ＡｌＧａＮ層８の膜厚を０ｎｍから３０ｎｍの範囲で１０ｎｍステップで変化させ、空孔１０１（ｈ）の位置は基板方向の端面をｐ型ＡｌＧａＮ層８とｐ型ＧａＮコンタクト層９の界面から１２０ｎｍの深さになるように設定した。この場合、ｐ型ＡｌＧａＮ層８の膜厚が薄くなるに従い、量子井戸層５と空孔１０１（ｈ）の基板方向の端面との距離Ｇが短くなる。すなわち、ｐ型ＡｌＧａＮ層８の膜厚０ｎｍで距離Ｇは５０ｎｍとなり、同様に１０ｎｍステップで変化させて、ｐ型ＡｌＧａＮ層８の膜厚３０ｎｍでは距離Ｇが８０ｎｍとなるように設定した。この解析結果を表６、図２４（ａ）Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ＬＥＥ、図２４（ｂ）光取出し効率、図２４（ｃ）放射パターン（Ｒａｄｉａｔｉｏｎ  Ｐａｔｔｅｒｎ）を示す。
【表６】
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【００９６】
図２４（ａ）の光取出し効率増減率では、ｐ型ＡｌＧａＮ層の膜厚が薄くなるに従い、光取出し効率増減率が上がり、量子井戸層５からの距離Ｇが５０ｎｍ（この場合のｐ型ＡｌＧａＮ層の膜厚は０ｎｍ）において強度約２．７倍の極大値が得られており、距離Ｇが６０ｎｍ（同じく、ｐ型ＡｌＧａＮ層の膜厚１０ｎｍ）においても約２．５倍の強度が得られている。また、図２４（ｂ）の光取出し効率においても、距離Ｇ５０ｎｍで１７．３％の極大値が得られている。さらに、図２４（ｃ）は、距離Ｇ５０ｎｍにおける放射パターンを示しており、軸上方向（０〜３０°）の出力がＦｌａｔに対して増大していることがわかる。
【００９７】
以下、図１Ａ等に示される構造を形成した後に、ＬＥＤデバイスを作成する。
【００９８】
上記の各実施の形態による深紫外ＬＥＤ技術によれば、膜厚の薄いｐ型ＡｌＧａＮ層にフォトニック結晶周期構造を設けることで、 深紫外ＬＥＤのＬＥＥを飛躍的に向上させることができる。
【００９９】
上記の実施の形態において、添付図面に図示されている構成等については、これらに限定されるものではなく、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
【０１００】
また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明は、深紫外ＬＥＤに利用可能である。
【符号の説明】
【０１０２】
１…サファイア基板、２…ＡｌＮバッファー層、３…ｎ型ＡｌＧａＮ層、４…バリア層、５…量子井戸層、６…バリア層、７…多重量子障壁層（ＭＱＢ）、８…ｐ型ＡｌＧａＮ層（透明ｐ型ＡｌＧａＮ層）、８ａ…ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層（透明ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層）、９…ｐ型ＧａＮコンタクト層、１０…Ｎｉ層、１１…Ａｕ反射電極層。 
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
2017168811.tif 000026
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2017168811.tif 000029
【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
2017168811.tif 000039
【図１８】
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【図１９Ａ】
2017168811.tif 000041
【図１９Ｂ】
2017168811.tif 000042
【図２０】
2017168811.tif 000043
【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２３】
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【図２４】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年3月29日(2017.3.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２４】
2017168811.tif 000049
【手続補正書】
【提出日】平成29年4月27日(2017.4.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４Ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４Ａ】
2017168811.tif 000050
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４Ｃ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４Ｃ】
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【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１９Ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１９Ａ】
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【国際調査報告】
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