DEEP ULTRAVIOLET LED AND PRODUCTION METHOD FOR SAME

• Main Authors: WATANABE Yasuhiro, JO Masafumi, MAEDA Noritoshi, IWAISAKO Yasushi, KAMIMURA Ryuichiro, MATSUURA Eriko, TASHIRO Takaharu, AOYAMA Yohei, HIRAYAMA Hideki, NAGANO Tsugumi, KASHIMA Yukio, OSADA Yamato, FURUTA Kanji, KOKUBO Mitsunori, IWAI Takeshi
• Format: Patent
• Language: English; French; Japanese
• Published: 01.08.2019
• Subjects: BASIC ELECTRIC ELEMENTS; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ELECTRICITY; SEMICONDUCTOR DEVICES

A deep ultraviolet LED that has a design wavelength of λ. The deep ultraviolet LED is characterized by including, in order from the side opposite a sapphire substrate, a reflecting electrode layer (Au), a metal layer (Ni), a p-type GaN contact layer, a P-Block layer that comprises a p-type AlGaN layer and has a film thickness of 52-56 nm, an i-guide layer that comprises an AlN layer, a multi quantum well layer, an n-type AlGaN contact layer, a u-type AlGaN layer, an AlN template, and the sapphire substrate. The deep ultraviolet LED is also characterized by including a reflective two-dimensional photonic crystal periodic structure that includes a plurality of holes and is provided from the interface between the metal layer and the p-type GaN contact layer within the thickness-direction range of the p-type GaN contact layer but does not cross the interface between the p-type GaN contact layer and the P-Block layer. The deep ultraviolet LED is also characterized in that the distance from sapphire-substrate-side end surfaces of the holes to the interface between the multi quantum well layer and the i-guide layer satisfies λ/2n1Dneff in the vertical direction and is 53-57 nm. The deep ultraviolet LED is also characterized in that the reflective two-dimensional photonic crystal periodic structure has photonic gaps that open toward a TE polarization component. The deep ultraviolet LED is also characterized in that the period a of the reflective two-dimensional photonic crystal periodic structure satisfies the Bragg condition with respect to light of the design wavelength λ, in that the order m of the Bragg conditional expression mλ/n2Deff=2a (m being the order, λ being the design wavelength, n2Deff being the effective refractive index of the two-dimensional photonic crystal, and a being the period of the two-dimensional photonic crystal) satisfies 2≤m≤4, and in that, when the radius of the holes is R, 0.30≤R/a≤0.40. L'invention concerne une DEL ultraviolette profonde qui a une longueur d'onde de conception de λ. La DEL ultraviolette profonde est caractérisée en ce qu'elle comprend, dans l'ordre depuis le côté opposé à un substrat de saphir, une couche d'électrode réfléchissante (Au), une couche métallique (Ni), une couche de contact de GaN de type p, une couche de Bloc P qui comprend une couche d'AlGaN de type p et ayant une épaisseur de film de 52 à 56 nm, une couche de guidage i qui comprend une couche d'AlN, une couche de puits quantique multiple, une couche de contact d'AlGaN de type n, une couche d'AlGaN de type u, un gabarit d'AlN et le substrat de saphir. La DEL ultraviolette profonde est également caractérisée en ce qu'elle comprend une structure périodique de cristal photonique bidimensionnel réfléchissante qui comprend une pluralité de trous et est disposée à partir de l'interface entre la couche métallique et la couche de contact de GaN de type p dans la plage de direction d'épaisseur de la couche de contact de GaN de type p mais ne croise pas l'interface entre la couche de contact de GaN de type p et la couche de bloc P. La DEL ultraviolette profonde est également caractérisée en ce que la distance à partir des surfaces d'extrémité côté substrat de saphir des trous à l'interface entre la couche de puits quantiques multiples et la couche de guidage i satisfait λ/2n1Dneff dans la direction verticale et est de 53 à 57 nm. La DEL ultraviolette profonde est également caractérisée en ce que la structure périodique de cristal photonique bidimensionnel réfléchissante présente des bandes interdites photoniques qui s'ouvrent vers une composante de polarisation TE. La DEL ultraviolette profonde est également caractérisée en ce que la période a de la structure périodique à cristal photonique bidimensionnel réfléchissante satisfait la condition de Bragg par rapport à la lumière de la longueur d'onde de conception λ, en ce que l'ordre m de l'expression conditionnelle de Bragg mλ/n2Deff = 2a (m étant l'ordre, λ étant la longueur d'onde de conception, n2Deff étant l'indice de réfraction effectif du cristal photonique bidimensionnel, et a étant la période du cristal photonique bidimensionnel) satisfait 2 ≤ m ≤ 4, et en ce que, lorsque le rayon des trous est R, 0,30 ≤ R/a ≤ 0,40. 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。