(57)【要約】  設計波長をλとする深紫外ＬＥＤであって、反射電極層（Ａｕ）と、金属層（Ｎｉ）と、ｐ型ＧａＮコンタクト層と、ｐ型ＡｌＧａＮ層で成るＰ−Ｂｌｏｃｋ層と、ＡｌＮ層で成るｉ−ｇｕｉｄｅ層と、多重量子井戸層と、ｎ型ＡｌＧａＮコンタクト層と、ｕ型ＡｌＧａＮ層と、ＡｌＮテンプレートと、サファイア基板とを、前記サファイア基板とは反対側からこの順で有し、前記Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層の膜厚は５２ｎｍ〜５６ｎｍであり、前記金属層と前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の界面から、前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の厚さ方向の範囲内で、かつ、前記ｐ型ＧａＮコンタクト層と前記Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層との界面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２次元フォトニック結晶周期構造を有し、前記空孔は、前記空孔の前記サファイア基板方向の端面から前記多重量子井戸層と前記ｉ−ｇｕｉｄｅ層との界面までの距離が、垂直方向にλ／２ｎ１Ｄｎｅｆｆを満たし、その距離の範囲は５３ｎｍ〜５７ｎｍであり、前記反射型２次元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の光に対して前記反射型２次元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ｍλ／ｎ２Ｄｅｆｆ＝２ａ（但し、ｍ：次数、λ：設計波長、ｎ２Ｄｅｆｆ：２次元フォトニック結晶の実効屈折率、ａ：２次元フォトニック結晶の周期）にある次数ｍは２≦ｍ≦４を満たし、前記空孔の半径をＲとした時、Ｒ／ａ比は０．３０≦Ｒ／ａ≦０．４０を満たすことを特徴とする深紫外ＬＥＤ。
2019146737.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（Ａｕ）と、金属層（Ｎｉ）と、ｐ型ＧａＮコンタクト層と、ｐ型ＡｌＧａＮ層で成るＰ−Ｂｌｏｃｋ層と、ＡｌＮ層で成るｉ−ｇｕｉｄｅ層と、多重量子井戸層と、ｎ型ＡｌＧａＮコンタクト層と、ｕ型ＡｌＧａＮ層と、ＡｌＮテンプレートと、サファイア基板とを、前記サファイア基板とは反対側からこの順で有し、
前記Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層の膜厚は５２ｎｍ〜５６ｎｍであり、
前記金属層と前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の界面から、前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の厚さ方向の範囲内で、かつ、前記ｐ型ＧａＮコンタクト層と前記Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層との界面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２次元フォトニック結晶周期構造を有し、
前記空孔は、前記空孔の前記サファイア基板方向の端面から前記多重量子井戸層と前記ｉ−ｇｕｉｄｅ層との界面までの距離が、垂直方向にλ／２ｎ１Ｄｎｅｆｆを満たし、その距離の範囲は５３ｎｍ〜５７ｎｍであり、
前記反射型２次元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の光に対して前記反射型２次元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ｍλ／ｎ２Ｄｅｆｆ＝２ａ（但し、ｍ：次数、λ：設計波長、ｎ２Ｄｅｆｆ：２次元フォトニック結晶の実効屈折率、ａ：２次元フォトニック結晶の周期）にある次数ｍは２≦ｍ≦４を満たし、前記空孔の半径をＲとした時、Ｒ／ａ比は０．３０≦Ｒ／ａ≦０．４０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（Ａｕ）と、金属層（Ｎｉ）と、波長λに対し透明なｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層と、ｐ型ＡｌＧａＮ層で成るＰ−Ｂｌｏｃｋ層と、ＡｌＮ層で成るｉ−ｇｕｉｄｅ層と、多重量子井戸層と、ｎ型ＡｌＧａＮコンタクト層と、ｕ型ＡｌＧａＮ層と、ＡｌＮテンプレートと、サファイア基板とを、前記サファイア基板とは反対側からこの順で有し、
前記Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層の膜厚は４４ｎｍ〜４８ｎｍであり、
前記金属層と前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の界面から、前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の厚さ方向の範囲内で、かつ、前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層と前記Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層との界面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２次元フォトニック結晶周期構造を有し、
前記空孔は、前記空孔の前記サファイア基板方向の端面から前記多重量子井戸層と前記ｉ−ｇｕｉｄｅ層との界面までの距離が、垂直方向にλ／２ｎ１Ｄｎｅｆｆを満たし、その距離の範囲は５３ｎｍ〜６１ｎｍであり、
前記反射型２次元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の光に対して前記反射型２次元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ｍλ／ｎ２Ｄｅｆｆ＝２ａ（但し、ｍ：次数、λ：設計波長、ｎ２Ｄｅｆｆ：２次元フォトニック結晶の実効屈折率、ａ：２次元フォトニック結晶の周期）にある次数ｍは１≦ｍ≦４を満たし、前記空孔の半径をＲとした時、Ｒ／ａ比は０．２０≦Ｒ／ａ≦０．４０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（Ｒｈ）と、波長λに対し透明な、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層と、ｐ型ＡｌＧａＮ層で成るＰ−Ｂｌｏｃｋ層と、ＡｌＮ層で成るｉ−ｇｕｉｄｅ層と、多重量子井戸層と、ｎ型ＡｌＧａＮコンタクト層と、ｕ型ＡｌＧａＮ層と、ＡｌＮテンプレートと、サファイア基板とを、前記サファイア基板とは反対側からこの順で有し、
前記Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層の膜厚は４４ｎｍ〜４８ｎｍであり、
前記反射電極層と前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の界面から、前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の厚さ方向の範囲内で、かつ、前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層と前記Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層との界面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２次元フォトニック結晶周期構造を有し、
前記空孔は、前記空孔の前記サファイア基板方向の端面から前記多重量子井戸層と前記ｉ−ｇｕｉｄｅ層との界面までの距離が、垂直方向にλ／２ｎ１Ｄｎｅｆｆを満たし、その距離の範囲は５３ｎｍ〜６１ｎｍ距離であり、
前記反射型２次元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の光に対して前記反射型２次元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ｍλ／ｎ２Ｄｅｆｆ＝２ａ（但し、ｍ：次数、λ：設計波長、ｎ２Ｄｅｆｆ：２次元フォトニック結晶の実効屈折率、ａ：２次元フォトニック結晶の周期）にある次数ｍは１≦ｍ≦４を満たし、前記空孔の半径をＲとした時、Ｒ／ａ比は０．２０≦Ｒ／ａ≦０．４０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の製造方法であって、
サファイア基板を成長基板とする積層構造体を準備する工程であって、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層で成るＰ−Ｂｌｏｃｋ層と、ＡｌＮ層で成るｉ−ｇｕｉｄｅ層と、多重量子井戸層と、ｎ型ＡｌＧａＮコンタクト層と、ｕ型ＡｌＧａＮ層と、ＡｌＮテンプレートとを、前記サファイア基板とは反対側からこの順で含有する積層構造体を形成する工程において、前記Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層の膜厚を５２ｎｍ〜５６ｎｍで結晶成長を行い、
前記金属層と前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の界面から、前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の厚さ方向の範囲内で、かつ、前記ｐ型ＧａＮコンタクト層と前記Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層との界面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２次元フォトニック結晶周期構造を形成する工程であって、前記空孔は、前記空孔の前記サファイア基板方向の端面から前記多重量子井戸層と前記ｉ−ｇｕｉｄｅ層との界面までの距離が、５３ｎｍ〜５７ｎｍの位置に形成される工程と、
前記反射型２次元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ｐ型ＧａＮコンタクト層の上にレジスト層を形成し、前記金型の構造をナノインプリント法にて転写する工程と、
前記レジスト層をマスクとして前記ｐ型ＧａＮコンタクト層をエッチングして２次元フォトニック結晶周期構造を形成する工程と、
前記反射型２次元フォトニック結晶構造を形成した上に、前記金属層をこの順で斜め蒸着法にて形成する工程と、
前記金属層の上に反射電極層を形成する工程と
を有する深紫外ＬＥＤの製造方法。
【請求項５】
設計波長をλとする深紫外ＬＥＤの製造方法であって、
サファイア基板を成長基板とする積層構造体を形成する工程であって、反射電極層と、金属層と、波長λに対し透明なｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層と、ｐ型ＡｌＧａＮ層で成るＰ−Ｂｌｏｃｋ層と、ＡｌＮ層で成るｉ−ｇｕｉｄｅ層と、多重量子井戸層と、ｎ型ＡｌＧａＮコンタクト層と、ｕ型ＡｌＧａＮ層と、ＡｌＮテンプレートとを、前記サファイア基板とは反対側からこの順で含有する積層構造体を形成する工程において、前記Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層の膜厚を４４ｎｍ〜４８ｎｍで結晶成長を行い、
前記金属層と前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の界面から、前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の厚さ方向の範囲内で、かつ、前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層と前記Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層との界面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２次元フォトニック結晶周期構造を形成する工程であって、前記空孔は、前記空孔の成長基板方向の端面から前記多重量子井戸層と前記ｉ−ｇｕｉｄｅ層との界面までの距離が、５３ｎｍ〜６１ｎｍの位置に形成される工程と、
前記反射型２次元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ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の上にレジスト層を形成し、前記金型の構造をナノインプリント法にて転写する工程と、
前記レジスト層をマスクとして前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層をエッチングして２次元フォトニック結晶周期構造を形成する工程と、
前記反射型２次元フォトニック結晶構造を形成した上に、前記金属層を斜め蒸着法にて形成する工程と、
前記金属層の上に反射電極層を形成する工程と
を有する深紫外ＬＥＤの製造方法。
【請求項６】
設計波長をλとする深紫外ＬＥＤの製造方法であって、
サファイア基板を成長基板とする積層構造体を形成する工程であって、反射電極層と、波長λに対し透明なｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層と、ｐ型ＡｌＧａＮ層で成るＰ−Ｂｌｏｃｋ層と、ＡｌＮ層で成るｉ−ｇｕｉｄｅ層と、多重量子井戸層と、ｎ型ＡｌＧａＮコンタクト層と、ｕ型ＡｌＧａＮ層と、ＡｌＮテンプレートとを、前記サファイア基板とは反対側からこの順で含有する積層構造体を形成する工程において、前記Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層の膜厚を４４ｎｍ〜４８ｎｍで結晶成長を行い、
前記反射電極層と前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の界面から、前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の厚さ方向の範囲内で、かつ、前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層と前記Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層との界面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２次元フォトニック結晶周期構造を形成する工程と、
前記空孔を、前記空孔の成長基板方向の端面から前記多重量子井戸層と前記ｉ−ｇｕｉｄｅ層との界面までの距離が、５３ｎｍ〜６１ｎｍの位置に形成する工程と、
前記反射型２次元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ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の上にレジスト層を形成し、前記金型の構造をナノインプリント法にて転写する工程と、
前記レジスト層をマスクとして前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層をエッチングして２次元フォトニック結晶周期構造を形成する工程と
前記反射型２次元フォトニック結晶構造を形成した上に、前記反射電極層を斜め蒸着法にて形成する工程と
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２００ｎｍ〜３５５ｎｍ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２〜３％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コンタクト層でほぼ１００％吸収されるため光取出し効率（ＬＥＥ）が、８％以下と低いことに起因する。【０００３】
特許文献１は、ｐ型ＡｌＧａＮ層の膜厚を１００ｎｍ以下に薄くした深紫外ＬＥＤにおいて、反射型フォトニック結晶構造の位置を量子井戸層に近づけることで、ＬＥＥを２倍〜３倍程度増加できるとし、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の場合で約２３％、ｐＧａＮコンタクト層で約１８％のＬＥＥが得られることを開示している。しかし、内部量子効率を５０％、電圧効率（電子注入効率×理論電圧/駆動電圧）を８０％とするとＷＰＥは依然として７〜９％と見積もられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第６１５６８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電力光変換効率（ＷＰＥは）「（内部量子効率（ＩＱＥ）×電子注入効率（ＥＩＥ）×光取出し効率（ＬＥＥ））×（（理論電圧（Ｖｔ）／駆動電圧（Ｖｆ））」の式で求められる通り、水銀ランプのＷＰＥ２０％を超えるためには、駆動電圧（Ｖｆ）をできる限り抑えつつ、同時に特許文献１に示されている値よりもさらにＬＥＥを上げることが要求される。【０００６】
本発明は、深紫外ＬＥＤにおいて、光取出し効率をさらに向上させる新たな技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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（Ａｕ）と、金属層（Ｎｉ）と、ｐ型ＧａＮコンタクト層と、ｐ型ＡｌＧａＮ層で成るＰ−Ｂｌｏｃｋ層と、ＡｌＮ層で成るｉ−ｇｕｉｄｅ層と、多重量子井戸層と、ｎ型ＡｌＧａＮコンタクト層と、ｕ型ＡｌＧａＮ層と、ＡｌＮテンプレートと、サファイア基板とを、前記サファイア基板とは反対側からこの順で有し、前記Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層の膜厚は５２ｎｍ〜５６ｎｍであり、前記金属層と前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の界面から、前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の厚さ方向の範囲内で、かつ、前記ｐ型ＧａＮコンタクト層と前記Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層との界面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２次元フォトニック結晶周期構造を有し、前記空孔は、前記空孔の前記サファイア基板方向の端面から前記多重量子井戸層と前記ｉ−ｇｕｉｄｅ層との界面までの距離が、垂直方向にλ／２ｎ１Ｄｅｆｆ（但し、λ：設計波長、ｎ1Deff：前記空孔の端面から前記ｉ−ｇｕｉｄｅ層までの積層構造の各膜厚の実効平均屈折率）を満たし、その距離の範囲は５３ｎｍ〜５７ｎｍであり、前記反射型２次元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の光に対して前記反射型２次元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ｍλ／ｎ2Dｅｆｆ＝２ａ（但し、ｍ：次数、λ：設計波長、ｎ2Dｅｆｆ：２次元フォトニック結晶の実効屈折率、ａ：２次元フォトニック結晶の周期）にある次数ｍは２≦ｍ≦４を満たし、前記空孔の半径をＲとした時、Ｒ／ａ比は０．３０≦Ｒ／ａ≦０．４０を満たすことを特徴とする深紫外ＬＥＤを提供する。【０００８】
前記深紫外ＬＥＤのパラメータの測定方法に関しては、エピタキシャル成長により形成される各層の厚み全体は、光干渉式膜厚測定器を用いて測定することができる。さらに、各層の厚みのそれぞれは、隣接する各層の組成が十分異なる場合（例えばＡｌ組成比が、０．０１以上異なる場合）、透過型電子顕微鏡による成長層の断面観察から算出できる。また、多重量子井戸や超格子構造のように各層の厚みが薄い場合にはＴＥＭ−ＥＤＳを用いて厚みを測定することができる。フォトニック結晶の周期構造や形状および量子井戸層とフォトニック結晶との距離の測定には透過電子顕微鏡によるＳＴＥＭ（走査透過電子顕微鏡）モードでのＨＡＡＤＦ（高角散乱環状暗視野）像を観察することにより算出できる。【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（Ａｕ）と、金属層（Ｎｉ）と、波長λに対し透明な、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層と、ｐ型ＡｌＧａＮ層で成るＰ−Ｂｌｏｃｋ層と、ＡｌＮ層で成るｉ−ｇｕｉｄｅ層と、多重量子井戸層と、ｎ型ＡｌＧａＮコンタクト層と、ｕ型ＡｌＧａＮ層と、ＡｌＮテンプレートと、サファイア基板とを、前記サファイア基板とは反対側からこの順で有し、前記Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層の膜厚は４４〜４８ｎｍであり、前記金属層と前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の界面から、前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の厚さ方向の範囲内で、かつ、前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層と前記Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層との界面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２次元フォトニック結晶周期構造を有し、前記空孔は、前記空孔の前記サファイア基板方向の端面から前記多重量子井戸層と前記ｉ−ｇｕｉｄｅ層との界面までの距離が、垂直方向にブラッグ反射条件λ／２ｎ１Ｄｅｆｆ（但し、λ：設計波長、ｎ1Deff：前記空孔の端面から前記ｉ−ｇｕｉｄｅ層までの積層構造の各膜厚の実効平均屈折率）を満たし、その距離の範囲は５３ｎｍ〜６１ｎｍ距離であり、前記反射型２次元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の光に対して前記反射型２次元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ｍλ／ｎ2Dｅｆｆ＝２ａ（但し、ｍ：次数、λ：設計波長、ｎ2Dｅｆｆ：２次元フォトニック結晶の実効屈折率、ａ：２次元フォトニック結晶の周期）にある次数ｍは１≦ｍ≦４を満たし、前記空孔の半径をＲとした時、Ｒ／ａ比は０．２０≦Ｒ／ａ≦０．４０を満たすことを特徴とする深紫外ＬＥＤを提供する。【００１０】
前記深紫外ＬＥＤのパラメータの測定方法に関しては、エピタキシャル成長により形成される各層の厚み全体は、光干渉式膜厚測定器を用いて測定することができる。さらに、各層の厚みのそれぞれは、隣接する各層の組成が十分異なる場合（例えばＡｌ組成比が、０．０１以上異なる場合）、透過型電子顕微鏡による成長層の断面観察から算出できる。また、多重量子井戸や超格子構造のように各層の厚みが薄い場合にはＴＥＭ−ＥＤＳを用いて厚みを測定することができる。フォトニック結晶の周期構造や形状および量子井戸層とフォトニック結晶との距離の測定には透過電子顕微鏡によるＳＴＥＭ（走査透過電子顕微鏡）モードでのＨＡＡＤＦ（高角散乱環状暗視野）像を観察することにより算出できる。【００１１】
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（Ｒｈ）と、波長λに対し透明な、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層と、ｐ型ＡｌＧａＮ層で成るＰ−Ｂｌｏｃｋ層と、ＡｌＮ層で成るｉ−ｇｕｉｄｅ層と、多重量子井戸層と、ｎ型ＡｌＧａＮコンタクト層と、ｕ型ＡｌＧａＮ層と、ＡｌＮテンプレートと、サファイア基板とを、前記サファイア基板とは反対側からこの順で有し、前記Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層の膜厚は４４〜４８ｎｍであり、前記反射電極層と前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の界面から、前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の厚さ方向の範囲内で、かつ、前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層と前記Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層との界面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２次元フォトニック結晶周期構造を有し、前記空孔は、前記空孔の前記サファイア基板方向の端面から前記多重量子井戸層と前記ｉ−ｇｕｉｄｅ層との界面までの距離が、垂直方向にブラッグ反射条件λ／２ｎ１Ｄｅｆｆ（但し、λ：設計波長、ｎ1Deff：前記空孔の端面から前記ｉ−ｇｕｉｄｅ層までの積層構造の各膜厚の実効平均屈折率）を満たし、その距離の範囲は５３ｎｍ〜６１ｎｍであり、前記反射型２次元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の光に対して前記反射型２次元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ｍλ／ｎ2Dｅｆｆ＝２ａ（但し、ｍ：次数、λ：設計波長、ｎ2Dｅｆｆ：２次元フォトニック結晶の実効屈折率、ａ：２次元フォトニック結晶の周期）にある次数ｍは１≦ｍ≦４を満たし、前記空孔の半径をＲとした時、Ｒ／ａ比は０．２０≦Ｒ／ａ≦０．４０を満たすことを特徴とする深紫外ＬＥＤを提供する。前記深紫外ＬＥＤのパラメータの測定方法に関しては、エピタキシャル成長により形成される各層の厚み全体は、光干渉式膜厚測定器を用いて測定することができる。さらに、各層の厚みのそれぞれは、隣接する各層の組成が十分異なる場合（例えばＡｌ組成比が、０．０１以上異なる場合）、透過型電子顕微鏡による成長層の断面観察から算出できる。また、多重量子井戸や超格子構造のように各層の厚みが薄い場合にはＴＥＭ−ＥＤＳを用いて厚みを測定することができる。フォトニック結晶の周期構造や形状および量子井戸層とフォトニック結晶との距離の測定には透過電子顕微鏡によるＳＴＥＭ（走査透過電子顕微鏡）モードでのＨＡＡＤＦ（高角散乱環状暗視野）像を観察することにより算出できる。【００１２】
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の製造方法であって、サファイア基板を成長基板とする積層構造体を形成する工程であって、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層で成るＰ−Ｂｌｏｃｋ層と、ＡｌＮ層で成るｉ−ｇｕｉｄｅ層と、多重量子井戸層と、ｎ型ＡｌＧａＮコンタクト層と、ｕ型ＡｌＧａＮ層と、ＡｌＮテンプレートとを、前記サファイア基板とは反対側からこの順で含有する積層構造体を形成する工程において、前記Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層の膜厚を５２〜５６ｎｍで結晶成長を行い、前記金属層と前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の界面から、前記ｐ型ＧａＮコンタクト層の厚さ方向の範囲内で、かつ、前記ｐ型ＧａＮコンタクト層と前記Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層との界面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２次元フォトニック結晶周期構造を形成する工程と、前記空孔を、前記空孔の前記サファイア基板方向の端面から前記多重量子井戸層と前記ｉ−ｇｕｉｄｅ層との界面までの距離が、５３ｎｍ〜５７ｎｍの範囲の位置に形成される工程と、前記反射型２次元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ｐ型ＧａＮコンタクト層の上にレジスト層を形成し、前記金型の構造をナノインプリント法にて転写する工程と、前記レジスト層をマスクとして前記ｐ型ＧａＮコンタクト層をエッチングして２次元フォトニック結晶周期構造を形成する工程と、前記反射型２次元フォトニック結晶構造を形成した上に、前記金属層と反射電極層をこの順で斜め蒸着法にて形成する工程と、前記金属層の上に反射電極層を形成する工程を有する深紫外ＬＥＤの製造方法を提供する。【００１３】
前記深紫外ＬＥＤの製造方法におけるパラメータの測定方法は、エピタキシャル成長により形成される各層の厚み全体は、光干渉式膜厚測定器を用いて測定することができる。さらに、各層の厚みのそれぞれは、隣接する各層の組成が十分異なる場合（例えばＡｌ組成比が、０．０１以上異なる場合）、透過型電子顕微鏡による成長層の断面観察から算出できる。また、多重量子井戸や超格子構造のように各層の厚みが薄い場合にはＴＥＭ−ＥＤＳを用いて厚みを測定することができる。フォトニック結晶の周期構造や形状および量子井戸層とフォトニック結晶との距離の測定には透過電子顕微鏡によるＳＴＥＭ（走査透過電子顕微鏡）モードでのＨＡＡＤＦ（高角散乱環状暗視野）像を観察することにより算出できる。【００１４】
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の製造方法であって、サファイア基板を成長基板とする積層構造体を準備する工程であって、前記積層構造体は、反射電極層と、金属層と、波長λに対し透明なｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層と、ｐ型ＡｌＧａＮ層で成るＰ−Ｂｌｏｃｋ層と、ＡｌＮ層で成るｉ−ｇｕｉｄｅ層と、多重量子井戸層と、ｎ型ＡｌＧａＮコンタクト層と、ｕ型ＡｌＧａＮ層と、ＡｌＮテンプレートとを、前記サファイア基板とは反対側からこの順で含有する積層構造体を形成する工程において、前記Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層の膜厚を４４〜４８ｎｍで結晶成長を行い、前記金属層と前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の界面から、前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の厚さ方向の範囲内で、かつ、前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層と前記Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層との界面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２次元フォトニック結晶周期構造を形成する工程であって、前記空孔は、前記空孔の成長基板方向の端面から前記多重量子井戸層と前記ｉ−ｇｕｉｄｅ層との界面までの距離が、５３ｎｍ〜６１ｎｍの範囲の位置に形成される工程と、前記反射型２次元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ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の上にレジスト層を形成し、前記金型の構造をナノインプリント法にて転写する工程と、前記レジスト層をマスクとして前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層をエッチングして２次元フォトニック結晶周期構造を形成する工程と、前記反射型２次元フォトニック結晶構造を形成した上に、前記金属層をＮｉで斜め蒸着法にて形成する工程と、前記金属層の上に反射電極層をＡｕで形成する工程を有する深紫外ＬＥＤの製造方法を提供する。【００１５】
前記深紫外ＬＥＤの製造方法におけるパラメータの測定方法は、エピタキシャル成長により形成される各層の厚み全体は、光干渉式膜厚測定器を用いて測定することができる。さらに、各層の厚みのそれぞれは、隣接する各層の組成が十分異なる場合（例えばＡｌ組成比が、０．０１以上異なる場合）、透過型電子顕微鏡による成長層の断面観察から算出できる。また、多重量子井戸や超格子構造のように各層の厚みが薄い場合にはＴＥＭ−ＥＤＳを用いて厚みを測定することができる。フォトニック結晶の周期構造や形状および量子井戸層とフォトニック結晶との距離の測定には透過電子顕微鏡によるＳＴＥＭ（走査透過電子顕微鏡）モードでのＨＡＡＤＦ（高角散乱環状暗視野）像を観察することにより算出できる。【００１６】
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の製造方法であって、サファイア基板を成長基板とする積層構造体を形成する工程であって、前記積層構造体は、反射電極層と、波長λに対し透明なｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層と、ｐ型ＡｌＧａＮ層で成るＰ−Ｂｌｏｃｋ層と、ＡｌＮ層で成るｉ−ｇｕｉｄｅ層と、多重量子井戸層と、ｎ型ＡｌＧａＮコンタクト層と、ｕ型ＡｌＧａＮ層と、ＡｌＮテンプレートとを、前記サファイア基板とは反対側からこの順で含有する積層構造体を形成する工程において、前記Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層の膜厚を４４〜４８ｎｍで結晶成長を行い、前記反射電極層と前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の界面から、前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の厚さ方向の範囲内で、かつ、前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層と前記Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層との界面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２次元フォトニック結晶周期構造を形成する工程と、前記空孔は、前記空孔の成長基板方向の端面から前記多重量子井戸層と前記ｉ−ｇｕｉｄｅ層との界面までの距離が、５３ｎｍ〜６１ｎｍの範囲の位置に形成される工程と、前記反射型２次元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ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の上にレジスト層を形成し、前記金型の構造をナノインプリント法にて転写する工程と、前記レジスト層をマスクとして前記ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層をエッチングして２次元フォトニック結晶周期構造を形成する工程と、前記反射型２次元フォトニック結晶構造を形成した上に、前記反射電極層をＲｈで斜め蒸着法にて形成する工程と、を有する深紫外ＬＥＤの製造方法を提供する。【００１７】
前記深紫外ＬＥＤの製造方法におけるパラメータの測定方法は、エピタキシャル成長により形成される各層の厚み全体は、光干渉式膜厚測定器を用いて測定することができる。さらに、各層の厚みのそれぞれは、隣接する各層の組成が十分異なる場合（例えばＡｌ組成比が、０．０１以上異なる場合）、透過型電子顕微鏡による成長層の断面観察から算出できる。また、多重量子井戸や超格子構造のように各層の厚みが薄い場合にはＴＥＭ−ＥＤＳを用いて厚みを測定することができる。フォトニック結晶の周期構造や形状および量子井戸層とフォトニック結晶との距離の測定には透過電子顕微鏡によるＳＴＥＭ（走査透過電子顕微鏡）モードでのＨＡＡＤＦ（高角散乱環状暗視野）像を観察することにより算出できる。【００１８】
本明細書は本願の優先権の基礎となる日本国特許出願番号２０１８−０１２０７３号の開示内容を包含する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、垂直方向のブラッグ反射と反射型２次元フォトニック結晶との相乗効果により深紫外ＬＥＤのＬＥＥ、ひいてはＷＰＥを飛躍的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】図１Ａ（ａ−１）は、本発明の第１の実施の形態による深紫外ＬＥＤの構造の一例を示す断面図であり、図１Ａ（ａ−２）は反射型２次元フォトニック結晶周期構造を示す平面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂ（ｂ−１）は、本発明の第２の実施の形態による深紫外ＬＥＤの構造の一例を示す断面図であり、図１Ｂ（ｂ−２）は反射型２次元フォトニック結晶周期構造を示す平面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃ（ｃ−１）は、本発明の第３の実施の形態による深紫外ＬＥＤの構造の一例を示す断面図であり、図１Ｃ（ｃ−２）は反射型２次元フォトニック結晶周期構造を示す平面図である。
【図２】図２は、垂直方向のブラッグ反射に関わる、多重量子井戸層からの累積膜厚と屈折率差の関係を表す。
【図３Ａ】図３Ａ（ａ−１）は２次元フォトニック結晶の平面波展開法によるＲ／ａ＝０．４０における、ＴＭ光のフォトニックバンド構造図であり、図３Ａ（ａ−２）は同じくＴＥ光のフォトニックバンド構造図である。
【図３Ｂ】図３Ｂ（ｂ−１）は２次元フォトニック結晶の平面波展開法によるＲ／ａ＝０．３０における、ＴＭ光のフォトニックバンド構造図であり、図３Ｂ（ｂ−２）は同じくＴＥ光のフォトニックバンド構造図である。
【図３Ｃ】図３Ｃ（ｃ−１）は２次元フォトニック結晶の平面波展開法によるＲ／ａ＝０．２０における、ＴＭ光のフォトニックバンド構造図であり、図３Ｃ（ｃ−２）は同じくＴＥ光のフォトニックバンド構造図である。
【図４】ＦＤＴＤ法による計算モデルの、ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚４０ｎｍにおけるフォトニック結晶近傍の断面図である。
【図５】２次元フォトニック結晶有りと無しの出力値の比較に関するＦＤＴＤ法の解析結果を示す図である。
【図６】２次元フォトニック結晶有りと無しのＬＥＥ増加倍率の比較に関するＦＤＴＤ法の解析結果を示す図である。
【図７】２次元フォトニック結晶のフォトンの状態密度を表す図である。
【図８】垂直方向のブラッグ反射条件を満たす、反射型２次元フォトニック結晶構造による高反射原理を示す図である。
【図９】量子井戸層からｐ型ＧａＮコンタクト層近傍における電界強度の経時変化を示す図である。
【図１０】ｐ型ＧａＮコンタクト層における、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚及び、量子井戸層と２次元フォトニック結晶間の距離を可変とした出力値の比較に関するＦＤＴＤ法の解析結果を示す図である。
【図１１】ｐ型ＧａＮコンタクト層における、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚及び、量子井戸層と２次元フォトニック結晶間の距離を可変としたＬＥＥ増加倍率の比較に関するＦＤＴＤ法の解析結果を示す図である。
【図１２】図１２（ａ）は、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚が５２ｎｍと５６ｎｍの時の、各ＬＥＥ増加倍率のＲ／ａ依存性示し、図１２（ｂ）は同じく各出力値のＲ／ａ依存性を示す図である。
【図１３】図１３（ａ）は、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚が５２ｎｍと５６ｎｍの時の、各ＬＥＥ増加倍率の次数依存性示し、図１３（ｂ）は同じく各出力値の次数依存性を示す図である。
【図１４】図１４（ａ）は、ｐ型ＧａＮコンタクト層／Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚５３ｎｍ、及びｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層／Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚４４ｎｍ、次数ｍ＝４の時の、ＬＥＥ増加倍率のＲ／ａ依存性示し、図１４（ｂ）は同じく出力値のＲ／ａ依存性を示す図である。
【図１５】図１５（ａ）は、ｐ型ＧａＮコンタクト層／Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚５３ｎｍ、及びｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層／Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚４４ｎｍ、Ｒ／ａ＝０．４０の時の、ＬＥＥ増加倍率の次数依存性示し、図１５（ｂ）は同じく出力値の次数依存性を示す図である。
【図１６】ｐ型ＧａＮコンタクト層の構造における光線追跡法によるＬＥＥ解析モデルを示す図である。
【図１７】垂直方向のブラッグ反射に関わる、多重量子井戸層からの累積膜厚と屈折率差の関係を表す図である。
【図１８】図１８（ａ）は２次元フォトニック結晶の平面波展開法によるＲ／ａ＝０．４０における、ＴＭ光のフォトニックバンド構造図であり、図１８（ｂ）は同じくＴＥ光のフォトニックバンド構造図である。
【図１９】ＦＤＴＤ法による計算モデルの、ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚４４ｎｍにおけるフォトニック結晶近傍の断面図である。
【図２０】２次元フォトニック結晶有りと無しの出力値の比較に関するＦＤＴＤ法の解析結果を示す図である。
【図２１】２次元フォトニック結晶有りと無しのＬＥＥ増加倍率の比較に関するＦＤＴＤ法の解析結果を示す図である。
【図２２】ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層における、量子井戸層と２次元フォトニック結晶間の距離を可変とした出力値の比較に関するＦＤＴＤ法の解析結果を示す図である。
【図２３】ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層における、量子井戸層と２次元フォトニック結晶間の距離を可変としたＬＥＥ増加倍率の比較に関するＦＤＴＤ法の解析結果を示す図である。
【図２４】ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の構造で、電極をＮｉＡｕ電極とした場合の光線追跡法によるＬＥＥ解析モデルを示す図である。
【図２５】ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の構造で、電極をＲｈ電極とした場合の光線追跡法によるＬＥＥ解析モデルを示す図である。
【図２６】ｐ型ＧａＮコンタクト層を用いた深紫外ＬＥＤ構造における、反射型２次元フォトニック結晶周期構造の加工プロセスを示す一例を示す図である。
【図２７】ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層を用いた深紫外ＬＥＤ構造における、反射型２次元フォトニック結晶周期構造の加工プロセスを示す一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
（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２７５ｎｍ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。
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テンプレート２、ｕ型ＡｌＧａＮ層３、ｎ型ＡｌＧａＮコンタクト層４、多重量子井戸層５（但し、多重量子井戸層５は、量子井戸層が３層（５１、５３，５５）で構成され、各量子井戸層の間にバリア層（５２、５４）を挟んだ構造である）、ｉ−ｇｕｉｄｅ層６（但し、ｉ−ｇｕｉｄｅ層６はＡｌＮ層で成る）、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層７（但し、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層７はＡｌＧａＮ層で成る）、ｐ型ＧａＮコンタクト層８、金属層９（但し、金属層９はＮｉ層で成る）、反射電極層１０（但し、反射電極層はＡｕで成る）を有する。そして、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層７の膜厚は５２ｎｍ〜５６ｎｍである。また、ｐ型ＧａＮコンタクト層８の厚さ方向の範囲内で、かつ、ｐ型ＧａＮコンタクト層８とＰ−Ｂｌｏｃｋ層７との界面を超えない位置に反射型２次元フォトニック結晶周期構造１００を設けており、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）を有し、空孔１０１はサファイア基板１方向の端面から多重量子井戸層５とｉ−ｇｕｉｄｅ層６との界面までの距離Ｇが５３ｎｍ〜５７ｎｍの位置に設けられており、この距離Ｇは垂直方向のブラッグ反射条件を満たす。エピタキシャル成長により形成される各層の厚み全体は、光干渉式膜厚測定器を用いて測定することができる。さらに、各層の厚みのそれぞれは、隣接する各層の組成が十分異なる場合（例えばＡｌ組成比が、０．０１以上異なる場合）、透過型電子顕微鏡による成長層の断面観察から算出できる。また、多重量子井戸や超格子構造のように各層の厚みが薄い場合にはＴＥＭ−ＥＤＳを用いて厚みを測定することができる。フォトニック結晶の周期構造や形状および量子井戸層とフォトニック結晶との距離の測定には透過電子顕微鏡によるＳＴＥＭ（走査透過電子顕微鏡）モードでのＨＡＡＤＦ（高角散乱環状暗視野）像を観察することにより算出できる。
【００２３】
図２に、垂直方向のブラッグ反射に関わる、多重量子井戸層５からｐ型ＧａＮコンタクト層８に至る積層構造における累積膜厚と屈折率差の関係を示す。
【００２４】
垂直方向のブラッグ反射の効果が得られる距離Ｇ（周期）及びＰ−Ｂｌｏｃｋ層７の膜厚を、ブラッグ散乱条件の式（ｍλ／ｎ1Deff＝２ａ、ｍ：次数、ｎ1Deff：空孔１０１（ｈ）の端面からｉ−ｇｕｉｄｅ層６までの積層構造の各膜厚の実効屈折率、λ：設計波長、ａ：周期）より算出する。
【００２５】
設計波長２７５ｎｍでのｉ−ｇｕｉｄｅ層６とＰ−Ｂｌｏｃｋ層７のそれぞれの屈折率（ｎ）は、ｉ−ｇｕｉｄｅ層６（ｎ１＝２．３００）、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層７（ｎ２＝２．５９４）である。実効屈折率ｎ1Deffは、ｎ1Deff＝[ｎ２２＋（ｎ１２−ｎ２２）（ｄ／ａ）２]０．５の式で求められる。ｉ−ｇｕｉｄｅ層６の膜厚をｄとし例えば１ｎｍとするとｄ／ａの値は０．０１９であるため、ｎ1Deffは２．５８９となる。ｍ＝１とし、これらを前記ブラッグ散乱条件の式に代入すると、周期ａは５３ｎｍと導き出される。ここではｉ−ｇｕｉｄｅ層６の膜厚は１ｎｍのため、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層７の膜厚は５２ｎｍとなる。すなわち、ここでは、垂直方向の反射効果が得られるＰ−Ｂｌｏｃｋ層７の膜厚は５２ｎｍとなる。
【００２６】
表１に、垂直方向のブラッグ反射効果に関する、ＦＤＴＤ法シミュレーション解析結果を示す。
【００２７】
【表１】
2019146737.tif 000003
【００２８】
表１は、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚４０ｎｍと５２ｎｍのそれぞれについて、モニターを、量子井戸層５５とｉ−ｇｕｉｄｅ層６の界面からサファイア基板１方向に５３ｎｍの距離の位置に設けた場合（表１「−Ｇ５３ｎｍ」）と、量子井戸層５５とｉ−ｇｕｉｄｅ層６の界面からｐ型ＧａＮコンタクト層８方向に５３ｎｍの距離の位置に設けた場合（表１「＋Ｇ５３ｎｍ」）の、各出力値とＰ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚５２ｎｍと膜厚４０ｎｍとの出力比を示している。
【００２９】
表１より、量子井戸層を挟んだ上側のモニター（「−Ｇ５３ｎｍ」）では、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚５２ｎｍの出力は膜厚４０ｎｍに対し１．８倍となっているが、下側のモニター（「＋Ｇ５３ｎｍ」）では２．６倍の出力比の違いが得らえている。これは、下側（「＋Ｇ５３ｎｍ」）では、Ｐ−Ｂｌｃｏｋ層４０ｎｍの場合の距離５３ｎｍはｐ型ＧａＮコンタクト層での吸収領域に入りこむ位置であるために、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ膜４０ｎｍの出力が大きく減少してしまうためである。
【００３０】
これらの結果から、垂直方向のブラッグ反射効果の得られる距離Ｇが５３ｎｍで、Ｐ−Ｂｌｃｏｋ層５２ｎｍとすれば、ｐ型ＧａＮコンタクト層の吸収領域に入り込まずに、反射効果が得られることが確認できる。
【００３１】
次に、反射型２次元フォトニック結晶周期構造１００は、図１Ａ（ａ−２）にｘｙ平面図として示す通り、半径がＲの円を断面とする空孔１０１（ｈ）がｐ型ＧａＮコンタクト層８よりも屈折率の小さい空気などで成る、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柱状構造体（ホール構造）を有する。また、空孔１０１（ｈ）は、ドライエッチングによるＰ−Ｂｌｏｃｋ層７の損傷を防止するために、ｐ型ＧａＮコンタクト層８とＰ−Ｂｌｏｃｋ層７の界面に到達していない構造であり、かつ、空孔１０１（ｈ）のサファイア基板１の方向の端面と量子井戸層５５までの距離（Ｇ）が５３ｎｍ〜５７ｎｍの範囲の位置に設けられる。
【００３２】
反射型２次元フォトニック結晶周期構造１００においては、多重量子井戸層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。
【００３３】
量子井戸層５５からの距離Ｇ５３ｎｍ〜５７ｎｍの位置の、ｐ型ＧａＮコンタクト層８内に設けられた反射型２次元フォトニック結晶周期構造１００は、異なる屈折率をもつｐ型ＧａＮコンタクト層８と空気の二つの構造体として形成される。空孔１０１（ｈ）の半径Ｒと周期ａの比であるＲ／ａ比を、例えば０．４０とした時、上記フォトニック結晶１００の充填率ｆは、ｆ＝２π／３０．５×（Ｒ／ａ）２の式で計算され、ｆ＝０．５８となる。そして、空気の屈折率ｎ３＝１．０、ｐ型ＧａＮコンタクト層８の屈折率ｎ４＝２．６３１、ｆ＝０．５８より実効屈折率ｎ2Dｅｆｆは次式で計算されｎ2Dｅｆｆ＝（ｎ４２＋（ｎ３２−ｎ４２）×ｆ）０．５＝１．８６７が得られる。
【００３４】
尚、深紫外（ＤＵＶ）光の波長領域は２００ｎｍ〜３５５ｎｍで、波長により屈折率ｎ及び消衰係数ｋが異なる。従って、選択する波長λが変われば、上記フォトニック結晶に係る計算パラメータも変わるので、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層の膜厚及び量子井戸層と２次元フォトニック結晶の距離も変わることになる。尚、今回計算に使用した屈折率及び消衰係数は文献値であるが、これらの値はその膜厚により若干変動するので、前記Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層の膜厚及び量子井戸層と２次元フォトニック結晶の距離も変わることになる。
【００３５】
そして、発光波長λ＝２７５ｎｍの場合の、この反射型２次元フォトニック結晶周期構造１００がブラッグ散乱条件（ｍλ／ｎ2Dｅｆｆ＝２ａ、但しｎ2Dｅｆｆ：２次元フォトニック結晶の実効屈折率、ａ：２Ｄ−ＰｈＣの周期、ｍ：次数）を満たす場合のＴＭ光及びＴＥ光のフォトニックバンド構造が平面波展開法で求められる。図３Ａ（ａ−１）及び（ａ−２）にＲ／ａ＝０．４０の場合のＴＭ光とＴＥ光の各々のフォトニックバンド構造図を示す
【００３６】
同様にＲ／ａ＝０．３０の場合のＴＭ光とＴＥ光の各々のフォトニックバンド構造図を図３Ｂ（ｂ−１）及び（ｂ−２）に、Ｒ／ａ＝０．２０の場合のＴＭ光とＴＥ光のフォトニックバンド構造図を図３Ｃ（ｃ−１）及び（ｃ−２）に示す。
【００３７】
２次元反射型フォトニック結晶においては、図３Ａ（ａ−１）、図３Ｂ（ｂ−１）及び図３Ｃ（ｃ−１）に示すようにＴＭ光はフォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）が観測されないが、ＴＥ光では図３Ａ（ａ−２）、図３Ｂ（ｂ−２）及び図３Ｃ（ｃ−２）に示すように第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ＰＢＧが観測される。そして、図３Ａ（ａ−２）、図３Ｂ（ｂ−２）及び図３Ｃ（ｃ−２）に示すように、ＴＥ光におけるＰＢＧの大きさはＲ／ａ＝０．４０が最も大きく、Ｒ／ａが大きくなるに従って、ＰＢＧも大きくなる。
【００３８】
ところで、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層７の膜厚が厚くなると駆動電圧（Ｖｆ）は高くなる。例えば波長２７５ｎｍ、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚が４０ｎｍの場合、Ｖｆは６Ｖ程度であるが、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚が１０ｎｍ増加すると、Ｖｆは１Ｖ上昇する。そのため、Ｖｆを抑えるためにはＰ−Ｂｌｏｃｋ層の膜厚をできだけ薄くしなければならない。しかしながら、垂直方向のブラッグ反射と反射型２次元フォトニック結晶の相乗効果により大幅に光取出し効率が向上するので、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚の最適化は重要である。そこで、本実施の形態では、前述した垂直方向のブラッグ反射と反射型２次元フォトニック結晶の相乗効果を得て著しくＬＥＥが向上し、かつ、ＶｆとＰ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚とのトレードオフをも考慮された適切な条件、すなわち、量子井戸層５５と反射型２次元フォトニック結晶構造間の距離、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚、２次元フォトニック結晶周期構造の各パラメータ（ブラッグ散乱条件ｍλ／ｎ2Dｅｆｆ＝２ａを満たす次数ｍと周期ａ及びＲ／ａ）を、ＦＤＴＤ法並びに光線追跡法によるシミュレーション解析により求めていく。
【００３９】
表２にＦＤＴＤ法の深紫外ＬＥＤ構造の計算モデル、表３には反射型２次元フォトニック結晶構造の計算モデルの各パラメータを示す。
【００４０】
【表２】
2019146737.tif 000004
【００４１】
【表３】
2019146737.tif 000005
【００４２】
図４はＦＤＴＤ法の計算モデルの一例となる、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層の膜厚が４０ｎｍの深紫外ＬＥＤ構造におけるフォトニック結晶周期構造近傍の断面図である。計算モデルの構造は、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層の膜厚を４０ｎｍから６０ｎｍの範囲で、４ｎｍステップで可変し、反射型２次元フォトニック結晶周期構造（２Ｄ−ＰｈＣ）の無い場合と有る場合での比較で解析を行った。２Ｄ−ＰｈＣの形成位置は、図４に示すようにＰ−Ｂｌｏｃｋ層とｐ型ＧａＮコンタクト層の界面から金属層（Ｎｉ）とｐ型ＧａＮコンタクト層の界面までとした。
【００４３】
上記計算モデルによるシミュレーション解析結果を図５及び図６に示す。図５は、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層を膜厚４０ｎｍ〜６０ｎｍの範囲で４ｎｍステップで可変し、２Ｄ−ＰｈＣは次数ｍ＝４、Ｒ／ａ＝０．４０の場合の２Ｄ−ＰｈＣ有りの場合と２Ｄ−ＰｈＣ無しの場合で、それぞれの出力（ｗ）の変化を示したものである。図５に示すように、２Ｄ−ＰｈＣ有りと２Ｄ−ＰｈＣ無しの場合のいずれもＰ−Ｂｌｏｃｋ層の膜厚が５２ｎｍ〜５６ｎｍで出力が大きく増加している。
【００４４】
また、同じく図５より、２Ｄ−ＰｈＣ無しの構造において、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚が５２ｎｍ〜５６ｎｍの時、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚４０ｎｍの時と比較した場合の出力がいずれも約２倍になっている。この現象は、本構造におけるｉ−ｇｕｉｄｅ層とＰ−Ｂｌｏｃｋ層の積層構造が、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚５２ｎｍ〜５６ｎｍのときに垂直方向のブラッグ反射効果が得られていることを示している。
【００４５】
また、図６は２Ｄ−ＰｈＣ有りの構造の場合の２Ｄ−ＰｈＣ無しの構造との比較によるＬＥＥ増加倍率を示した図である。図６に示すように、膜厚５２ｎｍで約２．６倍、膜厚５６ｎｍで約２．３倍ＬＥＥが増加することが示されており、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚５２ｎｍ〜５６ｎｍにおいて、垂直方向のブラッグ反射と反射型２次元フォトニック結晶の相乗効果が得られているものと言える。
【００４６】
反射型２次元フォトニック結晶（２Ｄ−ＰｈＣ）の設計は、２Ｄ−ＰｈＣ面内において、ブラッグ散乱条件の式ｍλ/ｎ2Dｅｆｆ＝２ａｓｉｎθ（但し、ｍ:次数、ｎ2Dｅｆｆ：２Ｄ−ＰｈＣ周期構造体の実効屈折率、λ：設計波長、ａ：２Ｄ−ＰｈＣの周期)から算出される。図７は、２Ｄ−ＰｈＣにおけるＲ／ａ＝０．２０とＲ／ａ＝０．４０のそれぞれのフォトンの状態密度を表した図である。フォトニック結晶による反射強度はフォトンの状態密度に相関性を持つ。図７に示すように、Ｒ／ａが大きいほど、フォトンの状態密度変化が大きい。そして、量子井戸層（発光層）に近接して形成された２Ｄ−ＰｈＣに入射したＤＵＶ光は、２Ｄ−ＰｈＣ面内で定在波を発生する。そして、量子井戸層と２Ｄ−ＰｈＣとの距離がλ／２ｎ1Deffを満たすとき、２Ｄ−ＰｈＣ面内に入射したＤＵＶ光は、垂直方向にブラッグ反射が起こってサファイア基板方向に反射される。（図８参照）。
【００４７】
本実施の形態における深紫外ＬＥＤ構造においては、量子井戸層と２Ｄ−ＰｈＣとの距離が５３ｎｍのとき、垂直方向において最もブラッグ反射件を満たしていることで大きな反射効果が得られるものと考えられる。
【００４８】
図９に、これらを検証するＦＤＴＤ法解析結果として、量子井戸層と２Ｄ−ＰｈＣ間の距離５３ｎｍとした時の、量子井戸層からｐ型ＧａＮコンタクト層近傍における、電界強度の経時変化を示した。図９は、２Ｄ−ＰｈＣ無しと２Ｄ−ＰｈＣ有りの場合の、断面及び２Ｄ−ＰｈＣ面内の電界強度をそれぞれ表している。図９（ａ）は、２Ｄ−ＰｈＣが無い構造の断面であるが、電界が全方向に均一に伝搬しているのに対し、図９（ｂ）の２Ｄ−ＰｈＣが有る場合は、２Ｄ−ＰｈＣに電界が侵入して行かずに反射していることがわかる。また、２Ｄ−ＰｈＣ面内の電界分布をみると、２Ｄ−ＰｈＣが無い構造の図９（ｃ）と比較して、２Ｄ−ＰｈＣが有る構造の図９（ｄ）では定在波の出現していることが確認できる。
【００４９】
これらの前提を踏まえ、１Ｄ−ＰｈＣと２Ｄ−ＰｈＣの相乗効果が得られる、量子井戸層と２Ｄ−ＰｈＣ間の距離（Ｇ）の最適値を、シミュレーション解析により求めていく。
【００５０】
まず、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層の膜厚４０ｎｍ、４８ｎｍ、５２ｎｍのそれぞれの、量子井戸層と２Ｄ−ＰｈＣ間の距離Ｇの違いによる出力を確認する。量子井戸層と２Ｄ−ＰｈＣ間の距離Ｇは、１ｎｍ〜５７ｎｍの間で４ｎｍステップの可変とし、２Ｄ−ＰｈＣはＲ／ａ＝０．３０及びＲ／ａ＝０．４０で、次数ｍはいずれもｍ＝４とした。ＦＤＴＤ法による解析結果を図１０に示す。
【００５１】
図１０に示すように、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚の比較では、膜厚４０ｎｍと膜厚４８ｎｍの違いはそれぞれ出力が最大となる距離Ｇ４９ｎｍで、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ膜厚４８ｎｍの方が膜厚４０ｎｍに比べて約１．２倍の大きい。一方、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ膜厚５２ｎｍは距離Ｇ５３ｎｍで出力が最大となり、その時、膜厚４８ｎｍに対して２倍以上の出力となることが確認できる。
【００５２】
また、図１１は、図１０と同じシミュレーション条件で、２Ｄ−ＰｈＣ無しの構造に対する２Ｄ−ＰｈＣ有りの構造の場合のＬＥＥ増加倍率を示している。図１１より、膜厚５２ｎｍでは、距離Ｇ５３の時は２Ｄ−ＰｈＣ有りの構造では２．６倍ＬＥＥが増加している。この結果は、量子井戸層と２Ｄ−ＰｈＣ間の距離Ｇが、前述の垂直方向のブラッグ条件を満たす距離である５３ｎｍと一致する。すなわち、垂直方向のブラッグ反射効果が最も大きい周期５３ｎｍを満たす、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚５２ｎｍは、出力及びＬＥＥ増加率の両方において垂直方向のブラッグ反射と反射型２次元フォトニック結晶の相乗効果が得らえる最適条件を満たしていることを示している。
【００５３】
尚、図１０において、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ膜厚５２ｎｍの時の距離Ｇ４９でも出力は距離Ｇ５３と同程度であるが、距離Ｇ４９では反射型２次元フォトニック結晶構造の空孔がｐ型ＧａＮコンタクト層を超えてＰ−Ｂｌｏｃｋ層まで侵入してエッチングされてしまい、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層にエッチング損傷を与える可能性があるため、選択することができない。また、距離Ｇ５７の場合は、距離Ｇ５３よりは下がるものの比較的大きな出力を示しているため、量子井戸層と反射型２次元ＰｈＣ間距離Ｇは５３ｎｍ〜５７ｎｍを選択する。
【００５４】
また、量子井戸層と反射型２次元フォトニック結晶の相乗効果が狙える距離Ｇについて、最大５７ｎｍをも選択するため、ｉ−ｇｕｉｄｅ層膜厚が１ｎｍであれば、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層の膜厚は５２ｎｍ〜５６ｎｍが適切となる。そこで、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚５２ｎｍと５６ｎｍの場合で、２Ｄ−ＰｈＣのＲ／ａ依存性及び次数依存性の観点からＦＤＴＤ法解析を行った。尚、この解析は、標準的なＬＥＤ構造との比較を確認するため、標準的なＰ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚４０ｎｍで、２Ｄ−ＰｈＣ無しの構造との比較で行った。Ｒ／ａ依存性については、次数をｍ＝４とし、Ｒ／ａ＝０．２０〜０．４０で可変とした。また、次数依存性については、Ｒ／ａをＲ／ａ＝０．４０とし、ｍ＝１〜４で可変とした。これらの結果として、ＬＥＥ増加倍率と出力値の比較を図１２及び図１３に示す。
【００５５】
Ｒ／ａ依存性について、図１２（ａ）はＬＥＥ増加倍率、図１２（ｂ）は出力値を示している。また、次数依存性について、図１３（ａ）はＬＥＥ増加倍率を、図１３（ｂ）は出力値を示す。図１２（ａ）、（ｂ）、図１３（ａ）、（ｂ）に示す通り、いずれの結果においても、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ膜厚５２ｎｍと５６ｎｍでは、ほぼ同程度の出力値とＬＥＥ増加率が得られていることが確認できる。尚、この解析結果からは、２Ｄ−ＰｈＣの最適パラメータとして、Ｒ／ａ＝０．３０またはＲ／ａ＝０．４０が良く、次数はｍ＝３またはｍ＝４が良いことが確認できる。
【００５６】
さらに、２Ｄ−ＰｈＣの適切なＲ／ａ、次数の条件について、同じくＦＤＴＤ法シミュレーション解析により示す。図１１及び図１２より、Ｒ／ａ＝０．３０とＲ／ａ＝０．４０の比較では、フォトンの状態密度変化が大きいＲ／ａ＝０．４０（図７参照）の方が、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚４０ｎｍ、４８ｎｍ、５２ｎｍのいずれにおいても反射効果が高い事が示されている。そこで、量子井戸層と２Ｄ−ＰｈＣ間の距離Ｇを、前述した垂直方向のブラッグ条件を満たす距離であるＧ５３ｎｍに固定させて、Ｒ／ａ＝０．４０における次数依存性を確認した（図１５）。また、同時に、次数ｍ＝４におけるＲ／ａ依存性も確認した（図１４）。尚、この解析も、標準的なＬＥＤ構造との比較を確認するため、標準的なＰ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚４０ｎｍで、２Ｄ−ＰｈＣ無しの構造との比較で行った。
【００５７】
図１４（ａ）は、Ｇ５３ｎｍで次数ｍ＝４として、Ｒ／ａをＲ／ａ＝０．２０、Ｒ／ａ＝０．３０、Ｒ／ａ＝０．４０の各Ｒ／ａにおけるＬＥＥ増加倍率のＲ／ａ依存性を、図１４（ｂ）はその出力値のＲ／ａ依存性を示す。図１４（ａ）に示す通り「ｐＧａＮ＿Ｐｂｌｏｃｋ５２ｎｍ＿ｍ４」は、Ｒ／ａ＝０．２０でＬＥＥが約２．５倍となるが、Ｒ／ａ＝０．４０では５倍以上になることが確認できる。また、図１４（ｂ）においても、Ｒ／ａが大きくなるにつれ、出力が大きくなっていることがわかる。
【００５８】
図１５（ａ）は、Ｇ５３ｎｍでＲ／ａ＝０．４０として、次数をｍ＝１〜４の各次数におけるＬＥＥ増加倍率の次数依存性を、図１５（ｂ）は、同じく出力値の次数依存性を示す。図１５（ａ）より、「ｐＧａＮ＿Ｐｂｌｏｃｋ５２ｎｍ＿Ｒ／ａ０．４０」は、次数ｍ＝１〜２においてはＬＥＥ増加倍率が約３〜４倍となるが、次数ｍ＝３〜４では約５〜６倍となる。また、図１５（ｂ）においても、次数ｍ＝３〜４が、次数ｍ＝１〜２と比較し、大きな出力が得られることが確認できる。
【００５９】
これらの検証として、ＬＥＥ値を光線追跡法とのクロスシミュレーションにより求め、確認した。図１６に光線追跡法の計算モデルと解析結果を示す。法線追跡法では、ナノメートル・スケールの計算はできないため、まず光線追跡法にて計算したＬＥＥ値に、ＦＤＴＤ法により導出したＬＥＥ増加倍率を掛け合わせた、クロスシミュレーションにより、本実施の形態におけるＬＥＤ構造のＬＥＥ値を算出した。表４にその結果を示す。
【００６０】
【表４】
2019146737.tif 000006
【００６１】
表４に示す通り、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚５２ｎｍ、量子井戸層と２Ｄ−ＰｈＣ間の距離Ｇ５３ｎｍ、Ｒ／ａ＝０．４０、次数ｍ＝３のときＬＥＥは２７．５％、同じく次数ｍ＝４で２５．５％のＬＥＥ値が示されており、本実施の形態に基づけば、よりＬＥＥを向上させることができる。
【００６２】
（第２の実施の形態）
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２７５ｎｍとするＡｌＧａＮ系深紫外ＬＥＤの構造（断面図と平面図）を図１Ｂ（ｂ−１）、（ｂ−２）に表す。
具体的には、図１Ｂ（ｂ−１）の断面図の上から順番に、サファイア基板１、ＡｌＮテンプレート２、ｕ型ＡｌＧａＮ層３、ｎ型ＡｌＧａＮコンタクト層４、多重量子井戸層５（但し、多重量子井戸層５は、量子井戸層が３層（５１、５３，５５）で構成され、各量子井戸層の間にバリア層（５２、５４）を挟んだ構造である）、ｉ−ｇｕｉｄｅ層６（但し、ｉ−ｇｕｉｄｅ層６はＡｌＮ層で成る）、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層７（但し、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層７はＡｌＧａＮ層で成る）、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層８ａ、金属層９（但し、金属層９はＮｉ層で成る）、反射電極層１０（但し、反射電極層はＡｕで成る）を有する。そして、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層７の膜厚は４４ｎｍ〜４８ｎｍである。また、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層８ａの厚さ方向の範囲内で、かつ、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層８ａとＰ−Ｂｌｏｃｋ層７との界面を超えない位置に反射型２次元フォトニック結晶周期構造１００を設けており、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）を有し、空孔１０１はサファイア基板１方向の端面から多重量子井戸層５とｉ−ｇｕｉｄｅ層６との界面までの距離Ｇが５３ｎｍ〜６１ｎｍの位置に設けられており、この距離Ｇは垂直方向にブラッグ反射を満たす。
【００６３】
エピタキシャル成長により形成される各層の厚み全体は、光干渉式膜厚測定器を用いて測定することができる。さらに、各層の厚みのそれぞれは、隣接する各層の組成が十分異なる場合（例えばＡｌ組成比が、０．０１以上異なる場合）、透過型電子顕微鏡による成長層の断面観察から算出できる。また、多重量子井戸や超格子構造のように各層の厚みが薄い場合にはＴＥＭ−ＥＤＳを用いて厚みを測定することができる。フォトニック結晶の周期構造や形状および量子井戸層とフォトニック結晶との距離の測定には透過電子顕微鏡によるＳＴＥＭ（走査透過電子顕微鏡）モードでのＨＡＡＤＦ（高角散乱環状暗視野）像を観察することにより算出できる。
【００６４】
図１７に、垂直方向のブラッグ反射に関わる、多重量子井戸層５からｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層８ａに至る積層構造における累積膜厚と屈折率差の関係を示す。
【００６５】
垂直方向のブラッグ反射の効果が得られる距離Ｇ（周期）及びＰ−Ｂｌｏｃｋ層７の膜厚を、ブラッグ散乱条件の式（ｍλ／ｎ1Deff＝２ａ、ｍ：次数、ｎ1Deffａｖ：空孔１０１（ｈ）の端面からｉ−ｇｕｉｄｅ層６までの積層構造の各膜厚の実効屈折率、λ：設計波長、ａ：周期）より算出する。
【００６６】
設計波長２７５ｎｍでのｉ−ｇｕｉｄｅ層６とＰ−Ｂｌｏｃｋ層７のそれぞれの屈折率（ｎ）は、ｉ−ｇｕｉｄｅ層６（ｎ１＝２．３００）、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層７（ｎ２＝２．５９４）である。実効屈折率ｎ1Deffは、ｎａｖ＝[ｎ２２＋（ｎ１２−ｎ２２）（ｄ／ａ）２]０．５の式で求められる。ｉ−ｇｕｉｄｅ層６の膜厚をｄとし例えば１ｎｍとするとｄ／ａの値は０．０１９であるため、ｎ1Deffは２．５８９となる。ｍ＝１とし、これらを前記ブラッグ散乱条件の式に代入すると、周期ａは５３ｎｍと導き出される。すなわち、ここでは、垂直方向の反射効果が得られる距離は５３ｎｍとなる。
【００６７】
表５に、垂直方向のブラッグ反射効果に関する、ＦＤＴＤ法シミュレーション解析結果を示す。
【００６８】
【表５】
2019146737.tif 000007
【００６９】
表５は、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚４０ｎｍと４４ｎｍのそれぞれについて、量子井戸層５５とｉ−ｇｕｉｄｅ層６の界面からサファイア基板１方向に５３ｎｍの距離の位置に設けた場合（表５「−Ｇ５３ｎｍ」）と、量子井戸層５５とｉ−ｇｕｉｄｅ層６の界面からｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層８ａ方向に５３ｎｍの距離の位置に設けた場合（表５「＋Ｇ５３ｎｍ」）の、各出力値とＰ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚４４ｎｍと膜厚４０ｎｍとの出力比を示している。
【００７０】
表５より、量子井戸層を挟んだ上下のモニターそれぞれで、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層４４ｎｍの出力比が２倍程度得られていることが確認できる。また、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚４０ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層側に設置されたモニター（＋Ｇ５３ｎｍ）の出力値はｐ型ＧａＮコンタクト層の場合と比較してほとんど減少していない。これは、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層がｐ型ＧａＮコンタクト層のような吸収が無いためである。
【００７１】
これらの結果から、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層のＬＥＤ構造においても、垂直方向のブラッグ反射効果が得られる距離Ｇが５３ｎｍであることが確認できる。
【００７２】
次に、反射型２次元フォトニック結晶周期構造１００は、図１Ｂ（ｂ−２）にｘｙ平面図として示す通り、半径がＲの円を断面とする空孔１０１（ｈ）がｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層８ａよりも屈折率の小さい空気などで成る、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柱状構造体（ホール構造）を有する。また、空孔１０１（ｈ）は、ドライエッチングによるＰ−Ｂｌｏｃｋ層７の損傷を防止するために、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層８ａとＰ−Ｂｌｏｃｋ層７の界面に到達していない構造であり、かつ、空孔１０１（ｈ）のサファイア基板１の方向の端面と量子井戸層５５までの距離Ｇが５３ｎｍ〜６１ｎｍの範囲の位置に設けられる。
【００７３】
反射型２次元フォトニック結晶周期構造１００においては、多重量子井戸層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。
【００７４】
量子井戸層５５からの距離Ｇ５３ｎｍ〜６１ｎｍの位置の、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層８ａ内に設けられた反射型２次元フォトニック結晶周期構造１００は、異なる屈折率をもつｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層８ａと空気の二つの構造体として形成される。空孔１０１（ｈ）の半径Ｒと周期ａの比であるＲ／ａ比を、例えば０．４０とした時、上記フォトニック結晶１００の充填率ｆは、ｆ＝２π／３０．５×（Ｒ／ａ）２の式で計算され、ｆ＝０．５８となる。そして、空気の屈折率ｎ３＝１．０、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層８の屈折率ｎ４＝２．７２３、ｆ＝０．５８より実効屈折率ｎ2Dｅｆｆは次式で計算されｎ2Dｅｆｆ＝（ｎ４２＋（ｎ３２−ｎ４２）×ｆ）０．５＝１．９２１が得られる。
【００７５】
尚、深紫外（ＤＵＶ）光の波長領域は２００ｎｍ〜３５５ｎｍで、波長により屈折率ｎ及び消衰係数ｋが異なる。従って、選択する波長λが変われば、上記フォトニック結晶に係る計算パラメータも変わるので、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層の膜厚及び量子井戸層と２次元フォトニック結晶の距離も変わることになる。尚、今回計算に使用した屈折率及び消衰係数は文献値であるが、これらの値はその膜厚により若干変動するので、前記Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層の膜厚及び量子井戸層と２次元フォトニック結晶の距離も変わることになる。
【００７６】
そして、発光波長λ＝２７５ｎｍの場合の、この反射型２次元フォトニック結晶周期構造１００がブラッグ散乱条件（ｍλ／ｎ2Dｅｆｆ＝２ａ、但しｎ2Dｅｆｆ：２次元フォトニック結晶の実効屈折率、ａ：２Ｄ−ＰｈＣの周期、ｍ：次数）を満たす場合のＴＭ光及びＴＥ光のフォトニックバンド構造が平面波展開法で求められる。図１８（ａ）及び（ｂ）にＲ／ａ＝０．４０の場合のＴＭ光とＴＥ光の各々のフォトニックバンド構造図を示す。
【００７７】
２次元反射型フォトニック結晶においては、図１８（ａ）に示すようにＴＭ光はフォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）が観測されないが、ＴＥ光では図１８（ｂ）に示すように第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が観測される。そして、ＴＥ光におけるＰＢＧの大きさはＲ／ａ＝０．４０が最も大きく、Ｒ／ａが大きくなるに従って、ＰＢＧの大きくなる。
【００７８】
ところで、本発明の第１の実施の形態で示したように、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層７の膜厚が厚くなると駆動電圧（Ｖｆ）は高くなる。そのため、Ｖｆを抑えつつ、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層の膜厚をできだけ薄くして、垂直方向のブラッグ反射と反射型２次元フォトニック結晶の相乗効果により大幅に光取出し効率（ＬＥＥ）が向上するような、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚の最適化が重要である。本実施の形態では、ｐ型コンタクト層を、第１の実施の形態におけるｐ型ＧａＮコンタクト層に代えて、波長λに対して透明なｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層を用いた深紫外ＬＥＤ構造における、垂直方向のブラッグ反射と反射型２次元フォトニック結晶の相乗効果を得て著しくＬＥＥが向上し、かつ、ＶｆとＰ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚とのトレードオフをも考慮された適切な条件、すなわち、量子井戸層５５と反射型２次元フォトニック結晶構造間の距離、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚、２次元フォトニック結晶周期構造の各パラメータ（ブラッグ散乱条件ｍλ／ｎ2Dｅｆｆ＝２ａを満たす次数ｍと周期ａ及びＲ／ａ）を、ＦＤＴＤ法並びに光線追跡法によるシミュレーション解析により求めていく。
【００７９】
表６にＦＤＴＤ法の深紫外ＬＥＤ構造の計算モデル、表７には反射型２次元フォトニック結晶構造の計算モデルの各パラメータを示す。
【００８０】
【表６】
2019146737.tif 000008
【００８１】
【表７】
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【００８２】
図１９はＦＤＴＤ法の計算モデルの一例となる、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層の膜厚が４４ｎｍの深紫外ＬＥＤ構造におけるフォトニック結晶周期構造近傍の断面図である。計算モデルの構造は、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層の膜厚を４０ｎｍから６０ｎｍの範囲で、４ｎｍステップで可変し、反射型２次元フォトニック結晶周期構造（２Ｄ−ＰｈＣ）の無い場合と有る場合での比較で解析を行った。２Ｄ−ＰｈＣの形成位置は、図１９に示すようにＰ−Ｂｌｏｃｋ層とｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の界面から金属層（Ｎｉ）とｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層の界面までとした。
【００８３】
上記計算モデルによるシミュレーション解析結果を図２０及び図２１に示す。図２０は、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層を膜厚４０ｎｍ〜６０ｎｍの範囲で４ｎｍステップで可変し、２Ｄ−ＰｈＣは次数ｍ＝４、Ｒ／ａ＝０．４０の場合の２Ｄ−ＰｈＣ無しの場合と２Ｄ−ＰｈＣ有りの場合のそれぞれの出力（ｗ）の変化を示したものである。図２０に示すように、２Ｄ−ＰｈＣ無しと２Ｄ−ＰｈＣ有りの場合のいずれもＰ−Ｂｌｏｃｋ層の膜厚が４４ｎｍ〜５２ｎｍで出力が大きく増加している。
【００８４】
また、同じく図２０より、２Ｄ−ＰｈＣ無しの構造において、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚が４４ｎｍ〜５２ｎｍの場合、膜厚４０ｎｍの場合と比較しての出力が約２倍になっている。この現象は、本構造におけるｉ−ｇｕｉｄｅ層とＰ−Ｂｌｏｃｋ層の積層構造が、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚４４ｎｍ〜５２ｎｍのときに垂直方向のブラッグ反射効果が得られていることを示している。
【００８５】
また、図２１は、同じ条件で、２Ｄ−ＰｈＣ有りの構造の場合の２Ｄ−ＰｈＣ無しの構造との比較によるＬＥＥ増加倍率を示した図である。図２１に示すように、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層の膜厚が増えるに従い、ＬＥＥ増加率も上がっており、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ膜厚とＬＥＥ増加率は相関性があることが示されている。しかしながら、前述したように、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚が増加するとＶｆも増加するため、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ膜厚は４４ｎｍが良く、次いで４８ｎｍまでを選択する。
【００８６】
反射型２次元フォトニック結晶（２Ｄ−ＰｈＣ）の設計は、２Ｄ−ＰｈＣ面内において、ブラッグ散乱条件の式ｍλ/ｎ2Dｅｆｆ＝２ａｓｉｎθ（但し、ｍ:次数、ｎ2Dｅｆｆ：２Ｄ−ＰｈＣ周期構造体の実効屈折率、λ：設計波長、ａ：２Ｄ−ＰｈＣの周期)から算出される。第１の実施の形態において図７に示したように、Ｒ／ａが大きいほど、フォトンの状態密度変化が大きい。そして、図８に示したように、量子井戸層（発光層）に近接して形成された２Ｄ−ＰｈＣに入射したＤＵＶ光は、２Ｄ−ＰｈＣ面内で定在波を発生する。そして、量子井戸層とフォトニック結晶との距離がλ／２ｎ1Deffを満たすとき、２Ｄ−ＰｈＣ面内に入射したＤＵＶ光は、垂直方向のブラッグ反射が起こってサファイア基板方向に反射される。
【００８７】
本実施の形態の深紫外ＬＥＤ構造においては、量子井戸層と２Ｄ−ＰｈＣとの距離が５３ｎｍのとき、垂直方向において最もブラッグ反射条件を満たしていることで大きな反射効果が得られるものと考えられる。
【００８８】
これらの前提を踏まえ、垂直方向のブラッグ反射と２Ｄ−ＰｈＣの相乗効果が得られる、量子井戸層と２Ｄ−ＰｈＣ間の距離（Ｇ）の最適値を、シミュレーション解析により求めていく。
【００８９】
Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚を４４ｎｍとし、量子井戸層と２Ｄ−ＰｈＣ間の距離Ｇの違いによる出力を確認する。ここでは、量子井戸層と２Ｄ−ＰｈＣ間の距離Ｇは、１ｎｍ〜６１ｎｍの間で４ｎｍステップの可変とし、２Ｄ−ＰｈＣはＲ／ａ＝０．４、次数ｍ＝４とした。ＦＤＴＤ法による解析結果を図２２に示す。
【００９０】
図２２に示すように、量子井戸層と２Ｄ−ＰｈＣ間の距離Ｇは５３ｎｍで出力が最大となることが確認できる。
【００９１】
また、図２３は、図２２と同じシミュレーション条件で、２Ｄ−ＰｈＣ無しの構造に対する２Ｄ−ＰｈＣ有りの構造の場合のＬＥＥ増加倍率を示している。量子井戸層と２Ｄ−ＰｈＣ間の距離Ｇ５３ｎｍはＬＥＥ増加倍率においても最大を示しており、これは、前述の垂直方向のブラッグ条件を満たす距離である５３ｎｍと一致する。すなわち、垂直方向のブラッグ反射効果が最も大きい周期５３ｎｍが、出力及びＬＥＥ増加倍率の両方において１次元フォトニック結晶と反射型２次元フォトニック結晶の相乗効果が得らえる最適化条件を満たしていることを示している。
【００９２】
量子井戸層と２Ｄ−ＰｈＣ間の距離は、５３ｎｍから、比較的大きな出力を示している６１ｎｍを選択する。
【００９３】
次に、２Ｄ−ＰｈＣのＲ／ａ及び次数ｍの選択をどことするかを、ＦＤＴＤ法解析により確認した。Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚４４ｎｍとして、２Ｄ−ＰｈＣ無しの構造と有りの構造での比較を行った。まず、Ｒ／ａ依存性については、次数をｍ＝４とし、Ｒ／ａ＝０．２０〜０．４０で可変とした。また、次数依存性については、Ｒ／ａをＲ／ａ＝０．４０とし、ｍ＝１〜４で可変とした。これらの結果として、ＬＥＥ増加倍率と出力値の比較を図１４及び図１５に示す。
【００９４】
図１４（ａ）は、Ｇ５３ｎｍで次数ｍ＝４として、Ｒ／ａをＲ／ａ＝０．２０、Ｒ／ａ＝０．３０、Ｒ／ａ＝０．４０の各Ｒ／ａにおけるＬＥＥ増加倍率のＲ／ａ依存性を、図１４（ｂ）はその出力値のＲ／ａ依存性を示す。図１４（ａ）に示す通り「ｐＡｌＧａＮ＿ＮｉＡｕ＿Ｐｂｌｏｃｋ４４ｎｍ＿ｍ４」は、Ｒ／ａ＝０．２０でＬＥＥが約２倍となるが、Ｒ／ａ＝０．４０では約４倍になることが確認できる。また、図１４（ｂ）においても、Ｒ／ａが大きくなるにつれ、出力が大きくなっていることがわかる。
【００９５】
図１５（ａ）は、Ｇ５３ｎｍでＲ／ａ＝０．４０として、次数をｍ＝１〜４の各次数におけるＬＥＥ増加倍率の次数依存性を、図１５（ｂ）は、同じく出力値の次数依存性を示す。図１５（ａ）より、「ｐＡｌＧａＮ＿ＮｉＡｕ＿Ｐｂｌｏｃｋ４４ｎｍ＿Ｒ／ａ０．４０」は、次数ｍ＝１〜２においてはＬＥＥ増加倍率は約２〜２．５倍となるが、次数ｍ＝３〜４では約４倍となる。また、図１５（ｂ）においても、次数ｍ＝３〜４が、次数ｍ＝１〜２と比較し、大きな出力が得られることが確認できる。
【００９６】
これらの検証として、ＬＥＥ値を光線追跡法とのクロスシミュレーションにより求め、確認した。図２４に光線追跡法の計算モデルと解析結果を示す。法線追跡法では、ナノメートル・スケールの計算はできないため、まず光線追跡法にて計算したＬＥＥ値に、ＦＤＴＤ法により導出したＬＥＥ増加倍率を掛け合わせた、クロスシミュレーションにより、本実施の形態におけるＬＥＤ構造のＬＥＥ値を算出した。表８にその結果を示す。
【００９７】
【表８】
2019146737.tif 000010
【００９８】
表８に示す通り、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚４４ｎｍ、量子井戸層と２Ｄ−ＰｈＣ間の距離Ｇ５３ｎｍ、Ｒ／ａ＝０．４０、次数ｍ＝３のときＬＥＥは６３．５％、同じく次数ｍ＝４で６２．２％のＬＥＥ値が示されており、本実施の形態に基づけば、さらにＬＥＥを向上させることができる。
【００９９】
（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として、設計波長λを２７５ｎｍとするＡｌＧａＮ系深紫外ＬＥＤの構造（断面図と平面図）を図１Ｃ（ｃ−１）、（ｃ−２）に表す。
【０１００】
図１Ｃに示すように、本実施の形態のＬＥＤ構造は、本発明の第２の実施の形態おける、ｐ型コンタクト層が波長λに対して透明なｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層を用いた深紫外ＬＥＤ構造の電極部分である、金属層（Ｎｉ）と反射射電極（Ａｕ）を、Ｒｈ電極に代えた場合の変形例である。
【０１０１】
Ｒｈ電極（反射率７０％）は、Ｎｉ／Ａｕ電極（反射率２０％）と比較し反射率が高く、図２０に示すように、Ｒｈ電極がＮｉ／Ａｕ電極よりも高い出力が得らえることがシミュレーション結果から示されている。Ｒ／ａ＝０．４０の２Ｄ−ＰｈＣの反射効果は、ＴＥ光でほぼ１００％に対して、ＴＭ光は劣る。波長２７５ｎｍのＤＵＶ光は偏光しており、本発明において示すＦＤＴＤ法シミュレーション解析では偏光度０．３５で計算しており、強度比はＴＥ：ＴＭ＝７：３である。従って、２Ｄ−ＰｈＣを透過して電極に到達したＴＭ光の反射がＲｈ電極においては、Ｎｉ／Ａｕ電極と比較して高い出力として影響するものと考えられる。
【０１０２】
本実施の形態におけるＬＥＤ構造の積層構造体部は、第２の実施の形態の構造と同じで電極のみが異なる変形例であり、従って、垂直方向のブラッグ反射と２Ｄ−ＰｈＣの相乗効果が得らえる最適条件は、第２実施の形態と同じ条件で、電極のみをＲｈに変えて、ＦＤＴＤ法シミュレーション解析を行った。表９にＦＤＴＤ法の深紫外ＬＥＤ構造の計算モデルの各パラメータを示す。反射型２次元フォトニック結晶構造の計算モデルのパラメータは表７の通り。ＦＤＴＤ法シミュレーション解析結果を図２２に示す。
【０１０３】
【表９】
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【０１０４】
図２２では、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚を４４ｎｍとし、量子井戸層と２Ｄ−ＰｈＣ間の距離（Ｇ）の違いによる出力を確認する。ここでは、量子井戸層と２Ｄ−ＰｈＣ間の距離Ｇは、１ｎｍ〜６１ｎｍの間で４ｎｍステップの可変とし、２Ｄ−ＰｈＣはＲ／ａ＝０．４０、次数ｍ＝４とした。
【０１０５】
図２２に示すように、Ｒｈ電極においても、量子井戸層と２Ｄ−ＰｈＣ間の距離Ｇは５３ｎｍで出力が最大となることが確認できる。
【０１０６】
また、図２３は、図２２と同じシミュレーション条件で、２Ｄ−ＰｈＣ無しの構造に対する２Ｄ−ＰｈＣ有りの構造の場合のＬＥＥ増加倍率を示している。量子井戸層と２Ｄ−ＰｈＣ間の距離Ｇ５３ｎｍはＬＥＥ増加倍率においても最大と示しており、これは、前述の垂直方向のブラッグ条件を満たす距離である５３ｎｍと一致する。すなわち、垂直方向の反射効果が最も大きい周期５３ｎｍが、出力及びＬＥＥ増加率の両方において１次元フォトニック結と反射型２次元フォトニック結晶の相乗効果が得らえる最適化条件を満たしていることを示している。
【０１０７】
量子井戸層と２Ｄ−ＰｈＣ間の距離は、５３ｎｍから、比較的大きな出力を示している６１ｎｍを選択する。
【０１０８】
次に、２Ｄ−ＰｈＣのＲ／ａ及び次数ｍの選択をどことするかを、ＦＤＴＤ法解析により確認した。Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚４４ｎｍとして、２Ｄ−ＰｈＣ無しの構造と有りの構造での比較を行った。まず、Ｒ／ａ依存性については、次数をｍ＝４とし、Ｒ／ａ＝０．２０〜０．４０で可変とした。また、次数依存性については、Ｒ／ａをＲ／ａ＝０．４０とし、ｍ＝１〜４で可変とした。これらの結果として、ＬＥＥ増加倍率と出力値の比較を図１４及び図１５に示す。
【０１０９】
図１４（ａ）は、Ｇ５３ｎｍで次数ｍ＝４として、Ｒ／ａをＲ／ａ＝０．２０、Ｒ／ａ＝０．３０、Ｒ／ａ＝０．４０の各Ｒ／ａにおけるＬＥＥ増加倍率のＲ／ａ依存性を、図１４（ｂ）はその出力値のＲ／ａ依存性を示す。図１４（ａ）に示す通り「ｐＡｌＧａＮ＿Ｒｈ＿Ｐｂｌｏｃｋ４４ｎｍ＿ｍ４」は、Ｒ／ａ＝０．２０でＬＥＥが約２倍となるが、Ｒ／ａ＝０．４０では３倍強になることが確認できる。また、図１４（ｂ）においても、Ｒ／ａが大きくなるにつれ、出力が大きくなっていることがわかる。
【０１１０】
図１５（ａ）は、Ｇ５３ｎｍでＲ／ａ＝０．４０として、次数をｍ＝１〜４の各次数におけるＬＥＥ増加倍率の次数依存性を、図１５（ｂ）は、同じく出力値の次数依存性を示す。図１５（ａ）より、「ｐＡｌＧａＮ＿Ｒｈ＿Ｐｂｌｏｃｋ４４ｎｍ＿Ｒ／ａ０．４０」は、次数ｍ＝１〜２においてはＬＥＥ増加倍率が約２倍となるが、次数ｍ＝３〜４では約３倍となる。また、図１５（ｂ）においても、次数ｍ＝３〜４が、次数ｍ＝１〜２と比較し、大きな出力が得られることが確認できる。
【０１１１】
これらの検証として、ＬＥＥ値を光線追跡法とのクロスシミュレーションにより求め、確認した。図２５に光線追跡法の計算モデルと解析結果を示す。法線追跡法では、ナノメートル・スケールの計算はできないため、まず光線追跡法にて計算したＬＥＥ値に、ＦＤＴＤ法により導出したＬＥＥ増加率を掛け合わせた、クロスシミュレーションにより、本実施の形態におけるＬＥＤ構造のＬＥＥ値を算出した。表１０にその結果を示す。
【０１１２】
【表１０】
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【０１１３】
表１０に示す通り、Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層膜厚４４ｎｍ、量子井戸層と２Ｄ−ＰｈＣ間の距離Ｇ５３ｎｍ、Ｒ／ａ＝０．４０、次数ｍ＝３のときＬＥＥは５８．７％、同じく次数ｍ＝４で５５．２％のＬＥＥ値が示されており、本実施の形態に基づけば、よりＬＥＥを向上させることができる。
【０１１４】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施の形態として、ｐ型コンタクト層にｐ型ＧａＮコンタクト層を用いた深紫外ＬＥＤの製造方法について説明する。
【０１１５】
まず、サファイア基板を成長基板として、ＡｌＮテンプレート、ｕ型ＡｌＧａＮ層、ｎ型ＡｌＧａＮコンタクト層、多重量子井戸層を順次、結晶成長により積層する。多重量子井戸層は、井戸層２ｎｍを３層で井戸層の間にバリア層７ｎｍを２層挟む形で成膜を行う。その上にＡｌＮによるｉ−ｇｕｉｄｅ層とｐ型ＡｌＧａＮ層によるＢ−Ｂｌｏｃｋ層を５２ｎｍ〜５６ｎｍ積層する。その上にｐ型ＧａＮコンタクト層を積層させる。エピタキシャル成長により形成される各層の厚み全体は、光干渉式膜厚測定器を用いて測定することができる。さらに、各層の厚みのそれぞれは、隣接する各層の組成が十分異なる場合（例えばＡｌ組成比が、０．０１以上異なる場合）、透過型電子顕微鏡による成長層の断面観察から算出できる。また、多重量子井戸や超格子構造のように各層の厚みが薄い場合にはＴＥＭ−ＥＤＳを用いて厚みを測定することができる。
【０１１６】
そして、ｐ型ＧａＮコンタクト層まで結晶成長された深紫外ＬＥＤ積層構造体に、反射型２次元フォトニック結晶周期構造を形成する。
【０１１７】
図２６は、反射型２次元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。
【０１１８】
反射型２次元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２０８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。
【０１１９】
具体的には、ｐ型ＧａＮコンタクト層２０８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２０８の表面に下層レジスト２１０をスピンコートする。次に、Ｓｉ含有の上層レジスト２０９をスピンコートして二層レジストを形成する（図２６（ａ）参照）。
【０１２０】
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２１１を上層レジスト２０９に転写する（図２６（ｂ）参照）。次に酸素プラズマで上層レジスト２０９をエッチングしてマスク２１２を形成する。図２６（ｃ）参照。そしてこのマスク２１２をＩＣＰプラズマでＰ−Ｂｌｏｃｋ層２０７を超えない、フォトニック結晶パターン（ホール）２１１の端面から量子井戸層２０５までの距離が、５３ｎｍ〜５７ｎｍまでとなる位置までエッチングする。図２６（ｄ）参照。最後に残存した下層レジスト２１０を洗浄して清浄な面出しを行う。フォトニック結晶の周期構造や形状および量子井戸層とフォトニック結晶との距離の測定には透過電子顕微鏡によるＳＴＥＭ（走査透過電子顕微鏡）モードでのＨＡＡＤＦ（高角散乱環状暗視野）像を観察することにより算出できる。
【０１２１】
さらに、エッチングよるｐ型ＧａＮコンタクト層への損傷を考慮して、その修復のため、硫化アンモニウム処理またはアニール処理を行ってもよい。
【０１２２】
そののち、反射型２次元フォトニック周期構造の上に、金属層（Ｎｉ）及び反射電極層（Ａｕ）を形成する。これら金属層（Ｎｉ）と反射電極層（Ａｕ）は、斜め蒸着法にて形成してもよい。
【０１２３】
斜め蒸着法によれば、金属層（Ｎｉ）及び反射電極層（Ａｕ）を反射型２次元フォトニック結晶周期構造の空孔内に埋め込むことなく、ｐ型ＧａＮコンタクト層の表面に金属層（Ｎｉ）及び反射電極層（Ａｕ）を形成することが可能である。
【０１２４】
（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態として、ｐ型コンタクト層にｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層を用いた深紫外ＬＥＤの製造方法について説明する。
【０１２５】
サファイア基板を成長基板として、ＡｌＮテンプレート、ｕ型ＡｌＧａＮ層、ｎ型ＡｌＧａＮコンタクト層、多重量子井戸層を順次、結晶成長により積層する。多重量子井戸層は、井戸層２ｎｍを３層で井戸層の間にバリア層７ｎｍを２層挟む形で成膜を行う。その上にＡｌＮによるｉ−ｇｕｉｄｅ層とｐ型ＡｌＧａＮ層によるＢ−Ｂｌｏｃｋ層を４４ｎｍ〜４８ｎｍ積層する。その上にｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層を積層する。
【０１２６】
エピタキシャル成長により形成される各層の厚み全体は、光干渉式膜厚測定器を用いて測定することができる。さらに、各層の厚みのそれぞれは、隣接する各層の組成が十分異なる場合（例えばＡｌ組成比が、０．０１以上異なる場合）、透過型電子顕微鏡による成長層の断面観察から算出できる。また、多重量子井戸や超格子構造のように各層の厚みが薄い場合にはＴＥＭ−ＥＤＳを用いて厚みを測定することができる。
【０１２７】
ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層まで結晶成長された深紫外ＬＥＤ積層構造体に、反射型２次元フォトニック結晶周期構造を形成する。反射型２次元フォトニック結晶の加工には、第４の実施の形態に述べた方法と同様の方法により形成する。（図２７参照）。
【０１２８】
すなわち、ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層２０８ａ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ＡｌＧａＮコンタクト層２０８ａの表面に下層レジスト２１０をスピンコートする。次に、Ｓｉ含有の上層レジスト２０９をスピンコートして二層レジストを形成する。上層レジスト２０９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（図２７（ａ）参照）、フォトニック結晶パターン２１１を上層レジスト２０９に転写する（図２７（ｂ）参照）。次に酸素プラズマで上層レジスト２０９をエッチングしてマスク２１２を形成する。（図２７（ｃ）参照）。そして、このマスク２１２をＩＣＰプラズマでＰ−Ｂｌｏｃｋ層２０７を超えない、フォトニック結晶パターン（ホール）２１１の端面から量子井戸層２０５までの距離が、５３ｎｍ〜６１ｎｍまでとなる位置までエッチングする。（図２７（ｄ）参照）。最後に残存した下層レジスト２１０を洗浄して清浄な面出しを行う。フォトニック結晶の周期構造や形状および量子井戸層とフォトニック結晶との距離の測定には透過電子顕微鏡によるＳＴＥＭ（走査透過電子顕微鏡）モードでのＨＡＡＤＦ（高角散乱環状暗視野）像を観察することにより算出できる。
【０１２９】
さらに、エッチングよるｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層への損傷を考慮して、その修復のため、硫化アンモニウム処理またはアニール処理を行ってもよい。
【０１３０】
そののち、反射型２次元フォトニック周期構造上、金属層（Ｎｉ）及び反射電極層（Ａｕ）を形成する。これら金属層（Ｎｉ）と反射電極層（Ａｕ）は、斜め蒸着法により形成してもよい。
【０１３１】
斜め蒸着法によれば、金属層（Ｎｉ）及び反射電極層（Ａｕ）を反射型２次元フォトニック結晶周期構造の空孔内に埋め込むことなく、ｐ型ＧａＮコンタクト層の表面に金属層（Ｎｉ）及び反射電極層（Ａｕ）を形成することが可能である。
【０１３２】
また、電極形成においては、反射型２次元フォトニック結晶周期構造形成後、金属層（Ｎｉ）及び反射電極層（Ａｕ）に代わり、Ｒｈ電極を用いることもできる。そして、Ｒｈ電極においても斜め蒸着法により形成することもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１３３】
本発明は、深紫外ＬＥＤに利用可能である。
【符号の説明】
【０１３４】
１…サファイア基板、２…ＡｌＮテンプレート、３…ｕ型ＡｌＧａＮ層、４…ｎ型ＡｌＧａＮコンタクト層、５…多重量子井戸層、６…ｉ−ｇｕｉｄｅ層、７…Ｐ−Ｂｌｏｃｋ層、８…ｐ型ＧａＮコンタクト層、８ａ…ｐ型ＡｌＧａＮコンタクト層、９…金属層（Ｎｉ）、１０…反射電極層（Ａｕ）、１１…反射電極層（Ｒｈ）、１００…反射型２次元フォトニック結晶周期構造、１０１（ｈ）…空孔（柱状構造体、ホール）。【０１３５】
本明細書で引用した全ての刊行物、特許及び特許出願はそのまま引用により本明細書に組み入れられるものとする。
【図１Ａ】
2019146737.tif 000013
【図１Ｂ】
2019146737.tif 000014
【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【国際調査報告】
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