JP2011119449A - 棒状構造発光素子、発光装置、発光装置の製造方法、バックライト、照明装置および表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で電極接続が容易にできる発光効率の高い微細な棒状構造発光素子を提供する。
【解決手段】棒状のｎ型ＧaＮからなる半導体コア１１と、半導体コア１１の一端側の部分を覆わないで露出部分１１aとするように、半導体コア１１の露出部分以外の被覆部分１１bを覆うｐ型ＧaＮからなる半導体層１２とを備える。上記半導体コア１１の半導体層１２に覆われていない露出部分１１aの外周面と、半導体コア１１の半導体層１２に覆われた被覆部分１１bの外周面との間に段差部１１cを設ける。
【選択図】図１

Description

この発明は、棒状構造発光素子、発光装置、発光装置の製造方法、バックライト、照明装置および表示装置に関する。

従来、棒状構造の発光素子としては、化合物半導体からなる棒状のコア部と、そのコア部を囲む化合物半導体からなる筒状のシェル部でヘテロ構造を形成したナノオーダーサイズのものがある(例えば、特開２００８−２３５４４３号公報(特許文献１)参照)。この発光素子は、コア部自体が活性層となり、外周面から注入された電子および正孔がコア部内で再結合して発光する。

上記発光素子と同様の製造方法を用いて、ｎ型半導体からなるコア部とｐ型半導体からなるシェル部とを有し、コア部の外周面とシェル部の内周面とのｐｎ接合部で電子および正孔が再結合して発光する棒状構造発光素子を製造した場合、コア部が両端面しか露出していないため、コア部と電極との接続が困難であるという問題がある。

特開２００８−２３５４４３号公報

そこで、この発明の課題は、簡単な構成で電極接続が容易にできる発光効率の高い微細な棒状構造発光素子を提供することにある。

また、この発明の課題は、上記棒状構造発光素子を用いることにより薄型化と軽量化が可能でかつ発光効率が高く省電力な発光装置およびその製造方法を提供することにある。

また、この発明の課題は、上記棒状構造発光素子を用いることにより薄型化と軽量化が可能でかつ発光効率が高く省電力なバックライトと照明装置および表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の棒状構造発光素子は、
棒状の第１導電型の半導体コアと、
上記半導体コアの一端側の部分を覆わないで露出部分とするように、上記半導体コアの上記露出部分以外の部分を覆う第２導電型の半導体層と
を備え、
上記半導体コアの上記半導体層に覆われていない上記露出部分の外周面と、上記半導体コアの上記半導体層に覆われた被覆部分の外周面との間に段差部を設けたことを特徴とする。

上記構成によれば、棒状の第１導電型の半導体コアの一端側の部分を覆わないで露出部分とするように、半導体コアの露出部分以外の被覆部分を第２導電型の半導体層により覆うことによって、マイクロオーダーサイズやナノオーダーサイズの微細な棒状構造発光素子であっても、半導体コアの露出部分を一方の電極に接続し、半導体コアの被覆部分を覆う半導体層に他方の電極を接続することが可能となる。この棒状構造発光素子は、半導体コアの露出部分に一方の電極を接続し、半導体層に他方の電極を接続して、半導体コアの外周面と半導体層の内周面との界面(ｐｎ接合部)で電子と正孔の再結合が起きるように電極間に電流を流すことにより、半導体コアの外周面と半導体層の内周面との界面(ｐｎ接合部)から光が放出される。この棒状構造発光素子では、半導体層で覆われた半導体コアの側面全体から光が放出されることにより発光領域が広くなるので、発光効率が高い。なお、半導体コアの外周面と半導体層の内周面との間に量子井戸層を設けてもよい。

したがって、簡単な構成で電極接続が容易にできる発光効率の高い微細な棒状構造発光素子を実現できる。この棒状構造発光素子は、基板と一体でないので、装置への実装の自由度が高い。

さらに、上記半導体コアの半導体層に覆われていない露出部分の外周面と、半導体コアの半導体層に覆われた被覆部分の外周面との間に段差部を設けることによって、半導体コアの露出部分の外周面と被覆部分の外周面とが一致して段差がない場合に比べて、半導体コアの露出部分と半導体層との境界に形成された段差部により半導体層の端面の位置が決定され、製造時に境界位置のばらつきを抑制できる。ここで、上記半導体コアの露出部分は、被覆部分よりも小径であってもよいし大径であってもよい。また、上記段差部によって、半導体コアの露出部分の外周面と半導体層との距離を遠ざけることができるため、半導体コアの露出部分に電極を接続する場合に、電極と半導体層との間の短絡やリーク電流の発生を抑制できる。また、上記半導体コアの露出部分の外周面と被覆部分の外周面との境界に形成された段差部から外部へ光が取り出されやすくなるので、光の取り出し効率が向上する。さらに、上記半導体コアの被覆部分よりも露出部分の径が大きい場合は、半導体コアの露出部分に接続される電極との接触面が大きくとれるので、コンタクト抵抗を下げることができる。

ここで、微細な棒状構造発光素子とは、例えば直径が１μｍで長さ１０μｍのマイクロオーダーサイズや、直径または長さのうちの少なくとも直径が１μｍ未満のナノオーダーサイズの素子である。また、上記棒状構造発光素子は、使用する半導体の量を少なくでき、発光素子を用いた装置の薄型化と軽量化が可能でかつ発光効率が高く省電力な発光装置,バックライト,照明装置および表示装置などを実現することができる。

また、一実施形態の棒状構造発光素子では、
上記半導体コアの上記被覆部分の長手方向に直交する断面の外周長よりも、上記半導体コアの上記露出部分の長手方向に直交する断面の外周長が短い。

上記実施形態によれば、半導体コアの被覆部分の長手方向に直交する断面の外周長よりも、半導体コアの露出部分の長手方向に直交する断面の外周長が短いことによって、半導体コアの露出部分に電極を接続した場合に、半導体コアの露出部分の半導体層の外径は、半導体コアの半導体層に覆われている被覆部分の外径よりも細くなっているので、製造工程において基板上に立設するように形成された半導体コアの露出部分を基板側に設けることで半導体コアが折れやすくなり、製造が容易になる。また、上記半導体コアの露出部分が段差部で低い側(半導体層側が高い側)になることによって、半導体コアの露出部分の外周面と半導体層との距離を遠ざけることができるため、半導体コアの露出部分に電極を接続する場合に、電極と半導体層との間の短絡やリーク電流の発生を抑制できる。なお、上記半導体コアの露出部分と被覆部分のそれぞれの断面は円形状に限るものではなく、六角形などの他の多角形の断面形状でもよく、また、半導体コアの露出部分と被覆部分とが異なる断面形状であってもよく、半導体コアの被覆部分よりも露出部分が小径であれば、同様の効果を有する。

また、少なくとも半導体コアの半導体層に覆われた被覆部分において、半導体層の外形よりも半導体コアの露出部分の外形の方が小さくなるため、棒状構造発光素子を基板上に基板平面に対して長手方向が平行になるように実装するときに、半導体層の外周面と基板との接触がとりやすくなり、放熱効率が向上する。

また、一実施形態の棒状構造発光素子では、
上記半導体コアの上記被覆部分の長手方向に直交する断面が多角形状である。

上記実施形態によれば、半導体コアの被覆部分の長手方向に直交する断面が多角形状であることによって、この棒状構造発光素子を基板上に基板平面に対して長手方向が平行になるように実装するときに、半導体層のどの外周面であっても基板との接触面が得やすく、基板への放熱効率が向上する。したがって、発光時の素子温度が上昇して発光効率が低下するのを抑制できる。また、上記半導体コアの露出部分の長手方向に直交する断面が円形よりも多角形(例えば六角形)の方が光の取り出し効率を向上させることができる(半導体コアの露出部分の断面は、頂点数の少ない多角形の方が外部に光が出やすくなる)。

また、一実施形態の棒状構造発光素子では、
上記半導体コアの上記露出部分の長手方向に直交する断面の形状と、上記半導体コアの上記被覆部分の長手方向に直交する断面の形状とが異なる。

上記実施形態によれば、半導体コアの露出部分の長手方向に直交する断面の形状と、半導体コアの被覆部分の長手方向に直交する断面の形状とが異なることによって、半導体コアの露出部分の外周面と被覆部分の外周面との境界に段差部が形成されるため、外部への光の取り出し効率が向上する。また、上記半導体コアの露出部分の外周面と被覆部分の外周面が一致して段差がない場合に比べて、半導体コアの露出部分と半導体層との境界に形成された段差部により半導体層の端面の位置が決定され、製造時に境界位置のばらつきを抑制できる。

また、一実施形態の棒状構造発光素子では、
上記半導体コアの上記露出部分の長手方向に直交する断面が略円形状である。

上記実施形態によれば、半導体コアの露出部分の長手方向に直交する断面が略円形状であることによって、製造工程において半導体コアの成長時に使用するマスクパターンの形状が円形でよく、基板の平面方向の結晶方位に位置あわせたマスクレイアウトの制限を受けず、また、方位を揃えるための位置合わせ精度が不要のため、製造が容易にできる。

また、一実施形態の棒状構造発光素子では、
上記半導体コアの上記段差部とその段差部側の上記半導体層の端面を覆うように、かつ、上記半導体コアの上記露出部分の上記段差部側を覆うように形成された絶縁層を備えた。

上記実施形態によれば、半導体コアの段差部とその段差部側の半導体層の端面を覆うように、かつ、半導体コアの露出部分の段差部側を覆うように形成された絶縁層を備えることによって、半導体コアの露出部分の外周面と半導体層との間を絶縁層により絶縁できるため、半導体コアの露出部分に電極を接続する場合に、電極と半導体層との間の短絡やリーク電流の発生を確実に抑制できる。

また、一実施形態の棒状構造発光素子では、
上記半導体層を覆うように形成され、上記半導体層よりも電気抵抗が低い材料からなる導電層を備えた。

上記実施形態によれば、半導体層よりも電気抵抗が低い材料からなる導電層を介して半導体層を電極に接続することにより、電極接続部分に電流が集中して偏ることがなく、広い電流経路を形成して、半導体コアの側面全体を効率よく発光させることができ、発光効率がさらに向上する。

また、一実施形態の棒状構造発光素子では、
上記半導体コアと上記半導体層との間に形成された量子井戸層を備えた。

上記実施形態によれば、半導体コアの外周面と半導体層との間に量子井戸層を形成することによって、量子井戸層の量子閉じ込め効果により発光効率を向上できる。

また、一実施形態の棒状構造発光素子では、
上記半導体コアの上記露出部分とは反対側の端面を覆うように形成されたキャップ層を備え、
上記キャップ層は、上記半導体層よりも電気抵抗の大きな材料からなる。

上記実施形態によれば、半導体層よりも電気抵抗の大きな材料からなるキャップ層が半導体コアの露出部分とは反対側の端面を覆うことによって、半導体コアのキャップ層側に接続された電極と半導体コアとの間でキャップ層を介して電流が流れないようにする一方で、キャップ層よりも抵抗の低い半導体層を介して電極と半導体コアの外周面側との間で電流が流れるようにする。これにより、上記半導体コアのキャップ層が設けられた側の端面への電流集中を抑制して、その半導体コアの端面に発光が集中することなく、半導体コアの側面からの光の取り出し効率が向上する。

また、一実施形態の棒状構造発光素子では、
上記半導体コアの径が５００ｎｍ以上かつ１００μｍ以下である。

上記実施形態によれば、半導体コアの径を５００ｎｍ以上かつ１００μｍ以下とすることによって、数１０ｎｍ〜数１００ｎｍ程度のものに比べて、半導体コアの径のばらつきを抑えることができ、発光特性のばらつきを抑えて、歩留まりのよい棒状構造発光素子を実現できる。

また、この発明の発光装置では、
上記のいずれか１つの棒状構造発光素子と、
上記棒状構造発光素子の長手方向が実装面に平行になるように、上記棒状構造発光素子が実装された基板と
を備え、
上記基板上に所定の間隔をあけて電極が形成され、
上記基板上の一方の上記電極に上記棒状構造発光素子の上記半導体コアの一端側の上記露出部分が接続されると共に、上記基板上の他方の上記電極に上記半導体コアの他端側の上記半導体層が接続されていることを特徴とする。

上記構成によれば、長手方向が実装面に平行になるように基板に実装された棒状構造発光素子は、半導体層の外周面と基板の実装面とが接触するので、棒状構造発光素子で発生した熱を半導体層から基板に効率よく放熱することができる。したがって、発光効率が高くかつ放熱性のよい発光装置を実現できる。また、上記発光装置では、基板上に棒状構造発光素子を横倒しに配置しているので、基板を含めた厚さを薄くできる。上記発光装置において、例えば直径が１μｍで長さ１０μｍのマイクロオーダーサイズや、直径または長さのうちの少なくとも直径が１μｍ未満のナノオーダーサイズの微細な棒状構造発光素子を用いることにより、使用する半導体の量を少なくでき、この発光装置を用いて薄型化と軽量化が可能なバックライト,照明装置および表示装置などを実現することができる。

また、一実施形態の発光装置では、
上記半導体層を覆うように形成された導電層を備えた棒状構造発光素子と、
上記棒状構造発光素子の長手方向が実装面に平行になるように、上記棒状構造発光素子が実装された基板と
を備え、
上記基板上に所定の間隔をあけて電極が形成され、
上記基板上の一方の上記電極に上記棒状構造発光素子の上記半導体コアの一端側の上記露出部分が接続されると共に、上記基板上の他方の上記電極に上記半導体コアの他端側の上記導電層が接続されていることを特徴とする。

上記実施形態によれば、長手方向が実装面に平行になるように基板に実装された棒状構造発光素子は、導電層の外周面と基板の実装面とが接触するので、棒状構造発光素子で発生した熱を導電層から基板に効率よく放熱することができる。したがって、発光効率が高くかつ放熱性のよい発光装置を実現できる。また、上記発光装置では、基板上に棒状構造発光素子を横倒しに配置しているので、基板を含めた厚さを薄くできる。上記発光装置において、例えば直径が１μｍで長さ１０μｍのマイクロオーダーサイズや、直径または長さのうちの少なくとも直径が１μｍ未満のナノオーダーサイズの微細な棒状構造発光素子を用いることにより、使用する半導体の量を少なくでき、この発光装置を用いて薄型化と軽量化が可能なバックライト,照明装置および表示装置などを実現することができる。

また、一実施形態の発光装置では、
上記棒状構造発光素子の上記導電層上かつ上記基板側に形成され、上記半導体層よりも電気抵抗が低い材料からなる第２の導電層を備えた。

上記実施形態によれば、棒状構造発光素子の導電層上かつ基板側に、半導体層よりも電気抵抗が低い材料からなる第２の導電層を形成することによって、第２の導電層のない棒状構造発光素子の基板と反対の側においても、半導体コアの外周面を覆う導電層があるため、高抵抗の半導体層全体への電流の流れやすさを犠牲にすることなく、第２の導電層によって低抵抗化できる。また、半導体コアの外周面を覆う導電層には、発光効率を考慮すると透過率の低い材料が使えないために低抵抗の材料を用いることができないが、第２の導電層には、透過率よりも低抵抗であることを優先した導電性材料を用いることができる。さらに、長手方向が実装面に平行になるように基板に実装された棒状構造発光素子は、第２の導電層が基板の実装面と接するので、棒状構造発光素子で発生した熱を第２の導電層を介して基板に効率よく放熱することができる。

また、一実施形態の発光装置では、
上記基板上の上記電極間かつ上記棒状構造発光素子の下側に形成された金属部を備えた。

上記実施形態によれば、基板上の電極間かつ棒状構造発光素子の下側に金属部を形成することによって、両端が電極に接続された棒状構造発光素子の中央側を金属部の表面に接触させて支えるので、両持ちの棒状構造発光素子が撓むことなく、金属部により支持されると共に、棒状構造発光素子で発生した熱を半導体層から金属部を介して基板に効率よく放熱することができる。

また、一実施形態の発光装置では、
上記金属部は、上記棒状構造発光素子毎に上記基板上に形成され、
互いに隣接する上記棒状構造発光素子の上記金属部は、電気的に絶縁されている。

上記実施形態によれば、互いに隣接する棒状構造発光素子の向きが逆になっても、棒状構造発光素子の両端が接続された電極間が金属部を介して短絡するのを防止できる。

また、この発明の発光装置の製造方法では、
上記のいずれか１つの棒状構造発光素子を備えた発光装置の製造方法であって、
独立した電位が夫々与えられる少なくとも２つの電極を単位とする配列領域が形成された絶縁性基板を作成する基板作成工程と、
上記絶縁性基板上にナノオーダーサイズまたはマイクロオーダーサイズの上記棒状構造発光素子を含んだ液体を塗布する塗布工程と、
上記少なくとも２つの電極に上記独立した電圧を夫々印加して、上記棒状構造発光素子を上記少なくとも２つの電極により規定される位置に配列させる配列工程と
を有することを特徴とする。

上記構成によれば、独立した電位が夫々与えられる少なくとも２つの電極を単位とする配列領域が形成された絶縁性基板を作成し、その絶縁性基板上にナノオーダーサイズまたはマイクロオーダーサイズの上記棒状構造発光素子を含んだ液体を塗布する。その後、少なくとも上記２つの電極に独立した電圧を夫々印加して、微細な棒状構造発光素子を少なくとも２つの電極により規定される位置に配列させる。これにより、上記棒状構造発光素子を所定の基板上に容易に配列させることができる。

また、上記発光装置の製造方法では、微細な棒状構造発光素子のみを用いることによって、使用する半導体の量を少なくできると共に、薄型化と軽量化が可能な発光装置を製造することができる。また、上記棒状構造発光素子は、半導体層で覆われた半導体コアの側面全体から光が放出されることにより発光領域が広くなるので、発光効率が高く省電力な発光装置を実現することができる。

また、この発明のバックライトでは、
上記のいずれか１つの棒状構造発光素子を備えたことを特徴とする。

上記構成によれば、上記棒状構造発光素子を用いることによって、薄型化と軽量化が可能でかつ発光効率が高く省電力なバックライトを実現できる。

また、この発明の照明装置では、
上記のいずれか１つの棒状構造発光素子を備えたことを特徴とする。

上記構成によれば、上記棒状構造発光素子を用いることによって、薄型化と軽量化が可能でかつ発光効率が高く省電力な照明装置を実現できる。

また、この発明の表示装置では、
上記のいずれか１つの棒状構造発光素子を備えたことを特徴とする。

上記構成によれば、上記棒状構造発光素子を用いることによって、薄型化と軽量化が可能でかつ発光効率が高く省電力な表示装置を実現できる。

以上より明らかなように、この発明の棒状構造発光素子によれば、簡単な構成で電極接続が容易にできる発光効率の高い微細な棒状構造発光素子を実現することができる。

また、この発明の発光装置およびその製造方法によれば、上記棒状構造発光素子を用いることにより薄型化と軽量化が可能でかつ発光効率が高く省電力な発光装置およびその製造方法を実現することができる。

また、この発明のバックライトと照明装置および表示装置によれば、上記棒状構造発光素子を用いることにより薄型化と軽量化が可能でかつ発光効率が高く省電力なバックライトと照明装置および表示装置を実現することができる。

図１はこの発明の第１実施形態の棒状構造発光素子の斜視図である。 図２は上記棒状構造発光素子の断面図である。 図３は比較例の棒状構造発光素子の要部の断面模式図である。 図４は上記第１実施形態の棒状構造発光素子の要部の断面模式図である。 図５は上記第１実施形態の棒状構造発光素子の変形例の要部の断面図である。 図６は上記棒状構造発光素子の半導体コアの露出部分の電極接続を説明するための要部の断面図である。 図７はこの発明の第２実施形態の棒状構造発光素子の斜視図である。 図８は上記第２実施形態の棒状構造発光素子の要部の断面模式図である。 図９Ａは上記第１実施形態の棒状構造発光素子の半導体コアの露出部分の断面模式図である。 図９Ｂは上記第２実施形態の棒状構造発光素子の半導体コアの露出部分の断面模式図である。 図９Ｃは変形例の棒状構造発光素子の半導体コアの露出部分の断面模式図である。 図１０はこの発明の第３実施形態の棒状構造発光素子の斜視図である。 図１１は上記第３実施形態の棒状構造発光素子の第１の変形例の断面模式図である。 図１２は上記第３実施形態の棒状構造発光素子の第２の変形例の断面模式図である。 図１３はこの発明の第４実施形態の棒状構造発光素子の断面図である。 図１４は上記棒状構造発光素子の斜視図である。 図１５はこの発明の第５実施形態の棒状構造発光素子の断面図である。 図１６は上記棒状構造発光素子の斜視図である。 図１７はこの発明の第６実施形態の棒状構造発光素子の斜視図である。 図１８はこの発明の第７実施形態の棒状構造発光素子の斜視図である。 図１９はこの発明の第８実施形態の棒状構造発光素子の断面図である。 図２０は上記第８実施形態の棒状構造発光素子の要部の断面模式図である。 図２１はこの発明の第９実施形態の棒状構造発光素子を備えた発光装置の斜視図である。 図２２はこの発明の第１０実施形態の棒状構造発光素子を備えた発光装置の側面図である。 図２３は上記発光装置の断面図である。 図２４はこの発明の第１１実施形態の発光装置の斜視図である。 図２５は上記発光装置において、隣接する棒状構造発光素子が逆向きの状態の要部の平面図である。 図２６はこの発明の第１２実施形態の棒状構造発光素子を備えた発光装置、バックライト、照明装置および表示装置に用いる絶縁性基板の平面図である。 図２７は図２６のXXVII−XXVII線から見た断面模式図である。 図２８は上記棒状構造発光素子を配列する原理を説明する図である。 図２９は上記棒状構造発光素子を配列するときに電極に与える電位を説明する図である。 図３０は上記棒状構造発光素子を配列した絶縁性基板の平面図である。 図３１は上記表示装置の平面図である。 図３２は上記表示装置の表示部の要部の回路図である。

以下、この発明の棒状構造発光素子、発光装置、発光装置の製造方法、バックライト、照明装置および表示装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。なお、この実施の形態では、第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型としたが、第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型としてもよい。

〔第１実施形態〕
図１はこの発明の第１実施形態の棒状構造発光素子の斜視図を示しており、図２は上記棒状構造発光素子の断面図を示している。

この第１実施形態の棒状構造発光素子Ａは、図１,図２に示すように、断面がほぼ円形の棒状のｎ型ＧaＮからなる半導体コア１１と、上記半導体コア１１の一端側の部分を覆わないで露出部分１１aとするように、半導体コア１１の露出部分１１a以外の被覆部分１１bを覆うｐ型ＧaＮからなる半導体層１２とを備えている。上記半導体コア１１は、露出部分１１aを被覆部分１１bよりも小径にして、露出部分１１aの外周面と被覆部分１１bの外周面との間に段差部１１cを設けている。また、半導体コア１１の他端側の端面は、半導体層１２により覆われている。

上記棒状構造発光素子Ａは、次のように製造する。

まず、ｎ型ＧaＮからなる基板上に、成長穴を有するマスクを形成する。マスクには、酸化シリコン(ＳiＯ₂)あるいは窒化シリコン(Ｓi₃Ｎ₄)など半導体コア１１および半導体層１２に対して選択的にエッチング可能な材料を用いる。成長穴の形成は、通常の半導体プロセスに使用する公知のリソグラフィー法とドライエッチング法が利用できる。

次に、マスクの成長穴により露出した基板上に触媒金属層を形成する。この触媒金属層は、上記リソグラフィー法とドライエッチング法により成長穴形成の際に使用したレジストをマスク上に残したままの状態で、レジストおよび成長穴から露出した基板上(成長穴内の露出領域上)に触媒金属層を２００ｎｍ〜４００ｎｍ程度堆積し、リフトオフ法により、上記レジストとともにレジスト上の触媒金属層を除去することによって形成される。触媒金属層には、Ｇa,Ｎ,Ｉn,Ａlなどの化合物半導体材料ならびにＳi、Ｍgなどの不純物に対して、これらを溶解して取り込み、かつ自身とは化合物を形成しないＮi,Ｆe,Ａuなどの材料が使用できる。

次に、上記マスクの成長穴内に触媒金属層が形成された基板上に、ＭＯＣＶＤ(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長)装置を用いて、触媒金属層と基板との界面からｎ型ＧaＮを結晶成長させて棒状の半導体コア１１を形成する。ＭＯＣＶＤ装置の温度を９５０℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム(ＴＭＧ)およびアンモニア(ＮＨ₃)を使用し、ｎ型不純物供給用にシラン(ＳiＨ₃)を、さらにキャリアガスとして水素(Ｈ₃)を供給することによって、Ｓiを不純物としたｎ型ＧaＮの半導体コアを成長させることができる。この際、成長する半導体コア１１の直径は、上記マスクの成長穴内では、上記触媒金属層の直径が成長穴の内径以上に広がらないために成長穴の内径によって決まるが、成長する半導体コア１１の高さがマスクの高さ(成長穴の深さ)を越えてからは、島状に凝集する触媒金属層の直径で決めることができる。したがって、上記の膜厚で触媒金属層を形成した場合、成長する半導体コア１１の高さがマスクの高さ(成長穴の深さ)を越えてからは、成長穴よりも大きな直径で島状に凝集するため、成長穴内の半導体コア１１の露出部分１１aの直径よりも大きな直径で半導体コア１１の被覆部分１１bを成長させることができる。

次に、半導体コア１１の先端に上記島状の触媒金属層を保持したままの状態で、棒状の半導体コア１１を覆うように基板全面にｐ型ＧaＮからなる半導体層を形成する。ＭＯＣＶＤ装置の温度を９６０℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム(ＴＭＧ)およびアンモニア(ＮＨ₃)を、ｐ型不純物供給用にビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Ｃp₂Ｍg)を用いることによってマグネシウム(Ｍg)を不純物とするｐ型ＧaＮを成長させることができる。

次に、上記島状の触媒金属層を除去すると共に、リフトオフにより半導体層のうち半導体コアを覆う部分を除く領域とマスクを除去して、棒状の半導体コア１１の基板側の外周面を露出させて露出部分を形成する。この状態で、上記半導体コア１１の基板と反対の側の端面は、半導体層１２により覆われており、半導体コア１１の被覆部分１１bよりも小径の露出部分１１aが形成されている。

上記マスクが酸化シリコン(ＳiＯ₂)あるいは窒化シリコン(Ｓi₃Ｎ₄)で構成されている場合、フッ酸(ＨＦ)を含んだ溶液を用いることにより、容易に半導体コアおよび半導体コアを覆う半導体層部分に影響を与えずにマスクをエッチングすることができ、マスクとともにマスク上の半導体コアを覆う半導体層の部分を除く領域をリフトオフにより除去することができる。この実施形態においては、除去されたマスクの膜厚によって、半導体コア１１の露出部分１１aの長さが決まる。この実施形態の露出工程では、リフトオフを用いたがエッチングにより半導体コアの一部を露出させてもよい。

次に、イソプロピルアルコール(ＩＰＡ)水溶液中に基板を浸し、超音波(例えば数１０ＫＨz)を用いて基板を基板平面に沿って振動させることにより、基板上に立設する半導体コア１１の基板側に近い根元を折り曲げるように、半導体層１２に覆われた半導体コア１１に対して応力が働いて、半導体層１２に覆われた半導体コア１１が基板から切り離される。

こうして、ｎ型ＧaＮからなる基板から切り離なされた微細な棒状構造発光素子を製造することができる。

また、上記半導体コアを超音波を用いて基板から切り離したが、これに限らず、切断工具を用いて半導体コアを基板から機械的に折り曲げることによって切り離してもよい。この場合、簡単な方法で基板上に設けられた微細な複数の棒状構造発光素子を短時間で切り離すことができる。

さらに、上記棒状構造発光素子は、半導体層１２が半導体コア１１の外周面から半径方向外向に結晶成長し、径方向の成長距離が短くかつ欠陥が外向に逃げるため、結晶欠陥の少ない半導体層１２により半導体コア１１を覆うことができる。したがって、特性の良好な棒状構造発光素子を実現することができる。

上記構成の棒状構造発光素子Ａによれば、棒状のｎ型の半導体コア１１の一端側の部分を覆わないで露出部分１１aとするように、半導体コア１１の露出部分１１a以外の被覆部分１１bをｐ型の半導体層１２により覆うことによって、マイクロオーダーサイズやナノオーダーサイズの微細な棒状構造発光素子であっても、半導体コア１１の露出部分１１aをｎ側電極に接続し、半導体コア１１を覆う半導体層１２の部分にｐ側電極を接続することが可能となる。この棒状構造発光素子Ａは、半導体コア１１の露出部分１１aにｎ側電極を接続し、半導体層１２にｐ側電極を接続して、ｐ側電極からｎ側電極に電流を流すことにより、半導体コア１１の外周面と半導体層１２の内周面との界面(ｐｎ接合部)で電子と正孔の再結合が起きて光が放出される。この棒状構造発光素子Ａでは、半導体層１２で覆われた半導体コア１１の側面全体から光が放出されることにより発光領域が広くなるので、発光効率が高い。

したがって、簡単な構成で電極接続が容易にできる発光効率の高い微細な棒状構造発光素子Ａを実現することができる。また、上記棒状構造発光素子Ａは、基板と一体でないので、装置への実装の自由度が高い。

ここで、微細な棒状構造発光素子とは、例えば直径が１μｍで長さ１０μｍ〜３０μｍのマイクロオーダーサイズや、直径または長さのうちの少なくとも直径が１μｍ未満のナノオーダーサイズの素子である。また、上記棒状構造発光素子は、使用する半導体の量を少なくでき、発光素子を用いた装置の薄型化と軽量化が可能でかつ発光効率が高く省電力な発光装置,バックライト,照明装置および表示装置などを実現することができる。

また、上記半導体コア１１の一端側の外周面が、例えば１μｍ〜５μｍ程度露出していることによって、半導体コア１１の一端側の外周面の露出部分１１aに一方のｎ側電極を接続し、半導体コア１１の他端側の半導体層１２にｐ側電極を接続することが可能となり、両端に電極を離して接続でき、半導体層１２に接続するｐ側電極と半導体コア１１の露出部分１１aが短絡するのを容易に防止することができる。

図３は比較例の棒状構造発光素子の要部の断面模式図を示しており、この発明の棒状構造発光素子ではない。図３の棒状構造発光素子は、上記第１実施形態の図１,図２に示す棒状構造発光素子Ａと異なる点は、半導体コア１０１１の露出部分の外周面と、半導体コア１０１１の半導体層１０１２により覆われた被覆部分との間に段差がないことである。

この棒状構造発光素子では、半導体コア１０１１の露出部分にｎ側電極を接続する場合、段差部がないのでｎ側電極１０１３と半導体層１０１２の端面との距離Ｌが近くなって、ｎ側電極１０１３と半導体層１２との間の短絡やリーク電流の発生する恐れがある。また、この棒状構造発光素子では、図３に示すように、半導体コア１０１１内から露出部分の外周面への入射角が大きい光は、半導体コア１０１１内に反射して外部に取り出しにくい。

これに対して、図４の断面模式図に示すように、上記第１実施形態の図１,図２に示す棒状構造発光素子では、図４に示すように、半導体コア１１の半導体層１２に覆われていない露出部分１１aの外周面と、半導体コア１１の半導体層１２に覆われた被覆部分の外周面との間に段差部１１cを設けることによって、半導体コア１１の露出部分１１aの外周面と被覆部分１１bの外周面とが一致して段差がない図３の比較例に比べて、半導体コア１１の露出部分１１aと半導体層１２との境界に形成された段差部１１cにより半導体層１２の端面の位置が決定され、製造時に境界位置のばらつきを抑制することができる。図３の比較例のように、半導体コアの露出部分の外周面と被覆部分の外周面が一致して段差がない場合は、半導体コアの成長時にマスクの成長穴内壁と半導体コアとの間に隙間が生じる虞があり、続いて半導体層の形成を行う際に、半導体層がマスクの成長穴内壁と半導体コアの隙間領域にも形成され、本来マスクの上面の位置で規定される半導体コアの露出部分と被覆部分の境界がばらつくことがある。これに対して、図４に示す第１実施形態のように、半導体コアの露出部分の外周面と被覆部分の外周面に段差がある場合、製造時において、マスクの高さを越えてから成長穴の内径よりも大きな直径で半導体コアを成長させるため、マスクの成長穴内壁と半導体コアの間に隙間が生じたとしても、隙間を塞ぐように半導体コアが成長し、半導体層の形成時に半導体層がマスク成長穴内壁と半導体コアの隙間領域に形成されるのを防止することができる。図４では、ｎ側電極１３と半導体層１２の端面との長手方向の距離が同じでも、段差部１１cだけ径方向に距離が広がる。

また、上記半導体コア１１の露出部分１１aの外周面と被覆部分１１bの外周面との間に設けられた段差部１１cによって、半導体コア１１の露出部分１１aの外周面と半導体層１２との距離を遠ざけることができるため、半導体コア１１の露出部分１１aにｎ側電極を接続する場合に、ｎ側電極と半導体層１２との間の短絡やリーク電流の発生を抑制することができる。さらに、半導体コア１１の露出部分１１aの外周面と被覆部分１１bの外周面との境界に形成された段差部１１cから外部へ光が取り出されやすくするので、光の取り出し効率が向上する。

図５は上記第１実施形態の棒状構造発光素子の変形例の要部の断面図を示している。

この変形例の棒状構造発光素子では、半導体コア１５は、露出部分１５aを被覆部分１５bよりも大径にして、露出部分１５aの外周面と被覆部分１５bの外周面との間に段差部１５cを設けている。上記半導体コア１５の露出部分１５aにｎ側電電極１７を接続している。

図５に示すように、半導体コア１５の露出部分１５aの外周面と被覆部分１５bの外周面との境界に段差部１５cが形成されているため、外部への光の取り出し効率が向上する。また、上記半導体コア１５の被覆部分１５bよりも露出部分１５aの径が大きいので、半導体コア１１の露出部分１５aに接続されるｎ側電極１７との接触面が大きくとれるので、コンタクト抵抗を下げることができる。

また、上記第１実施形態の棒状構造発光素子Ａによれば、半導体コア１１の被覆部分１１bの長手方向に直交する断面の外周長よりも、半導体コア１１の露出部分１１aの長手方向に直交する断面の外周長を短くすることによって、すなわち、半導体コア１１の被覆部分１１bよりも露出部分１１aが小径であることによって、製造工程において基板上に立設するように形成された半導体コア１１の露出部分１１aを基板側に設けることで半導体コア１１が折れやすくなり、製造が容易になる。既に説明したように、半導体コア１１は、ＩＰＡ中で超音波により振動させることにより基板から切り離されるが、半導体コア１１の露出部分１１aが細くなっていることにより切り離しが容易になる。

また、上記半導体コア１１の露出部分１１aが段差部１１cで低い側(半導体層１２側が高い側)になることによって、半導体コア１１の露出部分１１aの外周面と半導体層１２との距離を遠ざけることができるため、半導体コア１１の露出部分１１aにｎ側電極を接続する場合に、ｎ側電極と半導体層１２との間の短絡やリーク電流の発生を抑制することができる。

なお、上記半導体コア１１の露出部分１１aと被覆部分１１bのそれぞれの断面は円形状に限るものではなく、六角形などの他の多角形の断面形状でもよく、また、半導体コアの露出部分と被覆部分とが異なる断面形状であってもよく、半導体コア１１の被覆部分１１bよりも露出部分１１aが小径であれば、同様の効果を有する。

また、上記半導体コア１１の露出部分１１aの長手方向に直交する断面が略円形状であることによって、製造工程において半導体コア１１の成長時に使用するマスクパターンの形状が円形でよく、基板の平面方向の結晶方位に位置あわせたマスクレイアウトの制限を受けず、また、方位を揃えるための位置合わせ精度が不要のため、製造が容易にできる。

図６は上記棒状構造発光素子Ａの半導体コアの露出部分の電極接続を説明するための要部の断面図を示しており、長手方向が実装面に平行になるように棒状構造発光素子Ａを基板１０に実装すると共に、基板１０上に形成されたｎ側電極１４に半導体コア１１の露出部分１１aを接続している。

図６に示すように、半導体コア１１の半導体層１２に覆われた被覆部分１１bにおいて、半導体層１２の外形よりも半導体コア１１の露出部分１１aの外形の方が小さくなるため、棒状構造発光素子を基板１０上に基板平面に対して長手方向が平行になるように実装するときに、半導体層１２の外周面と基板１０との接触がとりやすくなり、放熱効率が向上する。すなわち、半導体コア１１の露出部分１１aは細いために変形してｎ側電極１４に良好に接続され、半導体コア１１の半導体層１２に覆われた被覆部分１１ｂは変形することなく基板１０と密着することができるため、放熱性に優れる。一方、半導体コア１１の露出部分１１ａの外周面と半導体層１２に覆われた被覆部分１１ｂの外周面が一致する場合、または半導体コア１１の露出部分１１ａの外形が半導体層１２に覆われた被覆部分１１ｂの外形より大きい場合、半導体コア１１の露出部分１１aは変形し難い。それゆえ、半導体コア１１の露出部分１１aがｎ側電極１４に接続される際に、半導体コア１１の半導体層１２に覆われた被覆部分１１ｂが変形し、基板１０と密着しなくなることにより放熱性が悪化する。

なお、上記第１実施形態では、断面がほぼ円形の棒状の半導体コア１１に半導体層１２を被覆した棒状構造発光素子Ａについて説明したが、例えば六角形や他の多角形の棒状の半導体コアに半導体層や量子井戸層などを被覆した棒状構造発光素子についてこの発明を適用してもよい。ｎ型ＧaＮは、六方晶系の結晶成長となり、基板表面に対して垂直方向をｃ軸方向にして成長させることにより、ほぼ六角柱形状の半導体コアが得られる。成長方向や成長温度などの成長条件に依存するが、成長させる半導体コアの直径が数１０ｎｍから数１００ｎｍ程度の小さい場合に断面がほぼ円形に近い形状になりやすい傾向があり、直径が０．５μｍ程度から数μｍに大きくなると断面がほぼ六角形で成長させることが容易になる傾向がある。

〔第２実施形態〕
図７はこの発明の第２実施形態の棒状構造発光素子の斜視図を示している。

この第２実施形態の棒状構造発光素子Ｂは、図７に示すように、断面がほぼ六角形の棒状のｎ型ＧaＮからなる半導体コア２１と、上記半導体コア２１の一端側の部分を覆わないで露出部分２１aとするように、半導体コア２１の露出部分２１a以外の被覆部分２１bを覆うｐ型ＧaＮからなる半導体層２２とを備えている。上記半導体コア２１は、露出部分２１aを被覆部分２１bよりも小径にして、露出部分２１aの外周面と被覆部分２１bの外周面との間に段差部２１cを設けている。また、半導体コア２１の他端側の端面は、半導体層２２により覆われている。

上記棒状構造発光素子Ｂは、第１実施形態の棒状構造発光素子Ａと同様の方法で製造する。

また、図８は上記第２実施形態の棒状構造発光素子の要部の断面模式図を示しており、図８において、２３はｎ側電極である。

この第２実施形態の棒状構造発光素子Ｂは、第１実施形態の棒状構造発光素子Ａと同様の効果を有する。

上記第２実施形態の棒状構造発光素子Ｂによれば、半導体コア２１の被覆部分２１aの長手方向に直交する断面が六角形状であることによって、この棒状構造発光素子を基板上に基板平面に対して長手方向が平行になるように実装するときに、半導体層のどの外周面であっても基板との接触面が得やすく、基板への放熱効率が向上する。したがって、発光時の素子温度が上昇して発光効率が低下するのを抑制できる。

図９Ａは上記第１実施形態の棒状構造発光素子Ａの半導体コアの露出部分の断面模式図を示し、図９Ｂは上記第２実施形態の棒状構造発光素子Ｂの半導体コアの露出部分の断面模式図を示している。

また、図９Ｃは変形例の棒状構造発光素子の半導体コアの露出部分の断面模式図を示しており、この変形例の棒状構造発光素子では、半導体コア２４の露出部分２４aの長手方向に直交する断面を正三角形にしている。

このように、半導体コアの露出部分の長手方向に直交する断面が、図９Ａに示す円形よりも多角形(例えば図９Ｂに示す正六角形や図９Ｃに示す正三角形)の方が光の取り出し効率を向上させることができる。その理由は、半導体コアの露出部分の断面は、頂点数の少ない多角形の方が外部に光がより出やすくなるからである。

〔第３実施形態〕
図１０はこの発明の第３実施形態の棒状構造発光素子の斜視図を示している。

この第３実施形態の棒状構造発光素子Ｃは、図１０に示すように、棒状のｎ型ＧaＮからなる半導体コア３１と、上記半導体コア３１の一端側の部分を覆わないで露出部分３１aとするように、半導体コア３１の露出部分３１a以外の被覆部分３１bを覆うｐ型ＧaＮからなる半導体層３２とを備えている。上記半導体コア３１の露出部分３１aは長手方向に直交する断面がほぼ四角形であり、半導体コア３１の被覆部分３１bは長手方向に直交する断面がほぼ六角形である。上記半導体コア３１の露出部分３１aの外周面と被覆部分３１bの外周面との間に段差部３１cを設けている。また、半導体コア３１の他端側の端面は、半導体層３２により覆われている。

上記棒状構造発光素子Ｃは、半導体コアの被覆部分を除いて第１実施形態の棒状構造発光素子Ａと同様の方法で製造する。ここで、半導体コア３１の露出部分３１aの形状については、前述の通り、上記マスクの成長穴の高さを越えるまでは、成長穴の径および形状で成長する半導体コア３１の径および形状が決まり、成長する半導体コア３１の高さがマスクの高さを越えてからは、島状に凝集する触媒金属層の径で決まる。この第３実施形態では、四角形の成長穴を用いている。

この第３実施形態の棒状構造発光素子Ｃは、第１実施形態の棒状構造発光素子Ａと同様の効果を有する。

図１１は上記第３実施形態の棒状構造発光素子の第１の変形例の断面模式図を示している。この第１の変形例では、半導体コア１０３１の露出部分１０３１aは長手方向に直交する断面がほぼ円形であり、半導体コア１０３１の被覆部分１０３１bは長手方向に直交する断面がほぼ六角形である。上記半導体コア１０３１の露出部分１０３１aの断面形状が、被覆部分１０３１bの断面形状よりも大きくなっている。上記半導体コア１０３１の露出部分１０３１aの外周面と被覆部分１０３１bの外周面との間に段差部１０３１cを設けている。

図１２は上記第３実施形態の棒状構造発光素子の第２の変形例の断面模式図を示している。この第２の変形例では、半導体コア１０４１は、露出部分１０４１aの長手方向に直交する断面がほぼ円形であり、被覆部分１０４１bの長手方向に直交する断面がほぼ六角形である。上記半導体コア１０４１の被覆部分１０４１bの長手方向に直交する断面の外周長よりも、半導体コア１０４１の露出部分１０４１aの長手方向に直交する断面の外周長を短くしている。すなわち、上記半導体コア１０３１の露出部分１０３１aの断面形状が、被覆部分１０３１bの断面形状よりも小さくなっている。上記半導体コア１０４１の露出部分１０４１aの外周面と被覆部分１０４１bの外周面との間に段差部１０４１cを設けている。

このように、図１０〜図１２に示す棒状構造発光素子において、半導体コア３１,１０３１,１０４１の露出部分３１a,１０３１a,１０４１aの長手方向に直交する断面の形状と、半導体コア３１,１０３１,１０４１の被覆部分３１b,１０３１b,１０４１bの長手方向に直交する断面の形状とが異なることによって、半導体コア３１,１０３１,１０４１の露出部分３１a,１０３１a,１０４１aの外周面と被覆部分３１b,１０３１b,１０４１bの外周面との境界に段差部３１c,１０３１c,１０４１cが形成されるため、外部への光の取り出し効率が向上する。

また、上記半導体コアの露出部分の外周面と被覆部分の外周面が一致して段差がない場合に比べて、半導体コア３１,１０３１,１０４１の露出部分３１a,１０３１a,１０４１aと半導体層３２,１０３２,１０４２との境界に形成された段差部３１c,１０３１c,１０４１cにより半導体層３２,１０３２,１０４２の端面の位置が決定され、製造時に境界位置のばらつきを抑制できる。半導体コアの露出部分の外周面と被覆部分の外周面が一致して段差がない場合は、半導体コアの成長時にマスクの成長穴内壁と半導体コアの間に隙間が生じる虞があり、続いて半導体層の形成を行う際に、半導体層がマスクの成長穴内壁と半導体コアの隙間領域にも形成され、マスクの上面の位置で半導体コアの露出部分と被覆部分の境界がばらつくことがあるが、しかし、半導体コアの露出部分の外周面と被覆部分の外周面に段差がある場合、製造時において、マスクの高さを越えてから成長穴の内径よりも大きな直径で半導体コアを成長させるため、マスクの成長穴内壁と半導体コアの間に隙間が生じたとしても、隙間をふさぐように半導体コアが成長し、半導体層の形成時に半導体層がマスク成長穴内壁と半導体コアの隙間領域に形成されるのを防止することができる。

〔第４実施形態〕
図１３はこの発明の第４実施形態の棒状構造発光素子の断面図を示しており、図１４は上記棒状構造発光素子の斜視図を示している。

この第４実施形態の棒状構造発光素子Ｄは、図１３, 図１４に示すように、断面がほぼ六角形の棒状のｎ型ＧaＮからなる半導体コア４１と、上記半導体コア４１の一端側の部分を覆わないで露出部分４１aとするように、半導体コア４１の露出部分４１a以外の被覆部分４１bを覆うｐ型ＧaＮからなる半導体層４２とを備えている。上記半導体コア４１は、露出部分４１aを被覆部分４１bよりも小径にして、露出部分４１aの外周面と被覆部分４１bの外周面との間に段差部４１cを設けている。また、半導体コア４１の他端側の端面は、半導体層４２により覆われている。

また、上記半導体コア４１の段差部４１cとその段差部４１c側の半導体層４２の端面を覆うように、かつ、半導体コア４１の露出部分４１aの段差部４１c側を覆うように絶縁層４３を形成している。上記半導体コア４１の露出部分４１aにｎ側電極４４を接続している。

上記棒状構造発光素子Ｄは、半導体コアの被覆部分を除いて第１実施形態の棒状構造発光素子Ａと同様の方法で製造する。ここで、上記半導体コア４１の段差部４１ｃとその段差部４１ｃ側の半導体層４２の端面を覆い、かつ、半導体コア４１の露出部分４１аの段差部４１ｃ側を覆う絶縁層４３の形成については、第１実施形態の棒状構造発光素子Ａの製造工程において、リフトオフにより半導体層のうち半導体コアを覆う部分を除く領域とマスクを除去する代わりに、まず異方性のドライエッチングを行い、半導体層のうち半導体コアを覆う部分を除く領域とマスクのエッチングを行う。そして、マスクを途中までエッチングした段階で、等方性のドライエッチングに切り替えてエッチングを行うことによって、部分的に上記マスクを絶縁層として残すことができる。

上記マスクが酸化シリコン(ＳiＯ₂)あるいは窒化シリコン(Ｓi₃Ｎ₄)で構成されている場合、異方性のドライエッチングには、ＳiＣl₄などの塩素系ガス、あるいはＣＦ₄、ＣＨＦ₃などのフッ素系ガスを用いたＲＩＥ(Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング)を使用することができ、等方性のドライエッチングには、ＣＦ₄を含んだガスのプラズマを用いることによりエッチングすることができる。この実施形態においては、ドライエッチングにより除去されたマスクの膜厚によって、絶縁層４３の長さが決まる。また、異方性ドライエッチングの際にＳiＣl₄を含むガスを使用し、マスクの側壁に反応生成物による保護膜を形成しながらエッチングを進めることにより、図１３や図１４に示すように、半導体層４２の外周面と絶縁層４３の外周面をほぼ一致させた加工を行うことができる。

この第４実施形態の棒状構造発光素子Ｄは、第１実施形態の棒状構造発光素子Ａと同様の効果を有する。

また、上記棒状構造発光素子Ｄでは、半導体コア４１の露出部分４１aの外周面と半導体層４２との間を絶縁層４３により絶縁できるため、半導体コア４１の露出部分４１aにｎ側電極４４を接続する場合に、ｎ側電極４４と半導体層４２との間の短絡やリーク電流の発生を確実に抑制することができる。

〔第５実施形態〕
図１５はこの発明の第５実施形態の棒状構造発光素子の断面図を示しており、図１６は上記棒状構造発光素子の斜視図を示している。

この第５実施形態の棒状構造発光素子Ｅは、図１５, 図１６に示すように、断面がほぼ六角形の棒状のｎ型ＧaＮからなる半導体コア５１と、上記半導体コア５１の一端側の部分を覆わないで露出部分５１aとするように、半導体コア５１の露出部分５１a以外の被覆部分５１bを覆うｐ型ＧaＮからなる半導体層５２とを備えている。

上記半導体コア５１の露出部分５１aは、被覆部分５１bよりも小径の段差部５１c側の小径部５１a−１と、その小径部５１a−１に連なり、被覆部分５１bよりも大径でかつ半導体層５２と同じ外径の大径部５１a−２とを有する。上記半導体コア５１は、露出部分５１aの小径部５１a−１を被覆部分５１bよりも小径にして、露出部分５１aの外周面と被覆部分５１bの外周面との間に段差部５１cを設けている。また、半導体コア５１の他端側の端面は、半導体層５２により覆われている。

また、上記半導体コア５１の段差部５１cとその段差部５１c側の半導体層５２の端面を覆うように、かつ、半導体コア５１の露出部分５１aの小径部５１a−１側を覆うように絶縁層５３を形成している。上記半導体コア５１の露出部分５１aの大径部５１a−２にｎ側電極５４を接続している。

上記棒状構造発光素子Ｅは、半導体コアの被覆部分を除いて第１実施形態の棒状構造発光素子Ａと同様の方法で製造する。この棒状構造発光素子Ｅでは、被覆部分５１bよりも小径の段差部５１c側の小径部５１a−１と、その小径部５１a−１に連なり、被覆部分５１bよりも大径でかつ半導体層５２と同じ外径の大径部５１a−２とを有する半導体コア５１の露出部分５１aの形状、ならびに、半導体コア５１の段差部５１cとその段差部５１c側の半導体層５２の端面を覆い、かつ、半導体コア５１の露出部分５１aの小径部５１a−１側を覆う絶縁層５３は、第１実施形態の棒状構造発光素子Ａの製造工程において、リフトオフにより半導体層のうち半導体コアを覆う部分を除く領域とマスクを除去する工程の代わりに、異方性のドライエッチングを行い、半導体層のうち半導体コア５１を覆う部分を除く領域と、マスク、ついで基板までエッチングすることにより形成することができる。

この第５実施形態の棒状構造発光素子Ｅは、第１実施形態の棒状構造発光素子Ａと同様の効果を有する。

また、上記棒状構造発光素子Ｅでは、半導体コア５１の段差部５１cとその段差部５１c側の半導体層５２の端面を覆うように、かつ、半導体コア５１の露出部分５１aの段差部５１c側を覆うように形成された絶縁層５３を備えることによって、半導体コア５１の露出部分５１aの外周面と半導体層５２との間を絶縁層５３により絶縁できるため、半導体コア５１の露出部分５１aにｎ側電極５４を接続する場合に、ｎ側電極５４と半導体層５２との間の短絡やリーク電流の発生を確実に抑制することができる。

さらに、上記半導体コア５１の被覆部分５１bよりも露出部分５１aの大径部５１a−２の径が大きいので、半導体コア５１の露出部分５１aに接続されるｎ側電極５４との接触面が大きくとれ、コンタクト抵抗を下げることができる。

〔第６実施形態〕
図１７はこの発明の第６実施形態の棒状構造発光素子の断面図を示している。

この第６実施形態の棒状構造発光素子Ｆは、図１７に示すように、棒状のｎ型ＧaＮからなる半導体コア６１と、上記半導体コア６１の一端側の部分を覆わないで露出部分６１aとするように、半導体コア６１の露出部分６１a以外の被覆部分６１bを覆うｐ型ＧaＮからなる半導体層６２と、上記半導体層６２を覆うように形成され、半導体層６２よりも電気抵抗が低い材料からなる導電層６３とを備えている。

上記半導体コア６１の露出部分６１aは長手方向に直交する断面がほぼ円形であり、半導体コア６１の被覆部分６１bは長手方向に直交する断面がほぼ六角形である。上記半導体コア６１は、露出部分６１aを被覆部分６１bよりも小径にして、露出部分６１aの外周面と被覆部分６１bの外周面との間に段差部６１cを設けている。また、半導体コア６１の他端側の端面は、半導体層６２により覆われている。

また、上記導電層６３は、膜厚２００ｎｍのＩＴＯ(錫添加酸化インジウム)により形成されている。このＩＴＯの成膜は蒸着法あるいはスパッタ法を用いることができる。ＩＴＯ膜を成膜後、５００℃から６００℃で熱処理を行うことで、ｐ型ＧaＮからなる半導体層６２とＩＴＯからなる導電層６３のコンタクト抵抗を下げることができる。なお、導電層６３は、これに限らず、例えば厚さ５ｎｍのＡg／ＮiまたはＡu／Ｎiの半透明の積層金属膜などを用いてもよい。この積層金属膜の成膜には蒸着法あるいはスパッタ法を用いることができる。さらに、より導電層の抵抗を下げるために、上記ＩＴＯ膜上にＡg／ＮiまたはＡu／Ｎiの積層金属膜を積層してもよい。

上記棒状構造発光素子Ｆは、第１実施形態の棒状構造発光素子Ａと同様の方法で製造する。この棒状構造発光素子Ｆは、触媒金属層の除去後に半導体コア６１を覆う半導体層６２を形成し、さらに半導体層６２を覆うように導電層としてＩＴＯ膜の形成を行った後、異方性ドライエッチングによりＩＴＯ膜のうち半導体層６２を覆う部分を除く領域を除去し、その後、第１実施形態と同様に、リフトオフにより半導体層のうち半導体コア６１を覆う部分を除く領域とマスクを除去することによって形成することができる。

また、この第６実施形態の棒状構造発光素子Ｆは、第１実施形態の棒状構造発光素子Ａと同様の効果を有する。

上記第６実施形態の棒状構造発光素子Ｆによれば、半導体コア６１の被覆部分６１aの長手方向に直交する断面が六角形状であることによって、この棒状構造発光素子を基板上に基板平面に対して長手方向が平行になるように実装するときに、半導体層のどの外周面であっても基板との接触面が得やすく、基板への放熱効率が向上する。したがって、発光時の素子温度が上昇して発光効率が低下するのを抑制できる。

また、上記半導体コア６１の露出部分６１aの長手方向に直交する断面の形状と、半導体コア６１の被覆部分６１bの長手方向に直交する断面の形状とが異なることによって、半導体コア６１の露出部分６１aの外周面と被覆部分６１bの外周面との境界に段差部６１cが形成されるため、外部への光の取り出し効率が向上する。

また、上記半導体層６２よりも電気抵抗が低い材料からなる導電層６３を介して半導体層６２をｐ側電極に接続することにより、電極接続部分に電流が集中して偏ることがなく、広い電流経路を形成して、半導体コア６１の側面全体を効率よく発光させることができ、発光効率がさらに向上する。

〔第７実施形態〕
図１８はこの発明の第７実施形態の棒状構造発光素子の断面図を示している。

この第７実施形態の棒状構造発光素子Ｇは、図１８に示すように、棒状のｎ型ＧaＮからなる半導体コア７１と、上記半導体コア７１の一端側の部分を覆わないで露出部分７１aとするように、半導体コア７１の露出部分７１a以外の部分を覆うｐ型ＩnＧaＮからなる量子井戸層７２と、上記量子井戸層７２の外周面を覆うｐ型ＧaＮからなる半導体層７３と、上記半導体層７３を覆うように形成され、半導体層７３よりも電気抵抗が低い材料からなる導電層７４とを備えている。

上記半導体コア７１の露出部分７１aは長手方向に直交する断面がほぼ円形であり、半導体コア７１の被覆部分７１bは長手方向に直交する断面がほぼ六角形である。上記半導体コア７１は、露出部分７１aを被覆部分７１bよりも小径にして、露出部分７１aの外周面と被覆部分７１bの外周面との間に段差部７１cを設けている。また、半導体コア７１の他端側の端面は、半導体層７２により覆われている。

また、上記導電層７４は、膜厚２００ｎｍのＩＴＯ(錫添加酸化インジウム)により形成されている。このＩＴＯの成膜は蒸着法あるいはスパッタ法を用いることができる。ＩＴＯ膜を成膜後、５００℃から６００℃で熱処理を行うことで、ｐ型ＧaＮからなる半導体層７２とＩＴＯからなる導電層７４のコンタクト抵抗を下げることができる。なお、導電層７４は、これに限らず、例えば厚さ５ｎｍのＡg／ＮiまたはＡu／Ｎiの半透明の積層金属膜などを用いてもよい。この積層金属膜の成膜には蒸着法あるいはスパッタ法を用いることができる。さらに、より導電層の抵抗を下げるために、上記ＩＴＯ膜上にＡg／ＮiまたはＡu／Ｎiの積層金属膜を積層してもよい。

上記棒状構造発光素子Ｇは、第１実施形態の棒状構造発光素子Ａと同様の方法で製造する。この棒状構造発光素子Ｇは、触媒金属層の除去後に半導体コア７１を覆う量子井戸層７２および半導体層７３を形成し、さらにＩＴＯ膜のうち半導体層７３を覆うように導電層としてＩＴＯ膜の形成を行い、ついで、異方性ドライエッチングにより半導体層７２を覆う部分を除く領域を除去した後、第１実施形態と同様に、リフトオフにより量子井戸層および半導体層のうち半導体コアを覆う部分を除く領域とマスクを除去することによって形成することができる。

また、この第７実施形態の棒状構造発光素子Ｇは、第１実施形態の棒状構造発光素子Ａと同様の効果を有する。

上記第７実施形態の棒状構造発光素子Ｇによれば、半導体コア７１の被覆部分７１aの長手方向に直交する断面が六角形状であることによって、この棒状構造発光素子を基板上に基板平面に対して長手方向が平行になるように実装するときに、半導体層のどの外周面であっても基板との接触面が得やすく、基板への放熱効率が向上する。したがって、発光時の素子温度が上昇して発光効率が低下するのを抑制できる。

また、上記半導体コア７１の露出部分７１aの長手方向に直交する断面の形状と、半導体コア７１の被覆部分７１bの長手方向に直交する断面の形状とが異なることによって、半導体コア７１の露出部分７１aの外周面と被覆部分７１bの外周面との境界に段差部７１cが形成されるため、外部への光の取り出し効率が向上する。

また、上記半導体層７３よりも電気抵抗が低い材料からなる導電層７４を介して半導体層７３をｐ側電極に接続することにより、電極接続部分に電流が集中して偏ることがなく、広い電流経路を形成して、半導体コア７１の側面全体を効率よく発光させることができ、発光効率がさらに向上する。

また、上記半導体コア７１の被覆部分７１bの外周面と半導体層７３との間に量子井戸層７２を形成することによって、量子井戸層７２の量子閉じ込め効果により発光効率を向上できる。

なお、この量子井戸層は、ＧaＮの障壁層とＩnＧaＮの量子井戸層を交互に積層した多重量子井戸構造であってもよい。

〔第８実施形態〕
図１９はこの発明の第８実施形態の棒状構造発光素子の断面図を示している。この第８実施形態の棒状構造発光素子は、キャップ層を除いて第７実施形態の棒状構造発光素子と同一の構成をしている。

この第８実施形態の棒状構造発光素子Ｈは、図１９に示すように、断面がほぼ六角形の棒状のｎ型ＧaＮからなる半導体コア８１と、上記半導体コア８１の一方の端面を覆うキャップ層８２と、上記キャップ層８２に覆われた半導体コア８１の部分とは反対側の部分を覆わないで露出部分８１aとするように、半導体コア８１の露出部分８１a以外の被覆部分８１bの外周面を覆うｐ型ＩnＧaＮからなる量子井戸層８３と、上記量子井戸層８３の外周面を覆うｐ型ＧaＮからなる半導体層８４と、上記半導体層８４の外周面を覆う導電層８５とを備えている。

上記半導体コア８１は、露出部分８１aを被覆部分８１bよりも小径にして、露出部分８１aの外周面と被覆部分８１bの外周面との間に段差部８１cを設けている。また、上記半導体コア８１の外周面とキャップ層８２の外周面とが、連続した量子井戸層８３と半導体層８４により覆われている。

また、上記導電層８５は、膜厚２００ｎｍのＩＴＯ(錫添加酸化インジウム)により形成されている。このＩＴＯの成膜は蒸着法あるいはスパッタ法を用いることができる。ＩＴＯ膜を成膜後、５００℃から６００℃で熱処理を行うことで、ｐ型ＧaＮからなる半導体層８４とＩＴＯからなる導電層８５のコンタクト抵抗を下げることができる。なお、導電層８５は、これに限らず、例えば厚さ５ｎｍのＡg／ＮiまたはＡu／Ｎiの半透明の積層金属膜などを用いてもよい。この積層金属膜の成膜には蒸着法あるいはスパッタ法を用いることができる。さらに、より導電層の抵抗を下げるために、上記ＩＴＯ膜上にＡg／ＮiまたはＡu／Ｎiの積層金属膜を積層してもよい。

図２０は上記棒状構造発光素子Ｈの要部の断面模式図を示しており、図２０に示すように、この第８実施形態の棒状構造発光素子Ｈでは、半導体層８４よりも電気抵抗の大きな材料からなるキャップ層８２が半導体コア８１の一方の端面を覆うことによって、半導体コア８１のキャップ層８２側に接続されたｐ側電極８６と半導体コア８１との間でキャップ層８２を介して電流が流れないようする一方で、キャップ層８２よりも抵抗の低い導電層８５,半導体層８４を介してｐ側電極８６と半導体コア８１の外周面側との間で電流が流れるようにする。これにより、上記半導体コア８１のキャップ層８２が設けられた側の端面への電流集中を抑制して、その半導体コア８１の端面に発光が集中することなく、半導体コア８１の側面からの光の取り出し効率が向上する。

上記第８実施形態の棒状構造発光素子Ｈは、第７実施形態の棒状構造発光素子と同様の効果を有する。

また、上記棒状構造発光素子は、半導体コア８１の露出部分８１aにｎ側電極(図示せず)を接続し、半導体コア８１のキャップ層８２が設けられた側にｐ側電極８６を接続するとき、キャップ層８２により半導体コア８１の一方の端面が露出していないので、その端部の半導体層８４と導電層８５を介して半導体コア８１とｐ側電極８６との電気的接続が容易にできる。それにより、半導体層８４と導電層８５で覆われた半導体コア８１の側面全体のうちのｐ側電極８６が遮る面積を最小限にすることができ、光の取り出し効率を向上できる。また、上記半導体コア８１のキャップ層８２が設けられた側の端面への電流集中を抑制して、その半導体コアの端面に発光が集中することなく、半導体コア８１の側面からの光の取り出し効率が向上する。

なお、半導体コア８１のキャップ層８２側の端部において、キャップ層８２には接続せず、導電層８５のみとｐ側電極８６とを電気的接続してもよい。

〔第９実施形態〕
図２１はこの発明の第９実施形態の棒状構造発光素子を備えた発光装置の斜視図を示している。

この第９実施形態の発光装置は、図２１に示すように、実装面に金属電極９８,９９が形成された絶縁性基板９０と、上記絶縁性基板９０上に長手方向が絶縁性基板９０の実装面に平行になるように実装された棒状構造発光素子Ｉとを備えている。

上記棒状構造発光素子Ｉは、棒状のｎ型ＧaＮからなる半導体コア９１と、上記半導体コア９１の一端側の部分を覆わないで露出部分９１aとするように、半導体コア９１の露出部分９１a以外の被覆部分９１bを覆うｐ型ＧaＮからなる半導体層９２とを備えている。

上記半導体コア９１の露出部分９１aは長手方向に直交する断面がほぼ円形であり、半導体コア９１の被覆部分９１bは長手方向に直交する断面がほぼ六角形である。上記半導体コア９１の露出部分９１aを被覆部分９１bよりも小径にして、露出部分９１aの外周面と被覆部分９１bの外周面との間に段差部９１cを設けている。

図２１に示すように、棒状構造発光素子Ｉの一端側の露出部分９１aを金属電極９８に接続すると共に、棒状構造発光素子Ｉの他端側の半導体層９２を金属電極９９に接続している。

ここで、棒状構造発光素子Ｉは、後述する第１２実施形態の棒状構造発光素子の配列方法におけるＩＰＡ水溶液の乾燥時に、基板表面と棒状構造発光素子の隙間の液滴が蒸発により縮小するときに発生するスティクションにより中央部分が撓んで絶縁性基板９０上に接している。

上記第９実施形態の発光装置によれば、長手方向が実装面に平行になるように絶縁性基板９０に実装された棒状構造発光素子Ｉは、半導体層９２の外周面と絶縁性基板９０の実装面とが接触するので、棒状構造発光素子Ｉで発生した熱を半導体層９２から絶縁性基板９０に効率よく放熱することができる。したがって、発光効率が高くかつ放熱性のよい発光装置を実現することができる。なお、半導体層を覆うように導電層が形成された棒状構造発光素子においても、導電層の外周面と絶縁性基板の実装面とが接触することにより、同様に効果が得られる。

また、上記発光装置では、絶縁性基板９０上に棒状構造発光素子Ｉを横倒しに配置しているので、絶縁性基板９０を含めた厚さを薄くできる。上記発光装置において、例えば直径が１μｍで長さ１０μｍのマイクロオーダーサイズや、直径または長さのうちの少なくとも直径が１μｍ未満のナノオーダーサイズの微細な棒状構造発光素子Ｉを用いることにより、使用する半導体の量を少なくでき、この発光装置を用いて薄型化と軽量化が可能なバックライト,照明装置および表示装置などを実現することができる。

なお、上記第９実施形態において、棒状構造発光素子に第１〜第９実施形態の棒状構造発光素子のいずれかを用いてもよい。

〔第１０実施形態〕
図２２はこの発明の第１０実施形態の棒状構造発光素子を備えた発光装置の側面図を示している。

この第１０実施形態の発光装置は、図２２に示すように、絶縁性基板１００と、絶縁性基板１００上に長手方向が絶縁性基板１００の実装面に平行になるように実装された棒状構造発光素子Ｊとを備えている。

上記棒状構造発光素子Ｊは、棒状のｎ型ＧaＮからなる半導体コア１０１と、上記半導体コア５１の一方の端面を覆うキャップ層１０２(図２３に示す)と、上記キャップ層１０２に覆われた半導体コア１０１の部分とは反対側の部分を覆わないで露出部分１０１aとするように、半導体コア１０１の露出部分１０１a以外の被覆部分１０１bの外周面を覆うｐ型ＩnＧaＮからなる量子井戸層１０３と、上記量子井戸層１０３の外周面を覆うｐ型ＧaＮからなる半導体層１０４と、上記半導体層１０４の外周面を覆う導電層１０５とを備えている。

上記半導体コア１０１の露出部分１０１aは長手方向に直交する断面がほぼ円形であり、半導体コア１０１の被覆部分１０１bは長手方向に直交する断面がほぼ六角形である。上記半導体コア１０１の露出部分１０１aを被覆部分１０１bよりも小径にして、露出部分１０１aの外周面と被覆部分１０１bの外周面との間に段差部１０１cを設けている。

上記導電層１０５上かつ絶縁性基板１００側に第２の導電層の一例としての金属層１０６を形成している。上記金属層１０６は、導電層１０５の外周面の下側略半分を覆っている。上記導電層１０５は、ＩＴＯにより形成されている。なお、導電層は、これに限らず、例えば厚さ５ｎｍのＡg／ＮiまたはＡu／Ｎiの半透明の積層金属膜などを用いてもよい。この積層金属膜の成膜には蒸着法あるいはスパッタ法を用いることができる。さらに、より導電層の抵抗を下げるために、上記ＩＴＯ膜上にＡg／ＮiまたはＡu／Ｎiの積層金属膜を積層してもよい。また、金属層１０６は、Ａｌに限らず、Ｃu,Ｗ,Ａg,Ａuなどを用いてもよい。

この第１０実施形態の発光装置は、図２３に示すように、実装面に金属電極１０７,１０８が形成された絶縁性基板１００と、上記絶縁性基板１００上に長手方向が絶縁性基板１００の実装面に平行になるように実装された棒状構造発光素子Ｊとを備えている。

上記棒状構造発光素子Ｊの一端側の露出部分１０１aを金属電極１０７に導電性接着剤などの接着部１０９Ａにより接続すると共に、棒状構造発光素子Ｊの他端側の金属層１０６を金属電極１０８に導電性接着剤などの接着部１０９Ｂにより接続している。

ここで、棒状構造発光素子Ｊは、後述する第１２実施形態の棒状構造発光素子の配列方法におけるＩＰＡ水溶液の乾燥時に、基板表面と棒状構造発光素子の隙間の液滴が蒸発により縮小するときに発生するスティクションにより中央部分が撓んで絶縁性基板１００上に接している。

上記第１０実施形態の発光装置によれば、棒状構造発光素子Ｊの導電層１０５上かつ絶縁性基板１００側に、半導体層１０４よりも電気抵抗が低い材料からなる第２の導電層の一例としての金属層１０６を形成することによって、金属層１０６のない棒状構造発光素子Ｊの絶縁性基板１００と反対の側においても、半導体コア１０１の外周面を覆う導電層１０５があるため、高抵抗の半導体層１０４全体への電流の流れやすさを犠牲にすることなく、金属層１０６によって低抵抗化できる。また、半導体コア１０１の外周面を覆う導電層１０５には、発光効率を考慮すると透過率の低い材料が使えないために低抵抗の材料を用いることができないが、金属層１０６には、透過率よりも低抵抗であることを優先した導電性材料を用いることができる。さらに、長手方向が実装面に平行になるように絶縁性基板１００に実装された棒状構造発光素子Ｊは、金属層１０６が絶縁性基板１００の実装面と接するので、棒状構造発光素子Ｊで発生した熱を金属層１０６を介して絶縁性基板１００に効率よく放熱することができる。

〔第１１実施形態〕
図２４はこの発明の第１１実施形態の発光装置の斜視図を示している。この第１１実施形態では、第２実施形態の棒状構造発光素子Ｂと同一の構成の棒状構造発光素子を用いている。なお、棒状構造発光素子に上記第１,第３〜第１０実施形態の棒状構造発光素子のいずれかを用いてもよい。

この第１１実施形態の発光装置は、図２４に示すように、実装面に金属電極２０１,２０２が形成された絶縁性基板２００と、上記絶縁性基板２００上に長手方向が絶縁性基板２００の実装面に平行になるように実装された棒状構造発光素子Ｋとを備えている。上記絶縁性基板２００には、絶縁性基板２００上の金属電極２０１,２０２間かつ棒状構造発光素子Ｋの下側に金属部の一例としての第３の金属電極２０３を形成している。図２４では、金属電極２０１,２０２,２０３の一部のみを示している。

上記棒状構造発光素子Ｋは、断面がほぼ六角形の棒状のｎ型ＧaＮからなる半導体コア１１１と、上記半導体コア１１１の部分とは反対側の部分を覆わないで露出部分１１１aとするように、半導体コア１１１の露出部分１１１a以外の被覆部分１１１bの外周面を覆うｐ型ＧaＮからなる半導体層１１２とを有する。上記半導体コア１１１は、露出部分１１１aを被覆部分１１１bよりも小径にして、露出部分１１１aの外周面と被覆部分１１１bの外周面との間に段差部１１１cを設けている。また、半導体コア１１１の他端側の端面は、半導体層１１２により覆われている。

上記第１１実施形態の発光装置によれば、絶縁性基板２００上の電極２０１,２０２間かつ棒状構造発光素子Ｋの下側に金属電極２０３を形成することによって、両端が金属電極２０１,２０２に接続された棒状構造発光素子Ｋの中央側を金属電極２０３の表面に接触させて支えるので、両持ちの棒状構造発光素子Ｋが撓むことなく、金属電極２０３により支持されると共に、棒状構造発光素子Ｋで発生した熱を半導体層１１２から金属電極２０３を介して絶縁性基板２００に効率よく放熱することができる。

なお、図２５に示すように、金属電極２０１と金属電極２０２夫々は、互いに所定の間隔をあけて略並行な基部２０１a,２０２aと、基部２０１a,２０２aの対向する位置から基部２０１a,２０２a間に延びる複数の電極部２０１b,２０２bを有する。金属電極２０１の電極部２０１bと、それに対向する金属電極２０２の電極部２０２bとに１つの棒状構造発光素子Ｋが配列される。この金属電極２０１の電極部２０１bとそれに対向する金属電極２０２の電極部２０２bの間に、中央部分が狭くなった蝶形状の第３の金属電極２０３を絶縁性基板２００上に形成している。

上記互いに隣接する第３の金属電極２０３同士は、電気的に切り離されており、図２５に示すように、互いに隣接する棒状構造発光素子Ｋの向きが逆になっても、金属電極２０３を介して金属電極２０１と金属電極２０２が短絡するのを防止できる。

〔第１２実施形態〕
次に、この発明の第１２実施形態の棒状構造発光素子を備えた発光装置、バックライト、照明装置および表示装置について説明する。この第１２実施形態では、上記第１〜第１０実施形態の棒状構造発光素子を絶縁性基板に配列する。この棒状構造発光素子の配列は、本出願人が特願２００７−１０２８４８(特開２００８−２６００７３号公報)で出願した「微細構造体の配列方法及び微細構造体を配列した基板、並びに集積回路装置及び表示素子」の発明の技術を用いて行う。

図２６はこの第１２実施形態の発光装置、バックライト、照明装置および表示装置に用いる絶縁性基板の平面図を示している。図２６に示すように、絶縁性基板３００の表面に、金属電極３０１,３０２を形成している。絶縁性基板３００はガラス、セラミック、酸化アルミニウム、樹脂のような絶縁体、またはシリコンのような半導体表面にシリコン酸化膜を形成し、表面が絶縁性を有するような基板である。ガラス基板を用いる場合は、表面にシリコン酸化膜、シリコン窒化膜のような下地絶縁膜を形成するのが望ましい。

上記金属電極３０１,３０２は、印刷技術を利用して所望の電極形状に形成している。なお、金属膜および感光体膜を一様に積層し、所望の電極パターンを露光し、エッチングして形成してもよい。

図２６では省略されているが、金属電極３０１,３０２には外部から電位を与えられるように、パッドを形成している。この金属電極３０１,３０２が対向する部分(配列領域)に棒状構造発光素子を配列する。図２６では、棒状構造発光素子を配列する配列領域が２×２個配列されているが、任意の個数を配列してよい。

図２７は図２６のXXVII−XXVII線から見た断面模式図である。

まず、図２７に示すように、絶縁性基板３００上に、棒状構造発光素子３１０を含んだイソプロピルアルコール(ＩＰＡ)３１１を薄く塗布する。ＩＰＡ３１１の他に、エチレングリコール、プロピレングリコール、メタノール、エタノール、アセトン、またはそれらの混合物でもよい。あるいは、ＩＰＡ３１１は、他の有機物からなる液体、水などを用いることができる。

ただし、液体を通じて金属電極３０１,３０２間に大きな電流が流れてしまうと、金属電極３０１,３０２間に所望の電圧差を印加できなくなってしまう。そのような場合には、金属電極３０１,３０２を覆うように、絶縁性基板３００表面全体に、１０ｎｍ〜３０ｎｍ程度の絶縁膜をコーティングすればよい。

棒状構造発光素子３１０を含むＩＰＡ３１１を塗布する厚さは、次に棒状構造発光素子３１０を配列する工程で、棒状構造発光素子３１０が配列できるよう、液体中で棒状構造発光素子３１０が移動できる厚さである。したがって、ＩＰＡ３１１を塗布する厚さは、棒状構造発光素子３１０の太さ以上であり、例えば、数μｍ〜数ｍｍである。塗布する厚さは薄すぎると、棒状構造発光素子３１０が移動し難くなり、厚すぎると、液体を乾燥する時間が長くなる。また、ＩＰＡの量に対して、棒状構造発光素子３１０の量は、１×１０⁴本／ｃｍ³〜１×１０⁷本／ｃｍ³が好ましい。

棒状構造発光素子３１０を含むＩＰＡ３１１を塗布するために、棒状構造発光素子３１０を配列させる金属電極の外周囲に枠を形成し、その枠内に棒状構造発光素子３１０を含むＩＰＡ３１１を所望の厚さになるように充填してもよい。しかしながら、棒状構造発光素子３１０を含むＩＰＡ３１１が粘性を有する場合は、枠を必要とせずに、所望の厚さに塗布することが可能である。

ＩＰＡやエチレングリコール、プロピレングリコール、…、またはそれらの混合物、あるいは、他の有機物からなる液体、または水などの液体は、棒状構造発光素子３１０の配列工程のためには粘性が低いほど望ましく、また加熱により蒸発しやすい方が望ましい。

次に、金属電極３０１,３０２間に電位差を与える。この第１２実施形態では、１Ｖの電位差とするのが適当であった。金属電極３０１,３０２の電位差は、０．１〜１０Ｖを印加することができるが、０．１Ｖ以下では棒状構造発光素子３１０の配列が悪くなり、１０Ｖ以上では金属電極間の絶縁が問題になり始める。したがって、１〜５Ｖが好ましく、更には１Ｖ程度とするのが好ましい。

図２８は上記棒状構造発光素子３１０が金属電極３０１,３０２上に配列する原理を示している。図２８に示すように、金属電極３０１に電位ＶLを印加し、金属電極３０２に電位ＶR(ＶL＜ＶR)を印加すると、金属電極３０１には負電荷が誘起され、金属電極３０２には正電荷が誘起される。そこに棒状構造発光素子３１０が接近すると、棒状構造発光素子３１０において、金属電極３０１に近い側に正電荷が誘起され、金属電極３０２に近い側に負電荷が誘起される。この棒状構造発光素子３１０に電荷が誘起されるのは静電誘導による。すなわち、電界中に置かれた棒状構造発光素子３１０は、内部の電界が０となるまで表面に電荷が誘起されることによる。その結果、各電極と棒状構造発光素子３１０との間に静電力により引力が働き、棒状構造発光素子３１０は、金属電極３０１,３０２間に生じる電気力線に沿うと共に、各棒状構造発光素子３１０に誘起された電荷がほぼ等しいので、電荷による反発力により、ほぼ等間隔に一定方向に規則正しく配列する。しかしながら、例えば、第１実施形態の図１に示す棒状構造発光素子では、半導体層１２に覆われた半導体コア１１の露出部分１１a側の向きは一定にならず、ランダムになる(他の実施形態の棒状構造発光素子でも同様)。

以上のように、棒状構造発光素子３１０が金属電極３０１,３０２間に発生した外部電場により、棒状構造発光素子３１０に電荷を発生させ、電荷の引力により金属電極３０１,３０２に棒状構造発光素子３１０を吸着させるので、棒状構造発光素子３１０の大きさは、液体中で移動可能な大きさであることが必要である。したがって、棒状構造発光素子３１０の大きさは、液体の塗布量(厚さ)により変化する。液体の塗布量が少ない場合は、棒状構造発光素子３１０はナノオーダーサイズでなければならないが、液体の塗布量が多い場合は、マイクロオーダーサイズであってもかまわない。

棒状構造発光素子３１０が電気的に中性ではなく、正または負に帯電している場合は、金属電極３０１,３０２間に静的な電位差(ＤＣ)を与えるだけでは、棒状構造発光素子３１０を安定して配列することができない。例えば、棒状構造発光素子３１０が正味として正に帯電した場合は、正電荷が誘起されている金属電極３０２との引力が相対的に弱くなる。そのため、棒状構造発光素子３１０の配列が非対象になる。

そのような場合は、図２９に示すように、金属電極３０１,３０２間にＡＣ電圧を印加することが好ましい。図２９においては、金属電極３０２に基準電位を、金属電極３０１には振幅ＶPPL／２のＡＣ電圧を印加している。こうすることにより、棒状構造発光素子３１０が帯電している場合でも、配列を対象に保つことができる。なお、この場合の金属電極３０２に与える交流電圧の周波数は、１０Ｈz〜１ＭＨzとするのが好ましく、５０Ｈz〜１ｋＨzとするのが最も配列が安定し、より好ましい。さらに、金属電極３０１,３０２間に印加するＡＣ電圧は、正弦波に限らず、矩形波、三角波、ノコギリ波など、周期的に変動するものであればよい。なお、ＶPPLは１Ｖ程度とするのが好ましかった。

次に、金属電極３０１,３０２上に、棒状構造発光素子３１０を配列させた後、絶縁性基板３００を加熱することにより、液体を蒸発させて乾燥させ、棒状構造発光素子３１０を金属電極３０１,３０２間の電気力線に沿って等間隔に配列させて固着させる。

図３０は上記棒状構造発光素子３１０を配列した絶縁性基板３００の平面図を示している。この棒状構造発光素子３１０を配列した絶縁性基板３００を、液晶表示装置などのバックライトに用いることにより、薄型化と軽量化が可能でかつ発光効率が高く省電力なバックライトを実現することができる。また、この棒状構造発光素子３１０を配列した絶縁性基板３００を照明装置として用いることにより、薄型化と軽量化が可能でかつ発光効率が高く省電力な照明装置を実現することができる。

また、図３１は上記棒状構造発光素子３１０を配列した絶縁性基板を用いた表示装置の平面図を示している。図３１に示すように、表示装置４００は、絶縁性基板４１０上に、表示部４０１、論理回路部４０２、論理回路部４０３、論理回路部４０４および論理回路部４０５を備える構成となっている。上記表示部４０１には、マトリックス状に配置された画素に棒状構造発光素子３１０を配列している。

図３２は上記表示装置４００の表示部４０１の要部の回路図を示しており、上記表示装置４００の表示部４０１は、図３２に示すように、互いに交差する複数の走査信号線ＧＬ(図３２では１本のみを示す)と複数のデータ信号線ＳＬ(図３２では１本のみを示す)とを備えており、隣接する２本の走査信号線ＧＬと隣接する２本のデータ信号線ＳＬとで包囲された部分に、画素がマトリクス状に配置されている。この画素は、ゲートが走査信号線ＧＬに接続され、ソースがデータ信号線ＳＬに接続されたスイッチング素子Ｑ１と、そのスイッチング素子Ｑ１のドレインにゲートが接続されたスイッチング素子Ｑ２と、上記スイッチング素子Ｑ２のゲートに一端が接続された画素容量Ｃと、上記スイッチング素子Ｑ２により駆動される複数の発光ダイオードＤ１〜Ｄｎ(棒状構造発光素子３１０)とを有している。

上記棒状構造発光素子３１０のｐｎの極性は、一方に揃っておらず、ランダムに配列されている。このため、駆動時は交流電圧により駆動されて、異なる極性の棒状構造発光素子３１０が交互に発光することになる。

また、上記表示装置によれば、上記棒状構造発光素子を用いることによって、薄型化と軽量化が可能でかつ発光効率が高く省電力な表示装置を実現することができる。

また、上記発光装置、バックライト、照明装置および表示装置の製造方法によれば、独立した電位が夫々与えられる２つの金属電極３０１,３０２を単位とする配列領域が形成された絶縁性基板３００を作成し、その絶縁性基板３００上にナノオーダーサイズまたはマイクロオーダーサイズの棒状構造発光素子３１０を含んだ液体を塗布する。その後、２つの金属電極３０１,３０２に独立した電圧を夫々印加して、微細な棒状構造発光素子３１０を２つの金属電極３０１,３０２により規定される位置に配列させる。これにより、上記棒状構造発光素子３１０を所定の絶縁性基板３００上に容易に配列させることができる。

また、上記発光装置、バックライト、照明装置および表示装置の製造方法では、使用する半導体の量を少なくできると共に、薄型化と軽量化が可能な発光装置、バックライト、照明装置および表示装置を製造することができる。また、上記棒状構造発光素子３１０は、半導体層で覆われた半導体コアの側面全体から光が放出されることにより発光領域が広くなるので、発光効率が高く省電力な発光装置、バックライト、照明装置および表示装置を実現することができる。

また、上記第１〜第１２実施形態では、半導体コアとキャップ層および半導体層に、ＧaＮを母材とする半導体を用いたが、ＧaＡs,ＡlＧaＡs,ＧaＡsＰ,ＩnＧaＮ,ＡlＧaＮ,ＧaＰ,ＺnＳe,ＡlＧaＩnＰなどを母材とする半導体を用いた発光素子にこの発明を適用してもよい。また、半導体コアをｎ型とし、半導体層をｐ型としたが、導電型が逆の棒状構造発光素子にこの発明を適用してもよい。また、円形または六角形の棒状の半導体コアを有する棒状構造発光素子について説明したが、これに限らず、断面が楕円の棒状であってもよいし、断面が三角形などの他の多角形状の棒状の半導体コアを有する棒状構造発光素子にこの発明を適用してもよい。

また、上記第１〜第１２実施形態では、棒状構造発光素子の直径を１μｍとし長さを１０μｍ〜３０μｍのマイクロオーダーサイズとしたが、直径または長さのうちの少なくとも直径が１μｍ未満のナノオーダーサイズの素子でもよい。上記棒状構造発光素子の半導体コアの直径は５００ｎｍ以上かつ１００μｍ以下が好ましく、数１０ｎｍ〜数１００ｎｍの棒状構造発光素子に比べて半導体コアの直径のばらつきを抑えることができ、発光面積すなわち発光特性のばらつきを低減でき、歩留まりを向上できる。

また、上記第１〜第１２実施形態では、ＭＯＣＶＤ装置を用いて半導体コアやキャップ層を結晶成長させているが、ＭＢＥ(分子線エピタキシャル)装置などの他の結晶成長装置を用いて半導体コアやキャップ層を形成してもよい。また、成長穴を有するマスクを用いて半導体コアを基板上に結晶成長させたが、基板上に金属種を配置して、金属種から半導体コアを結晶成長させてもよい。

また、上記第１２実施形態では、絶縁性基板３００の表面に形成された２つの金属電極３０１,３０２に電位差を与えて、金属電極３０１,３０２間に棒状構造発光素子３００を配列させたが、これに限らず、絶縁性基板の表面に形成された２つの電極間に、第３の電極を形成し、３つの電極に独立した電圧を夫々印加して、棒状構造発光素子を電極により規定される位置に配列させてもよい。

この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。

１１,２１, ２４,３１,４１,５１,６１,７１,８１,９１,１０１,１１１…半導体コア
１１a,２１a,２４a, ３１a,４１a,５１a,６１a,７１a,８１a,９１a,１０１a,１１１a…露出部分
１１b,２１b,３１b,４１b,５１b,６１b,７１b,８１b,９１b,１０１b,１１１b…被覆部分
１１c,２１c,３１c,４１c,５１c,６１c,７１c,８１c,９１c,１０１c,１１１c…段差部
１２,２２,３２,４２,５２,６２,７３,８４,９２,１０４,１１２…半導体層
２３,４４,５４…ｎ側電極
４３,５３…絶縁層
６３,７４,８５,１０５…導電層
７２,１０３…量子井戸層
８２,１０２…キャップ層
９０,１００,２００…絶縁性基板
９８,９９,１０７,１０８,２０１,２０２,２０３…金属電極
１０６…金属層
３００…絶縁性基板
３０１,３０２…金属電極
３１０…棒状構造発光素子
３１１…ＩＰＡ
４００…表示装置
４０１…表示部
４０２,４０３,４０４,４０５…論理回路部
４１０…絶縁性基板
Ａ〜Ｋ…棒状構造発光素子

Claims (19)

1. 棒状の第１導電型の半導体コアと、
   上記半導体コアの一端側の部分を覆わないで露出部分とするように、上記半導体コアの上記露出部分以外の部分を覆う第２導電型の半導体層と
   を備え、
   上記半導体コアの上記半導体層に覆われていない上記露出部分の外周面と、上記半導体コアの上記半導体層に覆われた被覆部分の外周面との間に段差部を設けたことを特徴とする棒状構造発光素子。
2. 請求項１に記載の棒状構造発光素子において、
   上記半導体コアの上記被覆部分の長手方向に直交する断面の外周長よりも、上記半導体コアの上記露出部分の長手方向に直交する断面の外周長が短いことを特徴とする棒状構造発光素子。
3. 請求項１または２に記載の棒状構造発光素子において、
   上記半導体コアの上記被覆部分の長手方向に直交する断面が多角形状であることを特徴とする棒状構造発光素子。
4. 請求項１から３までのいずれか１つに記載の棒状構造発光素子において、
   上記半導体コアの上記露出部分の長手方向に直交する断面の形状と、上記半導体コアの上記被覆部分の長手方向に直交する断面の形状とが異なることを特徴とする棒状構造発光素子。
5. 請求項１から４までのいずれか１つに記載の棒状構造発光素子において、
   上記半導体コアの上記露出部分の長手方向に直交する断面が略円形状であることを特徴とする棒状構造発光素子。
6. 請求項１から５までのいずれか１つに記載の棒状構造発光素子において、
   上記半導体コアの上記段差部とその段差部側の上記半導体層の端面を覆うように、かつ、上記半導体コアの上記露出部分の上記段差部側を覆うように形成された絶縁層を備えたことを特徴とする棒状構造発光素子。
7. 請求項１から６までのいずれか１つに記載の棒状構造発光素子において、
   上記半導体層を覆うように形成され、上記半導体層よりも電気抵抗が低い材料からなる導電層を備えたことを特徴とする棒状構造発光素子。
8. 請求項１から７までのいずれか１つに記載の棒状構造発光素子において、
   上記半導体コアと上記半導体層との間に形成された量子井戸層を備えたことを特徴とする棒状構造発光素子。
9. 請求項１から８までのいずれか１つに記載の棒状構造発光素子において、
   上記半導体コアの上記露出部分とは反対側の端面を覆うように形成されたキャップ層を備え、
   上記キャップ層は、上記半導体層よりも電気抵抗の大きな材料からなることを特徴とする棒状構造発光素子。
10. 請求項１から９までのいずれか１つに記載の棒状構造発光素子において、
    上記半導体コアの径が５００ｎｍ以上かつ１００μｍ以下であることを特徴とする棒状構造発光素子。
11. 請求項１から１０までのいずれか１つに記載の棒状構造発光素子と、
    上記棒状構造発光素子の長手方向が実装面に平行になるように、上記棒状構造発光素子が実装された基板と
    を備え、
    上記基板上に所定の間隔をあけて電極が形成され、
    上記基板上の一方の上記電極に上記棒状構造発光素子の上記半導体コアの一端側の上記露出部分が接続されると共に、上記基板上の他方の上記電極に上記半導体コアの他端側の上記半導体層が接続されていることを特徴とする発光装置。
12. 請求項７に記載の棒状構造発光素子と、
    上記棒状構造発光素子の長手方向が実装面に平行になるように、上記棒状構造発光素子が実装された基板と
    を備え、
    上記基板上に所定の間隔をあけて電極が形成され、
    上記基板上の一方の上記電極に上記棒状構造発光素子の上記半導体コアの一端側の上記露出部分が接続されると共に、上記基板上の他方の上記電極に上記半導体コアの他端側の上記導電層が接続されていることを特徴とする発光装置。
13. 請求項１２に記載の棒状構造発光素子において、
    上記棒状構造発光素子の上記導電層上かつ上記基板側に形成され、上記半導体層よりも電気抵抗が低い材料からなる第２の導電層を備えたことを特徴とする発光装置。
14. 請求項１１から１３までのいずれか１つに記載の発光装置において、
    上記基板上の上記電極間かつ上記棒状構造発光素子の下側に形成された金属部を備えたことを特徴とする発光装置。
15. 請求項１４に記載の棒状構造発光素子において、
    上記金属部は、上記棒状構造発光素子毎に上記基板上に形成され、
    互いに隣接する上記棒状構造発光素子の上記金属部は、電気的に絶縁されていることを特徴とする発光装置。
16. 請求項１から１５のいずれか１つに記載の上記棒状構造発光素子を備えた発光装置の製造方法であって、
    独立した電位が夫々与えられる少なくとも２つの電極を単位とする配列領域が形成された絶縁性基板を作成する基板作成工程と、
    上記絶縁性基板上にナノオーダーサイズまたはマイクロオーダーサイズの上記棒状構造発光素子を含んだ液体を塗布する塗布工程と、
    上記少なくとも２つの電極に上記独立した電圧を夫々印加して、上記棒状構造発光素子を上記少なくとも２つの電極により規定される位置に配列させる配列工程と
    を有することを特徴とする発光装置の製造方法。
17. 請求項１から１０までのいずれか１つに記載の棒状構造発光素子を備えたことを特徴とするバックライト。
18. 請求項１から１０までのいずれか１つに記載の棒状構造発光素子を備えたことを特徴とする照明装置。
19. 請求項１から１０までのいずれか１つに記載の棒状構造発光素子を備えたことを特徴とする表示装置。

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