CN107210336B - 深紫外led及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种深紫外LED，其设计波长设为λ，其特征在于，从基板的相反侧按顺序具有Al反射电极层、极薄膜金属层以及透明p型AlGaN接触层，在所述透明p型AlGaN接触层的厚度方向的范围内具有光子晶体周期结构，并且，所述光子晶体周期结构具有光子带隙。

Description

深紫外LED及其制造方法
技术领域
本发明涉及AlGaN基深紫外LED技术。
背景技术
近年来，发光波长为265nm附近的深紫外LED作为杀菌、净水用途而受到关注。图22是表示一般的现有的深紫外LED的结构的一个例子的剖视图。在图22所示的LED中，由量子阱层5发出的光通过势垒层4、n型AlGaN层3、AlN缓冲层2以及蓝宝石基板1而向上部方向(空气中)射出。此时，根据斯涅尔定律，因n型AlGaN层3、AlN缓冲层2、蓝宝石基板1、空气之间的折射率差而使得一部分光发生内部全反射并朝向Al(或者Au)反射电极层11的方向，几乎被p型GaN接触层9、Ni层10吸收而在内部消失。
另一方面，由量子阱层5发出并向下部方向传播的光也被p型GaN接触层9、Ni层10吸收而使得光几乎消失。
因此，在图22所示的结构中，超过50％的光在内部消失。此时的外量子效率(EQE)约为5％，光提取效率(LEE)约为10％。
根据专利文献1，公开有如下内容：在蓝宝石基板的表面、侧面设置凹凸结构，由此抑制内部全反射而将光提取效率改善20％左右。
另外，作为提高光提取效率的新方法，介绍了在光提取层形成具有光的波长程度的周期的光子晶体周期结构的技术。一般情况下，光子晶体周期结构形成于具有不同的折射率的两个结构体的界面、且主要是由柱状体结构或者孔状结构构成的凹凸。而且，已知通过在形成有该周期结构的区域禁止光的存在可抑制全反射，利用该技术有助于光提取效率的提高(参照专利文献2)。
另外，在下述非专利文献1中，记载有如下主旨的报告：将吸收深紫外光的p型GaN接触层置换为相对于深紫外光而透明的透明p型AlGaN接触层，进一步，将Ni层的厚度极力地减薄为1nm左右，由此能将光提取效率改善至1.7倍。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-68010号公报
专利文献2：日本特许第5315513号公报
非专利文献
非专利文献1：OPTRONICS(2014.2)NO.386平成26年2月10日发行、56(总论)、通过元件透明化而实现的AlGaN深紫外LED的光提取效率的高效化、pp.58-66.
发明内容
发明要解决的问题
在专利文献1中，关于抑制向图22的上部方向(基板侧)传播的光的吸收，改善了一部分。
但是，由量子阱层发出并向图22的下部方向(反射电极侧)传播的光几乎都被p型GaN接触层、Ni层吸收，因此，并未从根本上解决发光效率的改善问题。
专利文献2中记载的在发光元件中制作的光子晶体的目的在于改善光提取效率，但在用于抑制p型GaN接触层、Ni层的吸收这方面并没有具体的公开。
另外，在非专利文献1中，虽然改善了向图22的下部方向(反射电极侧)传播的光的吸收，但Ni(1nm)/Al反射电极的反射率为70％左右，没有能够解决少许光被吸收的问题。
本发明的目的在于，在深紫外LED中，抑制朝上下方向传播的光的吸收而进一步改善光提取效率。
用于解决问题的方法
根据本发明的第一观点，提供一种深紫外LED，其设计波长设为λ，该深紫外LED的特征在于，从基板的相反侧按顺序具有Al反射电极层、用于欧姆接触的极薄膜Ni层(1nm左右)、以及相对于波长λ而透明的透明p型AlGaN接触层，具有至少在上述透明p型AlGaN接触层的厚度方向上、或者从上述透明p型AlGaN接触层起包含上述极薄膜Ni层、且包含与上述Al反射电极层的界面的厚度方向的范围内设置的光子晶体周期结构，并且，上述光子晶体周期结构具有光子带隙。
该光子晶体周期结构是相对于透明p型AlGaN接触层的波长为265nm时的2.60的折射率而折射率差较大的圆柱状空孔(折射率为1.0)，因具有光子带隙而将波长为λ的TE光反射，其效果与光子带隙的大小成比例而较为显著。进一步，从量子阱层至光子晶体周期结构的距离越近，立体角越大，反射效果越显著。
另一方面，TM光从光子晶体周期结构透射而通向极薄膜Ni层和Al反射电极层，但由于TM光的光子带隙未打开，因此，其透射率较小，显著地抑制了Al反射电极层中的吸收。因此，能够将向下部方向、即向反射电极层传播的光大致完全反射。
根据本发明的第二观点，由于上述反射结构能够忽略深紫外光的吸收，因此，能够最大限度地利用可在蓝色LED、白色LED中见到的对光提取效率进行改善的各种方法及其效果。具体而言，在具有折射率的界面设置光子晶体(PhC)等凹凸结构而抑制内部全反射从而改善光提取效率的方法、将蓝宝石基板剥离而增大半导体层部的光提取面积从而改善光提取效率的方法、用树脂将LED元件整体封入而抑制内部全反射从而改善光提取效率的方法等。
另外，根据本发明的第三观点，提供一种深紫外LED的制造方法，具有以下工序：准备设计波长设为λ、且从基板的相反侧按顺序含有Al反射电极层、极薄膜Ni层以及透明p型AlGaN接触层的层叠结构体的工序；准备模具的工序，上述模具用于形成至少在上述透明p型AlGaN接触层的厚度方向或从上述透明p型AlGaN接触层起包含上述极薄膜Ni层、且包含与上述Al反射电极层的界面的厚度方向的范围设置的光子晶体周期结构、或者用于在具有不同的折射率的界面形成光子晶体等凹凸结构、或者用于在将蓝宝石基板剥离而获得的半导体层部的光提取面形成光子晶体等凹凸结构、或者用于利用树脂将LED元件整体封入而在其界面形成光子晶体等凹凸结构；在上述层叠结构体上形成抗蚀剂层并对上述模具的结构进行转印的工序；以及将上述抗蚀剂层作为掩模并按顺序依次对层叠结构体进行蚀刻而形成光子晶体等周期结构的工序。
本说明书包含作为本申请的优先权基础的日本特许出愿2015-007108号的说明书以及/或者附图中所记载的内容。
发明效果
根据本发明，能够飞跃性地提高深紫外LED的光提取效率。
附图说明
图1A是表示本发明的第一实施方式所涉及的深紫外LED的一个结构例的剖视图。
图1B是表示图1A的变形例所涉及的深紫外LED的一个结构例的剖视图。
图2是表示入射至光子晶体(孔)的TE光以及TM光的情形的示意图。
图3A是表示TE光的PBG和R/a的关系的图。
图3B是表示TM光的PBG和R/a的关系的图。
图4A是表示现有的深紫外LED的计算模型的剖视图。
图4B是表示具备透明p型AlGaN接触层的深紫外LED的计算模型的剖视图。
图4C是表示具备透明p型AlGaN接触层和Ni层(10nm)的深紫外LED的计算模型的剖视图。
图4D是表示在图4A的结构中设置有光子晶体周期结构的计算模型的剖视图。
图4E是表示在图4B的结构中设置有光子晶体周期结构的计算模型的剖视图。
图4F是表示在图4C的结构中设置有光子晶体周期结构的计算模型的剖视图。
图5是表示在透明p型AlGaN接触层/极薄膜Ni层基体的结构中在两处部位设置有光子晶体的深紫外LED的一个结构例的图。且是表示在图4E的结构的蓝宝石基板上设置有第二光子晶体周期结构的例子的图。图5(a)是剖视图，图5(b)是俯视图。
图6是表示入射至光子晶体(柱状体)的TM光透射的情形的示意图。
图7是表示光子晶体的光子能带结构的例子的图。
图8A是表示用于确定本发明的第一实施方式所涉及的第一光子晶体周期结构的计算模拟的处理例的流程图。
图8B是表示用于确定本发明的第二实施方式所涉及的第二光子晶体周期结构的计算模拟的处理例的流程图。
图9是表示第二实施方式所涉及的第二光子晶体周期结构(柱状体结构)的TM光的PBG和R/a的关系的图。
图10A是表示将满足布拉格条件的第二光子能带(2nd PB)的纵轴(ωa/2πc)换算成真空中的波长λv的、次数m＝1时的λv和ka/2π的光子能带结构的图。
图10B是表示将满足布拉格条件的第四光子能带(4th PB)的纵轴(ωa/2πc)换算成真空中的波长λv的、次数m＝1时的λv和ka/2π的光子能带结构的图。
图11A是表示次数m＝3时确定的R/a的图，且是表示R/a＝0.35(次数m＝1)的第二光子能带(2nd PB)产生驻波的条件的图。
图11B是表示次数m＝3时确定的R/a的图，且是表示R/a的第四光子能带(4thPB)产生驻波的条件的图。
图12A是表示将满足布拉格条件的第二光子能带(2nd PB)的纵轴(ωa/2πc)换算成真空中的波长λv且以次数(m＝3)乘以整数倍后的、纵轴为3λv、横轴为ka/2π的光子能带结构的图。
图12B是表示将满足布拉格条件的第四光子能带(4th PB)的纵轴(ωa/2πc)换算成真空中的波长λv且乘以整数5倍后的、纵轴为3λv、横轴为ka/2π的光子能带结构的图。
图12C是表示将满足布拉格条件的第四光子能带(4th PB)的纵轴(ωa/2πc)换算成真空中的波长λv且乘以整数6倍后的、纵轴为3λv、横轴为ka/2π的光子能带结构的图。
图13A是表示将满足布拉格条件的第二光子能带(2nd PB)的纵轴(ωa/2πc)换算成真空中的波长λv且以次数(m＝4)乘以整数倍后的、纵轴为4λv、横轴为ka/2π的光子能带结构的图。
图13B是表示将满足布拉格条件的第四光子能带(4th PB)的纵轴(ωa/2πc)换算成真空中的波长λv且乘以整数6倍后的、纵轴为4λv、横轴为ka/2π的光子能带结构的图。
图13C是表示将满足布拉格条件的第四光子能带(4th PB)的纵轴(ωa/2πc)换算成真空中的波长λv且乘以整数7倍后的、纵轴为4λv、横轴为ka/2π的光子能带结构的图。
图13D是表示将满足布拉格条件的第四光子能带(4th PB)的纵轴(ωa/2πc)换算成真空中的波长λv且乘以整数8倍后的、纵轴为4λv、横轴为ka/2π的光子能带结构的图。
图14A(a)是在透明p型AlGaN接触层/极薄膜Ni层基体的结构中在两处部位设置有光子晶体、且进一步设置有源自纳米级PSS的AlN结合柱状体的深紫外LED的剖视图，图14A(b)是俯视图。
图14B是图14A的深紫外LED的鸟瞰图。
图15A是表示在透明p型AlGaN接触层的结构中分别设置有第一光子晶体以及第二光子晶体、且进一步设置有源自纳米级PSS的AlN结合柱状体的深紫外LED的计算模型的剖视图。
图15B是表示在透明p型AlGaN接触层和Ni层(10nm)的结构中分别设置有第一光子晶体以及第二光子晶体、且进一步设置有源自纳米级PSS的AlN结合柱状体的深紫外LED的计算模型的剖视图。
图15C是表示在现有的深紫外LED的结构中分别设置有第一光子晶体和第二光子晶体、且进一步设置有源自纳米级PSS的AlN结合柱状体结构的深紫外LED的计算模型的剖视图。
图16是剥离了蓝宝石基板并粘贴有支承基板、且在透明p型AlGaN接触层/极薄膜Ni层基体的结构中光子晶体(孔)和源自纳米级PSS的AlN结合柱状体成为光提取面的深紫外LED的剖视图。
图17A是在透明p型AlGaN接触层/极薄膜Ni层基体的结构中分别设置有第一光子晶体以及第二光子晶体、且进一步在设置了源自纳米级PSS的AlN结合柱状体结构之后封入有树脂的深紫外LED的剖视图。
图17B是剥离了蓝宝石基板并粘贴有支承基板、且在透明p型AlGaN接触层/极薄膜Ni层基体的结构中将光子晶体(孔)和源自纳米级PSS的AlN结合柱状体设为光提取面之后封入有树脂的深紫外LED的剖视图。
图18A是在透明p型AlGaN接触层/极薄膜Ni层基体的结构中分别设置有第一光子晶体以及第二光子晶体、且进一步在设置了源自纳米级PSS的AlN结合柱状体结构之后又设置了Al反射膜结构的深紫外LED的剖视图。
图18B是对图18A的结构实施树脂封入后的深紫外LED的剖视图。
图19A是表示在透明p型AlGaN接触层基体的结构中分别设置有第一光子晶体以及第二光子晶体、且进一步在设置了源自纳米级PSS的AlN结合柱状体结构之后又设置了Al反射膜结构的深紫外LED的计算模型的剖视图。
图19B是对图19A的结构封入树脂后的深紫外LED的剖视图。
图20是基于双层抗蚀剂的光子晶体形成工艺详细图。
图21是表示光子晶体形成工艺中的截面SEM像的图。
图22是表示现有的一般的深紫外LED的结构的剖视图。
图23是表示现有的LED、透明p型AlGaN接触层LED、AlN结合柱状体LED的配光性的图。
图24是表示Al反射电极和透明p型AlGaN接触层的界面处的输出增减率的图。
图25是表示光子晶体最优化候补LED的配光性的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
(第一实施方式)
作为本发明的第一实施方式所涉及的深紫外LED的一个例子，图1A(a)中示出了设计波长λ设为265nm的AlGaN基深紫外LED的结构。如图1A(a)所示，本实施方式所涉及的AlGaN基深紫外LED从图中的上方开始按顺序具有：蓝宝石基板1、AlN缓冲层2、n型AlGaN层3、势垒层4、量子阱层5、势垒层6、电子阻挡层7、透明p型AlGaN接触层8a、极薄膜Ni层10a、以及Al反射电极层11。而且，在透明p型AlGaN接触层8a的厚度方向的范围内设置有光子晶体周期结构100，并且，光子晶体周期结构100是通过设置圆孔(柱状结构体、孔)101(h)而具有光子带隙而对波长为λ的光进行反射的反射型光子晶体周期结构。
如图1A(a)以及作为xy平面图的图1A(b)所示，反射型光子晶体周期结构100具有孔状结构，该孔状结构形成为：圆柱等形状的、以折射率比透明p型AlGaN接触层8a的折射率小的空气等的半径为R的圆为截面的柱状结构体101(h)沿x方向以及y方向以周期a而形成为三角晶格状。另外，柱状结构体101(h)是未到达透明p型AlGaN接触层8a和电子阻挡层7的界面的结构。这是因为，若光子晶体周期结构100未残留50nm左右，则有可能因干蚀刻而对电子阻挡层7造成损伤。
此外，从实际制作器件的工艺方面的观点来看，作为本实施方式的变形例，如图1B所示，柱状结构体101a(h)可以是如下结构：将极薄膜Ni层10a贯通而到达Al反射电极层11内，但并未到达Al反射电极层11和空气的界面。
在上述结构中，由量子阱层5发出的波长为265nm的深紫外光的TE光和TM光一边进行椭圆偏振、一边在介质中传播。其偏振度为0.07，TE光/TM光的强度比为1.17。而且，该光子晶体周期结构100具有光子带隙，在底面部形成有具有不同的折射率的透明p型AlGaN接触层8a和空气而作为两个结构体，在将上述结构体的平均折射率设为nav(nav是周期a和上述圆孔的半径R的函数)、且将周期设为a的情况下，在满足由下式(1)表示的布拉格散射条件时，入射至该光子晶体周期结构的TE光被反射，而TM光则透射(参照图2(a)、图2(b))。
mλ/nav＝2a(1)
而且，利用圆孔的半径R和周期a的比即R/a、设计波长λ以及与上述两个结构体的折射率n1和n2对应的各结构体的介电常数ε1以及ε2，通过平面波展开法对TE光以及TM光的光子能带结构进行解析。具体而言，输入至下式(2)、(3)所示的麦克斯韦波动方程式中而进行其固有值的计算。
【数学式1】
TE光
【数学式2】
TM光
其中，E’＝│k+G│E(G)，ε：相对介电常数，G：倒格矢，k：波数，ω：频率，c：光速，E：电场。
以R/a为变量、且以0.01的幅度而在0.20≤R/a≤0.40的范围内求出TE光的光子能带结构，将能够确认出光子带隙的第一光子能带(1stPB)和第二光子能带(2ndPB)之间的光子带隙设为PBG1，将第七光子能带(7thPB)和第八光子能带(8thPB)之间的光子带隙设为PBG4，求出各PBG和R/a的关系。将该结果示于图3A。
同样地，求出TM光的光子能带结构，将1stPB和2ndPB之间的PBG设为PBG1，将3rdPB和4thPB之间的PBG设为PBG2，将5thPB和6thPB之间的PBG设为PBG3，将7thPB和8thPB之间的PBG设为PBG4，求出各PBG和R/a的关系。将该结果示于图3B。
光子晶体的态密度(ρ)表示在哪种频率下能够存在多少光子的状态是否存在。在一样的介质中，态密度仅相对于频率而表现出单调递增，但在光子晶体中，在光子带隙的频域中变为ρ(ω)＝0。光子带隙附近的态密度的急剧变化、其他频域中的尖锐的峰值的原因在于群速度为0。而且，该群速度为0的代表性的对称点是，两个波在M点处因布拉格衍射而改变光的传播方向，由此生成驻波。而且，该态密度的急剧的变化率与光子带隙的大小大致成比例。
因此，通过基于FDTD法的解析而求出光子带隙的大小和反射、透射效果的关系、以及深紫外LED的光提取效率(LEE)增减率，由此获得LEE增减率最大的光子晶体的直径d、周期a以及深度h。
图8A中示出了更详细的处理流程。
(步骤S01)
暂定作为周期结构参数的周期a和结构体的半径R的比(R/a)。
(步骤S02)
计算出第一结构体的各自的折射率n1和n2，并根据上述折射率和R/a而计算出平均折射率nav，将该平均折射率nav代入布拉格条件式中而获得每个次数m时的周期a和半径R。
(步骤S03)
通过平面波展开法而对TE光的光子能带结构进行解析，其中，上述平面波展开法采用了R/a、波长λ、以及根据上述折射率n1、n2而获得的各结构体的介电常数ε1以及ε2。
(步骤S04)
改变上述暂定的R/a的值而反复进行解析，由此确定使TE光的第一光子能带和第二光子能带之间的PBG达到最大的R/a。
(步骤S05)
关于使得PBG达到最大的R/a，通过以与布拉格条件的次数m对应的个别的周期a和半径R、以及任意的周期结构的深度h作为变量而进行的、基于FDTD法的模拟解析而求出相对于上述波长λ的光提取效率。
(步骤S06)
反复进行基于FDTD法的模拟，由此确定相对于波长λ的光提取效率达到最大时的布拉格条件的次数m、与该次数m对应的周期结构参数的周期a、半径R以及深度h。
只要在布拉格散射式(式(1))中选择波长λ和周期a的值接近的次数m而求出上述值即可。另外，如图2所示，优选深度具有周期a以上的深度h。
接下来，对本实施方式进行更具体的说明。
首先，当设定光子晶体的参数时，确定布拉格散射式(式(1)：mλ/nav＝2a)的次数m。
作为一个例子，通过下式而计算R/a＝0.40时的nav。
nav＝[n2 2+(n1 2-n2 2)(2π/30.5)(R/a)2]0.5＝1.848 (4)
其中，n1＝1.0，n2＝2.60。
接着，将λ＝265nm、nav＝1.848、m＝1代入式(1)，由此求出m＝1时的周期a＝71.7nm。
由于优选光子晶体的周期接近于发光波长，因此，选择周期a＝288nm时的次数m＝4。另外，如图2所示，优选深度h为周期a以上，因此，设为h＝300nm。
表1
波长：265nm
偏振度：0.07
接着，在0.20≤R/a≤0.40的范围内以R/a为变量并使其以0.01的幅度变化，求出各R/a时的直径d、周期a而对光子晶体进行设计，制作表1的计算模型并通过FDTD法而求出LEE增减率。
表2
LEE增减率[％](次数m＝4)
另外，h＝300nm，LEE增减率＝(输出2-输出1)/输出1。
其中，输出1是不具有光子晶体的结构(Flat结构)的输出，输出2是具有光子晶体周期结构的结构的输出，由辐射图案(远场)求出输出。进一步，关于LEE增减率，进行了LED元件整体的输出的比较和轴上方向(角度5°～20°)的输出的比较(参照表2)。
另外，在表1的Al反射电极和透明p型AlGaN接触层的界面设置有近场用的监视器。其目的在于，对未被光子晶体完全反射而是漏过的光进行检测。而且，对与相对于不具有光子晶体的结构(Flat结构)的与各R/a对应的光子晶体结构的上述输出进行比较并以增减率而求出该输出。(参照图24)随着R/a增大，未被光子晶体反射而是漏过的光的增减率减小。这能够抑制在Al反射电极处的光的吸收、消失。其结果是，随着R/a的增大，LEE增大。
光源的波长设为265nm，偏振度设为0.07。此外，由于计算资源的限制而省略了极薄膜Ni层(1nm)。根据表2的解析结果，LEE增减率与R/a的值大致成比例。而且，可知该R/a的值与TE光的光子带隙的大小大致成比例(参照图3A)。能够对该现象进行如下说明。即，在TE光中，PBG1和R/a的值成比例，因此，反射效果在R/a＝0.40时最大。
另一方面，在TM光(参照图3B)中，PBG1以及PBG2的带隙几乎接近0，PBG3以及PBG4的带隙在0.38≤R/a≤0.40的范围内虽然微小但却能够确认到，少许的光透过并到达Al反射电极(反射率90％)。
在该情况下，少许光在Al反射电极(反射率90％)处被吸收而使光提取效率(LEE)略微减小，但TE光的反射效果较大且占优势，因此不会成为问题。进一步，在轴上方向(角度为5°～20°)的LEE增减率的比较中，光子晶体的效果显著，由于该近乎完全的反射效果，能够像蓝色、白色LED那样精心设计出各种提高了光提取效率的结构。
以下，对利用了第一实施方式所涉及的深紫外LED技术的具体结构及其效果进行详细说明。
在通过FDTD法进行解析的计算模型中，设计波长为265nm，偏振度为0.07，图4A～图4F中示出了具体结构的例子。另外，表3中示出了采用的各结构的膜厚。
表3
波长：265nm
偏振度：0.07
图4A是表示图22所示的现有的结构的LED的具体例的图。从图的上方开始按顺序为蓝宝石基板1、AlN缓冲层2、n型AlGaN层3、势垒层4、量子阱层5、势垒层6、电子阻挡层7、p型AlGaN层8、p型GaN接触层9、Ni层10、Al反射电极11。
图4B是设置有不吸收深紫外光的透明p型AlGaN接触层8a的结构，从蓝宝石基板1至电子阻挡层7与图4A相同，其下方的结构为透明p型AlGaN接触层8a、Al反射电极11。但是，由于计算资源的限制而省略了极薄膜Ni层(1nm)。在这里，为了加以参考而通过其他解析求出的、1nm膜厚的Ni层的输出减小率为7％。
相对于图4B的结构，图4C中为了估计出由Ni层10增厚至10nm时的吸收引起的输出的减小，从蓝宝石基板1至透明p型AlGaN接触层8a与图4B的结构相同，其下方的结构为Ni层10、Al反射电极11。
相对于图4A的结构，图4D中设置有光子晶体周期结构100(R/a＝0.40的圆孔101(h))。圆形空孔101(h)位于从p型AlGaN层8至p型GaN接触层9与Ni层10的界面的位置，其深度为300nm。
相对于图4B的结构，图4E中设置有光子晶体周期结构100(R/a＝0.40的圆形空孔101(h))。圆形空孔101(h)位于从透明p型AlGaN接触层8a至Al反射电极11的界面的位置，其深度为300nm。
相对于图4C的结构，图4F中设置有光子晶体周期结构100(R/a＝0.40的圆形空孔101(h))。圆形空孔101(h)位于从透明p型AlGaN接触层8a至透明p型AlGaN接触层8a与Ni层10的界面的位置，其深度为300nm。
针对上述每种结构，在远场中求出输出值。
另外，相对于图4A的现有的结构的输出值，求出其他新结构的输出值的输出倍率。进一步，关于因计算资源的限制将1nm的极薄膜Ni层省略而对输出倍率进行计算的图4B的结构以及图4E的结构的输出倍率，示出了减去与通过其他解析而得到的1nm极薄膜Ni层的7％的输出减小率相当的倍率而进行校正后的值。而且，将图4A的现有结构的光提取效率(LEE)设为10％，乘以校正倍率而求出其他结构的LEE(参照表4)。
表4
相对于图4A的现有结构，若设置有图4B的透明p型AlGaN接触层，则LEE变为1.69倍，能够获得与非专利文献1中记载的1.7倍大致相等的值。另外，对图4D(在现有结构的基础上追加了PhC的结构)、图4E(在透明p型AlGaN接触层追加了PhC的结构)、以及图4F(在10nm的Ni层和透明p型AlGaN接触层追加了PhC的结构)进行比较可知，如图4F那样，少许TM光从PhC透过并在p型GaN接触层、10nm的Ni层被吸收，因此，由光子晶体周期结构实现的的反射效果并不完全。
另一方面，以透明p型AlGaN接触层和极薄膜Ni层为基体而在透明p型AlGaN接触层的厚度方向的范围内设置有光子晶体周期结构的图4E的结构，几乎能够完全抑制深紫外LED所特有的深紫外光被吸收而引起的输出减小的情况。
因此，可知，作为用于精心设计在后述那样的各种实施方式中说明的提高光提取效率的结构等的基体结构(模板)，图4E的结构也很合适。
如上，根据本实施方式，在深紫外LED中，能够抑制沿上下方向传播的光的吸收，与现有结构相比，能够将光提取效率改善5倍以上。
(第二实施方式)
接下来，对本发明的第二实施方式进行说明。
在本发明的第二实施方式所涉及的深紫外LED中，在第一实施方式中的设置于透明p型AlGaN接触层的反射型光子晶体周期结构的基础上，在其他光提取面设置有凹凸结构、光子晶体，由此进一步提高了光提取效率。图5是表示这样的结构的一个例子的剖视图。
更具体而言，如图5所示，在图4E的结构中，在位于从透明p型AlGaN接触层8a至Al反射电极11的界面的范围的第一光子晶体周期结构100的基础上，还具有第二光子晶体周期结构110。该第二光子晶体周期结构110设置于蓝宝石基板1的背面，该第二光子晶体周期结构110是因具有光子带隙而使得波长为λ的光透过的透射型光子晶体周期结构。如图5(a)的剖视图以及作为xy平面图的图5(b)所示，第二光子晶体周期结构110是折射率比周围的空气的折射率大的蓝宝石等的柱状结构体111沿着x方向以及y方向以周期a而形成为三角晶格状的穿孔(柱状体)结构。
图6是表示入射至光子晶体(柱状体)的TM光透过的情形的示意图。如图6所示，能够理解：TM光的电场容易在垂直地存在于柱状结构杆(柱状体)111(p)之间的介电点(dielectric spot)停留，在平均折射率nav、周期a以及设计波长λ满足布拉格条件的情况下，在该电场面因布拉格衍射而发生散射，即，TM光相对于本实施方式中的周期结构面而透过。
获知基于TM光的光子晶体的物理性质的有效方法为：通过平面波展开法获得光子能带(PB)结构并进行解析。根据麦克斯韦方程式而导出如下TM光的固有值方程式。
其中，E’＝│k+G│E(G)，ε：相对介电常数，G：倒格矢，k：波数，ω：频率，c：光速，E：电场。
图7是表示光子晶体的一个例子(柱状体结构：R/a＝0.35)的光子能带(PB)结构的图。如图7所示，在光子晶体的各对称点┌点、M点、N点处简并解除，各散射波生成驻波。
如图7所示，在这些对称点处，发生群速度异常(dω/dk＝0)，光的传播方向发生变化。因此，通过关注各光子能带的各对称点处的光的物性，能够获得用于使光子晶体的光提取效率、配光性实现最优化的指针。
因此，关注在┌点、M点、N点处产生驻波的光子能带(PB)。其理由在于，界面处的折射率差越大，在TM光的情况下，PBG越会出现多个以上。
光子晶体周期结构110的周期a和半径R的比(R/a)是基于TM光的光子能带而使得光的透射效果变得良好而确定的值。
以下，对着眼于上述内容而进行的计算机模拟的处理流程的概况进行说明。图8B是表示用于确定本发明的第二实施方式所涉及的光子晶体周期结构110的计算模拟的处理例的流程图。
(步骤S1)
在步骤S1中，在0.20≤R/a≤0.40的范围内，使R/a(R：半径，a：周期)例如以0.01的幅度变化。
(步骤S2)
满足布拉格条件的散射波相当于各光子能带(PB)中的任一个，因此，通过布拉格式而与使设计波长λ透过的周期a建立关联。在这里，关注的光子能带是满足布拉格条件的散射波(k+G)。
即，在步骤S2中，由结构体的折射率n1、n2、R/a算出平均折射率nav，并将其代入布拉格式mλ/nav＝2a，针对每个次数m而确定a和R。
在这里，
另外，根据光子晶体的定义，周期a与波长λ接近，次数m＝3及4时的周期与该波长区域对应。
例如在R/a＝0.35(m＝4)时，能够进行如下计算。
当设为n1＝1.84、n2＝1.0时，
因此，nav＝1.435。当将次数m＝4、真空中的波长＝265nm代入布拉格式时，a＝369nm。另外，由于R/a＝0.35，因此d(2R)＝258nm。
(步骤S3)
在步骤S3中，根据在步骤S2中确定的R/a、波长λ、折射率n1、n2而求出介电常数ε1、ε2，并通过平面波展开法而获得TM光的光子能带(PB)结构。将与PBG1、PBG2的最大值对应的次数m＝3～4时的R/a作为最优化的候补。
图9是表示第二光子晶体结构(柱状体结构)110的TM光的PBG和R/a的关系的图。在这里，将1stPB-2ndPB之间、3rdPB-4thPB之间的光子带隙(PBG)分别设为PBG1、PBG2，图9中示出了R/a和PBG的关系。
如图9所示，在R/a＝0.24、R/a＝0.32时，能够获得各光子带隙的最大值。由于光子带隙的大小和光提取效率之间存在相关性，因此，无论次数如何，根据图9而获得的R/a都成为LEE等的最优化的有力候补。
(步骤S4)
将满足布拉格条件的第二光子能带(2ndPB)和第四光子能带(4thPB)的纵轴(ωa/2πc)换算成真空中的波长λv，在次数m＝1时获得λv和ka/2π的光子能带结构。纵轴可变换为ωa/2πc＝a/λPhC。其中，λPhC是光子晶体(PhC)中的波长。因此，能导出λv＝λ1＝a1/(ωa/2πc)×nav，另外，能根据布拉格式、即1×λv/nav＝2a1而导出a1＝λv/2nav。
在这里，选择第二光子能带(2ndPB)和第四光子能带(4thPB)的理由在于，如图9所示，PBG1和PBG2在0.20≤R/a≤0.40的范围内大幅展开，第二光子能带(2ndPB)和第四光子能带(4thPB)在各对称点处生成驻波，然后，光的传播方向改变。
参照图10A、图10B对上述原理进行说明。图10A是表示将满足布拉格条件的第二光子能带(2ndPB)的纵轴(ωa/2πc)换算成真空中的波长λv、且次数m＝1时的λv和ka/2π的光子能带结构的图。图10B是表示将满足布拉格条件的第四光子能带(4thPB)的纵轴(ωa/2πc)换算成真空中的波长λv、且次数m＝1时的λv和ka/2π的光子能带结构的图。
在这里，第二光子能带(2ndPB)在各对称点处生成驻波的R/a是指：与真空中的波长265nm的波进行点接触或最接近的R/a。
因此，若从图10A进行读取，则在M点处R/a＝0.28，在K点处R/a＝0.35。在图10B中，在0.20≤R/a≤0.40的范围内，任何R/a都不与真空中的波长265nm接近，因此，不会产生驻波。
(步骤S5)
首先，对次数m＝3时确定的R/a进行研究。图11A是表示次数m＝3时确定的R/a的图，且是表示R/a＝0.35(次数m＝1)的第二光子能带(2ndPB)产生驻波的条件的图。图11B是表示次数m＝3时确定的R/a的图，且是表示R/a的第四光子能带(4thPB)产生驻波的条件的图。
如图11A所示，步骤S2中的R/a＝0.35(次数m＝1)的第二光子能带(2ndPB)产生驻波。次数m＝3时的周期长度为m＝1时的周期长度的整数3倍、且相位得到保持，因此，产生具有三个腹部的驻波。因此，λ3＝a3/(ωa/2πc)×nav，a3＝3λv/2nav。
m＝3时的周期为m＝1时的周期的三倍。因此，纵轴的波长的大小也为真空中的波长λv×3(次数m)。
而且，产生驻波的R/a是与各对称点处的真空中的波长×3＝795nm进行点接触或最接近的R/a，与次数m＝1时相同，为M点(R/a＝0.28)、K点(R/a＝0.35)，成为最优化的候补。图12A中示出了与第二光子能带(2ndPB)相关的真空中波长×3(次数)和波数的光子能带结构。
另一方面，m＝1时的第四光子能带(4thPB)的频率高于第二光子能带(2ndPB)的频率，是其两倍左右。而且，在0.20≤R/a≤0.40的范围内的任何R/a都不产生驻波。但是，当次数m＝3时，周期长度与次数成比例地增大，在某R/a时变为相同的相位而产生驻波。如图12B所示，某R/a的第四光子能带(4thPB)产生驻波的条件是：m＝1时的某R/a的周期长度的整数5倍和整数6倍，在m＝3的周期长度中，分别产生具有五个腹部和六个腹部的驻波。
因此，为了求出各对称点处的与真空中的波长×3＝795nm进行点接触或最接近的R/a，图12B中示出了将步骤S4中求出的所有R/a的第四光子能带(4thPB)乘以整数5倍后的结果，图12C中示出了乘以整数6倍后的结果。在整数5倍时，为┌点(R/a＝0.25)、M点(R/a＝0.28)、K点(R/a＝0.39)。在整数6倍时，为┌点(无相应的R/a)、M点(无相应的R/a)、K点(R/a＝0.27)，均为最优化的候补。
(步骤S6)
在次数m＝4时，λ4＝a4/(ωa/2πc)×nav，a4＝4λv/2nav。图13A中示出了与第二光子能带(2ndPB)相关的真空中波长和波数的光子能带结构。各对称点处的与真空中的波长×4＝1060nm最接近的R/a，与次数m＝1时同样地为M点(R/a＝0.28)、K点(R/a＝0.35)。另外，某R/a的第四光子能带(4thPB)产生驻波的条件是达到m＝1时的入射波长的整数6倍、整数7倍、整数8倍。因此，当求解各对称点处的与真空中的波长×4＝1060nm进行点接触或最接近的R/a时，在整数6倍时为┌点(R/a＝0.40)、M点(R/a＝0.35)(图13B)。在整数7倍时为┌点(R/a＝0.23)、M点(R/a＝0.20)、K点(R/a＝0.36)(图13C)。在整数8倍时为┌点(无相应的R/a)、M点(无相应的R/a)、K点(R/a＝0.27)(图13D)，均为最优化的候补。
(步骤S7)
通过时域有限差分法(FDTD法)计算出与在步骤S3至步骤S6中获得的、作为最优化候补的次数m和R/a对应的光子晶体。关于深度，选择次数m＝3～4时的最大周期a的0.5倍以上的任意值。
(步骤S8)
进行LED元件整体的输出比较和轴上方向(角度为5°～20°)的输出比较，从光提取效率(LEE)增减率较大的R/a和次数m中选择轴上方向的配光性优异的R/a和次数m。因此，确定作为光子晶体最优化的参数的直径、周期、深度。
表11
Po(w) 增减率 Po(＜20°) 增减率
pAlGaN(Ni0nm)_Hole 5.99E-16 - 3.91E-17 -
Pillar(Ra0.20_m4) 7.32E-16 22.2％ 4.91E-17 26％
Pillar(Ra0.23_m4) 7.37E-16 23.0％ 5.13E-17 31％
Pillar(Ra0.25_m3) 7.50E-16 25.2％ 5.64E-17 44％
Pillar(Ra0.27_m3) 7.25E-16 21.0％ 5.87E-17 50％
Pillar(Ra0.27_m4) 7.51E-16 25.3％ 5.12E-17 31％
Pillar(Ra0.28_m3) 7.49E-16 25.0％ 5.45E-17 39％
Pillar(Ra0.28_m4) 7.47E-16 24.6％ 5.45E-17 39％
Pillar(Ra0.35_m3) 7.28E-16 21.4％ 5.63E-17 44％
Pillar(Ra0.35_m4) 7.49E-16 25.0％ 5.40E-17 38％
Pillar(Ra0.36_m4) 7.70E-16 28.5％ 5.35E-17 37％
Pillar(Ra0.39_m3) 7.36E-16 22.9％ 5.53E-17 41％
Pillar(Ra0.40_m4) 7.36E-16 22.8％ 5.14E-17 31％
表11以及图25中示出了步骤S7的计算结果。在这里，表11中的Po(W)表示LED元件整体的输出，Po(＜20°)表示轴上方向的输出。
另外，图25以输出的角度依赖性曲线示出了LED的配光性。根据上述结果，与各R/a对应的光子晶体的LEE、轴上方向的输出均显示出较高的值，因此，上述最优化的方法是适当的。
(第三实施方式)
接下来，参照附图对本发明的第三实施方式所涉及的深紫外LED进行说明。
在本实施方式所涉及的深紫外LED中，在设置于透明p型AlGaN接触层的反射型光子晶体结构(第一光子晶体周期结构)和设置于蓝宝石基板背面的透射型光子晶体周期结构(第二光子晶体周期结构)的基础上，通过追加以下说明的周期结构(凹凸结构)而提高了光提取效率。图14A是表示本实施方式所涉及的深紫外LED的一个结构例的剖视图，图14B是其立体图(鸟瞰图)。
如图14A(a)以及作为xy平面图的图14A(b)所示，纳米级PSS和结合柱状体周期结构220是沿着x方向以及y方向以周期a而形成为三角晶格状的圆锥台结构。在蓝宝石基板1的表面(图14A的下侧的面)具有例如周期为1μm左右的纳米级PSS(Patterned SapphireSubstrate：图案化蓝宝石基板)周期结构(三棱锥形状或者圆锥孔)220a。可以使用在蓝宝石基板1的表面形成的光致抗蚀剂等的掩模图案并通过湿式蚀刻法对表面进行加工而形成这样的凹式结构。
针对这样的凹式结构，使用CVD法等，与纳米级PSS周期结构体220a内连续地使AlN膜外延生长几μm左右。于是，凹式结构由AlN膜填埋，并且在其上方的厚度方向上选择性地形成有基于AlN的六棱锥台的AlN结合柱状体220b。最终形成为平坦的外延膜。
此时，在AlN外延生长初期的阶段所产生的穿透位错(threading dislocation)的数量在生长了几μm左右之后，减少至108个/cm2的一半的值，因此，量子阱层5的结晶性与以往相比有所提高，改善了深紫外LED的内量子效率(IQE)。
在此基础上，根据该结构，由量子阱层5发出的深紫外光以所形成的六棱锥台的AlN结合柱状体220b作为波导而传播并入射至蓝宝石基板1，因此，抑制了蓝宝石基板1和纳米级PSS周期结构体220a的界面处的内部全反射，提高了光提取效率。
对第三实施方式所涉及的深紫外LED的效果进行说明。通过FDTD法解析的计算模型的设计波长为265nm，偏振度为0.07，图15A～图15C中分别示出了其具体的结构例。
另外，表5中示出了各结构的膜厚。
表5
图15A结构 图15B结构 图15C结构
光子晶体(柱状体)@基板背面 300nm 300nm 300nm
蓝宝石基板 10μm 10μn 10μm
纳米级PSS@基板表面 200nm 200nm 200nm
AlN结合柱状体柱状结构 4μm 4μm 4μm
n型AlGaN层 1.4μm 1.4μm 1.4μm
势垒层 10nm 10nm 10nm
量子阱层 10nm 10nm 10nm
势垒层 10nm 10nm 10nm
电子阻挡层 40nm 40nm 40nm
p型AlGaN层 - - 200nm
透明p型AlGaN接触层 350nm 350nm -
p型GaN接触层 - - 200nm
光子晶体(孔)@接触层 300nm 300nm 300nm
Ni层 0nm 10nm 10nm
Al反射电极层 200nm 210nm 150nm
合计 16,030nm 16,030nm 16,030nm
另外，设置于蓝宝石基板背面的光子晶体(柱状体)的直径/周期/深度，设为258nm/369nm/300nm。
图15A是设置有不吸收深紫外光的透明p型AlGaN接触层8a的结构，从图的上方开始按顺序为：在蓝宝石基板1的背面形成的光子晶体(柱状体)周期结构(第二光子晶体周期结构)110、蓝宝石基板1、在蓝宝石基板1的表面形成的纳米级PSS(三棱锥形状)周期结构220a、AlN结合柱状体220b、n型AlGaN层3、势垒层4、量子阱层5、势垒层6、电子阻挡层7、透明p型AlGaN接触层8a、光子晶体(孔)周期结构(第一光子晶体周期结构)100、Al反射电极11。在这里，由于计算资源的限制，将极薄膜Ni层(1nm)省略而进行计算。
相对于图15A所示的结构，图15B是用于对Ni层10的层厚增厚至10nm时由吸收所引起的输出减小的情况进行观察的结构。从图的上方开始按顺序直至电子阻挡层7为止都与图15A相同。其后的结构为透明p型AlGaN接触层8a、光子晶体(孔)周期结构100、Ni层10、Al反射电极11。
图15C是具有对吸收深紫外光存在吸收的p型GaN接触层9和Ni层10(10nm)的结构，从图的上方开始按顺序直至电子阻挡层7为止都与图15A的结构相同。其后的结构为p型AlGaN层8、p型GaN接触层9、光子晶体(孔)周期结构100、Ni层10、Al反射电极11。
针对上述每种结构，在远场中求出输出值。
另外，求出其他结构的输出值相对于图4A的现有结构的输出值的输出倍率。进一步，关于因计算资源的限制将1nm的极薄膜Ni层省略而计算出输出倍率的图15A的结构的输出倍率，减去与通过其他解析而得到的1nm极薄膜Ni层的7％的输出减小率相当的倍率而进行校正。而且，将图4A的现有结构的光提取效率(LEE)设为10％，并乘以校正倍率而求出其他结构的LEE(参照表6)。
表6
在如图15A那样的、搭载有透明p型AlGaN接触层/光子晶体(孔)周期结构/极薄膜Ni层(1nm)的结构中，当在蓝宝石基板背面追加有光子晶体(柱状体)周期结构和源自纳米级PSS的AlN结合柱状体结构时，光提取效率从图4E的结构的25％进一步增加2％而达到27％。
如图15B那样，在将Ni层从1nm增厚至10nm的情况下，存在由Ni层导致的略微的吸收，光提取效率从22％增加至23％而止步于1％的增加。
相反，如图15C那样，即使在对深紫外光存在吸收的p型GaN接触层和10nm的Ni层上追加蓝宝石基板背面光子晶体(柱状体)周期结构、源自纳米PSS的AlN结合柱状体结构，光提取效率也仅为18％而完全没有增加。
根据以上结果，以透明p型AlGaN接触层/光子晶体(孔)周期结构/极薄膜Ni层(1nm)为基体的结构能够抑制深紫外光的吸收。因此，还能够作为源自纳米级PSS的AlN结合柱状体结构那样的、用于提高光提取效率的各种结构上的改良的基体加以利用。
(第四实施方式)
如图16所示，本发明的第四实施方式所涉及的深紫外LED以具备第三实施方式中的源自纳米级PSS的AlN结合柱状体结构的深紫外LED(图15A)为基体。而且，形成为如下结构：在制作成包括透明p型AlGaN接触层8a/光子晶体(孔)周期结构100/极薄膜Ni层(1nm)10a的深紫外LED之后，在Al反射电极层11侧粘贴支承基板31，然后剥离蓝宝石基板1而将AlN结合柱状体220b作为光提取面。
即，作为具体结构的例子，是具有AlN结合柱状体220b、n型AlGaN层3、势垒层4、量子阱层5、势垒层6、电子阻挡层7、透明p型AlGaN接触层8a、光子晶体(孔)周期结构100、极薄膜Ni层10a、Al反射电极层11、支承基板31的结构。
该结构的特征为以下三点。
第一个特征是：剥离了蓝宝石基板1。从蓝宝石基板1的背面和侧壁的四个面提取LED的光。特别是由量子阱层5发出并传播的深紫外光在侧壁的四个面发生内部全反射而内部消失的比例较大。因此，若将蓝宝石基板1剥离，则除蓝宝石基板1以外的由半导体构成的部分的深度(厚度)为几μm左右，由此构成的侧壁的四个面的表面积与正面(表面)的表面积相比较小。因此，达到能够忽略内部消失的水平。
第二个特征是：由于AlN结合柱状体220b露出，因此，深紫外光从AlN结合柱状体220b直接向空气中辐射。该AlN结合柱状体220b的作为波导的效果较大，光以从正面汇聚的方式被提取至LED外部，因此，特别是轴上方向的光提取效率(5°～20°)得到显著改善。
第三个特征是：粘贴导热性优异的支承基板31，由此改善热向外部释放的效率而延长深紫外LED的寿命等。
此外，未必一定要具备上述特征1至特征3的全部特征。
对这样的第四实施方式所涉及的深紫外LED进行更具体的说明。
在通过FDTD法进行解析的计算模型中，设计波长为265nm，偏振度为0.07，结构与图16相同，具体的膜厚如下。
如图16所示，在计算模型中，从上方开始按顺序为：AlN结合柱状体220b(4μm)、n型AlGaN层3(1.4μm)、势垒层4(10nm)、量子阱层5(10nm)、势垒层6(10nm)、电子阻挡层7(40nm)、透明p型AlGaN接触层8a(350nm)、Al反射电极层11(210nm)、支承基板31(10μm)。合计膜厚为16,030nm，与上述说明的各实施方式的模型的膜厚相同。
在远场中求出输出值，并求出各实施方式的其他结构的输出值相对于图4A所示的现有的LED结构的输出值的输出倍率。
进一步，关于因计算资源的限制将1nm的极薄膜Ni层省略而计算出输出倍率的图16所示的LED结构的输出倍率，减去与通过其他解析而得到的1nm极薄膜Ni层的7％的输出减小率相当的倍率而进行校正。
另外，与第三实施方式所涉及的图15A的LED结构也进行了比较。进一步，追加了轴上方向(角度为5°～20°的范围)的光提取效率。
而且，将图4A所示的现有的LED结构的光提取效率(LEE)设为10％，并乘以上述校正倍率而求出其他LEE结构的LEE(参照表7A)。
表7A
表7A是表示图15A的结构和图16的结构的特性的表。
根据表7A的结果明确可知，在本实施方式所涉及的图16的LED结构中，光提取效率出现了27％的最高值。另外，在本实施方式所涉及的图16的LED结构中，与具有p型GaN接触层的现有的深紫外LED相比，轴上方向的光提取效率的倍率也出现了6.7倍的最高值。该值与图15A的值相比也是较大的值。
根据以上记载，通过将蓝宝石基板1剥离，抑制了在基板1的侧壁发生的内部全反射而导致的光提取效率的恶化，能够确认到由AlN结合柱状体220b的波导效果带来的轴上方向的光提取效率的提高的效果。
实际上，图16所示的LED结构中所含有的光子晶体(孔)周期结构100也对轴上方向的光提取效率做出贡献。因此，为了验证AlN结合柱状体220b单体的波导效果，表7B中示出了由图4A以及图4B的结构、和从图16的结构除去光子晶体(孔)周期结构100之后的结构(称为“AlN结合柱状体LED结构”)制成计算模型，通过FDTD法进行解析，并对LED结构的轴上方向的输出倍率直接进行比较的结果。
另外，图4A的结构是具有p型GaN接触层的现有的LED的结构，图4B的结构是将p型GaN接触层置换成透明p型AlGaN接触层的LED结构。
另外，图23是表示现有的LED、透明p型AlGaN接触层LED、AlN结合柱状体LED的配光性的图。表7B中示出了将图23中的5°至90°(水平方向为90°，垂直方向为0°。)的所有输出相加所得的输出值。
表7B
根据表7B的结果，AlN结合柱状体LED的AlN结合柱状体的轴上方向的输出倍率相对于现有的LED的结构为4.9倍，相对于透明p型AlGaN接触层基体的结构也显示为2.6倍的较高的值。将AlN结合柱状体LED的该值与图16所示的LED结构(设置有光子晶体的AlN结合柱状体LED)的值的6.7倍进行比较，显示出AlN结合柱状体对轴上方向输出倍率的贡献度高达4.9/6.7＝73％，能够实际验证基于AlN结合柱状体的波导效果。
此外，根据表示具有表7B所记载的结构的LED的配光性的图23也可知，5°至40°左右的角度范围内的AlN结合柱状体所带来的波导效果极高。根据该配光性的结果，也能够显示出LED中的与AlN结合柱状体的波导的效果相关的优越性。
(第五实施方式)
接下来，参照附图对本发明的第五实施方式进行详细说明。
本实施方式所涉及的深紫外LED，在第三实施方式以及第四实施方式中说明的深紫外LED结构的外侧，通过封入处理等而形成有例如折射率为1.5左右、且相对于深紫外光而透明的树脂结构。图17A以及图17B中以剖视图的方式而示出了LED结构的例子。
图17A所示的LED结构是在图15B的结构的外侧设置有封入树脂41的结构。
如图17A所示，本实施方式所涉及的深紫外LED，在蓝宝石基板1的背面为光子晶体(柱状体)周期结构110，从蓝宝石基板1侧朝向表面侧(图的下侧)按顺序在蓝宝石基板1的表面为纳米级PSS(三棱锥形状)周期结构220a、AlN结合柱状体220b、n型AlGaN层3、势垒层4、量子阱层5、势垒层6、电子阻挡层7、透明p型AlGaN接触层8a、光子晶体(孔)周期结构100、极薄膜Ni层10a、Al反射电极11、封入树脂41。
另一方面，图17B所示的LED结构是与图16相同的结构，从图的上方开始按顺序为：AlN结合柱状体220b、n型AlGaN层3、势垒层4、量子阱层5、势垒层6、电子阻挡层7、透明p型AlGaN接触层8a、光子晶体(孔)周期结构100、极薄膜Ni层10a、Al反射电极11、支承基板31、封入树脂51。
上述结构的主要特征如下。
在图17A所示的深紫外LED结构中，从蓝宝石基板1的背面和侧壁的四个面提取光。由于蓝宝石和空气的折射率差较大，因此，光在二者的界面处发生内部全反射。
在图17B所示的深紫外LED结构中也一样，在蓝宝石基板1的侧壁的四个面，半导体层和空气的折射率差较大，在其界面处发生内部全反射。
因此，将具有介于空气和侧壁的折射率的中间的程度的折射率的透明树脂41、51封入于将深紫外LED结构的外侧包围的位置，由此，能够缓和蓝宝石基板1的侧面的内部全反射的影响而提高光提取效率。
特别是由量子阱层5发出并传播的深紫外光在蓝宝石基板1的侧壁的四个面发生内部全反射而导致的内部消失的影响较大。在剥离了蓝宝石基板1的情况下，以几μm左右的半导体部的深度而构成的侧壁的四个面的表面积与正面的表面积相比较小，因此，达到能够忽略内部消失的水平。
对本实施方式所涉及的深紫外LED进行更具体的说明。在通过FDTD法而进行解析的计算模型中，设计波长为265nm，偏振度为0.07。作为具体结构，除了由于计算资源的限制而省略的极薄膜Ni层(1nm)10a之外，与图15B以及图16相同。另外，表8中示出了各结构的膜厚。
表8
图17A结构 图17B结构
光子晶体(柱状体)@基板背面 300nm -
蓝宝石基板 10μm -
纳米级PSS@基板表面 200nm -
AlN结合柱状体柱状结构 4μm 4μm
n型AlGaN层 1.4μm 1.4μm
势垒层 10nm 10nm
量子阱层 10nm 10nm
势垒层 10nm 10nm
电子阻挡层 40nm 40nm
p型AlGaN层 - -
透明p型AlGaN接触层 350nm 350nm
p型GaN接触层 - -
光子晶体(孔)@接触层 300nm 300nm
Al反射电极层 200nm 10200nm
合计 16,030nm 16,030nm
封入树脂 1μm 1μm
在远场中求出输出值，并求出其他结构(图17A、图17B)的输出值相对于图4A的现有结构的深紫外LED的输出值的输出倍率。在表8的值中，在通过FDTD法进行解析的计算模型中，减去与省略的1nm极薄膜Ni层的7％的输出减小率相当的倍率而进行校正。另外，还示出了轴上方向(5°～20°)的光提取效率的值。而且，将图5A的现有结构的深紫外LED的光提取效率(LEE)设为10％，并乘以校正倍率而求出其他结构(图17A、图17B)的LEE(参照表9)。
表9
如表9所示，图17A、图17B二者的光提取效率均显示为31％的最高值。已确认：利用透明树脂将深紫外LED整体封入，由此能缓和内部全反射而提高光提取效率。
此外，由于提高了来自侧壁的四个面的光提取效率，因此，在剥离了蓝宝石基板1的图17B的结构中，未观察到轴上方向的光提取效率的提高的效果。
如以上说明，在本实施方式所涉及的深紫外LED中，利用透明树脂将深紫外LED封入，由此缓和了内部全反射而提高了光提取效率。
(第六实施方式)
接下来，对本发明的第六实施方式进行详细说明。
本发明的第六实施方式所涉及的深紫外LED，在第三实施方式以及第五实施方式所记载的深紫外LED的侧壁外侧设置有Al反射膜61而形成为封装结构，由此提高了光提取效率。图18A以及图18B中示出了表示该结构的一个例子的剖视图。图18A示出了与图14A对应的结构，图18B示出了与图17A对应的结构。
设计成使得向LED的外部释放的光因Al反射膜61向附图的上部方向反射。因此，显著改善了来自轴上方向的光提取效率。
但是，到达侧面的Al反射膜61的光的一部分返回至LED内部。由于波长为265nm时的Al反射膜的反射率约为90％，因此，在一次的反射中消失10％的光。对此进行抑制的方法是提高轴上方向的光提取效率。
对第六实施方式所涉及的深紫外LED进行更详细的说明。在通过FDTD法进行解析的计算模型中，设计波长为265nm，偏振度为0.07。用于解析的结构是在与图18A、图18B对应的图19A、图19B中以剖视结构而示出的结构。
具体结构的膜厚与表8所示的图17A的结构相同。
即，由于计算资源的限制，图19A、图19B的结构与图18A、图18B的实际结构不同，设为在侧壁部设置的Al反射膜(膜厚为200nm)61a相对于LED的半导体界面垂直地立起的结构。
因此，与图18A、图18B的实际结构相比，到达Al反射膜61a的光以向LED内部反射并再次返回至Al反射膜的方式而反复被反射、吸收。在该结构中，与实际结构相比，光提取效率减小，因此，以下述方式精心设计了计算方法。
将对输出进行检测的输出监视器仅配置于上部，在远场中求出其输出值，并求出其他结构的上部输出值相对于图4A的现有结构的上部输出值的输出倍率。另外，减去与在模型中省略的1nm的极薄膜Ni层的7％的输出减小率相当的倍率而进行校正。进一步，追加了轴上方向(5°～20°)的光提取效率。而且，将图4A的现有结构的光提取效率(LEE)设为10％，并乘以校正倍率而求出该其他结构的LEE(参照表10)。
表10
在该计算模型中，由于仅在上部设置了输出监视器，因此，难以与上述各实施方式中获得的输出值进行简单的比较。
但是，根据表10可知，本实施方式所涉及的Al反射膜61a对光提取效率的效果的提高所做出的贡献效果极大。具体而言，在图19A、图19B的二者的结构中，光提取效率大幅改善为57％～59％，与现有结构相比，能获得五倍以上的值。
可知：特别是轴上方向(5°～20°)的输出倍率大幅改善为现有结构的7.1～7.7倍。该结果意味着：若考虑到Al反射电极、Al反射膜的深紫外光的反射率为90％左右，则能够达成即使与市售的蓝色、白色LED的80％相比也毫不逊色的高效化。即，对于本发明的各实施方式所涉及的精心设计，特别是对于第一实施方式、第二实施方式所涉及的通过光子晶体周期结构的适当的配置而能够实现的基体结构，通过进一步进行第三实施方式至第六实施方式中的各种精心设计而能够实现与市售的蓝色、白色LED相同的高效化，因此，根据本实施方式所涉及的深紫外LED结构，能够将效率提高至市售水平。
(第七实施方式)
以下对本发明的第七实施方式进行详细说明。
本发明的第七实施方式表示可以采用基于纳米压印光刻法的转印技术而加工出上述各实施方式中说明的光子晶体周期结构、纳米级PSS周期结构等。
根据第一实施方式至第六实施方式，优选通过在被加工物面上进行大面积的集中转印而加工出周期结构。
以下，对采用了基于纳米压印光刻法的光子晶体周期结构以及纳米级PSS周期结构的转印技术的制造方法进行更详细的说明。
在纳米压印中存在将模具的光子晶体图案大面积集中转印于在基板上旋涂的有机抗蚀剂的优异的技术。另外，若利用树脂薄膜模具，即使基板翘曲几百微米左右，也能够进行转印。但是，由于重视流动性，因此，纳米压印用有机抗蚀剂相对于作为图案被形成部的材料的蚀刻选择比并不一定足够。另外，模具的图案尺寸和蚀刻后的图案被形成部尺寸不一致。因此，为了解决该问题，以下述方式实施使用了双层抗蚀剂的工艺。
1)采用使用了如下双层抗蚀剂法的转印技术：对于加工对象的结构体涂敷蚀刻选择比较大的下层抗蚀剂、且在其上方涂敷具有流动性和耐氧性的上层抗蚀剂。
2)另外，还可以在转印中使用模具，并将树脂薄膜用于模具。更具体而言，在形成周期结构的基板面上对该基板旋涂蚀刻选择比较大的下层抗蚀剂，作为一个例子旋涂有机下层抗蚀剂。接着，在下层抗蚀剂面上旋涂具有流动性和耐氧性功能的上层抗蚀剂，作为一个例子旋涂含硅上层抗蚀剂。
3)接着，采用使用了模具的纳米压印光刻法在上层抗蚀剂面上转印周期结构。
4)接着，将转印有周期结构的上层抗蚀剂暴露于氧等离子体中而对其赋予耐氧性，并且，去除在纳米压印转印中残留的上层抗蚀剂的残膜。
5)接着，将具有耐氧性的上层抗蚀剂作为掩模，利用氧等离子体对有机下层抗蚀剂进行蚀刻，由此形成用于基板的干法蚀刻的掩模。
6)最后，将该掩模作为蚀刻掩模，利用ICP等离子体对基板进行干法蚀刻。
以上的1)至6)的步骤是针对基板采用双层抗蚀剂法的转印技术。
此外，在采用该工艺技术的情况下，通过改变下层抗蚀剂的膜厚，能够在被转印物上获得相对于模具上的周期结构的深度为1.5倍左右(以蓝宝石基板的情况为例)的蚀刻深度。
进一步，利用作为蚀刻掩模的具有耐氧性的转印有图案的上层抗蚀剂，在隔着该上层抗蚀剂的有机下层抗蚀剂的氧等离子体蚀刻中，改变氧等离子体处理的各条件，例如，改变形成基于上层抗蚀剂的下层抗蚀剂的掩模时的氧等离子条件，由此相对于模具上的周期结构的直径能够进行30％左右的尺寸的调整。
若采用该方法，则在纳米压印光刻法中，能够在被加工物面上高精度地以准确且可控制的状态再现精细的周期结构。
以下，参照附图对更具体的工序例进行详细说明。为了获得良好的光提取效率，需要如计算那样形成nm数量级的加工。
图20是表示本实施方式所涉及的周期结构的制造工序的一个例子的图。
在本实施方式所涉及的深紫外LED的光子晶体周期结构等的制造方法中，利用基于纳米压印光刻法的转印技术，该纳米压印光刻法采用了兼具流动性和蚀刻选择比这二者的特征的双层抗蚀剂。利用该技术，作为一个例子，在蓝宝石基板上转印具有nm数量级的微细图案的光子晶体周期结构。以下，根据图20进行说明。
首先，如图20所示，制作用于将上述各实施中实现了最优化的周期结构准确地在蓝宝石基板上再现的模具。如图20(b)所示，该模具还可以使用树脂制的模具，以便能够追随蓝宝石基板81的翘曲。
接着，以厚度g将蚀刻选择比较大的有机下层抗蚀剂83旋涂于蓝宝石基板81。此外，根据下层抗蚀剂83相对于蓝宝石基板81的蚀刻选择比而选择性地确定该厚度g。然后，以规定的厚度将具有流动性和耐氧性功能的含硅的上层抗蚀剂85旋涂于下层抗蚀剂83面上(图20(a))。
接着，使用纳米压印装置将模具的图案(树脂模具)87、89转印于上层抗蚀剂85(图20(b))。
接着，将转印有模具的图案87、89的上层抗蚀剂85暴露于氧等离子体中而对其赋予耐氧性，并且，去除在纳米压印转印中残留的上层抗蚀剂的残膜。(图20(c))。由此，形成上层抗蚀剂图案85a。
接着，将具有耐氧性的上层抗蚀剂图案85a作为掩模，利用氧等离子体对有机下层抗蚀剂83进行蚀刻，由此形成用于对蓝宝石基板81进行干法蚀刻的图案掩模85b(图20(d))。此外，通过调整氧等离子体的条件，能够在d1的30％左右的范围内对图20(e)所记载的图案掩模的蓝宝石基板81侧的直径d1进行微调。
接着，隔着图案掩模并利用ICP等离子体而对蓝宝石基板81进行干法蚀刻，由此能够在蓝宝石基板81形成根据本发明的各实施方式而实现了最优化的周期结构81a(图20(e))。
在周期结构是基于柱状体结构的情况下，如图20(f)所示，蚀刻后的形状大致为d1＜d2的梯形形状，侧壁角度取决于有机下层抗蚀剂的蚀刻选择比。此外，若对有机下层抗蚀剂的厚度g进行变更，则能够容易地使得在干法蚀刻后的蓝宝石基板81a所形成的光子晶体周期结构的深度相对于模具的深度而达到1.5倍左右的深度。
另外，若在形成图案掩模时对直径d1进行变更而代替重新制作模具，则能够容易地将周期结构的直径变更30％左右。因此，省略了模具的制作时间而有助于削减成本，乃至在半导体发光元件的制造成本方面具有较大的优势。
此外，图21(a)至图21(c)中将实施图20(b)、图20(e)以及图20(f)的工序时的实际的SEM照片(纳米压印工序phC柱状体截面SEM)分别表示为“纳米压印”、“形成图案掩模”、“干法蚀刻、灰化”。这样，能够制造出精致的周期结构的处理以及控制，可以通过基于CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Procssing Unit)的软件处理、基于ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)的硬件处理而实现。
另外，在上述实施方式中，关于附图中示出的结构等，并不限定于此，可以在发挥本发明的效果的范围内适当地进行变更。此外，只要不脱离本发明的目的的范围，便可以适当地变更实施。
另外，可以对本发明的各结构要素进行任意的取舍，具备进行了取舍选择后的结构的发明也包含在本发明中。
另外，可以将用于实现本实施方式中所说明的功能的程序记录于计算机可读取的记录介质中，使计算机系统将记录于该记录介质中的程序读入并执行该程序，由此进行各部分的处理。此外，这里所说的“计算机系统”包括OS、外围设备等硬件。
另外，若是利用WWW系统的情况，则“计算机系统”还包括主页提供环境(或者显示环境)。
另外，“计算机可读取的记录介质”是指软盘、磁光盘、ROM、CD-ROM等可移动介质、内置于计算机系统中的硬盘等存储装置。进一步，“计算机可读取的记录介质”还包含：如经由互联网等网络、电话线等通信线路而发送程序的情况下的通信线那样在短时间内动态地保有程序的介质；以及如该情况下成为服务器、客户端的计算机系统内部的易失性存储器那样在一定时间内保有程序的介质。另外，程序可以是用于实现上述功能的一部分的程序，进一步的也可以是通过与计算机系统中已记录的程序的组合而实现上述功能的程序。功能的至少一部分可以由集成电路等硬件来实现。
将本说明书中所引用的所有刊物、专利以及专利申请原封不动地作为参考而引入至本说明书中。
产业上的可利用性
本发明能够用于深紫外LED。
符号说明
a：光子晶体周期结构的周期；R：周期结构的半径；h：周期结构的加工深度；1：蓝宝石基板；2：AlN缓冲层；3：n型AlGaN层；4：势垒层；5：量子阱层；6：势垒层；7：电子阻挡层；8：p型AlGaN层；8a：透明p型AlGaN接触层；10：Ni层；10a：极薄膜Ni层；11：Al反射电极层；31：支承基板；41、51：封入树脂；61、71：Al反射膜；100：第一(反射型)光子晶体周期结构；101(h)：圆孔(柱状结构体(孔))；110：第二光子晶体周期结构；111(p)：柱状体；220：纳米级PSS和结合柱状体周期结构；220a：纳米级PSS周期结构体；220b：AlN结合柱状体
将本说明书中所引用的所有刊物、专利以及专利申请原封不动地作为参考而引入至本说明书中。

Claims (27)

1.一种深紫外LED，其设计波长设为λ，
所述深紫外LED的特征在于，
从生长基板的相反侧按顺序具有反射电极层、薄膜金属层以及透明p型AlGaN接触层，
具有在所述透明p型AlGaN接触层的厚度方向的范围内设置的、具有多个空孔的第一反射型光子晶体周期结构，并且，
所述第一反射型光子晶体周期结构具有相对于TE偏振光分量打开的光子带隙，
设计波长λ、所述第一反射型光子晶体周期结构的周期a以及平均折射率nav满足布拉格条件式m×λ/nav＝2a，并且，
布拉格条件的次数m处于2＜m＜5的范围，并且，
将所述空孔的半径设为R时，若将光子带隙达到最大时为R/a、且将所述空孔的深度设为h，则满足h≥2/3a。
2.根据权利要求1所述的深紫外LED，其特征在于，
所述第一反射型光子晶体周期结构进一步在厚度方向上延长设置至所述反射电极层的范围。
3.根据权利要求1或2所述的深紫外LED，其特征在于，
进一步具有第二光子晶体周期结构，所述第二光子晶体周期结构由在所述生长基板背面的第二结构体构成，
所述第二结构体具有空气和生长基板的介质的周期结构。
4.根据权利要求3所述的深紫外LED，其特征在于，
在所述第二光子晶体周期结构中，
真空中的设计波长λv和作为周期结构的参数的周期a和半径R满足布拉格条件，在R/a为0.20至0.40的范围内，在TM光的光子能带结构中，在第四光子能带以内具有两个光子带隙，并且，
所述光子带隙相对于TM光打开，因此透射效果变大，并且，
在次数m＝3或4时，所述R/a是与各光子带隙的最大值对应的值，或者，
在次数m＝3或4时，当将所述光子能带结构的纵轴ωa/2πc换算成真空中的波长λv时，所述R/a是在作为第二光子能带2ndPB的对称点的┌点、M点、K点的任一点处与真空中的波长λv×m进行点接触或者最接近的值，或者，
在次数m＝3时，所述R/a是使得所述光子能带结构的纵轴ωa/2πc的真空中的波长λv×3与将第四光子能带4thPB乘以整数5倍和整数6倍之后的各第四光子能带4thPB上的任意的对称点进行点接触或最接近的值，或者，
在次数m＝4时，所述R/a是使得所述光子能带结构的纵轴ωa/2πc的真空中的波长λv×4与将第四光子能带4thPB乘以整数6倍、整数7倍、整数8倍之后的各第四光子能带4thPB上的任意的对称点进行点接触或最接近的值，并且，
各周期结构参数是通过FDTD法对由选择出的各R/a和0.5a以上的深度h构成的光子晶体进行计算，以使得光提取效率增减率和配光性实现最优化的方式而最终确定的参数。
5.根据权利要求3所述的深紫外LED，其特征在于，
进一步在所述反射型第一光子晶体周期结构和所述第二光子晶体周期结构之间设置有波导结构。
6.根据权利要求5所述的深紫外LED，其特征在于，
所述波导结构具有：
三棱锥形状的纳米级PSS周期结构，其设置于所述生长基板表面；以及
AlN结合柱状体周期结构，其由与所述纳米级PSS周期结构在厚度方向上连续地形成的六棱锥台的柱状体构成。
7.根据权利要求5或6所述的深紫外LED，其特征在于，
进一步在所述深紫外LED的外侧设置有相对于深紫外光而透明的树脂，所述树脂的折射率比空气的折射率大、且比包含所述生长基板的化合物半导体层的折射率小。
8.根据权利要求7所述的深紫外LED，其特征在于，
进一步在所述深紫外LED的侧壁的外侧设置有Al反射膜，所述Al反射膜具有形成为将到达所述Al反射膜的深紫外光反射并向所述深紫外LED的上部方向传播的结构。
9.根据权利要求1或2所述的深紫外LED，其特征在于，
所述薄膜金属层的厚度为1nm。
10.根据权利要求3所述的深紫外LED，其特征在于，
所述薄膜金属层的厚度为1nm。
11.一种深紫外LED，其特征在于，
从生长基板的相反侧按顺序具有反射电极层、薄膜金属层以及透明p型AlGaN接触层，
所述深紫外LED具有AlN缓冲层，
所述AlN缓冲层具有：
纳米级PSS周期结构，其具有在所述透明p型AlGaN接触层侧的所述生长基板表面设置的三棱锥孔或圆锥孔；
AlN，其埋入于所述纳米级PSS周期结构的各个所述三棱锥孔或所述圆锥孔内；
AlN结合柱状体周期结构，其形成于所述AlN的厚度方向上；以及，
平坦的AlN膜。
12.根据权利要求11所述的深紫外LED，其特征在于，
所述平坦的AlN膜与n型AlGaN层接触，所述n型AlGaN层夹持量子阱层而设置于所述透明p型AlGaN接触层的相反侧。
13.根据权利要求11或12所述的深紫外LED，其特征在于，
所述平坦的AlN膜设置于从所述纳米级PSS周期结构的所述三棱锥孔或圆锥孔至所述AlN结合柱状体周期结构的末端。
14.权利要求1或2所述的深紫外LED的制造方法，其特征在于，
所述第一反射型光子晶体周期结构采用基于纳米压印光刻法的转印技术而形成。
15.根据权利要求14所述的深紫外LED的制造方法，其特征在于，
所述第一反射型光子晶体周期结构采用干法蚀刻而形成，其中，所述干法蚀刻采用了基于流动性较高的抗蚀剂和蚀刻选择比较高的抗蚀剂的双层抗蚀剂法。
16.权利要求1或2所述的深紫外LED的制造方法，其特征在于，
所述第一反射型光子晶体周期结构的参数通过具有如下步骤的参数计算方法而求出：
暂定作为周期结构参数的周期a和所述空孔的半径R的比R/a的步骤；
计算出所述空孔的各自的折射率n1和n2，并根据所述折射率和所述R/a而计算出平均折射率nav，将该平均折射率nav代入布拉格条件式中而获得每个次数m时的周期a和半径R的步骤；
通过平面波展开法对TE光的光子能带结构进行解析的步骤，其中，所述平面波展开法采用了所述R/a和波长λ、以及根据所述折射率n1、n2而获得的各结构体的介电常数ε1以及ε2；
改变所述暂定的R/a的值而反复进行解析，由此确定使TE光的第一光子能带和第二光子能带之间的PBG达到最大的R/a的步骤；
关于使得所述PBG达到最大的R/a，通过以与布拉格条件的次数m对应的个别的周期a和半径R、以及任意的周期结构的深度h作为变量而进行的、基于时域有限差分法的模拟解析而求出相对于所述波长λ的光提取效率的步骤；以及
反复进行基于所述时域有限差分法的模拟，由此确定相对于所述波长λ的光提取效率达到最大时的布拉格条件的次数m、与该次数m对应的周期结构参数的周期a、半径R以及深度h的步骤。
17.权利要求1或2所述的深紫外LED的制造方法，其特征在于，
所述深紫外LED的制造方法具有如下工序：
准备设计波长设为λ、且从生长基板的相反侧按顺序含有反射电极层、金属层、相对于波长λ而透明的p型AlGaN层的层叠结构体的工序；
准备模具的工序，所述模具用于形成在所述p型AlGaN层的厚度方向的范围设置的光子晶体周期结构；
在所述层叠结构体上形成抗蚀剂层、且对所述模具的结构进行转印的工序；以及
将所述抗蚀剂层作为掩模并依次对所述层叠结构体进行蚀刻而形成光子晶体周期结构的工序。
18.根据权利要求17所述的深紫外LED的制造方法，其特征在于，
在所述层叠结构体上形成抗蚀剂层并对所述模具的结构进行转印的工序具有如下工序：
在所述层叠结构体上形成干法蚀刻的工序，所述干法蚀刻采用了基于流动性较高的第一抗蚀剂层、和相对于所述第一抗蚀剂层的蚀刻选择比较高的第二抗蚀剂层的双层抗蚀剂法；以及
采用纳米转印压刻法将所述模具的结构转印于所述第一抗蚀剂层的工序，
将所述抗蚀剂层作为掩模并依次对所述层叠结构体进行蚀刻而形成光子晶体周期结构的工序具有如下工序：
直至所述第二抗蚀剂层露出为止，对所述第一抗蚀剂层和所述第二抗蚀剂层进行蚀刻，并且还对所述第一抗蚀剂层的图案凸部一并进行蚀刻，将所述第二抗蚀剂层作为掩模并依次对所述层叠结构体进行蚀刻而形成光子晶体周期结构的工序。
19.权利要求3所述的深紫外LED的制造方法，其特征在于，
所述第二光子晶体周期结构的参数通过具有如下步骤的参数计算方法而求出：
第一步骤，在该第一步骤中，改变作为周期结构参数的周期a和结构体的半径R的比R/a；
第二步骤，在该第二步骤中，计算出所述第二结构体的各自的折射率n1和n2，并根据所述折射率和所述R/a而计算出平均折射率nav，将该平均折射率nav代入布拉格条件式，在次数m＝3和m＝4时，获得周期a和半径R；
第三步骤，在该第三步骤中，将与通过平面波展开法对TM光的光子能带结构进行解析而获得的两个光子带隙的最大值对应的、次数m＝3及4时的R/a作为最优化的候补，其中，所述平面波展开法采用了所述R/a、所述波长λ以及根据所述折射率n1、n2而获得的各结构体的介电常数ε1以及ε2；
第四步骤，在该第四步骤中，将TM光的第二光子能带2ndPB和第四光子能带4thPB的纵轴ωa/2πc换算成真空中的波长λv，在次数＝1时获得λv和ka/2π的光子能带结构；
第五步骤，在该第五步骤中，在次数m＝3以及m＝4时，求出在TM光的第二光子能带2ndPB和第四光子能带4thPB的各对称点处与真空中的波长λv×m进行点接触或最接近的R/a，并将其作为最优化的候补；
第六步骤，在该第六步骤中，通过FDTD法而计算与所述第五步骤中选择出的R/a对应的光子晶体的光提取效率增减率和配光性，关于深度，选择次数m＝3～4时最大的周期a的0.5倍以上的任意值；以及
第七步骤，在该第七步骤中，选择光提取效率增减率大、配光性良好的R/a以及次数m而确定直径、周期、深度的参数。
20.权利要求3所述的深紫外LED的制造方法，其特征在于，
所述第二光子晶体周期结构采用基于纳米压印光刻法的转印技术而形成。
21.权利要求3所述的深紫外LED的制造方法，其特征在于，
所述第二光子晶体周期结构采用干法蚀刻而形成，其中，所述干法蚀刻采用了基于流动性较高的抗蚀剂和蚀刻选择比较高的抗蚀剂的双层抗蚀剂法。
22.权利要求4所述的深紫外LED的制造方法，其特征在于，
所述第二光子晶体周期结构的参数通过具有如下步骤的参数计算方法而求出：
第一步骤，在该第一步骤中，改变作为周期结构参数的周期a和第二结构体的半径R的比R/a；
第二步骤，在该第二步骤中，计算出所述第二结构体的各自的折射率n1和n2，并根据所述折射率和所述R/a而计算出平均折射率nav，将该平均折射率nav代入布拉格条件式，在次数m＝3和m＝4时，获得周期a和半径R；
第三步骤，在该第三步骤中，通过平面波展开法对TM光的光子能带结构进行解析，其中，所述平面波展开法采用了所述R/a、所述波长λ以及根据所述折射率n1、n2而获得的各结构体的介电常数ε1以及ε2；
第四步骤，在该第四步骤中，将TM光的第二光子能带2ndPB和第四光子能带4thPB的纵轴ωa/2πc换算成真空中的波长λv，在次数＝1时获得λv和ka/2π的光子能带结构；
第五步骤，在该第五步骤中，在次数m＝3以及m＝4时，求出在TM光的第二光子能带2ndPB和第四光子能带4thPB的各对称点处与真空中的波长λv×m进行点接触或最接近的R/a，并将其作为最优化的候补；以及
第六步骤，在该第六步骤中，通过FDTD法而计算与所述第五步骤中选择出的R/a对应的光子晶体的光提取效率增减率和配光性，关于深度，选择次数m＝3～4时最大的周期a的0.5倍以上的任意值。
23.一种深紫外LED的制造方法，其特征在于，
在根据权利要求5或6所述的深紫外LED中，所述生长基板被剥离，并在所述反射电极层粘贴有支承基板。
24.一种深紫外LED的制造方法，其特征在于，
在根据权利要求6所述的深紫外LED中，包含所述纳米级PSS周期结构的所述生长基板被除去，所述AlN结合柱状体周期结构设置于光提取面侧。
25.权利要求11或12所述的深紫外LED的制造方法，其特征在于，
通过湿法蚀刻而形成所述三棱锥孔或圆锥孔。
26.权利要求13所述的深紫外LED的制造方法，其特征在于，
通过外延生长而形成所述AlN结合柱状体周期结构。
27.权利要求13所述的深紫外LED的制造方法，其特征在于，
包含所述纳米级PSS周期结构的所述生长基板被除去，将所述AlN结合柱状体周期结构作为光提取面。
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