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TWI608631B - Deep ultraviolet LED and its manufacturing method - Google Patents

Deep ultraviolet LED and its manufacturing method Download PDF

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TWI608631B
TWI608631B TW104125449A TW104125449A TWI608631B TW I608631 B TWI608631 B TW I608631B TW 104125449 A TW104125449 A TW 104125449A TW 104125449 A TW104125449 A TW 104125449A TW I608631 B TWI608631 B TW I608631B
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deep ultraviolet
periodic structure
ultraviolet led
photonic crystal
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鹿嶋行雄
松浦恵里子
小久保光典
田代貴晴
大川貴史
平山秀樹
前田哲利
定昌史
上村隆一郎
長田大和
嶋谷聡
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丸文股份有限公司
東芝機械股份有限公司
國立研究開發法人理化學研究所
愛發科股份有限公司
東京應化工業股份有限公司
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Description

深紫外LED及其製造方法
本發明係關於一種AlGaN系深紫外LED技術。
發光波長265nm附近之深紫外LED近年來作為殺菌、淨水用途而受到關注。圖22係表示先前一般之深紫外LED之構造之一例之剖視圖。於圖22所示之LED中，由量子井層5發光之光穿過障壁層4、n型AlGaN層3、AlN緩衝層2及藍寶石基板1而向上部方向(空氣中)出射。此時，根據斯奈爾定律，由n型AlGaN層3、AlN緩衝層2、藍寶石基板1、空氣間之折射率差而導致一部分光於內部全反射而朝Al(或Au)反射電極層11之方向，於p型GaN接觸層9或Ni層10中大部分被吸收而於內部消失。
另一方面，由量子井層5發光且向下部方向傳播之光亦於p型GaN接觸層9或Ni層10中被吸收，大部分光消失。
因此，於圖22所示之構造中，超出50%之光於內部消失。此時之外部量子效率(EQE，Extranal Quantam Efficiency)為約5%，光取出效率(LEE)為約10%。
根據專利文獻1，揭示有於藍寶石基板之表面或側面設置有凹凸構造以抑制內部全反射而使光取出效率改善20%左右。
又，作為提高光取出效率之新的方法，介紹一種將具有光之波長左右之週期之光子晶體週期構造形成於光取出層之技術。光子晶體週期構造係於具有不同折射率之2個構造體之界面上形成，一般為主 要包含柱構造或孔構造之凹凸。而且已知，於形成有該週期構造之區域藉由禁止光之存在而可抑制全反射，從而利用此而有助於光取出效率之提高(參照專利文獻2)。
又，於下述非專利文獻1中，有如下主旨之報告：將吸收深紫外光之p型GaN接觸層置換為相對於深紫外光透明之透明p型AlGaN接觸層，進而使Ni層之厚度儘量薄至1nm左右而使光取出效率改善至1.7倍。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2014-68010號公報
[專利文獻2]日本專利第5315513號公報
[非專利文獻]
[非專利文獻1]OPTRONICS(2014.2)NO. 386平成26年2月10日發行，56(總論)，由元件透明化產生的AlGaN深紫外LED之光取出效率之高效化，pp.58-66.
於專利文獻1中，關於抑制向圖22之上部方向(基板側)傳播之光之吸收正在部分改善。
然而，由量子井層發光且向圖22之下部方向(反射電極側)傳播之光於p型GaN接觸層或Ni層中大部分被吸收，故而關於發光效率之改善並未達到根本性解決。
專利文獻2中記載之發光元件中所製作之光子晶體係以改善光取出效率為目的，但並無用以抑制於p型GaN接觸層或Ni層之吸收之具體揭示。
又，於非專利文獻1中，向圖22之下部方向(反射電極側)傳播之 光之吸收得到改善，但Ni(1nm)/Al反射電極之反射率為70%左右，若干光會被吸收之問題並未得以解決。
本發明之目的在於提供一種深紫外LED，其抑制於上下方向傳播之光之吸收，進而改善光取出效率。
根據本發明之第一觀點，提供一種深紫外LED，其特徵在於：其係將設計波長設為λ之深紫外LED，自與基板相反側依序具有Al反射電極層、用於歐姆接觸之極薄膜Ni層(1nm左右)、及相對於波長λ透明之透明p型AlGaN接觸層，具有至少於上述透明p型AlGaN接觸層之厚度方向上、或於自上述透明p型AlGaN接觸層起包含與含有上述極薄膜Ni層之上述Al反射電極層之界面之厚度方向之範圍所設置的光子晶體週期構造，且上述光子晶體週期構造具有光子帶隙。
透明p型AlGaN接觸層對波長265nm之折射率為2.60，該光子晶體週期構造為相對於其之折射率差較大之圓柱狀空孔(折射率1.0)，藉由具有光子帶隙而使波長λ之TE(Transverse Electric，橫電)光反射，與光子帶隙之大小成比例從而其效果顯著。進而，自量子井層至光子晶體週期構造之距離越近，則立體角越大，從而反射效果越顯著。
另一方面，TM(Transverse Magnetic，橫磁)光透過光子晶體週期構造而通往極薄膜Ni層與Al反射電極層，但由於TM光之光子帶隙並未打開，故而其穿透率較小，從而顯著抑制Al反射電極層之吸收。因此，可使朝下部方向、即朝反射電極層傳播之光之大部分完全反射。
根據本發明之第二觀點，上述反射構造可忽略深紫外光之吸收，故而可最大限度地利用對顯出藍色LED或白色LED之光取出效率進行改善之各種手法及其效果。具體而言，有如下方法：於具有折射率之界面上設置光子晶體(PhC，Photonic Crystal)等凹凸構造以抑制內部全反射而改善光取出效率之方法；剝離藍寶石基板以使半導體層 部之光取出面積增加而改善光取出效率之方法；或將LED元件整體利用樹脂封入以抑制內部全反射而改善光取出效率之方法等。
又，根據本發明之第三觀點，提供一種深紫外LED之製造方法，其包含以下工序：將設計波長設為λ，準備自與基板相反側依序含有Al反射電極層、極薄膜Ni層、及透明p型AlGaN接觸層之積層構造體；準備模具，用以形成至少於上述透明p型AlGaN接觸層之厚度方向上、或於自上述透明p型AlGaN接觸層起包含與含有上述極薄膜Ni層之上述Al反射電極層之界面之厚度方向之範圍所設置的光子晶體週期構造、或用以於具有不同折射率之界面上形成光子晶體等之凹凸構造、或用以於剝離藍寶石基板而獲得之半導體層部之光取出面上形成光子晶體等之凹凸構造、或用以將LED元件整體利用樹脂封入且於其界面上形成光子晶體等之凹凸構造；於上述積層構造體上形成抗蝕劑層，且轉印上述模具之構造；及將上述抗蝕劑層作為遮罩而依序蝕刻積層構造體，形成光子晶體等之週期構造。
本說明書包含作為本案之優先權之基礎的日本專利申請案2015-007108號之說明書及/或圖式中記載之內容。
根據本發明，可使深紫外LED之光取出效率飛躍性提高。
a‧‧‧光子晶體週期構造之週期
R‧‧‧週期構造之半徑
h‧‧‧週期構造之加工深度
1‧‧‧藍寶石基板
2‧‧‧AlN緩衝層
2a‧‧‧AlN緩衝層
3‧‧‧n型AlGaN層
4‧‧‧障壁層
5‧‧‧量子井層
6‧‧‧障壁層
7‧‧‧電子阻擋層
8‧‧‧p型AlGaN層
8a‧‧‧透明p型AlGaN接觸層
9‧‧‧p型GaN接觸層
10‧‧‧Ni層
10a‧‧‧極薄膜Ni層
11‧‧‧Al或Au反射電極層
31‧‧‧支持基板
41‧‧‧封入樹脂
51‧‧‧封入樹脂
61‧‧‧Al反射膜
61a‧‧‧Al反射膜
71‧‧‧Al反射膜
81‧‧‧藍寶石基板
83‧‧‧下層抗蝕劑
85‧‧‧上層抗蝕劑
85a‧‧‧上層抗蝕劑圖案
87‧‧‧圖案
89‧‧‧圖案
100‧‧‧第1(反射型)光子晶體週期構造
100a‧‧‧光子晶體週期構造
101a(h)‧‧‧圓孔(柱狀構造體，孔)
101(h)‧‧‧圓孔(柱狀構造體(孔))
110‧‧‧第2光子晶體週期構造
111(p)‧‧‧柱構造桿(柱)
220‧‧‧奈米PSS與結合柱週期構造
220a‧‧‧奈米PSS週期構造體
220b‧‧‧AlN結合柱
將本說明書中所引用之所有出版物、專利及專利申請案作為參考直接引入至本說明書中。
圖1A(a)、(b)係表示本發明之第1實施形態之深紫外LED之一構造例之剖視圖。
圖1B係表示圖1A之變化例之深紫外LED之一構造例之剖視圖。
圖2(a)、(b)係表示入射至光子晶體(孔)中之TE光及TM光之狀況之概念圖。
圖3A係表示TE光之PBG與R/a之關係之圖。
圖3B係表示TM光之PBG與R/a之關係之圖。
圖4A係表示先前型深紫外LED之計算模型之剖視圖。
圖4B係表示具備透明p型AlGaN接觸層之深紫外LED之計算模型之剖視圖。
圖4C係表示具備透明p型AlGaN接觸層與Ni層(10nm)之深紫外LED之計算模型之剖視圖。
圖4D係表示於圖4A之構造中設置有光子晶體週期構造之計算模型之剖視圖。
圖4E係表示於圖4B之構造中設置有光子晶體週期構造之計算模型之剖視圖。
圖4F係表示於圖4C之構造中設置有光子晶體週期構造之計算模型之剖視圖。
圖5係表示於透明p型AlGaN接觸層/極薄膜Ni層基底之構造中將光子晶體設置於2個部位之深紫外LED之一構造例之圖。其係表示於圖4E之構造之藍寶石基板上設置有第2光子晶體週期構造之例之圖。(a)係剖視圖，(b)係俯視圖。
圖6係表示入射至光子晶體(柱)中之TM光穿透之狀況之概念圖。
圖7係表示光子晶體之光子帶構造之例之圖。
圖8A係表示用以決定本發明之第1實施形態之第1光子晶體週期構造之計算模擬之處理例的流程圖。
圖8B係表示用以決定本發明之第2實施形態之第2光子晶體週期構造之計算模擬之處理例的流程圖。
圖9係表示第2實施形態之第2光子晶體週期構造(柱構造)之TM光之PBG與R/a之關係的圖。
圖10A係表示將滿足布拉格條件之第二光子帶(2ndPB)之縱軸(ωa/2πc)換算為真空中之波長λV後於次數m=1時之λV與ka/2π之光子帶構造之圖。
圖10B表示將滿足布拉格條件之第四光子帶(4thPB)之縱軸(ωa/2πc)換算為真空中之波長λV後於次數m=1時之λV與ka/2π之光子帶構造之圖。
圖11A係表示由次數m=3所決定之R/a之圖，其係表示R/a=0.35(次數m=1)之第二光子帶(2ndPB)產生駐波之條件之圖。
圖11B係表示由次數m=3所決定之R/a之圖，其係表示R/a之第四光子帶(4thPB)產生駐波之條件之圖。
圖12A係表示將滿足布拉格條件之第二光子帶(2ndPB)之縱軸(ωa/2πc)換算為真空中之波長λV且以次數(m=3)整數倍後之縱軸：3λV、橫軸：ka/2π之光子帶構造之圖。
圖12B係表示將滿足布拉格條件之第四光子帶(4thPB)之縱軸(ωa/2πc)換算為真空中之波長λV且5整數倍後之縱軸：3λV、橫軸：ka/2π之光子帶構造之圖。
圖12C係表示將滿足布拉格條件之第四光子帶(4thPB)之縱軸(ωa/2πc)換算為真空中之波長λV且6整數倍後之縱軸：3λV、橫軸：ka/2π之光子帶構造之圖。
圖13A係表示將滿足布拉格條件之第二光子帶(2ndPB)之縱軸(ωa/2πc)換算為真空中之波長λV且以次數(m=4)整數倍後之縱軸：4λV、橫軸：ka/2π之光子帶構造之圖。
圖13B係表示將滿足布拉格條件之第四光子帶(4thPB)之縱軸(ωa/2πc)換算為真空中之波長λV且6整數倍後之縱軸：4λV、橫軸：ka/2π之光子帶構造之圖。
圖13C係表示將滿足布拉格條件之第四光子帶(4thPB)之縱軸(ωa/2πc)換算為真空中之波長λV且7整數倍後之縱軸：4λV、橫軸：ka/2π之光子帶構造之圖。
圖13D係表示將滿足布拉格條件之第四光子帶(4thPB)之縱軸 (ωa/2πc)換算為真空中之波長λV且8整數倍後之縱軸：4λV、橫軸：ka/2π之光子帶構造之圖。
圖14A(a)係表示於透明p型AlGaN接觸層/極薄膜Ni層基底之構造中將光子晶體設置於2個部位、進而設置有來自奈米PSS之AlN結合柱之深紫外LED之剖視圖，(b)係俯視圖。
圖14B係圖14A之深紫外LED之概觀圖。
圖15A係表示於透明p型AlGaN接觸層之構造中分別設置有第1及第2光子晶體，進而設置有來自奈米PSS之AlN結合柱之深紫外LED之計算模型的剖視圖。
圖15B係表示於透明p型AlGaN接觸層與Ni層(10nm)之構造中分別設置有第1及第2光子晶體，進而設置有來自奈米PSS之AlN結合柱之深紫外LED之計算模型的剖視圖。
圖15C係表示於先前型深紫外LED之構造中分別設置有第1及第2光子晶體，進而設置有來自奈米PSS之AlN結合柱構造之深紫外LED之計算模型的剖視圖。
圖16係於剝離藍寶石基板且貼附有支持基板之透明p型AlGaN接觸層/極薄膜Ni層基底之構造中光子晶體(孔)與來自奈米PSS之AlN結合柱成為光取出面之深紫外LED之剖視圖。
圖17A係於透明p型AlGaN接觸層/極薄膜Ni層基底之構造中分別設置有第1及第2光子晶體，進而設置有來自奈米PSS之AlN結合柱構造之後，樹脂封入之深紫外LED之剖視圖。
圖17B係於剝離藍寶石基板且貼附有支持基板之透明p型AlGaN接觸層/極薄膜Ni層基底之構造中光子晶體(孔)與來自奈米PSS之AlN結合柱成為光取出面之後，樹脂封入之深紫外LED之剖視圖。
圖18A係於透明p型AlGaN接觸層/極薄膜Ni層基底之構造中分別設置有第1及第2光子晶體，進而設置有來自奈米PSS之AlN結合柱構 造之後，設置有Al反射膜構造之深紫外LED之剖視圖。
圖18B係對圖18A之構造實施樹脂封入之深紫外LED之剖視圖。
圖19A係於透明p型AlGaN接觸層基底之構造中分別設置有第1及第2光子晶體，進而設置有來自奈米PSS之AlN結合柱構造之後，設置有Al反射膜構造之深紫外LED之計算模型的剖視圖。
圖19B係於圖19A之構造中實施樹脂封入之深紫外LED之剖視圖。
圖20(a)~(f)係利用有雙層抗蝕劑之光子晶體形成製程詳圖。
圖21(a)~(c)係表示光子晶體形成製程中之剖面SEM像之圖。
圖22係表示先前型之一般之深紫外LED之構造之剖視圖。
圖23係表示先前型LED、透明p型AlGaN接觸層LED、及AlN結合柱LED之配光性之圖。
圖24係表示Al反射電極與透明p型AlGaN接觸層之界面上之輸出增減率之圖。
圖25係表示光子晶體最佳化候補LED之配光性之圖。
以下，一面參照圖式一面對本發明之實施形態詳細地進行說明。
(第1實施形態)
將使設計波長λ為265nm之AlGaN系深紫外LED之構造作為本發明之第1實施形態之深紫外LED之一例而示於圖1A(a)。如圖1A(a)所示，本實施形態之AlGaN系深紫外LED自圖之上方起依序具有藍寶石基板1、AlN緩衝層2、n型AlGaN層3、障壁層4、量子井層5、障壁層6、電子阻擋層7、透明p型AlGaN接觸層8a、極薄膜Ni層10a、及Al反射電極層11。而且，於透明p型AlGaN層8a之厚度方向之範圍內，設置有光子晶體週期構造100，且光子晶體週期構造100係設置有圓孔(柱狀構造體，孔)101(h)、且藉由具有光子帶隙而使波長λ之光反射之 反射型光子晶體週期構造。
如圖1A(a)及圖1A(b)中作為xy俯視圖所示，反射型光子晶體週期構造100中，圓柱等形狀之以較透明p型AlGaN接觸層8a之折射率小之空氣等半徑為R之圓為剖面的柱狀構造體101(h)具有沿x方向及y方向以週期a而形成為三角晶格狀之孔構造。又，柱狀構造體101(h)為未到達透明p型AlGaN接觸層8a與電子阻擋層7之界面之構造。其原因在於，若不使光子晶體週期構造100保留50nm左右，則有可能因乾式蝕刻而導致電子阻擋層7之損傷。
再者，如圖1B所示，作為自實際上製作器件之製程上之觀點觀察之本實施形態之變化例，柱狀構造體101a(h)亦可為貫通極薄膜Ni層10a而到達Al反射電極層11內，但未到達Al反射電極層11與空氣之界面之構造。
於上述構造中，由量子井層5發光之波長為265nm之深紫外光中，TE光與TM光一面進行橢圓偏光一面於介質中傳播。其偏光度為0.07，TE光/TM光之強度比為1.17。而且該光子晶體週期構造100具有光子帶隙，於底面部，形成具有不同折射率之透明p型AlGaN接觸層8a與空氣作為2個構造體，於將該等構造體之平均折射率設為nav(nav為週期a與上述圓孔之半徑R之函數)，且將週期設為a之情形時，於滿足下式(1)所示之布拉格散射條件時，入射至該光子晶體週期構造中之TE光反射且TM光穿透(參照圖2(a)、(b))。
mλ/nav=2a (1)
繼而，使用與作為圓孔之半徑R與週期a之比之R/a、設計波長λ及上述2個構造體之折射率n1與n2對應之各構造體之介電常數ε1及ε2，藉由平面波展開法對TE光及TM光之光子帶構造進行解析。具體而言，輸入至下式(2)、(3)所示之麥克斯韋波動方程式中，進行其固有值計算。
此處，E'=｜k+G｜E(G)，ε：比介電常數，G：逆晶格矢量，k：波數，ω：頻率，c：光速，E：電場。
將R/a設為變數，以0.01之步進於0.20≦R/a≦0.40之範圍求出TE光之光子帶構造，將可確認光子帶隙之第1光子帶(1stPB)與第二光子帶(2ndPB)間之光子帶隙設為PBG(photonic bandgap，光子帶隙)1，將第7光子帶(7thPB)與第8光子帶(8thPB)間之光子帶隙設為PBG4，求出各PBG與R/a之關係。將其結果示於圖3A。
同樣地求出TM光之光子帶構造，將1stPB與2ndPB間之PBG設為PBG1，將3rdPB與4thPB間之PBG設為PBG2，將5thPB與6thPB間之PBG設為PBG3，將7thPB與8thPB間之PBG設為PBG4，求出各PBG與R/a之關係。將其結果示於圖3B。
光子晶體之狀態密度(ρ)係表示於哪一頻率下可存在多少光子之狀態是否存在者。於同樣的介質下狀態密度僅表示相對於頻率單調增加，但於光子晶體中光子帶隙之頻率區域ρ(ω)=0。光子帶隙附近之狀態密度之急遽變化、或其他頻率區域之尖銳之峰值係由於群速度成為零。而且，該群速度成為零之代表性對稱點中，於M點2個波藉由布拉格繞射而使光之傳播方向變化而形成駐波。而且該狀態密度之急遽之變化率與光子帶隙之大小大致成比例。
因此，藉由FDTD(Finite-Difference Time-Domain，時域有限差分)法進行解析而求出光子帶隙之大小與反射、穿透效果之關係、以及深紫外LED之光取出效率(LEE)增減率，獲得LEE增減率成為最大 之光子晶體之直徑d、週期a及深度h。
將更詳細之處理流程示於圖8A。
(步驟S01)
暫時決定作為週期構造參數之週期a與構造體之半徑R之比(R/a)。
(步驟S02)
計算出第1構造體之各者之折射率n1與n2、及自該等與R/a而計算出平均折射率nav，將其代入至布拉格條件之式中，獲得針對每一次數m之週期a與半徑R。
(步驟S03)
使用自R/a及波長λ以及上述折射率n1、n2獲得之各構造體之介電常數ε1及ε2且藉由平面波展開法而解析TE光之光子帶構造。
(步驟S04)
藉由改變上述暫時決定之R/a之值且反覆進行之解析而決定TE光之第一光子帶與第二光子帶間之PBG成為最大之R/a。
(步驟S05)
對使PBG為最大之R/a，藉由將與布拉格條件之次數m對應之個別之週期a及半徑R、以及任意之週期構造之深度h作為變數進行之基於FDTD法之模擬解析，而求出相對於上述波長λ之光取出效率。
(步驟S06)
藉由反覆進行基於FDTD法之模擬，而決定相對於波長λ之光取出效率成為最大之布拉格條件之次數m、對應於該次數m之週期構造參數之週期a、半徑R、及深度h。
該等值於布拉格散射之式(式(1))中，只要選擇並求出使波長λ與週期a之值變近之次數m即可。又，如圖2所示，深度較理想為具有週期a以上之深度h。
其次，對本實施形態更具體地進行說明。
首先，於設定光子晶體之參數時，決定布拉格散射之式(式(1)：mλ/nav=2a)之次數m。
作為一例，利用下式計算R/a=0.40之nav。
nav=[n2 2+(n1 2-n2 2)(2π/30.5)(R/a)2]0.5=1.848 (4)
此處，n1=1.0，n2=2.60。
其次，將λ=265nm，nav=1.848，m=1代入至式(1)後，求出m=1時之週期a=71.7nm。
光子晶體之週期較理想為接近發光波長，故而選擇週期a=288nm之次數m=4。又，如圖2所示深度h較理想為週期a以上，故而使h=300nm。
其次，於0.20≦R/a≦0.40之範圍使R/a為變數且以0.01之步進變化而求出各R/a時之直徑d、週期a，設計光子晶體，製作表1之計算模型，且利用FDTD法求出LEE增減率。
再者，h=300nm，LEE增減率=(輸出2-輸出1)/輸出1。
此處，輸出1為無光子晶體之構造(平坦構造)之輸出，輸出2為具有光子晶體週期構造之構造之輸出，輸出係利用輻射圖(遠方解)而求出。進而，LEE增減率進行LED元件整體之輸出比較與軸上方向(角度5°~20°)之輸出比較(參照表2)。
又，於表1之Al反射電極與透明p型AlGaN接觸層之界面上設置有近場用之監控器。其目的在於檢測未由光子晶體完全反射而漏出之光。而且將與各R/a對應之光子晶體構造之上述輸出相對於無光子晶體之構造(平坦構造)之上述輸出加以比較且以增減率求出(參照圖 24)。隨著R/a增大，未由光子晶體反射而漏出之光之增減率減少。其可抑制Al反射電極中之光之吸收、消失。作為結果，隨著R/a之增大LEE增加。
光源之波長為265nm時偏光度設為0.07。再者，因計算資源之限制而省略極薄膜Ni層(1nm)。根據表2之解析結果可知，LEE增減率與R/a之值大致成比例。而且可知，該R/a之值與TE光之光子帶隙之大小大致成比例(參照圖3A)。該現象可如下般說明。即，於TE光中PBG1與R/a之值成比例，故而於R/a=0.40時反射效果最大。
另一方面，於TM光(參照圖3B)中，PBG1及PBG2之帶隙大致接近零，而PBG3及PBG4之帶隙於0.38≦R/a≦0.40之範圍雖微小但可確認，若干光穿透而到達Al反射電極(反射率90%)。
該情形時，於Al反射電極(反射率90%)中若干光被吸收且光取出效率(LEE)微減，但TE光之反射效果大大勝出故而不成問題。進而，於軸上方向(角度5°~20°)之LEE增減率之比較中光子晶體之效應顯著，可設計出藉由該完全接近之反射效果而如藍色或白色LED般使各種光取出效率提高之構造。
以下，對利用有第1實施形態之深紫外LED技術之具體之構造及其效果詳細地進行說明。
利用FDTD法解析之計算模型中，設計波長為265nm，偏光度為0.07，將具體構造之例顯示於圖4A~圖4F中。又，將所使用之各構造之膜厚示於表3。
圖4A係表示圖22所示之先前型構造之LED之具體例之圖，自圖之上方起依序為藍寶石基板1、AlN緩衝層2、n型AlGaN層3、障壁層4、量子井層5、障壁層6、電子阻擋層7、p型AlGaN層8、p型GaN接觸層9、Ni層10、及Al反射電極11。
圖4B係設置有無深紫外光之吸收之透明p型AlGaN接觸層8a之構造，自藍寶石基板1至電子阻擋層7為止與圖4A相同，其以下之構造為透明p型AlGaN接觸層8a、及Al反射電極11。此處，受到計算資源之限制，省略極薄膜Ni層(1nm)。此處，為參考而由其他解析求出之Ni層每1nm膜厚之輸出減少量為7%。
圖4C中，為估計由Ni層10相對於圖4B之構造變厚為10nm時之吸收而導致之輸出減少量，自藍寶石基板1至透明p型AlGaN接觸層8a為止為與圖4B相同之構造，其以下之構造為Ni層10、及Al反射電極11。
圖4D係相對於圖4A之構造設置有光子晶體週期構造100(R/a=0.40之圓孔101(h))者。圓空孔101(h)位於自p型AlGaN層8至p型GaN接 觸層9與Ni層10之界面，其深度為300nm。
圖4E係相對於圖4B之構造設置有光子晶體週期構造100(R/a=0.40之圓空孔101(h))者。圓空孔101(h)位於自透明p型AlGaN接觸層8a至Al反射電極11之界面，其深度為300nm。
圖4F係相對於圖4C之構造設置有光子晶體週期構造100(R/a=0.40之圓空孔101(h))者。圓空孔101(h)位於自透明p型AlGaN接觸層8a至透明p型AlGaN接觸層8a與Ni層10之界面，其深度為300nm。
針對上述每一構造於遠場求出輸出值。
又，求出其他新的構造之輸出值相對於圖4A之先前型構造之輸出值之輸出倍率。進而，關於受到計算資源之限制省略極薄膜Ni層1nm而計算出輸出倍率之圖4B之構造以及圖4E之構造之輸出倍率，其表示減去其他解析中之與極薄膜Ni層1nm之輸出減少量7%相當之倍率而修正後的值。而且，將圖4A之先前型構造之光取出效率(LEE)設為10%，乘以修正倍率而求出其他構造之LEE(參照表4)。
若對圖4A之先前型構造設置圖4B之透明p型AlGaN接觸層，則LEE成為1.69倍，獲得與非專利文獻1中記載之1.7倍大致相等之值。又，若比較圖4D(於先前型構造中追加有PhC之構造)、圖4E(於透明p型AlGaN接觸層中追加有PhC之構造)及圖4F(於Ni層10nm與透明p型 AlGaN接觸層中追加有PhC之構造)，則如圖4F般TM光少許穿透PhC,且於p型GaN接觸層或Ni層10nm中被吸收，故而可知光子晶體週期構造之反射效果並不完全。
另一方面，將透明p型AlGaN接觸層與極薄膜Ni層設置於基底、且於透明p型AlGaN接觸層之厚度方向之範圍內設置有光子晶體週期構造之圖4E之構造可大致完全抑制由深紫外LED中特有之深紫外光之吸收而導致之輸出減少。
由此可知，作為用以設計出使如下所述之各種實施形態中所說明之光取出效率提高之構造等之基底構造(模板)，圖4E之構造亦適合。
如以上般，根據本實施形態，於深紫外LED中，可抑制於上下方向傳播之光之吸收，使光取出效率與先前構造相比改善5倍以上。
(第2實施形態)
其次，對本發明之第2實施形態進行說明。
本發明之第2實施形態之深紫外LED係除於第1實施形態之透明p型AlGaN接觸層上所設置之反射型光子晶體週期構造之外，於其他光取出面上還設置有凹凸構造或光子晶體，以使光取出效率進一步提高者。圖5係表示此種構造之一例之剖視圖。
更具體而言，如圖5所示，除圖4E之構造中之位於自透明p型AlGaN接觸層8a至Al反射電極11之界面為止之範圍之第1光子晶體週期構造100之外，還具有第2光子晶體週期構造110。該第2光子晶體週期構造110設置於藍寶石基板1之背面，該第2光子晶體週期構造110係藉由具有光子帶隙而使波長λ之光穿透之穿透型光子晶體週期構造。如圖5(a)之剖視圖及圖5(b)中作為xy俯視圖所示般，第2光子晶體週期構造110係較周圍空氣之折射率大之藍寶石等柱狀構造體111沿x方向及y方向以週期a形成為三角晶格狀之穿孔(柱)構造。
圖6係表示入射至光子晶體(柱)中之TM光穿透之狀況之概念圖。如圖6所示，TM光之電場易駐留於柱構造桿(柱)111(p)間垂直存在之介質點，於平均折射率nav、週期a及設計波長λ滿足布拉格條件之情形時，於該電場面藉由布拉格繞射而散射，即，可理解相對於本實施形態之週期構造面，TM光穿透。
瞭解基於TM光之光子晶體之物理性質之有效方法為自平面波展開法獲得光子帶(PB，Photonic Band)構造並解析。TM光之固有值方程式係自麥克斯韋方程式以如下方式而導出。
此處，E'=｜k+G｜E(G)，ε：比介電常數，G：逆晶格矢量，k：波數，ω：頻率，c：光速，E：電場。
圖7係表示光子晶體之一例(柱構造：R/a=0.35)之光子帶(PB)構造之圖。如圖7所示，於作為光子晶體之各對稱點之Γ點、M點、及K點退化解除，各散射波形成駐波。
如圖7所示，該等對稱點引起群速度異常(dω/dk=0)，使光之傳播方向變化。因此，可藉由著眼於各光子帶之各對稱點之光之物性而獲得用以使光子晶體之光取出效率或配光性最佳化之指南。
因此，著眼於在Γ點、M點、及K點產生駐波之光子帶(PB)。其原因在於，於TM光之情形時，界面上之折射率差越大，則越會出現複數個以上之PBG。
光子晶體週期構造110中之週期a與半徑R之比(R/a)係根據TM光之光子帶而以使光之穿透效果良好之方式決定之值。
以下，對著眼於上述方面而進行之計算機模擬之處理流程之概要進行說明。圖8B係表示用以決定本發明之第2實施形態之光子晶體週期構造110之計算模擬之處理例之流程圖。
(步驟S1)
於步驟S1中，於0.20≦R/a≦0.40之範圍，使R/a(R：半徑，a：週期)例如以0.01之步進而變化。
(步驟S2)
滿足布拉格條件之散射波相當於各光子帶(PB)之任一者，故而將使設計波長λ穿透之週期a於布拉格式中形成關聯。此處，所著眼之光子帶為滿足布拉格條件之散射波(k+G)。
即，於步驟S2中，自構造體之折射率n1、n2、及R/a計算出平均折射率nav，並代入至布拉格式mλ/nav=2a中，針對每一次數m而決定a與R。
此處，
又，根據光子晶體之定義，週期a接近於波長λ，次數m=3及4時之週期對應於該波長區域。
例如於R/a=0.35(m=4)中，可以如下方式而計算。
若n1=1.84，n2=1.0，則
因此，nav=1.435。若將次數m=4、真空中之波長=265nm代入至布拉格式中，則a=369nm。又，由R/a=0.35而使d(2R)=258nm。
(步驟S3)
於步驟S3中，自於步驟S2中所決定之R/a、波長λ、及折射率n1、n2而求出介電常數ε1、ε2，藉由平面波展開法獲得TM光之光子帶(PB)構造。將與PBG1、PBG2之最大值對應之次數為m=3~4之R/a作為最佳化之候補。
圖9係表示第2光子晶體構造(柱構造)110中之TM光之PBG與R/a之關係之圖。此處，將1stPB~2ndPB間、3rdPB~4thPB間之光子帶隙 (PBG)分別設為PBG1、PBG2，將R/a與PBG之關係示於圖9。
如圖9所示，獲得於R/a=0.24，R/a=0.32時各光子帶隙之最大值。於光子帶隙之大小與光取出效率方面具有相關性，故而自圖9獲得之R/a成為LEE等最佳化之有力之候補而與次數無關。
(步驟S4)
將滿足布拉格條件之第二光子帶(2ndPB)與第四光子帶(4thPB)之縱軸(ωa/2πc)換算為真空中之波長λV，獲得於次數m=1時λV與ka/2π之光子帶構造。縱軸可轉換為ωa/2πc=a/λPhC。此處，λPhC為光子晶體(PhC)中之波長。因此，λV=λ1=a1/(ωa/2πc)×nav，又，自布拉格式、即1×λV/nav=2a1導出a1=λv/2nav。
此處，選擇第二光子帶(2ndPB)與第四光子帶(4thPB)之原因在於，如圖9所示，PBG1與PBG2於0.20≦R/a≦0.40時較大地打開，於各對稱點第二光子帶(2ndPB)與第四光子帶(4thPB)產生駐波，其後改變光之傳播方向。
一面參照圖10A、圖10B一面對該等原理進行說明。圖10A係表示將滿足布拉格條件之第二光子帶(2ndPB)之縱軸(ωa/2πc)換算為真空中之波長λV，於次數m=1時λV與ka/2π之光子帶構造之圖。圖10B係表示將滿足布拉格條件之第四光子帶(4thPB)之縱軸(ωa/2πc)換算為真空中之波長λV，於次數m=1時λV與ka/2π之光子帶構造之圖。
此處，所謂第二光子帶(2ndPB)於各對稱點產生駐波之R/a係指與真空中之波長265nm以點接觸或最接近之R/a。
因此，若自圖10A讀取，則於M點R/a=0.28，於K點R/a=0.35。於圖10B中，於0.20≦R/a≦0.40時任一R/a均不接近真空中之波長265nm，故而不產生駐波。
(步驟S5)
對最初由次數m=3決定之R/a進行研究。圖11A係表示由次數m =3決定之R/a之圖，其係表示R/a=0.35(次數m=1)之第二光子帶(2ndPB)產生駐波之條件之圖。圖11B係表示由次數m=3決定之R/a之圖，其係表示R/a之第四光子帶(4thPB)產生駐波之條件之圖。
如圖11A所示，步驟S2之R/a=0.35(次數m=1)之第二光子帶(2ndPB)產生駐波。次數m=3之週期長成為m=1之週期長之3整數倍且相位得以維持，故而產生具有3個波腹之駐波。因此，λ3=a3/(ωa/2πc)×nav，a3=3λV/2nav。
m=3時之週期成為m=1時之週期之3倍。因此縱軸之波長之大小亦成為真空中之波長λV×3(次數m)。
而且，產生駐波之R/a成與各對稱點之與真空中之波長×3=795nm以點接觸或最接近之R/a，與次數m=1同樣地成為M點(R/a=0.28)、K點(R/a=0.35)，且成為最佳化之候補。將關於第二光子帶(2ndPB)之真空中波長×3(次數)與波數之光子帶構造示於圖12A。
另一方面，m=1時之第四光子帶(4thPB)之頻率較第二光子帶(2ndPB)之頻率高2倍左右。而且對於0.20≦R/a≦0.40之任一R/a均不產生駐波。然而，若次數成為m=3，則週期長會與次數成比例地變大且於某R/a成為同相位而產生駐波。如圖12B所示某R/a之第四光子帶(4thPB)產生駐波之條件為m=1之某R/a之週期長之5整數倍與6整數倍，且於m=3之週期長中產生分別具有5個波腹與6個波腹之駐波。
因此，為求出各對稱點之與真空中之波長×3=795nm以點接觸或最接近之R/a，將於步驟S4中求出之所有R/a之第四光子帶(4thPB)5整數倍所得者示於圖12B，將6整數倍所得者示於圖12C。於5整數倍中為Γ點(R/a=0.25)、M點(R/a=0.28)、及K點(R/a=0.39)。於6整數倍中成為Γ點(無適合)、M點(無適合)、及K點(R/a=0.27)，任一者均成為最佳化之候補。
(步驟S6)
於次數m=4時，λ4=a4/(ωa/2πc)×nav，a4=4λV/2nav。將關於第二光子帶(2ndPB)之真空中波長與波數之光子帶構造示於圖13A。各對稱點之與真空中之波長×4=1060nm最近接之R/a與次數m=1同樣地成為M點(R/a=0.28)、K點(R/a=0.35)。又，某R/a之第四光子帶(4thPB)產生駐波之條件為m=1之入射波長之6整數倍、7整數倍、及8整數倍。因此若求出各對稱點之與真空中之波長×4=1060nm以點接觸或最接近之R/a，則於6整數倍中為Γ點(R/a=0.40)、及M點(R/a=0.35)(圖13B)。於7整數倍中為Γ點(R/a=0.23)、M點(R/a=0.20)及K點(R/a=0.36)(圖13C)。於8整數倍中成為Γ點(無適合)、M點(無適合)、及K點(R/a=0.27)(圖13D)，任一者均成為最佳化之候補。
(步驟S7)
利用時域有限差分法(FDTD法)計算對應於自步驟S3至步驟S6所獲得之作為最佳化候補之次數m及R/a之光子晶體。關於深度，選擇次數m=3~4中最大週期a之0.5倍以上之任意值。
(步驟S8)
進行LED元件整體之輸出比較與軸上方向(角度5°~20°)之輸出比較，自光取出效率(LEE)增減率較大之R/a與次數m之中選擇軸上方向之配光性優異之R/a及次數m。由此，決定作為光子晶體最佳化之參數之直徑、週期、及深度。
將步驟S7之計算結果示於表11及圖25。此處，表11之Po(W)表示LED元件整體之輸出，Po(<20°)表示軸上方向之輸出。
又，圖25中利用輸出之角度依存性之曲線圖表示LED之配光性。根據上述結果，與各R/a對應之光子晶體之LEE或軸上方向之輸出之任一者均顯示較高之值，故而上述最佳化之方法適當。
(第3實施形態)
其次，一面參照圖式一面對本發明之第3實施形態之深紫外LED進行說明。
本實施形態之深紫外LED係除設置於透明p型AlGaN接觸層上之反射型光子晶體構造(第1光子晶體週期構造)與設置於藍寶石基板背面之穿透型光子晶體週期構造(第2光子晶體週期構造)之外，追加有以下說明之週期構造(凹凸構造)而使光取出效率提高者。圖14A係表示本實施形態之深紫外LED之一構成例之剖視圖，圖14B係其立體圖(概觀圖)。
如圖14A(b)及圖14A(a)中作為xy俯視圖所示般，奈米PSS(Patterned Sapphire Substrate，圖案化藍寶石基底)與結合柱週期構造220係沿x方向及y方向以週期a形成為三角晶格狀之圓錐台構造。於藍寶石基板1之表面(圖14A之下側之面)，具有例如週期為1μm左右之奈米PSS週期構造(三角錐形狀或圓錐孔)220a。此種凹構造可藉由使用形成於藍寶石基板1之表面之光阻等遮罩圖案且由濕式蝕刻法對表面進行加工而形成。
對該凹構造使用CVD(chemical vapor deposition，化學氣相沈積)法等，於奈米PSS週期構造體220a內繼續磊晶成長數μm左右之AlN膜。如此一來，將凹構造以AlN膜填埋，並且於其上之厚度方向上選擇性地形成AlN之六角錐台之AlN結合柱220b。最終成為平坦之磊晶膜。
此時，於AlN磊晶成長初期階段產生之穿透轉移之數量成長數μm左右之後，減少至108個/cm2前一半之值，故而量子井層5之結晶性較先前提高，深紫外LED之內部量子效率(IQE)改善。
此外，根據該構造，量子井層5中發光之深紫外光係以所形成之六角錐台之AlN結合柱220b為波導而傳播，且入射至藍寶石基板1中，故而抑制藍寶石基板1與奈米PSS週期構造體220a之界面上之內部全反射，光取出效率提高。
對第3實施形態之深紫外LED之效果進行說明。利用FDTD法解析之計算模型中，設計波長為265nm，偏光度為0.07，將其具體的構造例分別示於圖15A~圖15C。
又，將各構造之膜厚示於表5。
再者，設置於藍寶石基板背面之光子晶體(柱)之直徑/週期/深度設為258nm/369nm/300nm。
圖15A係設置有無深紫外光之吸收之透明p型AlGaN接觸層8a之構造，自圖式之上方依序為形成於藍寶石基板1之背面之光子晶體(柱)週期構造(第2光子晶體週期構造)110、藍寶石基板1、形成於藍寶石基板1之表面之奈米PSS(三角錐形狀)週期構造220a、AlN結合柱220b、n型AlGaN層3、障壁層4、量子井層5、障壁層6、電子阻擋層7、透明p型AlGaN接觸層8a、光子晶體(孔)週期構造(第1光子晶體週期構造)100、及Al反射電極11。此處，受到計算資源之限制省略極薄膜Ni層(1nm)而計算。
圖15B係用以觀察相對於圖15A所示之構造使Ni層10之層厚為10nm較厚時由吸收導致之輸出減少之構造。自圖式之上方依序至電子阻擋層7為止與圖15A相同。其後之構造為透明p型AlGaN接觸層8a、 光子晶體(孔)週期構造100、Ni層10、及Al反射電極11。
圖15C係包含具有深紫外光之吸收之p型GaN接觸層9與Ni層10(10nm)之構造，自圖式之上方依序至電子阻擋層7為止為與圖15A相同之構造。其後之構造為p型AlGaN層8、p型GaN接觸層9、光子晶體(孔)週期構造100、Ni層10、及Al反射電極11。
針對上述每一構造於遠場求出輸出值。
又，求出其他構造之輸出值相對於圖4A之先前型構造之輸出值之輸出倍率。進而，關於受到計算資源之限制省略極薄膜Ni層1nm而計算出輸出倍率之圖15A之構造之輸出倍率，其係減去其他解析中之與極薄膜Ni層1nm之輸出減少量7%相當之倍率而進行修正。而且，將圖4A之先前型構造之光取出效率(LEE)設為10%，乘以修正倍率而求出其他構造之LEE(參照表6)。
於如圖15A之搭載有透明p型AlGaN接觸層/光子晶體(孔)週期構造/極薄膜Ni層(1nm)之構造中，於藍寶石基板背面追加有光子晶體(柱)週期構造與來自奈米PSS之AlN結合柱構造之情形時，光取出效率自圖4E之構造之25%進而增加2%而達27%。
如圖15B般於使Ni層自1nm變厚至10nm之情形時，因Ni層而具有若干吸收，故而光取出效率之增加僅限於自22%至23%之1%之增加。
相反，如圖15C般，即便於具有深紫外光之吸收之p型GaN接觸層 與Ni層10nm上追加有藍寶石基板背面光子晶體(柱)週期構造或來自奈米PSS之AlN結合柱構造，光取出效率仍為18%，完全未增加。
根據以上結果，以透明p型AlGaN接觸層/光子晶體(孔)週期構造/極薄膜Ni層(1nm)為基底之構造可抑制深紫外光之吸收。因此，亦可用作例如來自奈米PSS之AlN結合柱構造般之用以使光取出效率提高之各種構造上之改良之基底。
(第4實施形態)
如圖16所示，本發明之第4實施形態之深紫外LED係以第3實施形態之具備來自奈米PSS之AlN結合柱構造之深紫外LED(圖15A)為基底。而且，該第4實施形態之深紫外LED係於製作包含透明p型AlGaN接觸層8a/光子晶體(孔)週期構造100/極薄膜Ni層(1nm)10a之深紫外LED之後，將支持基板31貼附於Al反射電極層11側之後，剝離藍寶石基板1而將AlN結合柱220b作為光取出面之構造。
即，作為具體構造之例，為具有AlN結合柱220b、n型AlGaN層3、障壁層4、量子井層5、障壁層6、電子阻擋層7、透明p型AlGaN接觸層8a、光子晶體(孔)週期構造100、極薄膜Ni層10a、Al反射電極層11、及支持基板31之構造。
該構造之特徵為以下3點。
第1特徵在於，剝離藍寶石基板1。關於LED之光，自藍寶石基板1之背面與側壁之4面取出光。尤其由量子井層5發光並傳播之深紫外光因側壁之4面之內部全反射而導致內部消失之比例較大。因此，若剝離藍寶石基板1，則藉由除藍寶石基板1以外之半導體所構成之部分之深度(厚度)為數μm左右，藉此構成之側壁4面之表面積較正面(表面)之表面積小。因此，內部消失成為可忽略之程度。
第2特徵在於，AlN結合柱220b露出，故而深紫外光自AlN結合柱220b直接輻射至空氣中。該AlN結合柱220b作為波導之效果較大，光 以自正面聚光之狀態被取出至LED外部，故而軸上方向之光取出效率(5°~20°)顯著改善。
第3特徵在於，藉由貼附有熱導性優異之支持基板31而使熱之外部釋出效率改善，且深紫外LED之壽命延長等。
再者，並非必須具備上述特徵1至特徵3之全部。
對此種第4實施形態之深紫外LED更具體地進行說明。
利用FDTD法解析之計算模型中，設計波長為265nm，偏光度為0.07，於圖16相同之構造下具體之膜厚如下。
如圖16所示，計算模型自上方依序為AlN結合柱220b(4μm)、n型AlGaN層3(1.4μm)、障壁層4(10nm)、量子井層5(10nm)、障壁層6(10nm)、電子阻擋層7(40nm)、透明p型AlGaN接觸層8a(350nm)、Al反射電極層11(210nm)、及支持基板31(10μm)。共計膜厚為16,030nm，其係與以上說明之各實施形態之模型相同之膜厚。
於遠場求出輸出值，且求出各實施形態之其他構造之輸出值相對於圖4A所示之先前型LED構造之輸出值之輸出倍率。
進而，關於受到計算資源之限制省略極薄膜Ni層1nm而計算出輸出倍率之圖16所示之LED構造之輸出倍率，其係減去另外解析中之與極薄膜Ni層1nm之輸出減少量7%相當之倍率而進行修正。
又，亦與第3實施形態之圖15A之LED構造進行比。進而，追加軸上方向(角度5°~20°之範圍)之光取出效率。
而且，將圖4A所示之先前型之LED構造之光取出效率(LEE)設為10%，乘以上述修正倍率而求出其他LEE構造之LEE(參照表7A)。
表7A表示圖15A之構造與圖16之構造之特性之表。
自表7A之結果而明確瞭解，於本實施形態之圖16之LED構造中，光取出效率呈現27%之最高值。又，於本實施形態之圖16之LED構造中，軸上方向之光取出效率之倍率與具有p型GaN接觸之先前型深紫外LED相比亦呈現6.7倍之最高值。該值與圖15A之值相比為較大之值。
根據以上所述而確認出以下效果：藉由剝離藍寶石基板1而抑制由基板1之側壁之內部全反射導致之光取出效率之惡化，且由AlN結合柱220b之波導效應而使軸上方向之光取出效率提高。
實際上，圖16所示之LED構造中包含之光子晶體(孔)週期構造100亦對軸上方向之光取出效率有所貢獻。因此，為驗證AlN結合柱220b單體之波導效應，根據圖4A及圖4B之構造、與自圖16之構造中去除光子晶體(孔)週期構造100所得之構造(稱為「AlN結合柱LED構造」)而製作計算模型，利用FDTD法進行解析，對LED構造之軸上方向之輸出倍率進行直接比較，且將比較後之結果示於表7B。
再者，圖4A之構造係具有p型GaN接觸層之先前型LED之構造，圖4B之構造係將p型GaN接觸層置換為透明p型AlGaN接觸層之LED構造。
又，圖23係表示先前型LED、透明p型AlGaN接觸層LED、及AlN結合柱LED之配光性之圖。將圖23之自5°至90°(水平方向為90°，垂直 方向為0°)之所有輸出相加後之輸出值示於表7B。
根據表7B之結果，AlN結合柱LED之AlN結合柱之軸上方向之輸出倍率相對於先前型LED之構造為4.9倍，相對於透明p型AlGaN接觸層基底之構造亦顯示2.6倍之較高值。藉由將AlN結合柱LED之該值與圖16所示之LED構造(設置有光子晶體之AlN結合柱LED)之值之6.7倍相比較而顯示，AlN結合柱對軸上方向輸出倍率之貢獻度較高為4.9/6.7=73%，從而證實AlN結合柱之波導效應。
再者，自表示具有表7B中記載之構造之LED之配光性之圖23亦可知，5°至40°左右之角度範圍之AlN結合柱之波導效應極高。根據該配光性之結果，亦呈現出關於LED之AlN結合柱之波導效應之優勢。
(第5實施形態)
其次，一面參照圖式一面對本發明之第5實施形態詳細地進行說明。
本實施形態之深紫外LED係於第3實施形態及第4實施形態中說明之深紫外LED構造之外側，藉由封入處理等而形成有例如相對於折射率為1.5左右之深紫外光透明之樹脂構造者。將LED構造之例以剖視圖示於圖17A及圖17B中。
圖17A所示之LED構造係於圖15B之構造之外側設置有封入樹脂41者。
如圖17A所示，本實施形態之深紫外LED中，於藍寶石基板1之背面為光子晶體(柱)週期構造110，自藍寶石基板1側向表面側(圖之下側)依序於藍寶石基板1表面為奈米PSS(三角錐形狀)週期構造220a、AlN結合柱220b、n型AlGaN層3、障壁層4、量子井層5、障壁層6、電子阻擋層7、透明p型AlGaN接觸層8a、光子晶體(孔)週期構造100、極薄膜Ni層10a、Al反射電極11、及封入樹脂41。
另一方面，圖17B所示之LED構造為與圖16相同之構造，自圖式之上方依序為AlN結合柱220b、n型AlGaN層3、障壁層4、量子井層5、障壁層6、電子阻擋層7、透明p型AlGaN接觸層8a、光子晶體(孔)週期構造100、極薄膜Ni層10a、Al反射電極11、支持基板31、及封入樹脂51。
該等構造之主要特徵如下。
圖17A所示之深紫外LED構造中，自藍寶石基板1之背面與側壁之4面取出光。藍寶石與空氣之折射率差較大，故而光於兩者之界面上進行內部全反射。
圖17B所示之深紫外LED構造亦同樣地，於藍寶石基板1之側壁4面上半導體層與空氣之折射率差較大，於其界面上進行內部全反射。
因此，將具有空氣與側壁之中間程度之折射率之透明之樹脂41、51封入至包圍深紫外LED構造之外側之位置，藉此可緩和藍寶石基板1之側面之內部全反射之影響而使光取出效率提高。
尤其由量子井層5發光且傳播之深紫外光之因藍寶石基板1之側壁之4面之內部全反射而導致之內部消失之影響較大。於剝離藍寶石基板1之情形時，以半導體部之深度數μm左右而構成之側壁4面之表面積較正面之表面積小，故而內部消失成為可忽略之程度。
對本實施形態之深紫外LED更具體地進行說明。利用FDTD法解析之計算模型中，設計波長為265nm，偏光度為0.07。作為具體之構 造，除受到計算資源之限制省略之極薄膜Ni層(1nm)10a以外，與圖15B及圖16相同。又，將各構造之膜厚示於表8。
於遠場求出輸出值，且求出其他構造(圖17A、圖17B)之輸出值相對於圖4A之先前型構造之深紫外LED之輸出值之輸出倍率。於表8之值中，減去與利用FDTD法解析之計算模型中省略之極薄膜Ni層1nm之輸出減少量7%相當之倍率而進行修正。又，亦顯示軸上方向(5°~20°)之光取出效率之值。而且，將圖5A之先前型構造深紫外LED之光取出效率(LEE)設為10%，乘以修正倍率而求出其他構造(圖17A、圖17B)之LEE(參照表9)。
如表9所示，圖17A、圖17B之兩者中，光取出效率均顯示31%之最高值。確認藉由將深紫外LED整體以透明之樹脂封入而緩和內部全反射，使光取出效率提高。
再者，使來自側壁4面之光取出效率提高，故而於剝離藍寶石基板1後之圖17B之構造中，未見軸上方向之光取出效率提高之效果。
如以上所說明，於本實施形態之深紫外LED中，藉由將深紫外LED整體以透明之樹脂封入而緩和內部全反射，使光取出效率提高。
(第6實施形態)
其次，對本發明之第6實施形態詳細地進行說明。
本發明之第6實施形態之深紫外LED係於第3實施形態及第5實施形態中記載之深紫外LED之側壁外側設置有Al反射膜61而形成封裝構造以使光取出效率提高者。將表示該構造之一例之剖視圖示於圖18A及圖18B。圖18A表示與圖14A對應之構造，圖18B表示與圖17A對應之構造。
釋出至LED之外部之光設計成藉由Al反射膜61而朝圖式之上部方向反射之。因此，來自軸上方向之光取出效率顯著改善。
然而，到達側面之Al反射膜61之光之一部分返回至LED內部。波長265nm之Al反射膜之反射率為約90%，故而由一次反射便會使10%之光消失。抑制此現象之方法在於使軸上方向之光取出效率提高。
對第6實施形態之深紫外LED更詳細地進行說明。利用FDTD法解 析之計算模型中，設計波長為265nm，偏光度為0.07。用於解析之構造係以剖面構造示於與圖18A、圖18B對應之圖19A及圖19B中。
具體之構造之膜厚與表8所示之圖17A之構造相同。
即，與圖18A、圖18B之實體構造不同，受到計算資源之限制，圖19A、圖19B之構造設為設置於側壁部之Al反射膜(膜厚200nm)61a相對於LED之半導體界面垂直立起之構造。
因此，與圖18A或圖18B之實體構造相比，到達Al反射膜61a之光以向LED內部反射、且再次返回至Al反射膜之方式反覆地反射、吸收。於該構造中，與實體構造相比光取出效率減少，故而如以下般設計出計算方法。
偵測輸出之輸出監控器僅配置於上部，於遠場求出其輸出值，且求出其他構造之上部輸出值相對於圖4A之先前型構造之上部輸出值之輸出倍率。又，減去與模型中省略之極薄膜Ni層1nm之輸出減少量7%相當之倍率而進行修正。進而，追加有軸上方向(5°~20°)之光取出效率。而且，將圖4A之先前型構造之光取出效率(LEE)設為10%，乘以修正倍率而求出其他構造之LEE(參照表10)。
於該計算模型中，將輸出監控器僅設置於上部，故而難以與上述各實施形態中獲得之輸出值進行單純之比較。
然而，根據表10可知，本實施形態之Al反射膜61a有助於光取出效率提高之效果極大。具體而言，於圖19A、圖19B之兩者之構造 中，光取出效率較大地改善為57%~59%，相對於先前型構造而獲得5倍以上之值。
尤其可知，軸上方向(5°~20°)之輸出倍率大幅改善為先前構造之7.1~7.7倍。該結果係表示若考慮Al反射電極或Al反射膜之深紫外光之反射率為90%左右，則即便與市售之藍色、白色LED之80%相比較，亦可達毫不遜色之高效化。即，藉由進行本發明之各實施形態之設計，尤其對第1、第2實施形態之藉由光子晶體週期構造之適當之配置而可實現之基底構造進一步進行第3至第6實施形態之各種設計，可實現與市售之藍色、白色LED相同之高效化，因此，根據本實施形態之深紫外LED構造，可將效率提高至市售水準。
(第7實施形態)
以下，對本發明之第7實施形態詳細地進行說明。
本發明之第7實施形態係表示使用奈米壓印微影法之轉印技術而可加工上述各實施形態中說明之光子晶體週期構造、奈米PSS週期構造等。
根據第1至第6實施形態，較佳為將週期構造於被加工物面上以大面積一次轉印而進行加工。
以下，對光子晶體週期構造及奈米PSS週期構造更詳細之使用有奈米壓印微影法之轉印技術之製造方法進行說明。
奈米壓印具有將模具之光子晶體圖案以大面積一次轉印至旋轉塗佈於基板上之有機抗蝕劑之優異技術。又，若利用樹脂膜模具，則即便基板翹曲數百微米左右亦可轉印。然而，因重視流動性，故而奈米壓印用有機抗蝕劑對作為圖案被形成部之材料之蝕刻選擇比未必充分。又，模具之圖案尺寸與蝕刻後之圖案被形成部尺寸並不一致。因此，為解決該問題而以如下方式實施使用有雙層抗蝕劑之製程。
1)使用利用有雙層抗蝕劑法之轉印技術，即，對加工對象之構造 體塗佈蝕刻選擇比較大之下層抗蝕劑，且於其上塗佈具有流動性與耐氧性之上層抗蝕劑。
2)又，亦可將模具用於轉印，且將樹脂膜用於模具。更具體而言，於形成週期構造之基板面上對該基板旋轉塗佈蝕刻選擇比較大之作為一例之有機下層抗蝕劑。其次，將具有流動性與耐氧性功能之作為一例之含矽上層抗蝕劑旋轉塗佈於下層抗蝕劑面上。
3)其次，於上層抗蝕劑面上使用利用有模具之奈米壓印微影法而轉印週期構造。
4)接著，將轉印有週期構造之上層抗蝕劑曝露於氧電漿中，賦予耐氧性，並且去除於奈米壓印轉印中殘存之上層抗蝕劑之殘膜。
5)然後，將具有耐氧性之上層抗蝕劑作為遮罩，利用氧電漿而蝕刻有機下層抗蝕劑，形成用於基板之乾式蝕刻之遮罩。
6)最後，將該遮罩作為蝕刻遮罩，利用ICP電漿乾式蝕刻基板。
以上1)至6)之步驟係對基板使用有雙層抗蝕劑法之轉印技術。
再者，於使用該製程技術之情形時，藉由使下層抗蝕劑之膜厚變化，而可於被轉印物上獲得相對於模具上之週期構造之深度為1.5倍左右(藍寶石基板之情形時之例)之蝕刻深度。
進而，使用作為蝕刻遮罩之具有耐氧性之圖案轉印後之上層抗蝕劑，於隔著其之有機下層抗蝕劑之氧電漿蝕刻中，藉由使氧電漿處理之各條件變化，例如，藉由使利用上層抗蝕劑形成下層抗蝕劑之遮罩時之氧電漿條件變化，而可進行相對於模具上之週期構造之直徑為30%左右之尺寸之調整。
藉由使用該方法而於奈米壓印微影法中，可將精細之週期構造精度良好地、準確地、且以可控制之狀態再現於被加工物面上。
以下，一面參照圖式一面對更具體之步驟例詳細地進行說明。為獲得良好之光取出效率，必須按照計算而形成奈米級之加工。
圖20係表示本實施形態之週期構造之製造步驟之一例之圖。
本實施形態之深紫外LED之光子晶體週期構造等之製造方法中，利用使用有兼具流動性與蝕刻選擇比之兩者之特徵之雙層抗蝕劑的奈米壓印微影法之轉印技術。使用該技術，將具有奈米級之微細圖案之光子晶體週期構造作為一例而轉印至藍寶石基板上。以下，按圖20進行說明。
首先，如圖20所示，製作用以使於上述各實施中最佳化之週期構造準確地再現於藍寶石基板上之模具。如圖20(b)所示，該模具亦可使用可追隨藍寶石基板81之翹曲之樹脂製之模具。
其次，將蝕刻選擇比較大之有機下層抗蝕劑83以厚度g旋轉塗佈於藍寶石基板81上。再者，該厚度g根據下層抗蝕劑83相對於藍寶石基板81之蝕刻選擇比而選擇性地決定。其後，將具有流動性與耐氧性功能之含矽之上層抗蝕劑85以特定之厚度旋轉塗佈於下層抗蝕劑83之面上(圖20(a))。
其次，使用奈米壓印裝置將模具之圖案(樹脂模具)87、89轉印至上層抗蝕劑85(圖20(b))。
其次，將轉印有模具之圖案87、89之上層抗蝕劑85曝露於氧電漿中，賦予耐氧性，並且去除於奈米壓印轉印中殘存之上層抗蝕劑之殘膜。(圖20(c))。藉此，形成上層抗蝕劑圖案85a。
其次，將具有耐氧性之上層抗蝕劑圖案85a作為遮罩，利用氧電漿而蝕刻有機下層抗蝕劑83，形成用以乾式蝕刻藍寶石基板81之圖案遮罩85b(圖20(d))。再者，圖20(e)中記載之圖案遮罩之藍寶石基板81側之直徑d1可藉由調整氧電漿之條件而於d1之30%左右之範圍內進行微調整。
其次，可經由圖案遮罩且利用ICP電漿而對藍寶石基板81進行乾式蝕刻，於藍寶石基板81上形成藉由本發明之各實施形態而最佳化之 週期構造81a(圖20(e))。
於週期構造取決於柱構造之情形時，蝕刻後之形狀如圖20(f)所示，大致成為d1<d2之台形狀，側壁角度依存於有機下層抗蝕劑之蝕刻選擇比。再者，若變更有機下層抗蝕劑之厚度g，則可使容易於乾式蝕刻後之藍寶石基板81a上形成之光子晶體週期構造之深度相對於模具之深度為1.5倍左右之深度。
又，若代替模具之重新製作而於圖案遮罩形成時變更直徑d1，則可容易將週期構造之直徑變更30%左右。因此，除去模具製作時間而有助於成本削減，而且於半導體發光元件之製造成本上成為較大之優點。
再者，圖21(a)至(c)中，將執行圖20(b)、圖20(e)及圖20(f)之工序時實際之SEM照片(奈米壓印製程phC柱剖面SEM)分別作為「奈米壓印」、「圖案遮罩形成」、「乾式蝕刻、灰化」而顯示。如此，可製造美觀之週期構造。
處理及控制可藉由CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)或GPU(Graphics Processing Unit，圖形處理單元)之軟體處理、ASIC(Application Specific Integrated Circuit，特殊應用積體電路)或FPGA(Field Programmable Gate Array，場可程式化閘陣列)之硬體處理而實現。
又，於上述實施形態中，關於隨附圖式中所圖示之構成等，並不限定於該等，可於發揮本發明之效果之範圍內適當變更。此外，可於不脫離本發明之目的之範圍之限度內適當變更而實施。
又，本發明之各構成要素可任意取捨選擇，且具備取捨選擇後之構成之發明亦包含於本發明。
又，亦可將用以實現本實施形態中說明之功能之程式記錄於電腦可讀取之記錄媒體中，且將記錄於該記錄媒體中之程式讀入至電腦 系統中並執行，藉此進行各部之處理。再者，此處所謂「電腦系統」係包含OS(Operating System，操作系統)或周邊機器等硬體者。
又，「電腦系統」若為利用WWW系統之情形時，則亦包含首頁提供環境(或顯示環境)。
又，所謂「電腦可讀取記錄媒體」係指軟碟、磁光碟、ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)、CD-ROM(compact disc read only memory，唯讀光碟)等可攜媒體、及內置於電腦系統中之硬碟等記憶裝置。進而，所謂「電腦可讀取記錄媒體」亦包含如經由網際網路等網路或電話線路等通訊線路而發送程式之情形時之通訊線般於短時間之期間動態保持程式者、及如該情形時之伺服器或成為用戶端之電腦系統內部之揮發性記憶體般以固定時間保持程式者。又，程式可為用以實現上述功能之一部分者，進而亦可為使上述功能與已記錄於電腦系統中之程式組合而可實現者。功能之至少一部分亦可由積體電路等硬體而實現。
將本說明書中所引用之所有出版物、專利及專利申請案作為參考直接引入至本說明書中。
[產業上之可利用性]
本發明可利用於深紫外LED。
a‧‧‧光子晶體週期構造之週期
R‧‧‧週期構造之半徑
1‧‧‧藍寶石基板
2‧‧‧AlN緩衝層
3‧‧‧n型AlGaN層
4‧‧‧障壁層
5‧‧‧量子井層
6‧‧‧障壁層
7‧‧‧電子阻擋層
8a‧‧‧透明p型AlGaN接觸層
10a‧‧‧極薄膜Ni層
11‧‧‧Al或Au反射電極層
100‧‧‧第1(反射型)光子晶體週期構造
101(h)‧‧‧圓孔(柱狀構造體(孔))

Claims (26)

  1. 一種深紫外LED，其特徵在於：其係將設計波長設為λ者，自與成長基板相反側依序具有反射電極層、極薄膜金屬層、及透明p型AlGaN接觸層，且具有第1反射型光子晶體週期構造，其具有設置於上述透明p型AlGaN接觸層之厚度方向之範圍內之複數空孔，上述第1反射型光子晶體週期構造具有相對於TE偏光成分打開之光子帶隙，設計波長λ、上述第1反射型光子晶體週期構造之週期a及平均折射率nav滿足布拉格之條件式(m×λ/nav=2a)，且布拉格條件之次數m為2<m<5之範圍，且將上述空孔之半徑設為R時，光子帶隙成為最大值R/a，若設定上述空孔之深度為h，將滿足h2/3 a。
  2. 如請求項1之深紫外LED，其中上述第1反射型光子晶體週期構造進而於厚度方向上延長至上述反射電極層之範圍而設置。
  3. 一種如請求項1或2之深紫外LED之製造方法，其中上述第1反射型光子晶體週期構造係使用奈米壓印微影法之轉印技術而形成者。
  4. 如請求項3之深紫外LED之製造方法，其中上述第1反射型光子晶體週期構造係使用流動性較高之抗蝕劑與蝕刻選擇比較高之抗蝕劑之雙層抗蝕劑法進行乾式蝕刻而形成者。
  5. 一種如請求項1或2之深紫外LED之製造方法，其中上述第1反射型光子晶體週期構造之參數係藉由包含以下步驟之參數計算方法而求出者，即，暫時決定作為週期構造參數之週期a與上述空孔之半徑R之比 (R/a)；計算出上述空孔之各者之折射率n1與n2、及自該等與上述R/a而計算出平均折射率nav，且將其代入至布拉格條件之式中，獲得針對每一次數m之週期a與半徑R；使用自上述R/a及波長λ以及上述折射率n1、n2獲得之各構造體之介電常數ε1及ε2且藉由平面波展開法而解析TE光之光子帶構造；藉由改變上述暫時決定之R/a之值且反覆執行之解析而決定TE光之第一光子帶與第二光子帶間之PBG成為最大的R/a；對上述PBG成為最大之R/a，藉由將與布拉格條件之次數m對應之個別之週期a及半徑R、以及任意週期構造之深度h作為變數而執行之基於時域有限差分法(FDTD法)之模擬解析，而求出相對於上述波長λ之光取出效率；及藉由反覆進行基於上述FDTD法之模擬，而決定相對於上述波長λ之光取出效率成為最大之布拉格條件之次數m、及與該次數m對應之週期構造參數之週期a、半徑R、及深度h。
  6. 如請求項1或2之深紫外LED，其中進而具有第2光子晶體週期構造，其包含於上述成長基板之背面(側)具有不同折射率之2個構造體，上述第2光子晶體週期構造包含第2構造體，其具有空氣與成長基板之介質之週期構造。
  7. 如請求項6之深紫外LED，其中上述第2光子晶體週期構造中，真空中之設計波長λV與作為週期構造之參數之週期a與半徑R滿足布拉格條件，於R/a為0.20至0.40之範圍時，於TM光之光子帶構造中於第四光子帶以內具有2個光子帶隙，且上述光子帶隙相對於TM光打開，故而穿透效果變大，且 於次數m=3或4時，上述R/a係與各光子帶隙之最大值對應之值，或於次數m=3或4時，上述R/a係將上述光子帶構造之縱軸(ωa/2πc)換算為真空中之波長λV時，於第二光子帶(2ndPB)之對稱點即Γ點、M點、及K點之任一點，與真空中之波長λV×m以點接觸或最接近之值，或於次數m=3時，上述R/a係上述光子帶構造之縱軸(ωa/2πc)之真空中之波長λV×3與使第四光子帶(4thPB)5整數倍與6整數倍後之各第四光子帶(4thPB)上之任一對稱點以點接觸或最接近之值，或於次數m=4時，上述R/a係將上述光子帶構造之縱軸(ωa/2πc)之真空中之波長λV×4與使第四光子帶(4thPB)6整數倍、7整數倍、8整數倍後之各第四光子帶(4thPB)上之任一對稱點以點接觸或最接近之值，且各週期構造參數係藉由FDTD法計算包含所選擇之各R/a與0.5a以上之深度h之光子晶體，且以使光取出效率增減率與配光性最佳化之方式而最終決定之參數。
  8. 一種如請求項7之深紫外LED之製造方法，其中上述第2光子晶體週期構造之參數係藉由包含以下步驟之參數計算方法而求出者，即第1步驟，其係使作為週期構造參數之週期a與第2構造體之半徑R之比(R/a)變化；第2步驟，其係計算出上述第2構造體之各者之折射率n1與n2、及自該等與上述R/a而計算出平均折射率nav，將其代入至布拉格條件之式中，對次數m=3與m=4獲得週期a與半徑R；第3步驟，其係使用自上述R/a及上述波長λ以及上述折射率n1、n2獲得之各構造體之介電常數ε1及ε2且藉由平面波展開法而 解析TM光之光子帶構造；第4步驟，其係將TM光之第二光子帶(2ndPB)與第四光子帶(4thPB)之縱軸(ωa/2πc)換算為真空中之波長λV，獲得於次數m=1時λV與ka/2π之光子帶構造；第5步驟，對次數m=3及m=4，求出TM光之第二光子帶(2ndPB)與第四光子帶(4thPB)上之各對稱點之與真空中之波長λV×m以點接觸或最接近之R/a，且作為最佳化之候補；及第6步驟，其係利用FDTD法計算與上述第5步驟中選擇之R/a對應之光子晶體之光取出效率增減率與配光性，關於深度，選擇於次數m=3~4時最大之週期a之0.5倍以上之任意值。
  9. 一種如請求項6之深紫外LED之製造方法，其中上述第2光子晶體週期構造之參數係藉由包含以下步驟之參數計算方法而求出者，即，第1步驟，其係使作為週期構造參數之週期a與構造體之半徑R之比(R/a)變化；第2步驟，其係計算出上述第2構造體之各者之折射率n1與n2、及自該等與上述R/a計算出平均折射率nav，將其代入至布拉格條件之式中，對次數m=3與m=4獲得週期a與半徑R；第3步驟，其係使用自上述R/a及上述波長λ以及上述折射率n1、n2獲得之各構造體之介電常數ε1及ε2且藉由平面波展開法而解析TM光之光子帶構造，且將與以此獲得之2個光子帶隙之最大值對應之次數m=3及4之R/a作為最佳化之候補；第4步驟，其係將TM光之第二光子帶(2ndPB)與第四光子帶(4thPB)之縱軸(ωa/2πc)換算為真空中之波長λV，獲得於次數m=1時λV與ka/2π之光子帶構造；第5步驟，其係對次數m=3及m=4，求出TM光之第二光子帶 (2ndPB)與第四光子帶(4thPB)上之各對稱點之與真空中之波長λV×m以點接觸或最接近之R/a，且作為最佳化之候補；第6步驟，其係利用FDTD法計算與上述第5步驟中選擇之R/a對應之光子晶體之光取出效率增減率與配光性，關於深度，選擇於次數m=3~4時最大之週期a之0.5倍以上之任意值；及第7步驟，其係選擇光取出效率(LEE)增減率較大、配光性良好之R/a及次數m，決定直徑、週期、及深度之參數。
  10. 一種如請求項6之深紫外LED之製造方法，其中上述第2光子晶體週期構造係使用奈米壓印微影法之轉印技術而形成者。
  11. 一種如請求項6之深紫外LED之製造方法，其中上述第2光子晶體週期構造係使用流動性較高之抗蝕劑與蝕刻選擇比較高之抗蝕劑之雙層抗蝕劑法進行乾式蝕刻而形成者。
  12. 如請求項6之深紫外LED，其中進而於上述第1反射型光子晶體週期構造與上述第2光子晶體週期構造之間設置有波導構造。
  13. 如請求項12之深紫外LED，其中上述波導構造具有設置於上述成長基板表面之三角錐形狀之奈米PSS週期構造、及與上述奈米PSS週期構造於厚度方向上連續形成之包含六角錐台之柱狀之AlN結合柱週期構造。
  14. 一種如請求項12或13之深紫外LED之製造方法，其係將上述成長基板剝離，且將支持基板貼附於上述反射電極層者。
  15. 一種如請求項13之深紫外LED之製造方法，其係將包含上述奈米PSS週期構造之上述成長基板去除，且將上述AlN結合柱週期構造設置於光取出面側者。
  16. 如請求項12之深紫外LED，其中進而於上述深紫外LED之外側設置有相對於深紫外光透明之樹脂，上述樹脂之折射率大於空氣且小於包含上述成長基板之化合物半導體層之折射率。
  17. 如請求項16之深紫外LED，其中進而於上述深紫外LED之側壁之外側設置有Al反射膜，上述Al反射膜具有以使到達上述Al反射膜之深紫外光反射且朝上述深紫外LED之上部方向傳播之方式形成之構造。
  18. 如請求項1或2之深紫外LED，其中上述極薄膜金屬層之厚度為1nm左右。
  19. 一種如請求項1或2之深紫外LED之製造方法，其包含以下工序：將設計波長設為λ，準備自與成長基板相反側依序含有反射電極層、金屬層、及相對於波長λ透明之p型AlGaN層之積層構造體；準備用以形成於上述p型AlGaN層之厚度方向之範圍所設置之光子晶體週期構造之模具；於上述積層構造體上形成抗蝕劑層，且轉印上述模具之構造；及將上述抗蝕劑層作為遮罩而依序蝕刻上述積層構造體，形成光子晶體週期構造。
  20. 如請求項19之深紫外LED之製造方法，其中於上述積層構造體上形成抗蝕劑層且轉印上述模具之構造的工序包含以下工序：於上述積層構造體上，形成使用流動性較高之第1抗蝕劑層、與相對於上述第1抗蝕劑層之蝕刻選擇比較高之第2抗蝕劑層之雙層抗蝕劑法之乾式蝕刻；及使用奈米壓印微影法將上述模具之構造轉印至上述第1抗蝕劑層上；且將上述抗蝕劑層作為遮罩而依序蝕刻上述積層構造體以形成光子晶體週期構造之工序包含以下工序：將上述第1抗蝕劑層與上述第2抗蝕劑層蝕刻至上述第2抗蝕劑 層露出為止，且上述第1抗蝕劑層之圖案凸部亦一併蝕刻，並將上述第2抗蝕劑層作為遮罩而依序蝕刻上述積層構造體，以形成光子晶體週期構造。
  21. 一種深紫外LED，其特徵在於：自與成長基板相反側依序具有反射電極層、極薄膜金屬層、及透明p型AlGaN接觸層；其具有自設置於上述透明p型AlGaN接觸層側之上述成長基板表面之三角錐孔或圓錐孔之奈米PSS週期構造、埋於上述奈米PSS週期構造之各者之上述三角錐孔或圓錐孔內之AlN、形成於上述AlN上之厚度方向之AlN結合柱週期構造、及含有平坦之AlN膜之AlN緩衝層。
  22. 如請求項21之深紫外LED，其中上述平坦之AlN膜與n型AlGaN層接觸，上述n型AlGaN層與設置於相反側之上述透明p型AlGaN接觸層夾有量子井層。
  23. 一種如請求項21或22之深紫外LED之製造方法，其中上述三角錐孔或圓錐孔係藉由濕式蝕刻而形成。
  24. 如請求項21或22之深紫外LED，其中上述平坦之AlN膜係自上述奈米PSS週期構造之上述三角錐孔或圓錐孔設置於上述AlN結合柱週期構造之末端。
  25. 一種如請求項24之深紫外LED之製造方法，其中上述AlN結合柱週期構造係藉由磊晶成長而形成。
  26. 如請求項24之深紫外LED之製造方法，其中將包含上述奈米PSS週期構造之上述成長基板去除，且將上述AlN結合柱週期構造作為光取出面。
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