TW201806184A - 深紫外線發光元件 - Google Patents

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Abstract

一種深紫外線發光元件10，係具備：光取出面12b；n型半導體層，其設置於光取出面12b上；活性層20，其設置於n型半導體層上，且能帶隙為3.4eV以上；以及p型半導體層，其設置於活性層20上。活性層20所發出的深紫外線光係從光取出面12b往外部輸出。活性層20的側面32係傾斜於n型半導體層與活性層20的界面19，且該活性層20的側面32之傾斜角為15度以上50度以下。

Description

深紫外線發光元件
本發明係關於一種深紫外線發光元件。
近年來，輸出藍色光的發光二極體或雷射二極體(laser diode)等的半導體發光元件已被實用化，且更進一步推進用以輸出波長較短之深紫外線光的發光元件之開發。由於深紫外線光係具有較高的殺菌能力，所以能夠輸出深紫外線光的半導體發光元件，已受到注目作為醫療或食品加工現場中的無水銀(mercury free)之殺菌用光源。如此的深紫外線光用的發光元件係具有依順序積層於基板上的氮化鋁鎵(AlGaN)系的n型包覆層(clad layer)、活性層、p型包覆層等。
在深紫外線發光元件中，例如是在p型包覆層上的第一區域形成有p電極，在與第一區域不同的第二區域中去除活型層及p型包覆層以使n型包覆層露出，且在第二區域的n型包覆層上形成有n電極。活性層所發出的深紫外線光係從基板的光取出面輸出(例如，參照專利文獻1)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：日本特許第5594530開號公報。
[非專利文獻]
非專利文獻1：Applied Physics Letters 84,5264(2004)。
在使用AlGaN的深紫外線發光元件中，已被指出有AlGaN結晶的光學特性會依AlN組成比而變化，且起因於其特有的偏光特性而使光取出效率降低的課題(例如，參照非專利文獻1)。特別是在形成為提高活性層之AlN組成比以能夠輸出更短波長之深紫外線光的構成的情況下，將會增加朝向沿著活性層之界面的方向傳播的光成分，且降低朝向與活性層之界面交叉的方向傳播並從基板的光取出面取出至外部的光量。
本發明係有鑑於如此的課題而開發完成，其例示的目的之一係在於提供一種提高深紫外線發光元件之光取出效率的技術。
本發明之某一態樣的深紫外線發光元件，係具備：光 取出面；n型半導體層，其設置於光取出面上；活性層，其設置於n型半導體層上，且能帶隙(band gap)為3.4eV以上；以及p型半導體層，其設置於活性層上；活性層所發出的深紫外線光係從光取出面往外部輸出；活性層的側面係傾斜於n型半導體層與活性層的界面，且該活性層的側面之傾斜角為15度以上50度以下。
依據此態樣，藉由使活性層的側面傾斜，就可以使朝向沿著活性層之界面的方向傳播的深紫外線光在活性層的側面反射，且使傳播方向朝向與活性層之界面交叉的方向變化。特別藉由將側面的傾斜面設為15度以上50度以下，就可以使在活性層的側面反射後的深紫外線光之傳播方向變化至能夠從光取出面往外部輸出的方向。藉此，可以增加從光取出面輸出的深紫外線光之光量，且可以提高光取出效率。
亦可具備：具有光取出面的藍寶石(sapphire)基板；n型半導體層、活性層及p型半導體層亦可為AlGaN系的半導體層。
亦可更具備：保護層，其被覆活性層的側面，且相對於活性層所發出的深紫外線光為透明的。
活性層的側面之傾斜角θ a亦可使用活性層的折射率n1，並滿足以下數式1的關係。
Figure TW201806184AD00001
活性層的側面之傾斜角亦可為20度以上40度以下。
依據本發明，可以提高深紫外線發光元件之光取出效率。
10‧‧‧深紫外線發光元件
12‧‧‧基板
12a‧‧‧結晶成長面
12b‧‧‧光取出面
14‧‧‧第一基底層
16‧‧‧第二基底層
18‧‧‧n型包覆層
18a‧‧‧上表面
19‧‧‧界面
20‧‧‧活性層
22‧‧‧電子阻擋層
24‧‧‧p型包覆層
24a‧‧‧上表面
26‧‧‧p側電極
28‧‧‧n側電極
30‧‧‧保護層
30a‧‧‧外表面
32‧‧‧側面
40‧‧‧遮罩層
L‧‧‧深紫外線光
L0至L4‧‧‧光線
n1、n2‧‧‧折射率
S‧‧‧點(地點、波源)
W1‧‧‧第一區域
W2‧‧‧第二區域
W3‧‧‧第三區域
θ1、θ2‧‧‧入射角
θ3‧‧‧再入射角
θ a、θ b‧‧‧傾斜角
θc1‧‧‧第一臨界角
θc2‧‧‧第二臨界角
圖1係概略地顯示實施形態的深紫外線發光元件之構成的剖視圖。
圖2係概略地顯示深紫外線發光元件之製造步驟的剖視圖。
圖3係概略地顯示深紫外線發光元件之製造步驟的剖視圖。
圖4係概略地顯示深紫外線發光元件之製造步驟的剖視圖。
圖5係概略地顯示深紫外線發光元件之製造步驟的剖視圖。
圖6係顯示比較例的深紫外線發光元件之模擬(simulation)結果的示意圖。
圖7係顯示實施例的深紫外線發光元件之模擬結果的示意圖。
圖8係顯示側面的傾斜角與來自光取出面的光輸出量之關係的曲線圖。
圖9係示意性地顯示實施形態的深紫外線發光元件所達成的功效的示意圖。
以下，一邊參照圖式一邊針對用以實施本發明的形態加以詳細說明。再者，在說明中係在同一要素附記同一符號，且適當省略重複的說明。又，為了有助於說明的理解，各個圖式中的各構成要素之尺寸比，並不一定與實際的發光元件之尺寸比一致。
圖1係概略地顯示實施形態的深紫外線發光元件10之構成的剖視圖。深紫外線發光元件10係具備基板12、第一基底層14、第二基底層16、n型包覆層18、活性層20、電子阻擋層(electron block layer)22、p型包覆層24、p側電極26、n側電極28、保護層30。深紫外線發光元件10係指以發出中心波長成為約355nm以下的「深紫外線光」的方式所構成的半導體發光元件。為了輸出如此波長的深紫外線光，活性層20係由能帶隙成為約3.4eV以上的氮化鋁鎵(AlGaN)系半導體材料所構成。在本實施形態中，特別針對發出中心波長約310nm以下的深紫外線光的情況來顯 示。
在本說明書中，所謂「AlGaN系半導體材料」，主要是指包含氮化鋁(AlN)和氮化鎵(GaN)的半導體材料，且假設為包含含有氮化銦(InN)等其他材料的半導體材料之物。從而，在本說明書中所稱的「AlGaN系半導體材料」，例如是可以用In1-x-yAlxGayN(0≦x+y≦1、0≦x≦1、0≦y≦1)的組成來表示，且假設為包含AlN、GaN、AlGaN、氮化銦鋁(InAlN)、氮化銦鎵(InGaN)、氮化銦鋁鎵(InAlGaN)之物。
又，為了區別「AlGaN系半導體材料」中之實質上不包含AlN的材料，有時稱為「GaN系半導體材料」。在「GaN系半導體材料」中，主要是包含有GaN或InGaN，且在此等中亦包含有含有微量之AlN的材料。同樣地，為了區別「AlGaN系半導體材料」中之實質上不包含GaN的材料，有時稱為「AlN系半導體材料」。在「AlN系半導體材料」中，主要是包含有AlN或InAlN，且在此等中亦包含有含有微量之GaN的材料。
基板12為藍寶石(Al2O3)基板。基板12係具有結晶成長面12a和光取出面12b。結晶成長面12a例如是藍寶石基板的(0001)面，在結晶成長面12a的上方積層有第一基底層14及第二基底層16。第一基底層14係指由AlN系半導體材料所形成的層，例如是高溫成長後的AlN(HT-AlN)層。 第二基底層16係指由AlGaN系半導體材料所形成的層，例如是無摻雜(undoped)的AlGaN(u-AlGaN)層。
基板12、第一基底層14及第二基底層16係具有作為用以形成從n型包覆層18起算上方的層的底層(模板(template))的功能。又，此等的層係具有作為用以將活性層20所發出的深紫外線光取出至外部的光取出基板的功能，且能使活性層20所發出的深紫外線光穿透。從而，活性層20所發出的深紫外線光係能從基板12的光取出面12b輸出至外部。光取出面12b並非為平坦面，而是亦可為形成有次微米(submicron)至次毫米(submillimeter)程度之微小的凹凸結構的紋理表面(texture surface)。藉由在光取出面12b形成紋理結構，就可以抑制光取出面12b上的反射或全反射以提高光取出效率。
n型包覆層18係指設置於第二基底層16之上方的n型半導體層。n型包覆層18係由n型AlGaN系半導體材料所形成，例如是摻雜矽(Si)作為n型雜質的AlGaN層。n型包覆層18係以活性層20所發出的深紫外線光能穿透的方式來選擇組成比，例如是以AlN的莫耳分率(Mole fraction)成為40%以上，較佳是成為50%以上的方式所形成。n型包覆層18係具有比活性層20所發出的深紫外線光之波長更大的能帶隙，例如是以能帶隙成為4.3eV以上的方式所形成。n型包覆層18係具有100nm至300nm左右的厚度， 例如是具有200nm左右的厚度。
在n型包覆層18的第一區域W1之上方係形成有n側電極28。在與n型包覆層18之第一區域W1不同的區域(第二區域W2及第三區域W3)之上方係形成有活性層20。
n側電極28係設置於n型包覆層18的上方，且形成於第一區域W1。n側電極28例如是藉由鈦(Ti)/Al/Ti/Au的積層結構所形成。各個金屬層的厚度例如第一Ti層為20nm左右，Al層為100nm左右，第二Ti層為50nm左右，Au層為100nm左右。
再者，為了降低n型包覆層18與n側電極28的接觸電阻，亦可在n型包覆層18與n側電極28之間設置有n型接觸層。n型接觸層亦可由以Al含有率成為比n型包覆層18更低的方式來選擇組成比的n型之AlGaN系半導體材料或GaN系半導體材料所構成。n型接觸層較佳是AlN的莫耳分率為20%以下，更佳是AlN的莫耳分率為10%以下。
活性層20係設置於n型包覆層18的上方。活性層20係由AlGaN系半導體材料所形成，且由n型包覆層18和電子阻擋層22所包夾而構成雙異質接面結構(double heterojunction structure)。活性層20亦可構成單層或是多層 的量子井結構(quantum well structure)。如此的量子井結構例如是藉由積層障壁層(barrier layer)和井層(well layer)所形成，該障壁層係由n型AlGaN系半導體材料所形成，該井層係由無摻雜的AlGaN系半導體材料所形成。活性層20係為了輸出波長355nm以下的深紫外線光而以能帶隙成為3.4eV以上的方式所構成，例如是以可以輸出波長310nm以下之深紫外線光的方式來選擇組成比。
電子阻擋層22係設置於活性層20之上方的p型半導體層。電子阻擋層22係指由p型AlGaN系半導體材料所形成的層，例如是摻Mg的AlGaN層。電子阻擋層22係以AlN的莫耳分率成為比活性層20、p型包覆層24更高的方式來選擇組成比，例如是以AlN的莫耳分率成為40%以上，較佳是成為50%以上的方式所形成。電子阻擋層22亦可以AlN的莫耳分率成為80%以上的方式所形成，又可由實質上不包含GaN的AlN系半導體材料所形成。電子阻擋層22係具有1nm至10nm左右的厚度，例如是具有2nm至5nm左右的厚度。
p型包覆層24係設置於電子阻擋層22之上方的p型半導體層。p型包覆層24係指由p型AlGaN系半導體材料所形成的層，例如是摻Mg的AlGaN層。p型包覆層24係以AlN的莫耳分率成為比活性層20更高，且AlN的莫耳分率成為比電子阻擋層22更低的方式來選擇組成比。p型 包覆層24係具有300nm至700nm左右的厚度，例如是具有400nm至600nm左右的厚度。
p側電極26係設置於p型包覆層24之上方，且形成於第二區域W2。p側電極26係由可以在與p型包覆層24之間實現歐姆接觸(ohmic contact)的材料所形成，例如，藉由鎳(Ni)/金(Au)的積層結構所形成。各個金屬層的厚度例如Ni層為60nm左右，Au層為50nm左右。
再者，為了降低p型包覆層24與p側電極26的接觸電阻，亦可在p型包覆層24與p側電極26之間設置有p型接觸層。p型接觸層亦可由以Al含有率成為比p型包覆層24更低的方式來選擇組成比的p型之AlGaN系半導體材料或GaN系半導體材料所構成。p型接觸層較佳是AlN的莫耳分率為20%以下，更佳是AlN的莫耳分率為10%以下。
活性層20、電子阻擋層22及p型包覆層24係以側面32(台面(mesa surface))傾斜的方式所構成。該傾斜後的側面32係位於可供n側電極28形成的第一區域W1與可供p側電極26形成的第二區域W2之間。側面32係以相對於n型包覆層18與活性層20之界面19具有傾斜角θ a的方式所形成。藉由使側面32傾斜，就能使活性層20(例如點S)所發出的深紫外線光L在側面32反射，且朝向基板12的 光取出面12b。
側面32的傾斜角θ a係以成為15度以上50度以下的方式所構成，較佳是以成為20度以上40度以下的方式所構成。藉由將側面32的傾斜角θ a設定在如此的角度範圍內，就能增加從光取出面12b所輸出的深紫外線光之光量，且可以提高光取出效率。有關如此的角度範圍較佳的理由，將另於後述。
側面32係藉由保護層30所被覆。保護層30係由相對於活性層20所發出的深紫外線光為透明的絕緣材料所構成。作為保護層30，例如可以使用氧化矽(SiO2)、氮氧化矽(SiON)、氮化矽(SiN)、氧化鋁(Al2O3)、氮化鋁(AlN)等。保護層30較佳是由相對於深紫外線光的折射率較低的材料所構成，在上述材料之中，較佳為SiO2(折射率1.4)。藉由降低保護層30的折射率，且加大與活性層20的折射率差，就可以加大在側面32產生全反射的角度範圍以提高在側面32的深紫外線光的反射率。又，藉由保護層30使用透明材料，就可以減低藉由保護層30吸收深紫外線光所造成的損失。
接著，一邊參照圖2至圖5一邊針對深紫外線發光元件10的製造方法加以敘述。首先，如圖2所示，在基板12的上方依順序積層第一基底層14、第二基底層16、n型 包覆層18、活性層20、電子阻擋層22、p型包覆層24。由AlGaN系半導體材料所形成的第二基底層16、n型包覆層18、活性層20、電子阻擋層22及p型包覆層24係可以使用有機金屬化學氣相沉積(MOVPE；Metal-organic Vapor-Phase Epitaxy)法、或分子束磊晶(MBE；Molecular Beam Epitoxy)法等的週知磊晶沉積法來形成。
其次，如圖3所示，在p型包覆層24的上方形成遮罩層40。遮罩層40係形成於p型包覆層24的第二區域W2及第三區域W3。遮罩層40係以在第三區域W3具有預定的傾斜角θ b的方式所形成。遮罩層40的傾斜角θ b係可以藉由控制曝光阻劑(resist)並形成遮罩圖案(mask pattern)之後的阻劑之後焙(post-bake)溫度來調整。例如，藉由降低阻劑的後焙溫度就可以加大遮罩層40的傾斜角θ b，藉由升高阻劑的後焙溫度就可以減小遮罩層40的傾斜角θ b。雖然亦受到所使用的阻劑之材料影響，但是例如藉由將後焙溫度調整在100℃至200℃之間，就可以將遮罩層40的傾斜角θ b調整在70度至20度之間。
接著，如圖4所示，從遮罩層40的上方開始蝕刻(etching)活性層20、電子阻擋層22及p型包覆層24。在圖4中，係以虛線來顯示蝕刻前的結構，以實線來顯示蝕刻後的結構。遮罩層40及各個半導體層係能使用反應性離子蝕刻(reactive ion etching)或電漿(plasma)來乾式蝕刻(dry etching)而形成具有與遮罩層40之傾斜角θ b對應的傾斜角θ a的側面32。該乾式蝕刻步驟係進行至n型包覆層18的上表面18a露出為止。n型包覆層18的上表面18a係既可以成為與n型包覆層18和活性層20之界面19相同的高度的方式所形成，又可以成為比界面19更低的位置的方式所形成。在後者的情況下，n型包覆層18的一部分亦可藉由該蝕刻步驟來去除。
側面32的傾斜角θ a係藉由遮罩層40的傾斜角θ b、遮罩層40及半導體層的蝕刻速度所決定。例如，在遮罩層40的蝕刻速度比各個半導體層更相對地大的情況下，側面32的傾斜角θ a就會成為比遮罩層40的傾斜角θ b更小。結果，藉由將遮罩層40的傾斜角θ b調整在20度至70度的範圍內，就可以將側面32的傾斜角θ a調整在15度至50度的範圍內。再者，在製造上很難形成使傾斜角θ a成為未滿15度之均一的側面32，而為了形成具有均一之傾斜角θ a的側面32，有必要將傾斜角θ a設為15度以上，較佳是20度以上。
其次，在將殘留於p型包覆層24之上方的遮罩層40予以去除之後，如圖5所示，形成有保護層30。保護層30係至少以被覆活性層20、電子阻擋層22及p型包覆層24之側面32的方式所設置。保護層30較佳是厚度形成至可以在側面32合適地反射或全反射深紫外線光的程度，例如 可以設為20nm至300nm左右的厚度。
保護層30亦可藉由從設置於第一區域W1及第三區域W3的遮罩之上方開始形成，來選擇性地形成於側面32之上方。其他，亦可在以被覆n型包覆層18的上表面18a、側面32、p型包覆層24的上表面24a之全面的方式形成保護層之後，去除與第一區域W1及第三區域W3對應的部分。在後者的情況下，例如，既可藉由使用電漿等的乾式蝕刻來去除保護層的一部分，又可藉由使用氟氫酸(hydrofluoric acid)(HF)等的濕式蝕刻來去除保護層的一部分。
接著，在露出於第一區域W1的n型包覆層18的上表面18a之上方形成有n側電極28，且在露出於第二區域W2的p型包覆層24的上表面24a之上方形成有p側電極26。再者，亦可在n型包覆層18的上表面18a形成n型接觸層，且在n型接觸層的上方形成n側電極28。同樣地，亦可在p型包覆層24的上表面24a之上方形成p型接觸層，且在p型接觸層之上方形成p側電極26。藉由以上的步驟，來完成圖1所示的深紫外線發光元件10。
接著，針對本實施形態的深紫外線發光元件10所達成的功效加以說明。
圖6係顯示比較例的深紫外線發光元件之模擬結果的 示意圖，且顯示側面32之傾斜角θ a為70度的情況之光線追蹤的結果。如圖示般，可明白朝向側面32的光線之大多數會從保護層30的外表面30a漏出至外部，且在反射至側面32之後朝向n型包覆層18的光線之比例極為小。如此，在側面32的傾斜角θ a較大的情況下，就無法將朝向側面32的深紫外線光從基板12的光取出面12b取出。
圖7係顯示實施例的深紫外線發光元件之模擬結果的示意圖，且顯示側面32之傾斜角θ a為30度的情況之光線追蹤的結果。如圖示般，雖然朝向側面32的光線之一部分會從保護層30的外表面30a漏出至外部，但是朝向側面32的光線之大多數會在側面32或保護層30的外表面30a反射，且朝向n型包覆層18。又，因入射於n型包覆層18與活性層20之界面19的光線之入射角較小，故而不會在基板12的光取出面12b全反射而可以取出至外部。如此，藉由減小側面32的傾斜角θ a，就可以將朝向側面32的深紫外線光的一部分從基板12的光取出面12b取出。
圖8係顯示側面32的傾斜角θ a與光取出面12b的光輸出量之關係的曲線圖。該曲線圖係對仿製上述的深紫外線發光元件10之結構的模型(model)執行藉由光線追蹤所為的模擬，且計算求出來自光取出面12b的光輸出量。作為計算模型，係積層400μm厚度的藍寶石基板(折射率1.83)、2μm厚度的AlN基底層(折射率2.1)、2μm厚度的 n型AlGaN層(折射率2.3)、500nm厚度的活性層(折射率2.56)，且在活性層的上方配置有仿製p型半導體層的全吸收體作為境界層。使活性層的側面傾斜，且在傾斜面的上方配置有氧化矽層(折射率1.4)。使活性層的側面之傾斜角θ a在20度至90度之範圍內變化，且求出從藍寶石基板輸出的光輸出量。曲線圖的縱軸係表示將傾斜角θ a=70度時的光輸出量設為1的相對值。
如圖示般，可明白在傾斜角θ a為60度至90度之範圍內，光輸出量就相對地低，另一方面，在傾斜角θ a為20度至50度之範圍內，光輸出量就增加了5%至8%左右。根據該模擬結果，可明白藉由將活性層20的側面32之傾斜角θ a設為50度以下，就可以提高光取出效率。
圖9係示意性地顯示實施形態的深紫外線發光元件10所達成的功效之示意圖，且示意性地顯示從活性層20所產生的深紫外線光傳播的樣態。以下，一邊使用本圖，一邊針對在傾斜角θ a成為50度以下的情況下能提高光取出效率的理由加以研究。
在活性層20之任意的地點S所產生的深紫外線光，主要是朝向n型包覆層18與活性層20的界面19或活性層20與電子阻擋層22的界面。入射於n型包覆層18與活性層20之界面19的深紫外線光之一部分係朝向基板12的光 取出面12b而傳播，且從光取出面12b往外部輸出。又，入射於界面19的深紫外線光之另一部分係在界面19反射並傳播於活性層20的內部，且朝向側面32。
此時，在活性層20所產生的深紫外線光會被傳播於哪個方向，主要是藉由波源S的射出方向、和構成深紫外線發光元件10的各層之折射率所決定。當將入射於n型包覆層18與活性層20之界面19的深紫外線光之入射角設為θ1，將活性層20的折射率設為n1時，只要是滿足θ1<sin-1(1/n1)=θc1之關係的深紫外線光，就能從光取出面12b輸出至深紫外線發光元件10的外部。此時的臨界角θc1(以下，亦稱為第一臨界角θc1)只要活性層20為AlGaN系半導體材料，且折射率n1=2.4至2.6左右，就成為第一臨界角θc1=22度至25度左右。只要入射角θ1比該第一臨界角θc1更小，就不會在光取出面12b產生全反射而能使深紫外線光從光取出面12b輸出至外部。
因在n型包覆層18與活性層20的界面19產生全反射，故而具有預定範圍之入射角θ1的深紫外線光不會從界面19輸出至n型包覆層18。AlGaN系半導體材料的折射率係傾向於AlN組成比越高(換句話說，能帶隙越高)折射率就變越低，且AlN組成比相對地較高的n型包覆層18之折射率n2，比AlN組成比相對地較低的活性層20之折射率n1更低。例如，只要AlN組成比為40%以上的n型包覆層18， 其折射率n2=2.2至2.3左右。只要使用該值，界面19中的臨界角θc2(以下，亦稱為第二臨界角θc2)係成為θc2=sin-1(n2/n1)=58度至73度左右。
根據以上，在入射於界面19的深紫外線光之入射角θ1比第一臨界角θc1更小的情況下，如光線L0所示，深紫外線光能從光取出面12b輸出至外部。另一方面，在入射於界面19的深紫外線光之入射角θ1比第二臨界角θc2還大的情況下係在界面19全反射，且如光線L1所示地朝向側面32。此時，入射於側面32的深紫外線光之入射角θ2係可以使用在界面19的入射角(或反射角)θ1和側面32的傾斜角θ a，在幾何學上表示為θ2=｜θ1-θ a｜。
在側面32反射的深紫外線光係按照側面32的傾斜角θ a來改變方向，且如光線L2所示地以入射角θ3再入射於界面19。又，如光線L4所示，並不在側面32反射而是穿透保護層30，而在保護層30的外表面30a反射的深紫外線光亦以相同的入射角θ3再入射於界面19。此時的再入射角θ3係可以使用在界面19之最初的入射角(或反射角)θ1和側面32的傾斜角θ a，在幾何學上表示為θ3=｜θ1-2 θ a｜。
此時，在往界面19的再入射角θ3比上述的第一臨界角θc1更小的情況下，如光線L3所示，深紫外線光能從光 取出面12b輸出至外部。換句話說，只要是如存在滿足｜θ1-2 θ a｜<θc1之條件(以下，亦稱為光取出條件)的最初之入射角θ1的傾斜角θ a，就可以將朝向活性層20之側面32的深紫外線光從光取出面12b取出至外部。如此的傾斜角θ a之條件係可以藉由以下的數式(1)來表示。
Figure TW201806184AD00002
只要將上述數式(1)的右邊作為折射率n1=2.4至2.6來計算，就會成為56度至58度左右。從而，只要比該上限角更減小傾斜角θ a，就可以產生滿足上述之光取出條件的深紫外線光，更且，藉由更減小傾斜角θ a，就可以擴大滿足光取出條件的入射角θ1之角度範圍。根據以上的研究，可謂側面32的傾斜角θ a較佳是設為50度以下，更佳是設為40度以下。例如，在傾斜角θ a=40度的情況下，可以使入射角θ1成為63度以上的深紫外線光，換句話說，使在界面19全反射的深紫外線光之大部分，以比第一臨界角θc1更小的再入射角θ3入射於界面19。
在活性層20所產生的深紫外線光之輸出方向係依活性層20的AlN組成比而有所不同。特別是當為了輸出短波長的深紫外線光(310nm以下)而提高活性層20的AlN組成比時，就會傾向於減少垂直於界面19之方向的光成分，且增加沿著界面19之方向的光成分。依據本實施形態，藉 由適當地設定側面32的傾斜角θ a，就可以使因藉由界面19反射或全反射而無法朝向光取出面12b的深紫外線光之方向適當地變化。從而，依據本實施形態，特別可以在輸出短波長之深紫外線光的深紫外線光發光元件10中，提高來自光取出面12b的光取出效率。
以上，已基於實施例來說明本發明。本發明並未被限定於上述實施形態，而能夠進行各種的設計變更，且能夠實施各種的變化例，又，如此的變化例亦落在本發明的範圍內，此為該發明所屬技術領域中具有通常知識者所能理解。
(產業可利用性)
依據本發明，可以提高深紫外線發光元件之光取出效率。
10‧‧‧深紫外線發光元件
12‧‧‧基板
12a‧‧‧結晶成長面
12b‧‧‧光取出面
14‧‧‧第一基底層
16‧‧‧第二基底層
18‧‧‧n型包覆層
18a‧‧‧上表面
19‧‧‧界面
20‧‧‧活性層
22‧‧‧電子阻擋層
24‧‧‧p型包覆層
24a‧‧‧上表面
26‧‧‧p側電極
28‧‧‧n側電極
30‧‧‧保護層
32‧‧‧側面
L‧‧‧深紫外線光
S‧‧‧點(地點、波源)
W1‧‧‧第一區域
W2‧‧‧第二區域
W3‧‧‧第三區域
θ a‧‧‧傾斜角

Claims (5)

  1. 一種深紫外線發光元件，係具備：光取出面；n型半導體層，其設置於前述光取出面上；活性層，其設置於前述n型半導體層上，且能帶隙為3.4eV以上；以及p型半導體層，其設置於前述活性層上；前述活性層所發出的深紫外線光係從前述光取出面往外部輸出；前述活性層的側面係傾斜於前述n型半導體層與前述活性層的界面，且該活性層的側面之傾斜角為15度以上50度以下。
  2. 如請求項1所記載之深紫外線發光元件，其中具備：具有前述光取出面的藍寶石基板；前述n型半導體層、前述活性層及前述p型半導體層為氮化鋁鎵系的半導體層。
  3. 如請求項1或2所記載之深紫外線發光元件，其中更具備：保護層，其被覆前述活性層的側面，且相對於前述活性層所發出的深紫外線光為透明的。
  4. 如請求項1或2所記載之深紫外線發光元件，其中前述活性層的側面之傾斜角θ a係使用前述活性層的折射率n1，並滿足以下數式1的關係：
    Figure TW201806184AC00001
  5. 如請求項1或2所記載之深紫外線發光元件，其中前述活性層的側面之傾斜角為20度以上40度以下。
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