(57)【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層とを、基板とは反対側からこの順で有し、
少なくとも前記ｐ型ＧａＮコンタクト層と前記ｐ型ＡｌＧａＮ層との界面を含む厚さ方向の範囲に設けられたフォトニック結晶周期構造を有し、かつ、
前記フォトニック結晶周期構造は、フォトニックバンドギャップを有する
ことを特徴とする深紫外ＬＥＤ。
【請求項２】
さらに、前記フォトニック結晶周期構造は、前記反射電極層及び前記金属層に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の深紫外ＬＥＤ。
【請求項３】
前記フォトニック結晶周期構造は、
少なくとも前記ｐ型ＧａＮコンタクト層と前記ｐ型ＡｌＧａＮ層との界面を含む厚さ方向の範囲に設けられた柱状構造体を含むことを特徴とする請求項１に記載の深紫外ＬＥＤ。
【請求項４】
前記フォトニック結晶周期構造は、前記基板側のその底面部において空気と前記ＡｌＧａＮ層の２つの構造体からなり、
波長λ、周期ａ及び前記２つの構造体の平均屈折率ｎａｖがブラッグ散乱条件を満たし、かつ、
当該ブラッグ散乱条件の次数ｍは１＜ｍ＜５の範囲にあること、
を特徴とする請求項１に記載の深紫外ＬＥＤ。
【請求項５】
前記フォトニックバンドギャップは、ＴＥ偏光成分に対し開かれていることを特徴とする請求項４に記載の深紫外ＬＥＤ。
【請求項６】
前記フォトニック結晶周期構造は、その深さｈを前記周期ａの２／３以上とすることを特徴とする請求項５に記載の深紫外ＬＥＤ。
【請求項７】
前記フォトニック結晶周期構造は、その深さｈを前記周期ａ以上とすることを特徴とする請求項５に記載の深紫外ＬＥＤ。
【請求項８】
前記フォトニック結晶周期構造は、その深さｈを、
前記ｐ型ＡｌＧａＮ層の厚さ以上、前記ｐ型ＧａＮコンタクト層と前記ｐ型ＡｌＧａＮ層との合計の厚さ以下、とすることを特徴とする請求項５から７までのいずれか１項に記載の深紫外ＬＥＤ。
【請求項９】
前記ｐ型ＡｌＧａＮ層に加えて、さらに、前記基板側に前記ｐ型ＡｌＧａＮ層よりもＡｌの組成の大きいｐ型ＡｌＧａＮ層を有することを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の深紫外ＬＥＤ。
【請求項１０】
前記フォトニック結晶周期構造は、ナノインプリントリソグラフィー法による転写技術を用いて形成されたものであることを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の深紫外ＬＥＤ。
【請求項１１】
前記フォトニック結晶周期構造は、流動性の高いレジストとエッチング選択比の高いレジストによる２層レジスト法を用いたドライエッチングを用いて形成されたものであることを特徴とする請求項１０に記載の深紫外ＬＥＤ。
【請求項１２】
深紫外ＬＥＤの製造方法であって、
設計波長をλとし、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、
少なくとも前記ｐ型ＧａＮコンタクト層と前記ｐ型ＡｌＧａＮ層の界面を含む厚さ方向の範囲に設けられた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１３】
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は、
前記積層構造体上に、流動性の高い第１のレジスト層と、前記第１のレジスト層に対するエッチング選択比の高い第２のレジスト層と、による２層レジスト法を用いたドライエッチングを形成する工程と、
ナノインプリントリソグラフィー法を用いて前記第１のレジスト層に前記金型の構造を転写する工程と、を有し、
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は、前記第１のレジスト層と前記第２のレジスト層とを、前記第２のレジスト層が露出するまでエッチングするとともに、前記第１のレジスト層のパターン凸部も合わせてエッチングし、
前記第２の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を有することを特徴とする請求項１２に記載の深紫外ＬＥＤの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ属窒化物半導体発光素子であるＡｌＧａＮ系深紫外ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｍｉｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）に代表される深紫外ＬＥＤ技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光波長が２２０ｎｍ〜３５０ｎｍの深紫外ＬＥＤ、一例として、２８０ｎｍを設計波長とするＡｌＧａＮ系深紫外ＬＥＤであって、この深紫外光に対し吸収率の高いｐ−ＧａＮコンタクト層と反射率の低いＡｕ電極とを組み合わせる構成がある。そこで、このｐ−ＧａＮコンタクト層を前記深紫外光に対し透明なｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層に全て置き換え、さらに、前記Ａｕ電極を反射率の高いＡｌ反射電極に置き換えることで、その光取出し効率（ＬＥＥ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を向上させ、外部量子効率（ＥＱＥ：Ｅｘｔｅｒｎａｌ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）を改善させる技術がある。【０００３】
また、非特許文献１や非特許文献２においては、上記の技術に対し、Ａｌ反射電極と透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層とのオーミックコンタクトを取るために、これらの間に１ｎｍにまで薄くして深紫外光に対する強い吸収を抑えたＮｉ層を挿入することで、ＬＥＥを１５％にまで改善し、ＥＱＥを３．８％から７％に改善させたとの報告がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２０１２／１２７６６０号公報
【特許文献２】特許第５３１５５１３号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】第６０回応用物理学会春季学術講演会  講演予稿集（２０１３年春  神奈川工科大学）２９ｐ−Ｇ２１−１０
【非特許文献２】戦略的創造研究推進事業ＣＲＥＳＴ研究領域「新機能創成に向けた光・光量子科学技術」研究課題「２３０−３５０ｎｍ帯ＩｎＡｌＧａＮ系深紫外高効率発光デバイスの研究」研究終了報告書（研究期間平成１９年１０月〜平成２５年３月）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層を用いた場合、従来のｐ−ＧａＮコンタクト層と比較し駆動電圧が５Ｖ程度上昇するために、電力変換効率（ＷＰＥ）が３％に悪化してしまう。これは、Ｎｉ層を挿入してもなお、透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層とＡｌ反射電極とのオーミックコンタクトが十分に取れないためと推定される。さらに、前記Ｎｉ層を１ｎｍの薄さに制御し積層することは技術的にかなりの困難を伴い、製品の実用化においては製造コストや歩留りに大きく影響する。したがって、引き続きＥＱＥと同等のＷＰＥを得るためのＬＥＤ構造の改良が課題となっている。【０００７】
こうした背景のもと、特許文献１では前記ｐ−ＧａＮコンタクト層に開口部を設け、これを通過した発光層からの光の一部を反射金属層により反射することで、光取出し効率の向上を図っている。しかし、開口部以外のｐ−ＧａＮコンタクト層による吸収の影響を排除できず、換言すれば、ｐ−ＧａＮコンタクト層そのものの吸収を制御・抑制する根本的な解決には至っていない。【０００８】
一方、本願発明の出願人による発明に係る特許文献２においては、異なる屈折率を持つ２つの構造体からなる界面に、ブラッグ散乱条件を満たす周期構造を有するフォトニック結晶を一又は二以上の光取出し層の任意の深さ位置に形成し、ＬＥＥの向上を達成している。しかし、その実施例は光取出し層にフォトニック結晶周期構造を形成し、前記界面における設計波長の全反射を抑制し、ＬＥＥの向上を図るものである。すなわち、フォトニック結晶周期構造により、光を透過させることに重きを置き、複数の層を貫通して形成する反射目的のフォトニック結晶周期構造の導入を具体的に開示するものではない。【０００９】
本発明は、深紫外ＬＥＤにおいて、高い電力変換効率を維持しつつ、光取出し効率を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一観点によれば、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層とを、基板とは反対側からこの順で有し、少なくとも前記ｐ型ＧａＮコンタクト層と前記ｐ型ＡｌＧａＮ層との界面を含む厚さ方向の範囲に設けられたフォトニック結晶周期構造を有し、かつ、前記フォトニック結晶周期構造は、フォトニックバンドギャップを有することを特徴とする深紫外ＬＥＤが提供される。【００１１】
前記ｐ型ＡｌＧａＮ層と高効率Ａｌ反射電極を設けて外部量子効率（ＥＱＥ）を向上させた場合に問題となるコンタクト抵抗の増大に伴う電力変換効率（ＷＰＥ）の低下に関して、ｐ型ＧａＮコンタクト層を設けることでコンタクト抵抗を低減して電力変換効率（ＷＰＥ）を向上させるとともに、ｐ型ＧａＮからなるコンタクト層とｐ型ＡｌＧａＮ層とに反射型フォトニック結晶周期構造を設けることで、ＬＥＥを向上させることが可能となる。【００１２】
反射型フォトニック結晶周期構造は、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。従って、金属層と、ｐ型窒化物半導体における光の吸収を抑制することができるため、光の取り出し効率を増大させることができる。【００１３】
本発明の他の観点によれば、深紫外ＬＥＤの製造方法であって、設計波長をλとし、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、少なくとも前記ｐ型ＧａＮコンタクト層と前記ｐ型ＡｌＧａＮ層の界面を含む厚さ方向の範囲に設けられた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。【００１４】
本明細書は本願の優先権の基礎である日本国特許出願２０１４−０４３３８８号の明細書および／または図面に記載される内容を包含する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ＷＰＥ悪化を回避しＬＥＥを飛躍的に向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】本願発明の実施例の一つであるフォトニック結晶周期構造の一例の断面構造と平面構造とを表す図である。
【図１Ｂ】本願発明の実施例の一つであるフォトニック結晶周期構造のその他の一例の断面を表す図である。
【図１Ｃ】本願発明の実施例の一つであるフォトニック結晶周期構造のその他の一例の断面を表す図である。
【図１Ｄ】本願発明の実施例の一つであるフォトニック結晶周期構造のその他の一例の断面を表す図である。
【図１Ｅ】本願発明の実施例の一つであるフォトニック結晶周期構造のその他の一例の断面を表す図である。
【図２】ＬＥＥ増減率の計算において基準とするフォトニック結晶周期構造の断面を表す図である。
【図３】図１Ａ、図１Ｂに示すＬＥＤ構造からの正面出力のＬＥＥと、図２に示すＬＥＤ構造からの正面出力のＬＥＥを比較し、図示する。
【図４】ＬＥＤ合計出力のＬＥＥを図３と同じ条件で比較する図である。
【図５】ＬＥＤ側面出力のＬＥＥを図３と同じ条件で比較する図である。
【図６】電極の違いにおけるＬＥＤ正面出力のＬＥＥを図３と同様の条件で比較する。
【図７】２層レジスト法におけるレジストの塗布の様子を表す図である。
【図８】樹脂モールド（金型）を用いたナノインプリントリソグラフィー法によるパターン転写の様子を表す図である。
【図９】ナノインプリントリソグラフィー法を用いて金型のパターンをレジストに転写した様子を表す図である。
【図１０】プラズマにより、残存シリコン含有レジストが除去され、有機レジスト膜が露出した様子を表す図である。
【図１１】酸化シリコン膜をマスクとして塩素含有プラズマでＡｌ反射電極から一気にエッチングしている様子を表す図である。
【図１２】有機レジストをアッシングにより除去し、貫通型フォトニック結晶周期構造を形成した様子を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。例えば、一例としてＡｌＧａＮ系深紫外ＬＥＤにおけるｐ−ＧａＮコンタクト層（ｐ型ＧａＮコンタクト層）と透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層（ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層）の併用によりオーミックコンタクトの悪化を防ぎ、その結果としてＷＰＥの悪化を回避すると共に、金属層の極薄積層化を要することなく、ＬＥＥの向上を達成するこができる深紫外ＬＥＤ構造を示す。
【００１８】
本発明の第１の実施の形態に係る深紫外ＬＥＤの一例として、設計波長λを２８０ｎｍとするＡｌＧａＮ系深紫外ＬＥＤの構造を図１Ａ（ａ）に表す。図１Ａ（ｂ）は平面図である。具体的には、波長λを反射する反射電極層をＡｌ（又はＡｕ）反射電極層１、金属層をＮｉ（又はＰｄ）層２、ｐ型窒化物半導体からなるコンタクト層をｐ−ＧａＮコンタクト層（ｐ型ＧａＮコンタクト層）３、波長λに対しほぼ透明な、透明ｐ型窒化物半導体コンタクト層を透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層（ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層）４、及び、ｐ型窒化物半導体層をｐ−ＡｌＧａＮ層５として有する。そして、これらの層を基板とは反対側からこの順で含み、少なくとも、ｐ−ＧａＮコンタクト層３と透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４を貫通してなるフォトニック結晶周期構造１００を有し、かつ、当該フォトニック結晶周期構造１００は、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（反射効果の高い）反射型フォトニック結晶周期構造である。図１Ａ（ａ）及び図１Ａ（ｂ）にｘｙ平面図として示すとおり、円柱などの形状の、ｐ−ＧａＮコンタクト層３と透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４よりも屈折率が小さい空気などの柱状構造体１０１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とした。
【００１９】
柱状構造体１０１は、ｐ−ＧａＮコンタクト層３と透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４との界面を含む厚さ方向の範囲に設けられている。
【００２０】
図１Ｂに示すように、柱状構造体１０１ａは、ｐ−ＧａＮコンタクト層３とＮｉ層２との界面まで到達していない構造、図１Ｃに示すように、柱状構造体１０１ｂは、透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４とｐ−ＡｌＧａＮ層５との界面まで到達していない構造であり、また、図１Ｄに示すように、柱状構造体１０１ｃは、ｐ−ＧａＮコンタクト層３とＮｉ層２との界面まで到達していない構造であってもよい。
【００２１】
ずなわち、少なくともｐ型ＧａＮコンタクト層３とｐ型ＡｌＧａＮ層４との界面を含む厚さ方向の範囲に設けられたフォトニック結晶周期構造であればよい。
【００２２】
なお、図１Ｅに示すフォトニック結晶周期構造１１０は、Ａｌ反射電極層１から透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４までの全ての層を貫通して形成した反射型フォトニック結晶周期構造の様子を示している。また、層１から層５までの順序は前記のとおりとし、これらの相対的順序を変えない範囲で他の層を含有してもよい。尚、透明ｐ型窒化物半導体コンタクト層４は、一般的にはｐ型の窒化物半導体層と称することができ、ｐ型窒化物半導体層をｐ−ＡｌＧａＮ層５と共通にしても良い。
【００２３】
フォトニック結晶周期構造１００又は１１０は、例えば、底面を有する円孔による三角格子を単位構造とし、これが積層面において繰り返された反射型フォトニック結晶周期構造である。なお、単位構造は正方格子など他の単位構造であっても構わない。また、積層面の全面に形成されていることがＬＥＥ向上のためには望ましいが、一部であっても構わない。
【００２４】
透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４は、波長λを吸収してしまうｐ−ＧａＮコンタクト層の厚さの一部を、５０％のＡｌを含有した、波長λに対し透明なｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層に置き換えた構造として理解することもできる。ここで、透明とは、例えば、波長λに対する透過率が９５％以上であることをいう。そして、前記Ｎｉ層２は波長λを強く吸収するので、理想としては１ｎｍ程度の極薄層であることが望ましいが、前述のとおり実用性を考慮して１０ｎｍ程度又はそれ以上の厚さを有するものでも構わない。
【００２５】
また、反射型フォトニック結晶周期構造１００又は１１０は、図１Ａ、図１Ｂに表すとおり、理想的には、透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４とｐ−ＡｌＧａＮ層５の界面の位置に、前記円孔の底面が位置するようにその深さｈが制御されているものをいう。尚、透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４は、ｐ−ＡｌＧａＮ層５と共通にしても良く、その場合、前記円孔の底面位置（深さｈ）は、ｐ−ＡｌＧａＮ層５の途中に位置しても良い。
【００２６】
さらに、本実施の形態に係る反射型フォトニック結晶周期構造１００又は１１０に加え、例えばサファイア基板１２の光取出し面側に、透過型フォトニック結晶周期構造が形成されたＬＥＤ構造でも構わない。むしろ、そのような構造により、単一の反射型フォトニック結晶周期構造を形成したのみのＬＥＤ構造と比べＬＥＥが向上する場合がある。
【００２７】
本実施の形態によれば、透明ｐ型窒化物半導体コンタクト層と高効率Ａｌ反射電極を設けて外部量子効率（ＥＱＥ）を向上させた場合に問題となるコンタクト抵抗の増大に伴う電力変換効率（ＷＰＥ）の低下に関して、ｐ−ＧａＮコンタクト層を設けることで電極とのコンタクト抵抗を下げつつ、反射型フォトニック結晶周期構造を設けることで、ＬＥＥを向上させることが可能となる。
【００２８】
本発明の第２の実施の形態に係る深紫外ＬＥＤは、第１の実施の形態に記載のフォトニック結晶周期構造が、次の要件を満たすよう設計された深紫外ＬＥＤである。すなわち、そのフォトニック結晶周期構造は、底面部において、異なる屈折率をもつ透明ｐ−ＡｌＧａＮと空気を２つの構造体として形成され、これら構造体の平均屈折率をｎａｖ（ｎａｖは、周期ａと前記円孔の半径Ｒの関数。）、周期をａとした場合に、次式で示すブラッグ散乱条件を満たす。
（数１）
ｍλ／ｎａｖ＝２ａ
【００２９】
ここで、次数ｍは１＜ｍ＜５の範囲にあって、ＬＥＥを最大にする円孔の半径Ｒ、周期ａ及びその加工深さｈを決定する重要なパラメータである。具体的には、後述するＦＤＴＤ法（時間領域差分法）を用いてＬＥＥが最大となる次数ｍを、この範囲から選定することになるが、このように次数ｍの範囲を限定するのは、次の理由による。すなわち、ＦＤＴＤ法によるシミュレーションをするまでもなく、ｍ＝１の場合、ピラー構造の直径は数１０ｎｍ程度であり計算モデルを離散化した場合の差分空間分解能２０ｎｍと大きな差がない。したがって、実際の周期構造の形状を正しく反映していないと判断できるので除外しても構わない。また、ｍ＝５についても、その周期が深紫外ＬＥＤにおいては４００ｎｍ程度になり、設計波長の２８０ｎｍと大きく異なるので除外しても構わない。
【００３０】
第２の実施の形態によれば、単に、深紫外ＬＥＤの設計波長程度の周期ａや円孔の半径Ｒをもつだけの周期構造では得ることができないＬＥＥの向上が可能となる。
【００３１】
本発明の第３の実施の形態に係る深紫外ＬＥＤは、第２の実施の形態に記載のフォトニックバンドギャップを有するフォトニック結晶周期構造のパラメータが、次の手順により決定された深紫外ＬＥＤである。すなわち、予め仮決定した円孔の半径Ｒと周期ａの比であるＲ／ａ、設計波長λ及び前記２つの構造体の屈折率ｎ１とｎ２に対応する各構造体の誘電率ε１及びε２を用いて、平面波展開法によりＴＥ偏光成分のバンド構造を解析する。具体的には、波長λの平面波を磁界Ｈで展開した次式で示すマックスウェルの電磁界波動方程式（数２）に入力し、その固有値計算を波数空間で行うことでＴＥ偏光成分のフォトニックバンド構造を解析する。そして、その解析結果からフォトニックバンドギャップを求め、以降これを繰り返すことにより、当該フォトニックバンドギャップが最大となるＲ／ａの候補を一以上、仮決定したＲ／ａの中から選定する。
（数２）
0005757512.tif 000002
【００３２】
ここで、ε−１は誘電率の逆数、Ｇは逆格子ベクトル、ωは周波数、ｃは光速、ｋは波数ベクトルを表す。
【００３３】
なお、ＴＥ偏光成分のフォトニックバンド構造を解析するのは、界面において発光層からの波長λの光を、光取出し面側へ最大限反射させることを目的としているからである。これは、ＴＥ光の電界が前記周期構造面内にこれと平行に存在する誘電体の連結構造面に溜まりやすく、前記周期構造パラメータと波長λがブラッグ散乱条件を満たす場合、波長λの光がその電界面においてブラッグ散乱により反射されることにより説明できる。
【００３４】
さらに、フォトニック結晶周期構造１００又は１１０のパラメータは、選定したＲ／ａ候補から得られる周期ａ、円孔の半径Ｒ及び周期ａ以上の周期構造の加工深さｈを、ブラッグ散乱条件の前記次数ｍごとに算出し、それぞれのパラメータ群に対しＦＤＴＤ法を用いたシミュレーションを行い、それらの結果の中から最適な、すなわち、最もＬＥＥを改善する次数ｍ、周期ａ、半径Ｒ及び深さｈの組み合わせとして決定されたパラメータであることが望ましい。
【００３５】
第３の実施の形態によれば、発光層からのＴＥ光をフォトニック結晶周期構造により反射させることから、反射電極層や金属層の種類の選定における自由度を上げ、かつ、ＬＥＥの向上が可能となる。
【００３６】
本発明の第４の実施の形態に係る深紫外ＬＥＤは、高いＬＥＥを得るための条件として、第３の実施の形態に記載のフォトニック結晶周期構造１００又は１１０の形成（加工）深さｈが、周期ａ以上であることを特徴とする深紫外ＬＥＤである。なお、この深さｈは、フォトニック結晶周期構造が少なくとも前記ｐ−ＧａＮコンタクト層３と前記透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４を貫通した部分のみの厚さの合計として、前記周期ａの２／３以上で、より好ましくは前期周期ａ以上の深さｈを有することが望ましい。
【００３７】
深さｈは、高アスペクト比ゆえの加工精度の限界に鑑み、周期ａの２／３以上であっても反射型フォトニック結晶周期構造として有効である。しかし、後述する製造方法を用いることで当該精度の限界を克服し、第４の実施の形態のように周期ａ以上の深さｈを持つことが望ましい。
【００３８】
第４の実施の形態によれば、ＬＥＥの向上効果を最大限に引き出すことができる。
【００３９】
本発明の第５の実施の形態に係る深紫外ＬＥＤは、第４の実施の形態に記載のフォトニック結晶周期構造が、Ａｌ反射電極層１から透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４までの全層を貫通してなるフォトニック結晶周期構造１１０であることを特徴とする深紫外ＬＥＤである（図１Ｅの符号１１０）。
【００４０】
第５の実施の形態によれば、フォトニック結晶周期構造１１０を反射電極層から一気に（連続して）貫通して形成することが可能となり、ＬＥＤの内部の一部の層に形成するといった技術的困難を回避し、製造工程の簡易化とコスト低減が可能となる。
【００４１】
本発明の第６の実施の形態に係る深紫外ＬＥＤは、第５の実施の形態に記載の深紫外ＬＥＤ構造であって、次に記載の各層が相対的にその記載の順序で積層された構造を含む深紫外ＬＥＤである。すなわち、前述の一例のとおり、基板側から、ｐ型窒化物半導体層としてｐ−ＡｌＧａＮ層５、透明ｐ型窒化物半導体コンタクト層として透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４、金属層側のコンタクト層としてｐ−ＧａＮコンタクト層３を含む深紫外ＬＥＤである。なお、反射電極層と金属層は特に限定しないが、それぞれＡｌ（又はＡｕ）反射電極とＮｉ（又はＰｄやＰｔ）層の組み合わせが可能である。特に、金属の種類については、円孔の内壁への付着が抑制できる金属であることが望ましい。
【００４２】
第６の実施の形態によれば、この層構造を採用することにより深紫外ＬＥＤのＬＥＥの向上に高い効果が期待できる。
【００４３】
本発明の第７の実施の形態に係る深紫外ＬＥＤは、第１から第６までの実施の形態に記載のフォトニック結晶周期構造１００又は１１０が、ナノインプリントリソグラフィー法による転写技術を用いて形成されたものであることを特徴とする深紫外ＬＥＤである。ナノインプリントリソグラフィー技術は、例えば８インチサイズの大きな基板全面にｎｍ〜μｍオーダーの範囲の微細な凹凸構造パターンを形成するのに最適なプロセスである。
【００４４】
なお、前記ナノインプリントリソグラフィー法による転写技術において用いるフォトレジストは、微細な凹凸構造パターンを持つモールドに対し隙間なく充填させるために、高い流動性を備える必要がある。しかし、この流動性は、透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４のエッチング選択比を悪化させる要因となる。そこで本発明の第８の実施の形態に係る深紫外ＬＥＤは、この流動性とエッチング選択比の両方を兼ね備えることを可能とする２層レジスト法を用いた転写技術により形成されたフォトニック結晶周期構造を有することを特徴とする深紫外ＬＥＤである。
【００４５】
第７の実施の形態によれば、本実施の形態により設計されたフォトニック結晶周期構造を、ｎｍの単位で正確に、かつ、大面積でレジストに転写することが可能となる。第８の実施の形態によれば、本願実施の形態により設計されたアスペクト比の高いフォトニック結晶周期構造を形成することが可能となる。
【実施例１】
【００４６】
図１Ａを用いて、本願発明の実施例を説明する。各層の組成、ドープ、膜厚、屈折率等は次表（表１）のとおりである。その設計波長λは２８０ｎｍであり、形成する反射型フォトニック結晶周期構造は、この波長λに対しフォトニックバンドギャップを有し、発光層からの光を光取出し層側、すなわち、サファイア基板１２側に反射する。
【表１】
0005757512.tif 000003
【００４７】
フォトニック結晶周期構造は、透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４とｐ−ＡｌＧａＮ層５の境界面にその底面を有する円孔とし、この円孔による三角格子を単位構造とした反射型フォトニック結晶周期構造である。また、この周期構造を構成する異なる屈折率をもつ２つの構造体は、透明ｐ−ＡｌＧａＮと空気又は他の媒体であり、その平均屈折率ｎａｖは次式（数３）により求める。【００４８】
尚、透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４とｐ−ＡｌＧａＮ層５とを１つの層としても良い。透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４を、単に、ｐ型ＡｌＧａＮ層と称しても良い。また、表１を含めた、各層の組成、ドープ、膜厚、屈折率等は、シミュレーションで用いた値の一例であり、透明度を含めた深紫外ＬＥＤの構造を表に示したパラメータに限定するものではない。【００４９】
なお、本実施例１においては、理想的にはＡｌ反射電極層１から透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４までの全ての層を貫通して形成されるフォトニック結晶周期構造１１０であって、その円孔の媒体は空気であることが、製造コスト等に照らし望ましい。一方で、ｐ−ＧａＮコンタクト層３と透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４のみを貫通するフォトニック結晶周期構造１００を形成する場合は、積層工程にリフトオフ法を用いることで、Ａｌ反射電極層１から透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４までの全ての層を貫通して形成されるフォトニック結晶周期構造１１０と同様に円孔の媒体を空気にすることが可能である。また、高度な技術上の困難やコスト面でのマイナスを克服できる場合であって、透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４より屈折率が低く、かつ波長λを吸収しない媒体であれば、必ずしも空気に限定されるものではない。【００５０】
尚、透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４は、ｐ−ＡｌＧａＮ層５と共通にしても良く、その場合、前記円孔の底面位置（深さｈ）は、ｐ−ＡｌＧａＮ層５の途中に位置しても良い。
（数３）
ｎａｖ２＝ｎ２２＋（ｎ１２−ｎ２２）（２π／√３）（Ｒ／ａ）２【００５１】
ここで、円孔の半径Ｒと周期ａの比であるＲ／ａは、以降のステップを介し最終的にはＬＥＥが最大となる値として決定されるものの、ここでは仮決定に留まる。そして、この仮決定のＲ／ａを０．４０、透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４の屈折率（ｎ２）を２．６５、及び空気の屈折率（ｎ１）を１．００とし、平均屈折率ｎａｖを計算する。【００５２】
次に、このｎａｖ（１．８８）と次式（数４）のブラッグ散乱条件から仮決定のＲ／ａ（０．４０）に対応した半径Ｒと周期ａを、次数ｍ（１＜ｍ＜５）ごとに決定する。
（数４）
ｍλ／ｎａｖ＝２ａ
その結果は、ｍ＝２のとき、ａ＝１４９、Ｒ＝５９．５、ｍ＝３のとき、ａ＝２２４、Ｒ＝８９．５、ｍ＝４のとき、ａ＝２９８、Ｒ＝１１９．５となる。【００５３】
さらに、仮決定したＲ／ａ、屈折率ｎ１、ｎ２、及びこれらに対応した誘電率ε１（１．００）及びε２（７．０２）を用いた平面波展開法によりバンド構造を解析する。具体的には、誘電率ε１、ε２、Ｒ／ａを波長λの平面波を磁界Ｈで展開した次式で示すマックスウェルの電磁界波動方程式（数５）に入力し、その固有値計算を波数空間で行うことで、ＴＥ偏光成分のフォトニックバンド構造を解析する。こうして求めたバンド構造からフォトニックバンドギャップを求める。【００５４】
（数５）
0005757512.tif 000004
ここで、ε−１は誘電率の逆数、Ｇは逆格子ベクトル、ωは周波数、ｃは光速、ｋは波数ベクトルを表す。【００５５】
再び、新たなＲ／ａ（本実施例１ではＲ／ａ＝０．２５、０．３０、０．３５、他）を仮決定し、同様にＴＥ偏光成分のフォトニックバンドギャップを求める。このステップを繰り返すことで、いずれのＲ／ａのときのフォトニックバンドギャップが最大となるか検討し、その候補を選定する。選定されたＲ／ａの候補に対し、前述のとおり周期ａ、半径Ｒをブラッグ散乱条件の次数ｍごとに算出し、さらにフォトニック結晶周期構造の加工深さｈをパラメータに加え、ＦＤＴＤ法を用いたシミュレーションを行う。そして、最大のＬＥＥを示す次数ｍ、周期ａ、半径Ｒ及び深さｈの組み合わせを決定する。その結果、本実施例１においては、Ｒ／ａ＝０．４０、次数ｍ＝４、周期ａ＝２９８ｎｍ、半径Ｒ＝１１９．５ｎｍと決定した。【００５６】
本実施例１の効果の指標であるＬＥＥ増減率を、次式（数６）、すなわち、出力１に対する出力２の増減率で表す。
（数６）
ＬＥＥ増減率＝（出力２−出力１）／出力１【００５７】
ここで、出力２とは、本実施例１の成果であるＬＥＤ構造からの光出力値であり、出力１とは、出力２との比較のための、基準となる光出力値である。出力１に対応するＬＥＤ構造は次表（表２）及び図２に示すとおりである。そして、このＬＥＤ構造には、本実施の形態に係る反射型フォトニック結晶周期構造は形成されていない。さらに、金属層とｐ−ＧａＮコンタクト層はなく、これら全てが透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４に置き換えられた構造である。なお、光出力値とは、ＦＤＴＤ法によるシミュレーションモデルで用いるＬＥＤの側面（外壁の４面）及び正面（上面と底面）にそれぞれ配置するモニターが受光する深紫外ＬＥＤ構造の発光層からの光出力の値をいう。
【表２】
0005757512.tif 000005
【００５８】
表３及び図３に、上記の設計により決定した反射型フォトニック結晶周期構造のパラメータに基づくＦＤＴＤシミュレーション結果を示す。具体的には図３において、ｐ−ＧａＮコンタクト層３と透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４の厚さの組み合わせ、及び、フォトニック結晶周期構造の形成の深さｈをパラメータとし、各ＬＥＤ構造における正面出力のＬＥＥを、図２のＬＥＤ構造における正面出力のＬＥＥと比較し、ＬＥＥ増減率として比較した。
【表３】
0005757512.tif 000006
【００５９】
表３及び図３の縦軸はＬＥＤの正面の出力におけるＬＥＥ増減率（［％］）である。表３の最左列及び図３の横軸は、ｐ−ＧａＮコンタクト層３と透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４の厚さの組み合わせ（［ｎｍ］／［ｎｍ］で表す。）であり、それぞれ、０／３００、５０／２５０、１００／２００、２００／１００及び３００／０である。なお、各層の厚さによる影響のみならず、両層の厚さの比によるＬＥＥの増減を比較するために、両層の合計を便宜上３００ｎｍに統一した。ここで、３００／０の場合とは、本実施例１に対する比較例であって、本願発明の実施態様である透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層を導入していないＬＥＤ構造である。同じく、０／３００の場合とは、ＬＥＥ増減率の算出基準である出力１に対応する図２のＬＥＤ構造（フォトニック結晶周期構造なし）を表す。【００６０】
表３の最上行及び図３の奥行き方向の軸は、フォトニック結晶周期構造の形成深さｈを表し、０、１００、２００、３００、４６０ｎｍとした。深さｈが３００ｎｍの場合とは、ｐ−ＧａＮコンタクト層３と透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４の両層に周期構造を形成したものである。同じく、深さが４６０ｎｍの場合とは、Ａｌ反射電極層１から透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４の全ての層を貫通して周期構造を形成したもので、表３及び図３においてはこれを「貫通」と表示している。また、深さ０ｎｍの場合とは、図２のＬＥＤ構造において、ＬＥＥ増減率の算出基準である出力１（ＬＥＥ増減率＝０）を表す。【００６１】
表３及び図３に示す結果からわかるとおり、透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４の導入と反射型フォトニック結晶周期構造１００又は１１０の形成により、ＬＥＤの正面出力は顕著に増加している。具体的には、波長λを吸収するｐ−ＧａＮコンタクト層３の厚さを５０〜２００ｎｍの範囲に抑え、一方、透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４を２５０〜１００ｎｍの範囲で導入し、かつ、反射型フォトニック結晶周期構造の深さｈを周期ａ程度の３００ｎｍ以上にわたり形成することで、ＬＥＤの正面出力におけるＬＥＥの増減率を１１３％以上、すなわち、出力１の２．１３倍の出力を得ることができた。この効果は、反射型フォトニック結晶周期構造をＡｌ反射電極層１から透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４にかけて貫通して形成したか否かにかかわらず認められる。  また、フォトニック結晶周期構造の深さｈが２００ｎｍの場合において、ＬＥＥ増減率（正面出力）が増加している。これは本実施例の構造で周期ａの２／３程度の深さに相当し、この結果から、周期ａの２／３以上の深さでもフォトニック結晶周期構造による反射効果が表れると言える。【００６２】
同様に、ＬＥＤの側面と正面の合計出力のＬＥＥ増減率を表４及び図４に、側面出力のＬＥＥ増減率を表５及び図５に示す。
【表４】
0005757512.tif 000007
【００６３】
【表５】
0005757512.tif 000008
【００６４】
この表４及び図４からも、前述の考察と同様の結果を得ることができる。具体的には、透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４を２５０〜１００ｎｍの範囲で導入し、（ｐ−ＧａＮコンタクト層を５０〜２００ｎｍの範囲に抑え、）かつ、反射型フォトニック結晶周期構造の深さｈを３００ｎｍ以上にわたり形成することで、最大で１．１９倍のＬＥＥを得ることができる。【００６５】
なお、ＬＥＤのパッケージ構造やＬＥＤの用途によっては、ＦＤＴＤシミュレーションの結果を受けて、そのときのフォトニック結晶周期構造のパラメータが最適か否かを判断する基準が異なる。すなわち、その基準は、ＬＥＤ正面の出力、これと側面の出力との合計出力、Ｎｅａｒ  Ｆｉｅｌｄ、又は、Ｆａｒ  Ｆｉｅｌｄにおける輝度特性など様々である。逆に、その基準によっては、最適と評価され、決定される反射型フォトニック結晶周期構造の各パラメータは異なる。なお、Ｎｅａｒ  Ｆｉｅｌｄは主にＬＥＥ増減率を、Ｆａｒ  ＦｉｅｌｄはＬＥＥ増減率と放射パターンの角度分布を観察する際に参照される。
【実施例２】
【００６６】
本実施例２では、反射電極層１から透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４までの全層（４６０ｎｍ）を貫通させてなるフォトニック結晶周期構造であって、電極の種類がＡｌとＡｕで異なる場合について、ＬＥＤの正面出力におけるＬＥＥ増減率を比較した。表６は、ｐ−ＧａＮコンタクト層３と透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４の厚さがそれぞれ２００／１００、電極をＡｕとした場合のＬＥＤ構造を示す。表７は、ｐ−ＧａＮコンタクト層３と透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４の厚さの組み合わせごとに、電極の違いによるＬＥＤの正面出力におけるＬＥＥへの影響を図２のＬＥＤ構造と比較し、図６においてこれを図示した。
【表６】
0005757512.tif 000009
【００６７】
【表７】
0005757512.tif 000010
【００６８】
これらの図表からわかるとおり、他の条件を同一としたとき、Ａｌ電極かＡｕ電極かの違いによってＬＥＥ増減率に大きな違いはない。従って、本願発明にかかるＬＥＤ構造と反射型フォトニック結晶周期構造の導入により、必要に応じて反射電極材料の選択の自由度を上げることが可能となる。
【実施例３】
【００６９】
前述の実施例１及び２においては、フォトニック結晶周期構造１００又は１１０を形成する層のｐ−ＧａＮコンタクト層３と透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４の厚さの組み合わせを５０ｎｍずつ変化させ、その違いによるＬＥＥ増減率を比較検討した。本実施例３では、ｐ−ＧａＮコンタクト層３及び透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４の厚さと、フォトニック結晶周期構造の導入によるｐ−ＧａＮコンタクト層３での光の吸収の抑制効果（すなわち、フォトニック結晶周期構造による反射効果）との関係性を詳細に確認した。次表（表８）に示す深紫外ＬＥＤ構造のうち、ｐ−ＧａＮコンタクト層３の厚さを、２００〜３００ｎｍの範囲において、１０ｎｍずつ変化させ、その違いによるＬＥＥ増減率を比較検討した（表９）。ここでは、フォトニック結晶周期構造のパラメータを、ブラッグ散乱条件の次数ｍを４とし、円孔半径Ｒは１１９．５ｎｍ、周期ａは２９８ｎｍ、深さｈは４６０ｎｍで、Ａｌ反射電極層１から透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４の全ての層を貫通して形成されるフォトニック結晶周期構造１１０とした。なお、（表９）には、ｐ−ＧａＮコンタクト層３の厚さの範囲０〜２００について、実施例１で確認したｐ−ＧａＮコンタクト層３と透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４の厚さの組み合わせを５０ｎｍとしたときのＬＥＥ増減率の結果も参考までに表記した。
【表８】
0005757512.tif 000011
【００７０】
【表９】
0005757512.tif 000012
【００７１】
表９のように、ｐ−ＧａＮコンタクト層の厚さが２６０ｎｍ（この場合、透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層の厚さは４０ｎｍ）において、ＬＥＥ増減率（合計出力）が２％とプラスに転じている。この結果から、フォトニック結晶周期構造のパラメータのブラッグ散乱条件の次数ｍ４とした場合においては、ｐ−ＧａＮコンタクト層３の厚さを２６０ｎｍ以下（この場合、透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４の厚さは４０ｎｍ）とすれば、ｐ−ＧａＮコンタクト層３での光の吸収が完全に抑制され、反射型フォトニック結晶周期構造の導入による反射効果が表れるものと考えられる。このように、透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４は全く存在しないのではなく、いくらかの厚みがある。
【表１０】
0005757512.tif 000013
【００７２】
さらに、反射型フォトニック結晶周期構造の導入によるｐ−ＧａＮコンタクト層３での光の吸収の抑制効果とｐ−ＧａＮコンタクト層３および透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４の厚さとの関係性を、フォトニック結晶周期構造のパラメータをブラッグ散乱条件の次数ｍ３の場合においても比較検討した（表１０）。この場合、円孔半径Ｒは８９．５ｎｍ、周期ａは２２４ｎｍ、深さｈは、前記ブラッグ散乱条件の次数ｍ４のと同様に、Ａｌ反射電極層１から透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４の全ての層を貫通して形成されるフォトニック結晶周期構造１１０で、ｐ−ＧａＮコンタクト層３と透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４を貫通した部分のみの厚さを周期ａ以上とするために、深さｈ３９０ｎｍとした。ｐ−ＧａＮコンタクト層３の厚さは０〜２００ｎｍの範囲において５０ｎｍずつ変化させた。【００７３】
表１０からわかるとおり、次数ｍ３においても、ｐ−ＧａＮコンタクト層３の厚さを５０ｎｍより少ない程度の膜厚を有していれば、反射型フォトニック結晶周期構造の導入によるｐ−ＧａＮコンタクト層３での光の吸収の抑制効果が期待できるものと考えらえる。
【実施例４】
【００７４】
前述の実施例１から３までに記載のフォトニック結晶周期構造を、ナノインプリントリソグラフィー法を用いて具体的に形成する工程を、以下に図を用いて示す。なお、ここでは、図１Ｅで示したＡｌ反射電極層１から透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４の全てを貫通してなるフォトニック結晶周期構造１１０を例に説明するが、ｐ−ＧａＮコンタクト層３と透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４の両層のみを貫通させてなるフォトニック結晶周期構造１００の形成の場合であっても基本的な工程は同じである。【００７５】
まず、実施例１から３までの方法によって設計されたフォトニック結晶周期構造１００又は１１０を、対象となる複数の層に正確に再現するための金型を作成する。この金型は、基板が大型化すると顕著になる基板及びその上に積層された層の反りに追従できるよう樹脂製の金型（樹脂モールド）２００を使用することが望ましい。【００７６】
なお、ナノインプリントリソグラフィー法による転写技術において用いるフォトレジストは、微細な凹凸構造パターンを持つモールドに対し隙間なく充填されるために、高い流動性を備える必要がある。しかし、この流動性は、透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４のエッチング選択比を悪化させる要因となる。２層レジスト法は、その流動性とエッチング選択比の両方を兼ね備えることから、この問題を解決するのに適した方法である。【００７７】
具体的には、既にＡｌ反射電極層１まで積層された深紫外ＬＥＤの積層構造体（図１Ａ、Ｂ）において、Ａｌ反射電極層１の上に透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４のエッチング選択比を向上させるノボラック樹脂等の有機レジスト材料をスピンコーター等により塗布し、有機レジスト膜２３１を形成する。さらにその上に流動性の高いシリコン含有レジストを塗布し、シリコン含有レジスト膜２３２を形成する（図７）。このシリコン含有レジスト膜２３２は、その材料の粘度等を考慮のうえ原版の離型性を良好に確保できる膜厚に調整され、通常、有機レジスト膜２３１より薄くてもよい。【００７８】
シリコン含有レジスト膜２３２に対し、図８にその基本構成を示すナノインプリントリソグラフィー法を用いて、実施例１から３までの方法によって設計されたフォトニック結晶周期構造１００又は１１０を、樹脂モールド２００を用いて転写する。なお、この転写の際、微細な凹凸構造の凹部にはシリコン含有レジスト膜２３２ｄが残存する（図９）。【００７９】
次に、酸素含有ガスとフッ素含有ガスのプラズマ３０１により、凹部に残存するシリコン含有レジスト膜２３２ｄを、有機レジスト膜２３１が露出するまでエッチングする。このとき、シリコン含有レジスト膜２３２の凸部も合わせてエッチングされる（図１０）。【００８０】
その後、シリコン含有レジスト膜２３２を酸素含有プラズマに曝し、酸化シリコン膜２３２ａを形成し、これをマスクとして順次Ａｌ反射電極層１から、透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４とｐ−ＡｌＧａＮ層５の界面まで塩素含有プラズマ３０２により一気にエッチングする（図１１）。塩素ガスとしては、Ｃｌ２やＢＣｌ等を用いる。この塩素含有プラズマ３０２を用いることで、マスクに対する透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層４の選択比を高くすることができるため、アスペクト比の高い高精度な加工が可能となる。そして、最後に、有機レジスト膜２３１と酸化シリコン膜２３２ａをアッシングにより除去する（図１２）。【００８１】
本実施の形態では、ＡｌＧａＮ系深紫外ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｍｉｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を例にして説明したが、同様な構造を有する光半導体発光素子であれば、その他の材料系であっても適用することが可能である。【００８２】
（まとめ）
１）  p-GaNコンタクト層の膜厚が200nm程度であればフォトニック結晶の深さが1周期以上で入射光を完全に反射し吸収を抑制し、LEE増減率の合計値は10%以上改善される。【００８３】
２）  １）の場合、Ni層を10nm〜30nm程度に厚くすることができるのでp-GaNコンタクト層とのオーミックコンタクトが得られ、駆動電圧上昇を抑制しWPEを大幅に改善することが可能となる。【００８４】
３）  １）の場合、反射電極材料選択の自由度が上がる。【００８５】
４）  ２層レジストを使用したナノインプリント法は、反射電極からp-GaNコンタクト層に貫通してフォトニック結晶の一括作成を可能とする。従って微細パターン用途のリフトオフプロセスのような高精度位置決めを必要としないので製造コスト上大きなメリットがある。【００８６】
また、シミュレーションなどの処理および制御は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）やＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）によるソフトウェア処理、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）やＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）によるハードウェア処理によって実現することができる。【００８７】
また、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。【００８８】
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。【００８９】
また、本実施の形態で説明した機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。尚、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。【００９０】
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。【００９１】
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また前記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。機能の少なくとも一部は、集積回路などのハードウェアで実現しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明は、深紫外ＬＥＤに利用可能である。
【符号の説明】
【００９３】
１  Ａｌ（又はＡｕ）反射電極層
２  Ｎｉ（又はＰｄ）層
３  ｐ−ＧａＮコンタクト層
４  透明ｐ−ＡｌＧａＮコンタクト層
５  ｐ−ＡｌＧａＮ層
６  電子ブロック層
７  バリア層
８  量子井戸層
９  バリア層
１０  ｎ−ＡｌＧａＮ層
１１  ＡｌＮバッファー層
１２  サファイア基板
１００  フォトニック結晶周期構造
１１０  フォトニック結晶周期構造
２００  樹脂モールド
２１０  ＵＶ光源
２２０  高追従機構
２３０  フォトレジスト
２３１  有機レジスト膜
２３２  シリコン含有レジスト膜
２４０  高剛性／高精度ステージ
３０１  酸素及びフッ素含有ガスプラズマ
３０２  塩素含有プラズマ【００９４】
本明細書で引用した全ての刊行物、特許および特許出願をそのまま参考として本明細書にとり入れるものとする。
【要約】
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層とを、基板とは反対側からこの順で有し、少なくとも前記ｐ型ＧａＮコンタクト層と前記ｐ型ＡｌＧａＮ層とを貫通してなるフォトニック結晶周期構造を有し、かつ、前記フォトニック結晶周期構造は、フォトニックバンドギャップを有することを特徴とする深紫外ＬＥＤ。【図１Ａ】
0005757512.tif 000014
【図１Ｂ】
0005757512.tif 000015
【図１Ｃ】
0005757512.tif 000016
【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図２】
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【図３】
0005757512.tif 000020
【図４】
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【図５】
0005757512.tif 000022
【図６】
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【図７】
0005757512.tif 000024
【図８】
0005757512.tif 000025
【図９】
0005757512.tif 000026
【図１０】
0005757512.tif 000027
【図１１】
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【図１２】
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