JP2011119612A - Semiconductor device manufacturing method, and semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a semiconductor device having a rod-like structure and ensuring high efficiency of light emission by increasing a light-emission area. <P>SOLUTION: The method of manufacturing a semiconductor device is configured as follows. A p-type semiconductor layer 10 is formed not only on the tip surface 7A of an n-type semiconductor core 7 but also on the side 7B, thereby improving the efficiency of light emission by increasing a light-emission area due to an increase in pn-junction area. The n-type semiconductor core 7 is formed by using a catalytic metal 6, thereby increasing a growth speed of the n-type semiconductor core 7. Consequently, the semiconductor core 7 can be elongated so as to further increase the light-emission area proportionate to the length of the n-type semiconductor core 7. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

この発明は、例えば、発光素子等として用いることができる半導体素子の製造方法および半導体素子に関する。   The present invention relates to a semiconductor element manufacturing method and a semiconductor element that can be used as, for example, a light emitting element.

従来、棒状構造を有する半導体素子の製造方法としては、特表2008−544567号公報(特許文献1)に記載されているものがある。この製造方法では、図36に示すように、まず、サファイア基板110上にn型GaNバッファ層120を形成し、このn型GaNバッファ層120上にn型GaNナノロッド131,InGaN量子ウェル133,p型GaNナノロッド135を順に垂直方向に成長させる。次に、上記n型GaNナノロッド131,InGaN量子ウェル133,p型GaNナノロッド135で構成されるコアナノロッド130間の空き空間を満たす透明絶縁物140を形成し、この透明絶縁物140上に透明電極160,電極パッド170を形成し、上記n型GaNバッファ層120上に電極パッド150を形成する。上記コアナノロッド130では、上記n型GaNナノロッド131とp型GaNナノロッド135との間のpn接合で発光する。   Conventionally, as a method of manufacturing a semiconductor element having a rod-like structure, there is one described in Japanese translations of PCT publication No. 2008-544567 (Patent Document 1). In this manufacturing method, as shown in FIG. 36, first, an n-type GaN buffer layer 120 is formed on a sapphire substrate 110, and n-type GaN nanorods 131, InGaN quantum wells 133, p are formed on the n-type GaN buffer layer 120. The type GaN nanorods 135 are sequentially grown in the vertical direction. Next, a transparent insulator 140 that fills the space between the core nanorods 130 composed of the n-type GaN nanorod 131, the InGaN quantum well 133, and the p-type GaN nanorod 135 is formed, and a transparent electrode is formed on the transparent insulator 140. 160 and electrode pad 170 are formed, and electrode pad 150 is formed on n-type GaN buffer layer 120. The core nanorod 130 emits light at a pn junction between the n-type GaN nanorod 131 and the p-type GaN nanorod 135.

しかしながら、上記コアナノロッド130では、pn接合がn型GaNナノロッド131の端面とp型GaNナノロッド135の端面との間だけに形成されているので、発光面積が少ないという問題がある。   However, since the pn junction is formed only between the end face of the n-type GaN nanorod 131 and the end face of the p-type GaN nanorod 135, the core nanorod 130 has a problem that the light emitting area is small.

特表2008−544567号公報Special table 2008-544567 gazette

そこで、この発明の課題は、発光面積を大きくすることができて発光効率の高い棒状構造の半導体素子の製造方法およびその棒状構造の半導体素子を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device having a rod-like structure with a large light emitting area and high light emission efficiency, and a semiconductor device having the rod-like structure.

上記課題を解決するため、この発明の半導体素子の製造方法は、基板上に触媒金属を形成する触媒金属形成工程と、
上記基板上かつ上記触媒金属下に第1導電型の半導体コアを形成する半導体コア形成工程と、
上記第1導電型の半導体コアの先端面および側面に第2導電型の半導体層を形成する半導体層形成工程とを備える。
In order to solve the above problems, a method for manufacturing a semiconductor element according to the present invention includes a catalyst metal forming step of forming a catalyst metal on a substrate,
Forming a semiconductor core of a first conductivity type on the substrate and under the catalyst metal; and
A semiconductor layer forming step of forming a second conductivity type semiconductor layer on a front end surface and a side surface of the first conductivity type semiconductor core.

この発明の半導体素子の製造方法によれば、上記第1導電型の半導体コアの先端面だけでなく上記半導体コアの側面にも第2導電型の半導体層を形成するので、pn接合の面積を大きくでき、発光面積を大きくすることができ発光効率を向上できる。また、上記触媒金属を用いて上記第1導電型の半導体コアを形成するので、上記第1導電型の半導体コアの成長速度を速くできる。このため、上記半導体コアを長くでき、上記第1導電型の半導体コアの長さと比例関係になる発光面積を一層大きくすることができる。また、上記第1導電型の半導体コアの先端面および側面が第2導電型の半導体層で覆われるので、上記第2導電型の半導体層のための電極が上記第1導電型の半導体コアに短絡することを防止できる。   According to the semiconductor element manufacturing method of the present invention, the second conductivity type semiconductor layer is formed not only on the front end surface of the first conductivity type semiconductor core but also on the side surface of the semiconductor core. The light emission area can be increased and the light emission efficiency can be improved. In addition, since the first conductive type semiconductor core is formed using the catalyst metal, the growth rate of the first conductive type semiconductor core can be increased. Therefore, the semiconductor core can be lengthened, and the light emitting area that is proportional to the length of the first conductive type semiconductor core can be further increased. In addition, since the front end surface and the side surface of the first conductivity type semiconductor core are covered with the second conductivity type semiconductor layer, an electrode for the second conductivity type semiconductor layer is formed on the first conductivity type semiconductor core. A short circuit can be prevented.

また、一実施形態の半導体素子の製造方法は、上記半導体層形成工程では、
上記触媒金属を残した状態で上記第1導電型の半導体コアの先端面および側面に第2導電型の半導体層を形成する。
In one embodiment of the method for manufacturing a semiconductor element, in the semiconductor layer forming step,
A second conductivity type semiconductor layer is formed on the tip and side surfaces of the first conductivity type semiconductor core with the catalyst metal left.

この実施形態の半導体素子の製造方法によれば、上記触媒金属を残した状態で第2導電型の半導体層を形成するので、上記第1導電型の半導体コアの形成と上記第2導電型の半導体層の形成とを同一製造装置内で連続して行うことができる。よって、工程削減、製造時間の短縮ができる。また、上記第1導電型の半導体コアを形成後、この半導体コアを製造装置外に出す必要が無いので、上記第1導電型の半導体コアの表面にコンタミが付着しないようにでき、素子特性を改善できる。また、上記第1導電型の半導体コアの形成と上記第2導電型の半導体層の形成とを連続して行うことができるので、大きな温度変化や成長の停止などを回避して結晶性を改善でき、素子特性を改善できる。また、上記第1導電型の半導体コアを形成した直後に上記触媒金属を除去するエッチングを行わないことで、上記第1導電型の半導体コアの表面(すなわち、上記第2導電型の半導体層との界面)へのダメージを無くすることができ、素子特性を改善できる。   According to the method for manufacturing a semiconductor device of this embodiment, the second conductive type semiconductor layer is formed in a state where the catalytic metal is left. Therefore, the formation of the first conductive type semiconductor core and the second conductive type semiconductor layer are formed. The formation of the semiconductor layer can be performed continuously in the same manufacturing apparatus. Therefore, process reduction and manufacturing time can be shortened. In addition, since it is not necessary to remove the semiconductor core from the manufacturing apparatus after forming the first conductive type semiconductor core, contamination can be prevented from adhering to the surface of the first conductive type semiconductor core. Can improve. In addition, since the formation of the first conductive type semiconductor core and the formation of the second conductive type semiconductor layer can be performed continuously, the crystallinity is improved by avoiding a large temperature change or stop of growth. And device characteristics can be improved. In addition, the etching of removing the catalyst metal is not performed immediately after the formation of the first conductive type semiconductor core, so that the surface of the first conductive type semiconductor core (that is, the second conductive type semiconductor layer and Can be eliminated, and the device characteristics can be improved.

また、一実施形態の半導体素子の製造方法は、上記半導体層形成工程では、
上記触媒金属を除去してから、上記第1導電型の半導体コアの先端面および側面に第2導電型の半導体層を形成する。
In one embodiment of the method for manufacturing a semiconductor element, in the semiconductor layer forming step,
After removing the catalyst metal, a second conductivity type semiconductor layer is formed on the front end surface and the side surface of the first conductivity type semiconductor core.

この実施形態の半導体素子の製造方法によれば、上記触媒金属を除去してから第2導電型の半導体層を形成するので、発光領域(第1導電型の半導体コアと第2導電型の半導体層との界面)に触媒金属が混入するのを防ぐことができる。   According to the method for manufacturing a semiconductor device of this embodiment, since the second conductive type semiconductor layer is formed after removing the catalyst metal, the light emitting region (the first conductive type semiconductor core and the second conductive type semiconductor is formed). It is possible to prevent the catalyst metal from being mixed into the interface with the layer.

また、一実施形態の半導体素子の製造方法は、上記半導体層形成工程では、
上記触媒金属を除去した後、上記第1導電型の半導体コアの先端面および側面に第1導電型の半導体層を形成してから、上記第2導電型の半導体層を形成する。
In one embodiment of the method for manufacturing a semiconductor element, in the semiconductor layer forming step,
After removing the catalyst metal, a first conductivity type semiconductor layer is formed on the front end surface and side surfaces of the first conductivity type semiconductor core, and then the second conductivity type semiconductor layer is formed.

この実施形態によれば、上記第1導電型の半導体コアの先端面および側面に第1導電型の半導体層を等方的に形成することで結晶性の良い第1導電型の半導体層を形成でき、この第1導電型の半導体層と上記第2導電型の半導体層との間に欠陥の少ない接合部(量子井戸層)を得ることができる。   According to this embodiment, the first conductivity type semiconductor layer having good crystallinity is formed by isotropically forming the first conductivity type semiconductor layer on the front end surface and the side surface of the first conductivity type semiconductor core. In addition, a junction (quantum well layer) with few defects can be obtained between the first conductive type semiconductor layer and the second conductive type semiconductor layer.

また、一実施形態の半導体素子の製造方法は、上記第1導電型の半導体コアを上記第2導電型の半導体層と共に上記基板から切り離す切り離し工程を備える。   The method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment includes a separation step of separating the first conductive type semiconductor core from the substrate together with the second conductive type semiconductor layer.

この実施形態の半導体素子の製造方法によれば、切り離し工程によって、上記第1導電型の半導体コアと第2導電型の半導体層とで構成される棒状構造の発光素子を基板から切り離すので、装置への実装の自由度が高い棒状構造の発光素子を製造できる上に上記基板を再利用できる。また、上記棒状構造の発光素子は、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となると共に、半導体層で覆われた半導体コアの全周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、上記棒状構造の発光素子は、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として作製できる。   According to the method for manufacturing a semiconductor element of this embodiment, the light emitting element having a rod-like structure composed of the first conductive type semiconductor core and the second conductive type semiconductor layer is separated from the substrate by the separation step. In addition to manufacturing a light-emitting element having a rod-like structure with a high degree of freedom in mounting, the substrate can be reused. In addition, the light emitting element having the rod-like structure can reduce the amount of semiconductor to be used, reduce the thickness and weight of the device using the light emitting element, and can emit light from the entire circumference of the semiconductor core covered with the semiconductor layer. Since the light emitting region is widened by releasing the light, a backlight, a lighting device, a display device, and the like with high light emission efficiency and power saving can be realized. The light-emitting element having the rod-like structure can be manufactured as a micro-order size having a diameter of 1 μm and a length of 10 μm, or a nano-order size element having a diameter or length of less than 1 μm.

また、一実施形態の半導体素子の製造方法は、上記半導体層形成工程で形成する上記第2導電型の半導体層は、
上記第1導電型の半導体コアの先端面を覆う部分の厚さが上記第1導電型の半導体コアの側面を覆う部分の厚さよりも厚い。
In one embodiment of the method for manufacturing a semiconductor element, the semiconductor layer of the second conductivity type formed in the semiconductor layer forming step is
The thickness of the portion covering the tip surface of the first conductivity type semiconductor core is thicker than the thickness of the portion covering the side surface of the first conductivity type semiconductor core.

この実施形態の半導体素子の製造方法によれば、上記触媒金属と上記第2導電型の半導体層との接触面を上記半導体コアの先端面での上記半導体層とのPN接合部から離すことができるので、金属除去面のダメージや欠陥がPN接合に悪影響を及ぼし難くなる。また、エッチングの際に上記半導体コアが上記半導体層から露出することを防止できる。   According to the semiconductor element manufacturing method of this embodiment, the contact surface between the catalyst metal and the second conductivity type semiconductor layer can be separated from the PN junction between the semiconductor core and the semiconductor layer at the front end surface of the semiconductor core. As a result, damage and defects on the metal removal surface hardly affect the PN junction. Further, it is possible to prevent the semiconductor core from being exposed from the semiconductor layer during etching.

また、一実施形態の半導体素子の製造方法は、上記基板は、第1導電型の半導体基板であり、
異方性エッチングを行って、上記第2導電型の半導体層のうちの上記第1導電型の半導体コアの先端面と上記半導体コアの側面とを覆う被覆部を残すと共に、上記第2導電型の半導体層のうちの上記半導体コアの側面を覆う部分から上記半導体基板に沿って延在している延在部分を除去すると共に上記延在部分下の上記半導体基板を或る深さ寸法だけ除去して、上記半導体コアおよび上記半導体層の被覆部下に連なる上記半導体基板の段部を残す。
In one embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device, the substrate is a first conductivity type semiconductor substrate,
An anisotropic etching is performed to leave a covering portion that covers the tip surface of the first conductivity type semiconductor core and the side surface of the semiconductor core in the second conductivity type semiconductor layer, and the second conductivity type. The extending portion extending along the semiconductor substrate is removed from the portion of the semiconductor layer covering the side surface of the semiconductor core, and the semiconductor substrate under the extending portion is removed by a certain depth dimension. Then, the step portion of the semiconductor substrate that continues below the covering portion of the semiconductor core and the semiconductor layer is left.

この実施形態の半導体素子の製造方法によれば、上記第1導電型の半導体基板の段部によって、上記第1導電型の半導体コアに対して容易にコンタクトを取ることができる半導体素子を作製できる。また、上記第1導電型の半導体コアは、基板側以外の側面や先端では上記第2導電型の半導体層で覆われて上記半導体層から露出していない構造の半導体素子を得ることができる。   According to the method for manufacturing a semiconductor element of this embodiment, a semiconductor element that can be easily contacted with the semiconductor core of the first conductivity type by the step portion of the semiconductor substrate of the first conductivity type can be manufactured. . In addition, the first conductive type semiconductor core can be obtained as a semiconductor element having a structure that is covered with the second conductive type semiconductor layer on the side surface and the tip other than the substrate side and is not exposed from the semiconductor layer.

また、一実施形態の半導体素子の製造方法は、上記切り離し工程では、
上記半導体コアを、上記半導体コアの先端面と側面を覆う上記半導体層の被覆部および上記半導体コア下に連なる上記半導体基板の段部と共に上記半導体基板から切り離す。
Moreover, the manufacturing method of the semiconductor element of one embodiment is the above-described separation step.
The semiconductor core is separated from the semiconductor substrate together with the covering portion of the semiconductor layer that covers the front end surface and the side surface of the semiconductor core and the stepped portion of the semiconductor substrate that continues below the semiconductor core.

この実施形態の半導体素子の製造方法によれば、上記半導体基板から切り離された上記段部と上記半導体コアと上記半導体層とが構成する発光素子を得ることができる。   According to the method for manufacturing a semiconductor element of this embodiment, a light emitting element constituted by the stepped part separated from the semiconductor substrate, the semiconductor core, and the semiconductor layer can be obtained.

また、一実施形態の半導体素子の製造方法は、上記触媒金属形成工程は、
上記基板上に成長穴を有する成長マスクを形成する工程と、
上記成長穴内の上記基板上に触媒金属を形成する工程とを含み、
上記半導体コア形成工程では、上記成長穴内の上記基板上かつ上記触媒金属下に上記成長マスク上に突出した第1導電型の半導体コアを形成し、
上記半導体形成工程では、上記触媒金属を残した状態で上記成長マスクよりも上に突出した上記第1導電型の半導体コアの表面に第2導電型の半導体層を形成し、
さらに、上記半導体形成工程の後に上記成長マスクを除去して上記半導体コアの側面を露出させる工程を有する。
In one embodiment of the method for producing a semiconductor element, the catalyst metal forming step includes:
Forming a growth mask having a growth hole on the substrate;
Forming a catalytic metal on the substrate in the growth hole,
In the semiconductor core forming step, a first conductivity type semiconductor core protruding on the growth mask is formed on the substrate in the growth hole and below the catalyst metal,
In the semiconductor formation step, a second conductivity type semiconductor layer is formed on the surface of the first conductivity type semiconductor core protruding above the growth mask while leaving the catalyst metal,
Furthermore, it has the process of removing the said growth mask and exposing the side surface of the said semiconductor core after the said semiconductor formation process.

この実施形態の半導体素子の製造方法によれば、上記成長マスクを除去して上記半導体コアの側面を露出させる。これにより、上記第2導電型の半導体層のエッチング量を少なくする(もしくは無くする)ことができ、基板をエッチングする必要も無くすることができて、一端側だけ半導体層から半導体コアが露出した半導体素子をより容易に作製できる。   According to the method for manufacturing a semiconductor device of this embodiment, the growth mask is removed to expose the side surface of the semiconductor core. As a result, the etching amount of the second conductivity type semiconductor layer can be reduced (or eliminated), the need for etching the substrate can be eliminated, and the semiconductor core is exposed from the semiconductor layer only at one end side. A semiconductor element can be manufactured more easily.

また、一実施形態の半導体素子の製造方法は、上記第1導電型の半導体コアを覆うと共に上記第2導電型の半導体層で覆われる量子井戸層を形成する工程を有する。   In one embodiment, the method of manufacturing a semiconductor device includes a step of forming a quantum well layer that covers the first conductive type semiconductor core and is covered with the second conductive type semiconductor layer.

この実施形態の半導体素子の製造方法によれば、上記量子井戸層により発光効率が高い発光素子を作製できる。   According to the method for manufacturing a semiconductor device of this embodiment, a light emitting device having high light emission efficiency can be produced by the quantum well layer.

また、一実施形態の半導体素子は、第1導電型の半導体コアと、
上記第1導電型の半導体コアの一端部側の端面と側面を被覆すると共に上記半導体コアの他端部側の端面と側面を露出させる第2導電型の半導体層とを備え、
上記第2導電型の半導体層は、
上記半導体コアの一端部側の端面を覆う部分の厚さが上記半導体コアの側面を覆う部分の厚さよりも厚い。
According to one embodiment, a semiconductor element includes a first conductivity type semiconductor core,
A second conductive type semiconductor layer that covers the end face and side face on one end side of the first conductive type semiconductor core and exposes the end face and side face on the other end side of the semiconductor core;
The semiconductor layer of the second conductivity type is
The thickness of the portion covering the end surface on the one end side of the semiconductor core is thicker than the thickness of the portion covering the side surface of the semiconductor core.

この実施形態の半導体素子によれば、寸法の縦横比が高い半導体素子が得られる。また、上記第2導電型の半導体層は、半導体コアの一端部側の端面を覆う部分の厚さが半導体コアの側面を覆う部分の厚さに比べて厚いので、半導体コアの一端部がダメージを受けることを防止でき、半導体コアの一端部の露出を防止できる。また、基板から切り離された棒状構造の発光素子とする場合は、装置への実装の自由度が高くなる。   According to the semiconductor element of this embodiment, a semiconductor element having a high dimensional aspect ratio can be obtained. In addition, in the second conductivity type semiconductor layer, the thickness of the portion covering the end face on the one end side of the semiconductor core is larger than the thickness of the portion covering the side face of the semiconductor core. And the exposure of one end of the semiconductor core can be prevented. Further, when the light emitting element has a rod-like structure separated from the substrate, the degree of freedom of mounting on the device is increased.

また、一実施形態のバックライトでは、上記半導体素子を備えた。この実施形態のバックライトによれば、上記半導体素子を棒状構造発光素子として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。   In one embodiment, the backlight includes the semiconductor element. According to the backlight of this embodiment, by using the semiconductor element as a rod-shaped structure light emitting element, it is possible to realize a backlight that can be reduced in thickness and weight, has high luminous efficiency, and saves power.

また、一実施形態の照明装置では、上記半導体素子を備えた。この実施形態の照明装置によれば、上記半導体素子を棒状構造発光素子として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。   Moreover, in the illuminating device of one Embodiment, the said semiconductor element was provided. According to the illuminating device of this embodiment, by using the semiconductor element as a rod-shaped structure light emitting device, it is possible to realize a illuminating device that can be reduced in thickness and weight, has high luminous efficiency, and saves power.

また、一実施形態の表示装置では、上記半導体素子を備えた。この実施形態の表示装置によれば、上記半導体素子を棒状構造発光素子として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。   Moreover, the display device of one embodiment includes the semiconductor element. According to the display device of this embodiment, by using the semiconductor element as a rod-shaped structure light emitting element, a display device that can be reduced in thickness and weight and has high luminous efficiency and low power consumption can be realized.

この発明の半導体素子の製造方法によれば、第1導電型の半導体コアの先端面だけでなく上記半導体コアの側面にも第2導電型の半導体層を形成するので、pn接合の面積を大きくでき、発光面積を大きくすることができ発光効率を向上できる。また、触媒金属を用いて上記第1導電型の半導体コアを形成するので、上記第1導電型の半導体コアの成長速度を速くできて、上記半導体コアを長くでき、上記第1導電型の半導体コアの長さと比例関係になる発光面積を一層大きくすることができる。また、上記第1導電型の半導体コアの先端面および側面が第2導電型の半導体層で覆われるので、上記第2導電型の半導体層のための電極が上記第1導電型の半導体コアに短絡することを防止できる。   According to the method for manufacturing a semiconductor element of the present invention, the second conductivity type semiconductor layer is formed not only on the front end surface of the first conductivity type semiconductor core but also on the side surface of the semiconductor core, so that the area of the pn junction is increased. In addition, the light emission area can be increased and the light emission efficiency can be improved. In addition, since the first conductive type semiconductor core is formed using a catalytic metal, the growth rate of the first conductive type semiconductor core can be increased, the semiconductor core can be lengthened, and the first conductive type semiconductor core is formed. The light emitting area that is proportional to the length of the core can be further increased. In addition, since the front end surface and the side surface of the first conductivity type semiconductor core are covered with the second conductivity type semiconductor layer, an electrode for the second conductivity type semiconductor layer is formed on the first conductivity type semiconductor core. A short circuit can be prevented.

この発明の半導体素子の製造方法の第1実施形態の工程図である。It is process drawing of 1st Embodiment of the manufacturing method of the semiconductor element of this invention. 上記第1実施形態の工程図である。It is process drawing of the said 1st Embodiment. 上記第1実施形態の工程図である。It is process drawing of the said 1st Embodiment. 上記第1実施形態の工程図である。It is process drawing of the said 1st Embodiment. 上記第1実施形態の工程図である。It is process drawing of the said 1st Embodiment. 上記第1実施形態の工程図である。It is process drawing of the said 1st Embodiment. 上記第1実施形態の工程図である。It is process drawing of the said 1st Embodiment. 上記第1実施形態の工程図である。It is process drawing of the said 1st Embodiment. 上記第1実施形態の工程図である。It is process drawing of the said 1st Embodiment. 上記第1実施形態の工程図である。It is process drawing of the said 1st Embodiment. 上記第1実施形態の工程図である。It is process drawing of the said 1st Embodiment. 上記第1実施形態の工程図である。It is process drawing of the said 1st Embodiment. 上記第1実施形態の工程図である。It is process drawing of the said 1st Embodiment. 上記第1実施形態の工程図である。It is process drawing of the said 1st Embodiment. この発明の半導体素子の製造方法の第2実施形態の工程図である。It is process drawing of 2nd Embodiment of the manufacturing method of the semiconductor element of this invention. 上記第2実施形態の工程図である。It is process drawing of the said 2nd Embodiment. 上記第2実施形態の工程図である。It is process drawing of the said 2nd Embodiment. 上記第2実施形態の工程図である。It is process drawing of the said 2nd Embodiment. 上記第2実施形態の工程図である。It is process drawing of the said 2nd Embodiment. 上記第2実施形態の工程図である。It is process drawing of the said 2nd Embodiment. この発明の半導体素子の製造方法の第3実施形態の工程図である。It is process drawing of 3rd Embodiment of the manufacturing method of the semiconductor element of this invention. 上記第3実施形態の工程図である。It is process drawing of the said 3rd Embodiment. 上記第3実施形態の工程図である。It is process drawing of the said 3rd Embodiment. 上記第3実施形態の工程図である。It is process drawing of the said 3rd Embodiment. 上記第3実施形態の工程図である。It is process drawing of the said 3rd Embodiment. 上記第3実施形態で作製した棒状発光素子の基板上への配置の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of arrangement | positioning on the board | substrate of the rod-shaped light emitting element produced in the said 3rd Embodiment. この発明の半導体素子の製造方法の第4実施形態の工程図である。It is process drawing of 4th Embodiment of the manufacturing method of the semiconductor element of this invention. 上記第4実施形態の工程図である。It is process drawing of the said 4th Embodiment. 上記第4実施形態の工程図である。It is process drawing of the said 4th Embodiment. 上記第4実施形態の工程図である。It is process drawing of the said 4th Embodiment. 上記第4実施形態の工程図である。It is process drawing of the said 4th Embodiment. この発明の半導体素子の製造方法の第5実施形態の工程図である。It is process drawing of 5th Embodiment of the manufacturing method of the semiconductor element of this invention. 上記第5実施形態の工程図である。It is process drawing of the said 5th Embodiment. 上記第5実施形態の工程図である。It is process drawing of the said 5th Embodiment. 上記第5実施形態の工程図である。It is process drawing of the said 5th Embodiment. 上記第5実施形態の工程図である。It is process drawing of the said 5th Embodiment. この発明の第6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。It is a top view of the insulating board | substrate used for the light-emitting device provided with the rod-shaped structure light emitting element of 6th Embodiment of this invention, a backlight, an illuminating device, and a display apparatus. 図29のXXV−XXV線から見た断面模式図である。It is the cross-sectional schematic diagram seen from the XXV-XXV line | wire of FIG. 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。It is a figure explaining the principle which arrange | positions the said rod-shaped structure light emitting element. 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。It is a figure explaining the electric potential given to an electrode, when arranging the said rod-shaped structure light emitting element. 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。It is a top view of the insulating board | substrate which arranged the said rod-shaped structure light emitting element. 上記表示装置の平面図である。It is a top view of the said display apparatus. 上記表示装置の表示部の要部の回路図である。It is a circuit diagram of the principal part of the display part of the said display apparatus. 従来の半導体素子の製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of the conventional semiconductor element.

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.

(第1の実施の形態)
図1〜図14はこの発明の第1実施形態の半導体素子の製造方法を順に示す工程図である。この実施形態では、Siをドープしたn型GaNとMgをドープしたp型GaNとを用いるが、GaNにドーピングする不純物はこれに限らない。
(First embodiment)
1 to 14 are process diagrams sequentially showing a method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. In this embodiment, Si-doped n-type GaN and Mg-doped p-type GaN are used, but the impurities doped in GaN are not limited thereto.

この第1実施形態では、まず、図1に示すように、サファイア基板1を用意し基板1を洗浄する。次に、図2に示すように、上記基板1上にn‐GaN膜2を成膜する。次に、図3に示すように、上記n‐GaN膜2上にマスク層3をデポジションによって形成する。このマスク層3は、例えば、SiNまたはSiOで作製される。 In the first embodiment, first, as shown in FIG. 1, a sapphire substrate 1 is prepared and the substrate 1 is cleaned. Next, as shown in FIG. 2, an n-GaN film 2 is formed on the substrate 1. Next, as shown in FIG. 3, a mask layer 3 is formed on the n-GaN film 2 by deposition. The mask layer 3 is made of, for example, SiN or SiO 2 .

次に、上記マスク層3上にレジスト層5を塗布し、露光および現像(デベロップ)を行い、さらに、ドライエッチングを行って、図4に示すように、上記レジスト層5およびマスク層3に穴5A,3Aを形成する。この穴5A,3Aによって、n‐GaN膜2の一部2Aが露出している。上記マスク層3が成長マスクをなし、上記マスク層3に形成された穴3Aが成長穴をなす。   Next, a resist layer 5 is applied on the mask layer 3, exposed and developed (developed), and further dry-etched to form holes in the resist layer 5 and the mask layer 3 as shown in FIG. 5A and 3A are formed. A part 2A of the n-GaN film 2 is exposed through the holes 5A and 3A. The mask layer 3 serves as a growth mask, and the hole 3A formed in the mask layer 3 forms a growth hole.

次に、触媒金属形成工程で、図5に示すように、上記レジスト層5上および上記穴3Aに露出したn‐GaN膜2の一部2A上に触媒金属6を蒸着(デポジション)させる。この触媒金属6としては、例えば、Ni、Feなどを採用できる。   Next, in the catalyst metal formation step, as shown in FIG. 5, a catalyst metal 6 is deposited (deposited) on the resist layer 5 and on a part 2A of the n-GaN film 2 exposed in the hole 3A. As this catalytic metal 6, for example, Ni, Fe or the like can be adopted.

次に、リフトオフにより、レジスト層5およびレジスト層5上の触媒金属6を除去し、図6に示すように、上記n‐GaN膜2の一部2A上の触媒金属6を残し、次に、洗浄を行う。   Next, the resist layer 5 and the catalyst metal 6 on the resist layer 5 are removed by lift-off, leaving the catalyst metal 6 on the part 2A of the n-GaN film 2 as shown in FIG. Wash.

次に、半導体コア形成工程で、図7に示すように、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属気相成長)装置を用いて、n型GaNを結晶成長させて触媒金属6の存在下で棒状の半導体コア7を形成する。この棒状の半導体コア7は、例えば、長さ25μmに成長させる。成長温度を800℃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(NH)を使用し、n型不純物供給用にシラン(SiH)を、さらにキャリアガスとして水素(H)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。ここで、n型GaNは、六方晶系の結晶成長となり、基板1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、六角柱形状の半導体コアが得られる。なお、上記レジスト層5の穴5A,マスク層3の穴3Aを複数個形成し、この複数個の穴5A,3Aに露出した複数箇所のn‐GaN膜2の一部2Aに触媒金属6を形成して、複数本の棒状の半導体コア7を形成してもよい。 Next, in the semiconductor core formation step, as shown in FIG. 7, using an MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) apparatus, n-type GaN is crystal-grown in the presence of the catalytic metal 6. A rod-shaped semiconductor core 7 is formed. The rod-shaped semiconductor core 7 is grown to a length of 25 μm, for example. The growth temperature is set to about 800 ° C., trimethylgallium (TMG) and ammonia (NH 3 ) are used as growth gases, silane (SiH 4 ) is used for supplying n-type impurities, and hydrogen (H 2 ) is used as a carrier gas. By supplying this, an n-type GaN semiconductor core having Si as an impurity can be grown. Here, the n-type GaN has a hexagonal crystal growth, and a hexagonal columnar semiconductor core is obtained by growing the n-type GaN with the direction perpendicular to the surface of the substrate 1 being the c-axis direction. A plurality of holes 5A in the resist layer 5 and a plurality of holes 3A in the mask layer 3 are formed, and catalyst metal 6 is applied to a part 2A of the n-GaN films 2 at a plurality of positions exposed in the plurality of holes 5A and 3A. A plurality of rod-shaped semiconductor cores 7 may be formed.

次に、図8に示すように、MOCVDにより、上記n型GaN半導体コア7およびマスク層3を覆うように、p型InGaNからなる量子井戸層8を成膜する。この量子井戸層8は、発光波長に応じて設定温度を750℃にし、キャリアガスに窒素(N)、成長ガスにTMGおよびNH、トリメチルインジウム(TMI)を供給することで、n型GaNの半導体コア7上およびマスク層3上にp型InGaN量子井戸層8を形成することができる。なお、この量子井戸層は、InGaN層とp型GaN層の間に電子ブロック層としてp型AlGaN層を入れてもよい。また、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。 Next, as shown in FIG. 8, a quantum well layer 8 made of p-type InGaN is formed by MOCVD so as to cover the n-type GaN semiconductor core 7 and the mask layer 3. The quantum well layer 8 has a set temperature of 750 ° C. according to the emission wavelength, and supplies nitrogen (N 2 ) as a carrier gas, TMG, NH 3 , and trimethylindium (TMI) as a growth gas, whereby n-type GaN A p-type InGaN quantum well layer 8 can be formed on the semiconductor core 7 and the mask layer 3. In this quantum well layer, a p-type AlGaN layer may be inserted as an electron blocking layer between the InGaN layer and the p-type GaN layer. Alternatively, a multiple quantum well structure in which GaN barrier layers and InGaN quantum well layers are alternately stacked may be employed.

次に、半導体層形成工程で、図8に示すように、MOCVDにより、上記量子井戸層8の全面にp-GaN半導体層10を形成する。このp-GaN半導体層10は、設定温度を900℃にし、成長ガスとしてTMGおよびNHを使用し、p型不純物供給用にCpMgを用いることによってp型GaNからなる半導体層10を形成できる。 Next, in the semiconductor layer forming step, as shown in FIG. 8, a p-GaN semiconductor layer 10 is formed on the entire surface of the quantum well layer 8 by MOCVD. The p-GaN semiconductor layer 10 is formed at a preset temperature of 900 ° C., using TMG and NH 3 as growth gases, and using Cp 2 Mg for supplying p-type impurities, thereby forming the semiconductor layer 10 made of p-type GaN. it can.

上記MOCVDによる量子井戸層8およびp-GaN半導体層10の成長において、触媒金属6を付けた状態で成膜するので、上記n型GaN半導体コア7の側面7Bを覆う部分の成長速度に比べて、上記触媒金属6と上記n型GaN半導体コア7の先端面7Aとの間の部分の成長速度が速く、例えば10〜100倍になる。具体的一例として、触媒金属6が付着した箇所のGaNの成長速度が50〜100μm/時であるのに対して、触媒金属が付着していない箇所のGaNの成長速度は1〜2μm/時になる。よって、量子井戸層8,p-GaN半導体層10は、その先端部8A,10Aの膜厚が、側面部8B,10Bの膜厚に比べて厚くなる。   In the growth of the quantum well layer 8 and the p-GaN semiconductor layer 10 by the MOCVD, since the film is formed with the catalyst metal 6 attached, compared with the growth rate of the portion covering the side surface 7B of the n-type GaN semiconductor core 7. The growth rate of the portion between the catalyst metal 6 and the tip surface 7A of the n-type GaN semiconductor core 7 is fast, for example, 10 to 100 times. As a specific example, the growth rate of GaN at the location where the catalyst metal 6 is adhered is 50 to 100 μm / hour, whereas the growth rate of GaN at the location where the catalyst metal is not adhered is 1 to 2 μm / hour. . Therefore, the quantum well layer 8 and the p-GaN semiconductor layer 10 have the tip portions 8A and 10A that are thicker than the side portions 8B and 10B.

次に、図9に示すように、触媒金属除去工程において、n型GaN半導体コア7上の触媒金属6をエッチングにより除去し、洗浄を行い、アニールによりp-GaN半導体層10を活性にする。ここで、上記半導体コア7の先端面7Aを覆う量子井戸層8,p-GaN半導体層10の先端部8A,10Aの肉厚が半導体コア7の側面7Bを覆う量子井戸層8,p-GaN半導体層10の側面部8B,10Bの肉厚よりも厚いので、金属除去面のダメージや欠陥がPN接合に悪影響を及ぼし難くなる。また、エッチングの際に上記半導体コア7が上記半導体層10から露出することを防止できる。   Next, as shown in FIG. 9, in the catalytic metal removal step, the catalytic metal 6 on the n-type GaN semiconductor core 7 is removed by etching, cleaning is performed, and the p-GaN semiconductor layer 10 is activated by annealing. Here, the quantum well layer 8 covering the front end surface 7A of the semiconductor core 7 and the thickness of the front end portions 8A and 10A of the p-GaN semiconductor layer 10 have a thickness of the quantum well layer 8 and p-GaN covering the side surface 7B of the semiconductor core 7. Since it is thicker than the thickness of the side portions 8B and 10B of the semiconductor layer 10, damage and defects on the metal removal surface are less likely to adversely affect the PN junction. In addition, the semiconductor core 7 can be prevented from being exposed from the semiconductor layer 10 during etching.

次に、図10に示すように、上記p-GaN半導体層10の全面に導電膜11を形成する。この導電膜11の材質は、ポリシリコン,ITO(錫添加酸化インジウム)等を採用できる。この導電膜11の膜厚は例えば200nmとする。そして、上記導電膜11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10と導電膜11とのコンタクト抵抗を下げることができる。なお、導電膜11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、ITOによる導電膜上にAg/NiまたはAu/Niの積層金属膜を積層してもよい。   Next, as shown in FIG. 10, a conductive film 11 is formed on the entire surface of the p-GaN semiconductor layer 10. Polysilicon, ITO (tin-added indium oxide) or the like can be used as the material of the conductive film 11. The film thickness of the conductive film 11 is, for example, 200 nm. Then, after the conductive film 11 is formed, the contact resistance between the semiconductor layer 10 made of p-type GaN and the conductive film 11 can be lowered by performing heat treatment at 500 to 600 ° C. The conductive film 11 is not limited to this. For example, a 5 nm thick Ag / Ni or Au / Ni translucent metal film may be used. Vapor deposition or sputtering can be used to form this laminated metal film. Further, in order to further reduce the resistance of the conductive layer, a laminated metal film of Ag / Ni or Au / Ni may be laminated on the conductive film made of ITO.

次に、図11に示すように、ドライエッチングのRIE(反応性イオンエッチング)により、上記半導体コア7上および上記マスク層3上で横方向に延在する部分の導電膜11を除去する。また、上記RIEにより、上記半導体コア7の先端面7A上を覆うp型GaN半導体層10の先端部10Aを或る厚さ分だけ除去する。また、上記RIEにより、上記マスク層3上で導電膜11を越えて横方向に延在する領域のp型GaN半導体層10を除去する。また、上記RIEにより、上記マスク層3上で導電膜11を越えて横方向に延在する領域の量子井戸層8を除去する。   Next, as shown in FIG. 11, the portion of the conductive film 11 extending in the lateral direction on the semiconductor core 7 and the mask layer 3 is removed by dry etching RIE (reactive ion etching). Further, the tip portion 10A of the p-type GaN semiconductor layer 10 covering the tip surface 7A of the semiconductor core 7 is removed by a certain thickness by the RIE. Also, the p-type GaN semiconductor layer 10 in the region extending laterally beyond the conductive film 11 on the mask layer 3 is removed by the RIE. Further, the quantum well layer 8 in the region extending laterally beyond the conductive film 11 on the mask layer 3 is removed by the RIE.

前述の如く、上記RIEの前には、量子井戸層8の先端部8Aの膜厚は、側面部8Bの膜厚に比べて十分に厚く、p-GaN半導体層10の先端部10Aの膜厚が側面部10Bの膜厚に比べて十分に厚いので、上記RIEの後に、先端部で半導体コア7が露出することはない。したがって、上記RIEにより、上記半導体コア7の先端面を覆う量子井戸層8,p-GaN半導体層10と、上記半導体コア7の側面を覆う量子井戸層8,p-GaN半導体層10,導電膜11とが残る。   As described above, before the RIE, the film thickness of the tip 8A of the quantum well layer 8 is sufficiently thicker than the film thickness of the side surface 8B, and the film thickness of the tip 10A of the p-GaN semiconductor layer 10 is. Is sufficiently thicker than the thickness of the side surface portion 10B, the semiconductor core 7 is not exposed at the tip after the RIE. Therefore, the quantum well layer 8 and the p-GaN semiconductor layer 10 covering the front end surface of the semiconductor core 7 and the quantum well layer 8, the p-GaN semiconductor layer 10 and the conductive film covering the side surfaces of the semiconductor core 7 by the RIE. 11 remains.

次に、図12に示すように、エッチングにより、マスク層3を除去する。このマスク層3が酸化シリコン(SiO)あるいは窒化シリコン(Si)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7および半導体コア7を覆う半導体層10,導電膜11の部分に影響を与えずにマスク層3をエッチングできる。また、CFやXeFを用いたドライエッチングにより、容易に半導体コア7および半導体コア7を覆う半導体層10,導電膜11の部分に影響を与えずにマスク層3をエッチングすることができる。これにより、半導体コア7は、基板1側の部分7Cが露出される。 Next, as shown in FIG. 12, the mask layer 3 is removed by etching. When the mask layer 3 is made of silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (Si 3 N 4 ), the semiconductor core 7 and the semiconductor core 7 can be easily obtained by using a solution containing hydrofluoric acid (HF). The mask layer 3 can be etched without affecting the portions of the semiconductor layer 10 and the conductive film 11 covering the film. Further, by dry etching using CF 4 or XeF 2 , the mask layer 3 can be easily etched without affecting the semiconductor core 7, the semiconductor layer 10 covering the semiconductor core 7, and the conductive film 11. As a result, the semiconductor core 7 is exposed at the portion 7C on the substrate 1 side.

次に、図13に示すように、RIE(反応性イオンエッチング)により、下地n‐GaN膜2をエッチングして、基板1表面を露出させる。これにより、半導体コア7に連なるn‐GaN段部2Aが形成される。ここで、先端面7A上のp-GaN半導体層10と量子井戸層8の厚さが下地n‐GaN膜2の厚さに比べて十分に厚くなるようにしているので、上記RIEにより、上記半導体コア7の先端面7Aが露出しないようにできる。   Next, as shown in FIG. 13, the underlying n-GaN film 2 is etched by RIE (reactive ion etching) to expose the surface of the substrate 1. As a result, the n-GaN step portion 2A connected to the semiconductor core 7 is formed. Here, since the thickness of the p-GaN semiconductor layer 10 and the quantum well layer 8 on the front end face 7A is sufficiently thicker than the thickness of the underlying n-GaN film 2, the above RIE The front end surface 7A of the semiconductor core 7 can be prevented from being exposed.

これにより、上記n型GaN半導体コア7とp型InGaN量子井戸層8とp-GaN半導体層10および導電膜11,n‐GaN段部2Aで構成される棒状構造の発光素子が基板1上に形成される。   As a result, a light emitting element having a rod-like structure composed of the n-type GaN semiconductor core 7, the p-type InGaN quantum well layer 8, the p-GaN semiconductor layer 10, the conductive film 11, and the n-GaN step portion 2A is formed on the substrate 1. It is formed.

この実施形態の半導体素子の製造方法によれば、上記n型の半導体コア7の先端面7Aだけでなく側面7Bにもp型の半導体層10を形成するので、pn接合の面積を大きくでき、発光面積を大きくすることができ発光効率を向上できる。また、上記触媒金属6を用いて上記n型の半導体コア7を形成するので、上記n型の半導体コア7の成長速度を速くできる。このため、上記半導体コア7を従来に比べ短時間で長くでき、上記n型の半導体コア7の長さと比例関係になる発光面積を一層大きくすることができる。また、上記n型の半導体コアの先端面7Aおよび側面がp型の半導体層10で覆われるので、p型の半導体層10のための電極が上記n型の半導体コア7に短絡することを防止できる。   According to the method for manufacturing a semiconductor element of this embodiment, since the p-type semiconductor layer 10 is formed not only on the front end surface 7A of the n-type semiconductor core 7 but also on the side surface 7B, the area of the pn junction can be increased. The light emission area can be increased and the light emission efficiency can be improved. Further, since the n-type semiconductor core 7 is formed using the catalyst metal 6, the growth rate of the n-type semiconductor core 7 can be increased. For this reason, the semiconductor core 7 can be lengthened in a short time compared to the conventional case, and the light emitting area that is proportional to the length of the n-type semiconductor core 7 can be further increased. Further, since the tip surface 7A and the side surface of the n-type semiconductor core are covered with the p-type semiconductor layer 10, the electrode for the p-type semiconductor layer 10 is prevented from being short-circuited to the n-type semiconductor core 7. it can.

また、この実施形態の半導体素子の製造方法によれば、上記触媒金属6を残した状態でp型InGaN量子井戸層8,p型の半導体層10を形成するので、上記n型の半導体コア7の形成と上記p型の量子井戸層8,p型の半導体層10の形成とを同一製造装置内で連続して行うことができる。よって、工程削減、製造時間の短縮ができる。また、上記n型の半導体コア7を形成後、この半導体コア7を製造装置外に出す必要が無いので、上記n型の半導体コア7の表面にコンタミが付着しないようにでき、素子特性を改善できる。また、上記n型の半導体コア7の形成とp型の量子井戸層8,p型の半導体層10の形成とを連続して行うことができるので、大きな温度変化や成長の停止などを回避して結晶性を改善でき、素子特性を改善できる。また、上記n型の半導体コア7を形成した直後に上記触媒金属6を除去するエッチングを行わないことで、上記n型の半導体コア7の表面(すなわち、上記p型の半導体層10との界面)へのダメージを無くすることができ、素子特性を改善できる。   Further, according to the method of manufacturing a semiconductor device of this embodiment, the p-type InGaN quantum well layer 8 and the p-type semiconductor layer 10 are formed with the catalyst metal 6 left, so that the n-type semiconductor core 7 is formed. And the p-type quantum well layer 8 and the p-type semiconductor layer 10 can be continuously formed in the same manufacturing apparatus. Therefore, process reduction and manufacturing time can be shortened. In addition, after the n-type semiconductor core 7 is formed, it is not necessary to take the semiconductor core 7 out of the manufacturing apparatus. Therefore, contamination can be prevented from adhering to the surface of the n-type semiconductor core 7 and the element characteristics can be improved. it can. In addition, since the formation of the n-type semiconductor core 7 and the formation of the p-type quantum well layer 8 and the p-type semiconductor layer 10 can be performed continuously, it is possible to avoid a large temperature change or stop of growth. Thus, crystallinity can be improved and device characteristics can be improved. Further, the etching of removing the catalytic metal 6 immediately after the formation of the n-type semiconductor core 7 is not performed, so that the surface of the n-type semiconductor core 7 (that is, the interface with the p-type semiconductor layer 10). ) Can be eliminated, and the device characteristics can be improved.

また、この実施形態では、基板1上に触媒金属6を付けたままでn型の半導体コア7とp型の半導体層10を順に形成するので、上記触媒金属6に接する部分の成長速度が上記触媒金属6に接しない部分の成長速度に比べて格段に(例えば10〜100倍)速くなる。したがって、寸法の縦横比が高い半導体素子を作製できる。この第1実施形態では、一例として、棒状構造発光素子12の直径を1μm、長さを25μmとしている。また、上記触媒金属6下で上記n型の半導体コア7とp型の半導体層10とを連続して積層できるので、PN接合部の欠陥を少なくすることができる。   In this embodiment, since the n-type semiconductor core 7 and the p-type semiconductor layer 10 are formed in this order while the catalyst metal 6 is attached to the substrate 1, the growth rate of the portion in contact with the catalyst metal 6 is the above catalyst. Compared to the growth rate of the portion not in contact with the metal 6, the growth rate is significantly faster (for example, 10 to 100 times). Therefore, a semiconductor element having a high dimension aspect ratio can be manufactured. In the first embodiment, as an example, the rod-shaped structure light emitting element 12 has a diameter of 1 μm and a length of 25 μm. In addition, since the n-type semiconductor core 7 and the p-type semiconductor layer 10 can be continuously stacked under the catalyst metal 6, defects at the PN junction can be reduced.

また、この実施形態の製造方法によれば、マスク層3を除去して、半導体コア7の基板1側の部分7Cを露出させるので、半導体層10のエッチング量を少なくできる。また、上記棒状構造発光素子12は、半導体コア7に連なるn-GaN段部2Aによって、半導体コア7に対して容易にコンタクトを取ることができる。また、上記棒状構造発光素子12は、量子井戸層8により発光効率を向上できる。   Further, according to the manufacturing method of this embodiment, the mask layer 3 is removed to expose the portion 7C on the substrate 1 side of the semiconductor core 7, so that the etching amount of the semiconductor layer 10 can be reduced. Further, the rod-shaped structure light emitting element 12 can be easily contacted to the semiconductor core 7 by the n-GaN step portion 2 </ b> A connected to the semiconductor core 7. Further, the rod-shaped structure light emitting element 12 can improve the light emission efficiency by the quantum well layer 8.

尚、上記実施形態では、上記棒状構造の発光素子12を基板1から切り離さなかったが、この棒状構造の発光素子12を基板1から切り離なす工程を有してもよい。この場合は、切り離し工程において、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)を用いて下地基板1を基板平面に沿って振動させることにより、下地基板1上に立設する半導体コア7を折り曲げるように、量子井戸層8と半導体層10,導電膜11に覆われた半導体コア7に対して応力が働いて、図14に示すように、量子井戸層8と半導体層10,導電膜11に覆われた半導体コア7が基板1から切り離される。この場合は、下地基板1から切り離なされた微細な棒状構造発光素子12を製造できる。したがって、この場合、装置への実装の自由度が高い微細な棒状構造発光素子12を製造することができる。また、上記基板1を再利用できる。また、上記棒状構造発光素子12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となると共に、半導体層10で覆われた半導体コア7の全周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などを実現することができる。また、図13に示すように、RIE(反応性イオンエッチング)により、下地n‐GaN膜2をエッチングして段部2Aを形成したが、この下地n‐GaN膜2のエッチングを省略して段部2Aのない下地n‐GaN膜2から半導体コア7を切り離して、段部2Aを有していない棒状構造発光素子を作製してもよい。   In the above embodiment, the light emitting element 12 having the rod-shaped structure is not separated from the substrate 1. However, a step of separating the light emitting element 12 having the rod-shaped structure from the substrate 1 may be included. In this case, in the separation step, the substrate is immersed in an isopropyl alcohol (IPA) aqueous solution, and the base substrate 1 is vibrated along the plane of the substrate using ultrasonic waves (for example, several tens of kHz) to stand on the base substrate 1. Stress is applied to the semiconductor core 7 covered with the quantum well layer 8, the semiconductor layer 10, and the conductive film 11 so as to bend the semiconductor core 7 to be provided, and as shown in FIG. 14, the quantum well layer 8 and the semiconductor The semiconductor core 7 covered with the layer 10 and the conductive film 11 is separated from the substrate 1. In this case, the fine rod-shaped structure light-emitting element 12 separated from the base substrate 1 can be manufactured. Therefore, in this case, the fine rod-shaped structure light emitting element 12 having a high degree of freedom of mounting on the device can be manufactured. Further, the substrate 1 can be reused. Further, the rod-shaped structure light emitting element 12 can reduce the amount of semiconductor to be used, can reduce the thickness and weight of the device using the light emitting element, and can also reduce the entire circumference of the semiconductor core 7 covered with the semiconductor layer 10. Since the light emitting region is widened by emitting light from the light emitting device, a light emitting device, a backlight, a lighting device, a display device, and the like with high luminous efficiency and power saving can be realized. Further, as shown in FIG. 13, the base n-GaN film 2 is etched by RIE (reactive ion etching) to form the stepped portion 2A. However, the step of etching the base n-GaN film 2 is omitted. The semiconductor core 7 may be separated from the base n-GaN film 2 without the portion 2A to produce a rod-shaped structure light emitting element that does not have the stepped portion 2A.

また、上記実施形態では、基板1上にn‐GaN膜2を成膜したが、基板1上にn‐GaN膜2を成膜する工程をなくして、基板1上に直接にマスク層3を形成してもよい。また、上記実施形態では、触媒金属除去工程において、n型GaN半導体コア7上の触媒金属6をエッチングにより除去したが、この触媒金属除去工程をなくして、触媒金属6を残したままで導電膜11を形成してもよい。また、上記実施形態では、図11に示すように、RIEによって、導電膜11, p型GaN半導体層10, 量子井戸層8をエッチングしたが、このRIEによるエッチング工程をなくし、次のマスク層3を除去する工程において、各層一斉リフトオフによりマスク層3を除去してもよい。   In the above embodiment, the n-GaN film 2 is formed on the substrate 1. However, the mask layer 3 is directly formed on the substrate 1 without the step of forming the n-GaN film 2 on the substrate 1. It may be formed. In the above embodiment, in the catalyst metal removal step, the catalyst metal 6 on the n-type GaN semiconductor core 7 is removed by etching. However, this catalyst metal removal step is eliminated and the conductive film 11 is left with the catalyst metal 6 left. May be formed. In the above embodiment, as shown in FIG. 11, the conductive film 11, the p-type GaN semiconductor layer 10, and the quantum well layer 8 are etched by RIE. However, this etching process by RIE is eliminated, and the next mask layer 3 is removed. In the step of removing the mask layer 3, the mask layer 3 may be removed by simultaneous lift-off of each layer.

(第2の実施の形態)
図15〜図20はこの発明の第2実施形態の半導体素子の製造方法を順に示す工程図である。この第2実施形態では、まず、触媒金属形成工程で、図15に示すように、n‐GaN基板21上に触媒金属22を蒸着(デポジション)させる。この触媒金属22としては、例えば、Ni、Feなどを採用できる。
(Second embodiment)
15 to 20 are process diagrams sequentially showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, first, in the catalyst metal formation step, the catalyst metal 22 is deposited (deposited) on the n-GaN substrate 21 as shown in FIG. As the catalyst metal 22, for example, Ni, Fe, or the like can be adopted.

次に、半導体コア形成工程で、図16に示すように、MOCVD(有機金属気相成長)装置を用いて、n型GaNを結晶成長させて棒状の半導体コア23を形成する。この棒状の半導体コア23は、例えば、長さ25μmに成長させる。成長温度を800℃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(NH)を使用し、n型不純物供給用にシラン(SiH)を、さらにキャリアガスとして水素(H)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。ここで、n‐GaNは、六方晶系の結晶成長となり、基板21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、六角柱形状の半導体コアが得られる。なお、上記触媒金属22は上記基板21上の異なる複数の箇所に形成し、複数本の棒状の半導体コア23を形成してもよい。 Next, in the semiconductor core formation step, as shown in FIG. 16, a rod-shaped semiconductor core 23 is formed by crystal growth of n-type GaN using an MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) apparatus. The rod-shaped semiconductor core 23 is grown to a length of 25 μm, for example. The growth temperature is set to about 800 ° C., trimethylgallium (TMG) and ammonia (NH 3 ) are used as growth gases, silane (SiH 4 ) is used for supplying n-type impurities, and hydrogen (H 2 ) is used as a carrier gas. By supplying this, an n-type GaN semiconductor core having Si as an impurity can be grown. Here, n-GaN has a hexagonal crystal growth, and a hexagonal columnar semiconductor core can be obtained by growing the substrate perpendicular to the surface of the substrate 21 in the c-axis direction. The catalytic metal 22 may be formed at a plurality of different locations on the substrate 21 to form a plurality of rod-shaped semiconductor cores 23.

次に、半導体層形成工程で、図17に示すように、MOCVDにより、上記n‐GaN半導体コア23,n-GaN基板21の全面にp-GaN半導体層25を形成する。このp-GaN半導体層25は、設定温度を900℃にし、成長ガスとしてTMGおよびNHを使用し、p型不純物供給用にCpMgを用いることによってp型GaNからなる半導体層25を形成できる。 Next, in the semiconductor layer forming step, as shown in FIG. 17, a p-GaN semiconductor layer 25 is formed on the entire surface of the n-GaN semiconductor core 23 and the n-GaN substrate 21 by MOCVD. The p-GaN semiconductor layer 25 is formed at a set temperature of 900 ° C., uses TMG and NH 3 as growth gases, and uses Cp 2 Mg for supplying p-type impurities to form a semiconductor layer 25 made of p-type GaN. it can.

上記MOCVDによるp-GaN半導体層25の成長において、触媒金属22を付けた状態で成膜するので、上記n型GaN半導体コア23の側面23Bを覆う部分の成長速度に比べて、上記触媒金属22と上記n型GaN半導体コア23の先端面23Aとの間の部分の成長速度が速く、例えば10〜100倍になる。よって、p-GaN半導体層25は、その先端部25Aの膜厚が、側面部25Bの膜厚に比べて厚くなる。   In the growth of the p-GaN semiconductor layer 25 by the MOCVD, since the film is formed with the catalyst metal 22 attached, the catalyst metal 22 is compared with the growth rate of the portion covering the side surface 23B of the n-type GaN semiconductor core 23. And the growth rate of the portion between the tip surface 23A of the n-type GaN semiconductor core 23 is fast, for example, 10 to 100 times. Therefore, in the p-GaN semiconductor layer 25, the film thickness of the tip portion 25A is larger than the film thickness of the side surface portion 25B.

次に、図18に示すように、p-GaN半導体層25上の触媒金属22をエッチングにより除去し、洗浄を行い、アニールによりp-GaN半導体層25を活性にする。ここで、上記半導体コア23の先端面23Aを覆うp-GaN半導体層25の先端部25Aの肉厚が半導体コア23の側面23Bを覆うp-GaN半導体層25の側面部25Bの肉厚よりも厚いので、金属除去面のダメージや欠陥がPN接合に悪影響を及ぼし難くなる。また、エッチングの際に上記半導体コア23が上記半導体層25から露出することを防止できる。   Next, as shown in FIG. 18, the catalytic metal 22 on the p-GaN semiconductor layer 25 is removed by etching, cleaning is performed, and the p-GaN semiconductor layer 25 is activated by annealing. Here, the thickness of the tip portion 25A of the p-GaN semiconductor layer 25 covering the tip surface 23A of the semiconductor core 23 is larger than the thickness of the side surface portion 25B of the p-GaN semiconductor layer 25 covering the side surface 23B of the semiconductor core 23. Since it is thick, damage and defects on the metal removal surface are less likely to adversely affect the PN junction. Further, it is possible to prevent the semiconductor core 23 from being exposed from the semiconductor layer 25 during etching.

次に、図19に示すように、ドライエッチングのRIE(反応性イオンエッチング)により、上記半導体コア23上のp-GaN半導体層25の先端部25Aを或る厚さ分だけ除去する。また、上記RIEにより、n-GaN基板21上で横方向に延在する領域のp型GaN半導体層25を除去する。また、上記RIEにより、上記n-GaN基板21を或る深さ寸法だけ除去する。これにより、図19に示すように、上記p型GaN半導体層25は、上記半導体コア23の先端面23Aおよび半導体コア23の側面23Bを覆う被覆部25Cが残る。また、図19に示すように、上記半導体コア23と被覆部25C下に連なる段部21Aがn-GaN基板21に形成される。   Next, as shown in FIG. 19, the tip portion 25A of the p-GaN semiconductor layer 25 on the semiconductor core 23 is removed by a certain thickness by dry etching RIE (reactive ion etching). Further, the p-type GaN semiconductor layer 25 in the region extending in the lateral direction on the n-GaN substrate 21 is removed by the RIE. Further, the n-GaN substrate 21 is removed by a certain depth by the RIE. As a result, as shown in FIG. 19, the p-type GaN semiconductor layer 25 has a covering portion 25 </ b> C that covers the tip surface 23 </ b> A of the semiconductor core 23 and the side surface 23 </ b> B of the semiconductor core 23. Further, as shown in FIG. 19, a stepped portion 21 </ b> A connected to the semiconductor core 23 and the covering portion 25 </ b> C is formed on the n-GaN substrate 21.

これにより、上記n型GaN半導体コア23とp-GaN半導体層25およびn-GaN段部21Aで構成される棒状構造の発光素子がn-GaN基板21上に形成される。   As a result, a light emitting element having a rod-like structure composed of the n-type GaN semiconductor core 23, the p-GaN semiconductor layer 25, and the n-GaN step portion 21A is formed on the n-GaN substrate 21.

この実施形態の半導体素子の製造方法によれば、上記n型の半導体コア23の先端面23Aだけでなく側面23Bにもp型の半導体層25を形成するので、pn接合の面積を大きくでき、発光面積を大きくすることができ発光効率を向上できる。また、上記触媒金属22を用いて上記n型の半導体コア23を形成するので、上記n型の半導体コア23の成長速度を速くできる。このため、上記半導体コア23を従来に比べて短時間で長くでき、上記n型の半導体コア23の長さと比例関係になる発光面積を一層大きくすることができる。また、上記n型の半導体コア23の先端面23Aおよび側面23Bがp型の半導体層25で覆われるので、p型の半導体層25のための電極が上記n型の半導体コア23に短絡することを防止できる。   According to the semiconductor element manufacturing method of this embodiment, the p-type semiconductor layer 25 is formed not only on the tip surface 23A of the n-type semiconductor core 23 but also on the side surface 23B, so that the area of the pn junction can be increased, The light emission area can be increased and the light emission efficiency can be improved. Further, since the n-type semiconductor core 23 is formed using the catalyst metal 22, the growth rate of the n-type semiconductor core 23 can be increased. For this reason, the semiconductor core 23 can be lengthened in a short time compared to the conventional case, and the light emitting area that is proportional to the length of the n-type semiconductor core 23 can be further increased. In addition, since the tip surface 23A and the side surface 23B of the n-type semiconductor core 23 are covered with the p-type semiconductor layer 25, the electrode for the p-type semiconductor layer 25 is short-circuited to the n-type semiconductor core 23. Can be prevented.

また、この実施形態の半導体素子の製造方法によれば、上記触媒金属22を残した状態でp型の半導体層25を形成するので、上記n型の半導体コア23の形成とp型の半導体層25の形成とを同一製造装置内で連続して行うことができる。よって、工程削減、製造時間の短縮ができる。また、上記n型の半導体コア23を形成後、この半導体コア23を製造装置外に出す必要が無いので、上記n型の半導体コア23の表面にコンタミが付着しないようにでき、素子特性を改善できる。また、上記n型の半導体コア23の形成とp型の半導体層25の形成とを連続して行うことができるので、大きな温度変化や成長の停止などを回避して結晶性を改善でき、素子特性を改善できる。また、上記n型の半導体コア23を形成した直後に上記触媒金属22を除去するエッチングを行わないことで、上記n型の半導体コア23の表面(すなわち、上記p型の半導体層25との界面)へのダメージを無くすることができ、素子特性を改善できる。   Also, according to the method for manufacturing a semiconductor element of this embodiment, the p-type semiconductor layer 25 is formed with the catalyst metal 22 left, so that the formation of the n-type semiconductor core 23 and the p-type semiconductor layer are formed. 25 can be continuously performed in the same manufacturing apparatus. Therefore, process reduction and manufacturing time can be shortened. In addition, after forming the n-type semiconductor core 23, it is not necessary to take the semiconductor core 23 out of the manufacturing apparatus. Therefore, contamination can be prevented from adhering to the surface of the n-type semiconductor core 23, thereby improving the element characteristics. it can. In addition, since the formation of the n-type semiconductor core 23 and the formation of the p-type semiconductor layer 25 can be performed continuously, the crystallinity can be improved by avoiding a large temperature change or growth stop, and the like. The characteristics can be improved. Further, the etching of removing the catalytic metal 22 is not performed immediately after the n-type semiconductor core 23 is formed, so that the surface of the n-type semiconductor core 23 (that is, the interface with the p-type semiconductor layer 25). ) Can be eliminated, and the device characteristics can be improved.

また、この実施形態の製造方法によれば、基板21上に触媒金属22を付けたままでn型の半導体コア23とp型の半導体層25を順に形成するので、上記触媒金属22に接する部分の成長速度が上記触媒金属22に接しない部分の成長速度に比べて格段に(例えば10〜100倍)速くなる。したがって、寸法の縦横比が高い半導体素子を作製できる。この第2実施形態では、一例として棒状構造発光素子26の直径を1μm、長さを25μmとしている。また、上記触媒金属22下で上記n型の半導体コア23とp型の半導体層25とを連続して積層できるので、PN接合部の欠陥を少なくすることができる。また、この実施形態で作製した棒状構造発光素子26によれば、半導体コア23と被覆部25C下に連なっているn-GaNの段部21Aによって、半導体コア23に対して容易にコンタクトを取ることができる。   Further, according to the manufacturing method of this embodiment, the n-type semiconductor core 23 and the p-type semiconductor layer 25 are formed in this order while the catalyst metal 22 is attached to the substrate 21, so that the portion in contact with the catalyst metal 22 is formed. The growth rate is remarkably faster (for example, 10 to 100 times) than the growth rate of the portion not in contact with the catalyst metal 22. Therefore, a semiconductor element having a high dimension aspect ratio can be manufactured. In the second embodiment, as an example, the rod-shaped structure light emitting element 26 has a diameter of 1 μm and a length of 25 μm. In addition, since the n-type semiconductor core 23 and the p-type semiconductor layer 25 can be successively stacked under the catalyst metal 22, defects in the PN junction can be reduced. In addition, according to the rod-shaped structure light emitting device 26 manufactured in this embodiment, the semiconductor core 23 and the semiconductor core 23 can be easily contacted by the n-GaN step portion 21A connected under the covering portion 25C. Can do.

尚、上記実施形態では、上記棒状構造の発光素子を基板1から切り離さなかったが、この棒状構造の発光素子を基板21から切り離なす工程を有してもよい。この場合は、切り離し工程において、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)を用いて下地基板21を基板平面に沿って振動させることにより、下地n-GaN基板21上に立設する半導体コア23を折り曲げるように、p型GaN半導体層25に覆われた半導体コア23に対して応力が働いて、図20に示すように、半導体層25に覆われた半導体コア23および半導体コア23に連なる段部21Aが基板21から切り離される。こうして、下地基板21から切り離なされた微細な棒状構造発光素子26を製造できる。したがって、この場合は、装置への実装の自由度が高い微細な棒状構造発光素子26を製造することができる。また、上記基板21を再利用できる。また、上記棒状構造発光素子26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となると共に、半導体層25で覆われた半導体コア23の全周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などを実現することができる。   In the embodiment, the light emitting element having the rod-shaped structure is not separated from the substrate 1. However, a step of separating the light emitting element having the rod-shaped structure from the substrate 21 may be included. In this case, in the separation step, the substrate is immersed in an isopropyl alcohol (IPA) aqueous solution, and the underlying substrate 21 is vibrated along the substrate plane using ultrasonic waves (for example, several tens of kHz), whereby the underlying n-GaN substrate 21. Stress is applied to the semiconductor core 23 covered with the p-type GaN semiconductor layer 25 so as to bend the semiconductor core 23 standing upright, and the semiconductor core covered with the semiconductor layer 25 as shown in FIG. 23 and the stepped portion 21A connected to the semiconductor core 23 are separated from the substrate 21. In this way, the fine rod-shaped structure light emitting element 26 separated from the base substrate 21 can be manufactured. Therefore, in this case, the fine rod-shaped structure light emitting element 26 having a high degree of freedom in mounting on the device can be manufactured. Further, the substrate 21 can be reused. Further, the rod-shaped structure light emitting element 26 can reduce the amount of semiconductor used, can reduce the thickness and weight of the device using the light emitting element, and can also reduce the entire circumference of the semiconductor core 23 covered with the semiconductor layer 25. Since the light emitting region is widened by emitting light from the light emitting device, a light emitting device, a backlight, a lighting device, a display device, and the like with high luminous efficiency and power saving can be realized.

なお、上記第2実施形態において、上記棒状の半導体コア23を被覆すると共に上記p-GaN半導体層25で被覆される量子井戸層または多重量子井戸層を形成してもよい。この場合、発光効率の向上を図れる。   In the second embodiment, a quantum well layer or a multiple quantum well layer that covers the rod-shaped semiconductor core 23 and is covered with the p-GaN semiconductor layer 25 may be formed. In this case, the luminous efficiency can be improved.

(第3の実施の形態)
図21〜図25はこの発明の第3実施形態の半導体素子の製造方法を順に示す工程図である。この第3実施形態では、まず、触媒金属形成工程で、図21に示すように、n型GaNからなる基板31上に、成長穴32Aを有するマスク層32を形成する。このマスク層32には、酸化シリコン(SiO)あるいは窒化シリコン(Si)など半導体コアおよび半導体層に対して選択的にエッチング可能な材料を用いることができる。上記成長穴32A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。この際、成長する半導体コアの径は上記マスク32の成長穴32Aのサイズに依存する。
(Third embodiment)
21 to 25 are process diagrams sequentially showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. In the third embodiment, first, in a catalytic metal forming step, as shown in FIG. 21, a mask layer 32 having a growth hole 32A is formed on a substrate 31 made of n-type GaN. The mask layer 32 may be made of a material that can be selectively etched with respect to the semiconductor core and the semiconductor layer, such as silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (Si 3 N 4 ). The growth hole 32A can be formed by a known lithography method and dry etching method used in a normal semiconductor process. At this time, the diameter of the growing semiconductor core depends on the size of the growth hole 32 </ b> A of the mask 32.

次に、上記マスク32の成長穴32Aに露出した基板31の一部31Aに触媒金属33を形成する。この触媒金属33としては、例えば、Ni、Feなどを採用できる。   Next, a catalytic metal 33 is formed on a part 31 </ b> A of the substrate 31 exposed in the growth hole 32 </ b> A of the mask 32. As the catalyst metal 33, for example, Ni, Fe or the like can be adopted.

次に、半導体コア形成工程で、図22に示すように、MOCVD(有機金属気相成長)装置を用いて、n型GaNを結晶成長させて触媒金属33の存在下で棒状の半導体コア35を形成する。この棒状の半導体コア35は、例えば、長さ25μmに成長させる。成長温度を800℃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(NH)を使用し、n型不純物供給用にシラン(SiH)を、さらにキャリアガスとして水素(H)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35を成長させることができる。ここで、n型GaNは、六方晶系の結晶成長となり、基板31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、六角柱形状の半導体コア35が得られる。なお、上記マスク層32の成長穴32Aを複数個形成し、この複数個の成長穴32Aに露出した複数箇所のn‐GaN基板31の一部31Aに触媒金属33を形成して、複数本の棒状の半導体コア35を形成してもよい。 Next, in the semiconductor core formation step, as shown in FIG. 22, a rod-shaped semiconductor core 35 is formed in the presence of the catalytic metal 33 by crystal growth of n-type GaN using an MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) apparatus. Form. The rod-shaped semiconductor core 35 is grown to a length of 25 μm, for example. The growth temperature is set to about 800 ° C., trimethylgallium (TMG) and ammonia (NH 3 ) are used as growth gases, silane (SiH 4 ) is used for supplying n-type impurities, and hydrogen (H 2 ) is used as a carrier gas. The n-type GaN semiconductor core 35 with Si as an impurity can be grown. Here, the n-type GaN has a hexagonal crystal growth, and a hexagonal columnar semiconductor core 35 is obtained by growing the n-type GaN with the direction perpendicular to the surface of the substrate 31 as the c-axis direction. A plurality of growth holes 32A are formed in the mask layer 32, and a plurality of catalytic metals 33 are formed on a portion 31A of the n-GaN substrate 31 at a plurality of locations exposed in the plurality of growth holes 32A. A rod-shaped semiconductor core 35 may be formed.

次に、半導体層形成工程で、図23に示すように、MOCVDにより、上記n‐GaN半導体コア35,マスク32を覆うp-GaN半導体層36を形成する。このp-GaN半導体層36は、設定温度を900℃にし、成長ガスとしてTMGおよびNHを使用し、p型不純物供給用にCpMgを用いることによってp型GaNからなる半導体層36を形成できる。 Next, in the semiconductor layer forming step, as shown in FIG. 23, a p-GaN semiconductor layer 36 that covers the n-GaN semiconductor core 35 and the mask 32 is formed by MOCVD. The p-GaN semiconductor layer 36 is formed at a set temperature of 900 ° C., using TMG and NH 3 as growth gases, and using Cp 2 Mg for supplying p-type impurities, thereby forming a semiconductor layer 36 made of p-type GaN. it can.

上記MOCVDによるp-GaN半導体層36の成長において、触媒金属33を付けた状態で成膜するので、上記n型GaN半導体コア35の側面35Bを覆う部分の成長速度に比べて、上記触媒金属33と上記n型GaN半導体コア35の先端面35Aとの間の部分の成長速度が速く(例えば10〜100倍)なる。よって、p-GaN半導体層36は、その先端部36Aの膜厚が、側面部36Bの膜厚に比べて厚くなる。   In the growth of the p-GaN semiconductor layer 36 by the MOCVD, since the film is formed with the catalyst metal 33 attached, the catalyst metal 33 is compared with the growth rate of the portion covering the side surface 35B of the n-type GaN semiconductor core 35. And the growth rate of the portion between the n-type GaN semiconductor core 35 and the tip surface 35A of the n-type GaN semiconductor core 35 is increased (for example, 10 to 100 times). Therefore, in the p-GaN semiconductor layer 36, the thickness of the tip portion 36A is thicker than the thickness of the side surface portion 36B.

次に、図24に示すように、p-GaN半導体層36上の触媒金属33をエッチングにより除去し、洗浄を行い、アニールによりp-GaN半導体層36を活性にする。ここで、上記半導体コア35の先端面35Aを覆うp-GaN半導体層36の先端部36Aの肉厚が半導体コア35の側面35Bを覆うp-GaN半導体層36の側面部36Bの肉厚よりも厚いので、金属除去面のダメージや欠陥がPN接合に悪影響を及ぼし難くなる。また、エッチングの際に上記半導体コア35が上記半導体層36から露出することを防止できる。   Next, as shown in FIG. 24, the catalytic metal 33 on the p-GaN semiconductor layer 36 is removed by etching, cleaning is performed, and the p-GaN semiconductor layer 36 is activated by annealing. Here, the thickness of the tip portion 36A of the p-GaN semiconductor layer 36 covering the tip surface 35A of the semiconductor core 35 is larger than the thickness of the side surface portion 36B of the p-GaN semiconductor layer 36 covering the side surface 35B of the semiconductor core 35. Since it is thick, damage and defects on the metal removal surface are less likely to adversely affect the PN junction. Further, it is possible to prevent the semiconductor core 35 from being exposed from the semiconductor layer 36 during etching.

次に、図24に示すように、エッチングにより、マスク層32を除去する。このマスク層32が酸化シリコン(SiO)あるいは窒化シリコン(Si)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35および半導体コア35を覆う半導体層36の部分に影響を与えずにマスク層32をエッチングできる。また、CFやXeFを用いたドライエッチングにより、容易に半導体コア35および半導体コア35を覆う半導体層36の部分に影響を与えずにマスク層32をエッチングすることができる。これにより、半導体コア35は、基板31側の部分35Cが露出される。 Next, as shown in FIG. 24, the mask layer 32 is removed by etching. When the mask layer 32 is made of silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (Si 3 N 4 ), the semiconductor core 35 and the semiconductor core 35 can be easily obtained by using a solution containing hydrofluoric acid (HF). The mask layer 32 can be etched without affecting the portion of the semiconductor layer 36 that covers the substrate. Further, the mask layer 32 can be easily etched without affecting the semiconductor core 35 and the semiconductor layer 36 covering the semiconductor core 35 by dry etching using CF 4 or XeF 2 . As a result, the semiconductor core 35 is exposed at the portion 35C on the substrate 31 side.

これにより、上記n型GaN半導体コア35とp-GaN半導体層36で構成される棒状構造の発光素子37が基板31上に形成される。   As a result, a light emitting element 37 having a rod-like structure composed of the n-type GaN semiconductor core 35 and the p-GaN semiconductor layer 36 is formed on the substrate 31.

この実施形態の半導体素子の製造方法によれば、上記n型の半導体コア35の先端面35Aだけでなく側面35Bにもp型の半導体層36を形成するので、pn接合の面積を大きくでき、発光面積を大きくすることができ発光効率を向上できる。また、上記触媒金属33を用いて上記n型の半導体コア35を形成するので、上記n型の半導体コア35の成長速度を速くできる。このため、上記半導体コア35を従来に比べ短時間で長くでき、上記n型の半導体コア35の長さと比例関係になる発光面積を一層大きくすることができる。また、上記n型の半導体コア35の先端面35Aおよび側面35Bがp型の半導体層36で覆われるので、p型の半導体層36のための電極が上記n型の半導体コア35に短絡することを防止できる。   According to the semiconductor element manufacturing method of this embodiment, the p-type semiconductor layer 36 is formed not only on the tip surface 35A of the n-type semiconductor core 35 but also on the side surface 35B, so that the area of the pn junction can be increased, The light emission area can be increased and the light emission efficiency can be improved. Further, since the n-type semiconductor core 35 is formed using the catalyst metal 33, the growth rate of the n-type semiconductor core 35 can be increased. For this reason, the semiconductor core 35 can be lengthened in a shorter time than the conventional one, and the light emitting area that is proportional to the length of the n-type semiconductor core 35 can be further increased. In addition, since the tip surface 35A and the side surface 35B of the n-type semiconductor core 35 are covered with the p-type semiconductor layer 36, the electrode for the p-type semiconductor layer 36 is short-circuited to the n-type semiconductor core 35. Can be prevented.

また、この実施形態の半導体素子の製造方法によれば、上記触媒金属33を残した状態でp型の半導体層36を形成するので、上記n型の半導体コア35の形成とp型の半導体層36の形成とを同一製造装置内で連続して行うことができる。よって、工程削減、製造時間の短縮ができる。また、上記n型の半導体コア35を形成後、この半導体コア35を製造装置外に出す必要が無いので、上記n型の半導体コア35の表面にコンタミが付着しないようにでき、素子特性を改善できる。また、上記n型の半導体コア35の形成とp型の半導体層36の形成とを連続して行うことができるので、大きな温度変化や成長の停止などを回避して結晶性を改善でき、素子特性を改善できる。また、上記n型の半導体コア35を形成した直後に上記触媒金属33を除去するエッチングを行わないことで、上記n型の半導体コア35の表面(すなわち、上記p型の半導体層35との界面)へのダメージを無くすることができ、素子特性を改善できる。   Further, according to the method for manufacturing a semiconductor element of this embodiment, the p-type semiconductor layer 36 is formed with the catalyst metal 33 left, so that the formation of the n-type semiconductor core 35 and the p-type semiconductor layer are performed. The formation of 36 can be performed continuously in the same manufacturing apparatus. Therefore, process reduction and manufacturing time can be shortened. In addition, after forming the n-type semiconductor core 35, it is not necessary to take the semiconductor core 35 out of the manufacturing apparatus. Therefore, contamination can be prevented from adhering to the surface of the n-type semiconductor core 35, thereby improving the element characteristics. it can. In addition, since the formation of the n-type semiconductor core 35 and the formation of the p-type semiconductor layer 36 can be performed continuously, the crystallinity can be improved by avoiding a large temperature change or growth stop, and the like. The characteristics can be improved. Further, the etching of removing the catalytic metal 33 is not performed immediately after the formation of the n-type semiconductor core 35, so that the surface of the n-type semiconductor core 35 (that is, the interface with the p-type semiconductor layer 35). ) Can be eliminated, and the device characteristics can be improved.

また、この実施形態の製造方法によれば、基板31上に触媒金属33を付けたままでn型の半導体コア35とp型の半導体層36を順に形成するので、上記触媒金属33に接する部分の成長速度が上記触媒金属33に接しない部分の成長速度に比べて格段に(例えば10〜100倍)速くなる。したがって、寸法の縦横比が高い半導体素子を作製できる。この第3実施形態では、一例として棒状構造発光素子37の直径を1μm、長さを25μmとしている。また、上記触媒金属33下で上記n型の半導体コア35とp型の半導体層36とを連続して積層できるので、PN接合部の欠陥を少なくすることができる。   Further, according to the manufacturing method of this embodiment, the n-type semiconductor core 35 and the p-type semiconductor layer 36 are formed in this order while the catalyst metal 33 is attached on the substrate 31, so that the portion in contact with the catalyst metal 33 is formed. The growth rate is remarkably faster (for example, 10 to 100 times) than the growth rate of the portion not in contact with the catalyst metal 33. Therefore, a semiconductor element having a high dimension aspect ratio can be manufactured. In the third embodiment, as an example, the rod-shaped structure light emitting element 37 has a diameter of 1 μm and a length of 25 μm. In addition, since the n-type semiconductor core 35 and the p-type semiconductor layer 36 can be continuously stacked under the catalyst metal 33, defects at the PN junction can be reduced.

また、この実施形態の製造方法によれば、マスク層32を除去して、半導体コア35の基板31側の部分35Cを露出させるので、半導体層36のエッチング量を少なくできる。また、この実施形態で作製した棒状構造発光素子37によれば、半導体コア35は、半導体層36から露出している部分35Cによって、半導体コア35に対して容易にコンタクトを取ることができる。   Further, according to the manufacturing method of this embodiment, the mask layer 32 is removed and the portion 35C on the substrate 31 side of the semiconductor core 35 is exposed, so that the etching amount of the semiconductor layer 36 can be reduced. Further, according to the rod-shaped structure light emitting element 37 manufactured in this embodiment, the semiconductor core 35 can be easily contacted with the semiconductor core 35 by the portion 35 </ b> C exposed from the semiconductor layer 36.

また、上記第3実施形態において、上記棒状の半導体コア35を被覆すると共に上記p-GaN半導体層36で被覆される量子井戸層または多重量子井戸層を形成して、発光効率の向上を図ってもよい。   Further, in the third embodiment, a quantum well layer or a multiple quantum well layer that covers the rod-shaped semiconductor core 35 and is covered with the p-GaN semiconductor layer 36 is formed to improve luminous efficiency. Also good.

尚、上記実施形態では、上記棒状構造の発光素子37を基板31から切り離さなかったが、この棒状構造の発光素子12を基板1から切り離なす工程を有してもよい。この場合は、切り離し工程において、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)を用いて下地基板31を基板平面に沿って振動させることにより、下地n-GaN基板31上に立設する半導体コア35を折り曲げるように、p型GaN半導体層35に覆われた半導体コア35に対して応力が働いて、図25に示すように、半導体コア35と半導体コア35を覆う半導体層36で構成される棒状構造発光素子37が基板31から切り離される。こうして、下地基板31から切り離なされた微細な棒状構造発光素子37を製造できる。したがって、この場合には、装置への実装の自由度が高い微細な棒状構造発光素子37を製造できる。また、上記棒状構造発光素子37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となると共に、半導体層36で覆われた半導体コア35の全周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などを実現することができる。また、図25に示すように、基板31から切り離された棒状発光素子37は上記n型の半導体コア35の先端面35Aおよび側面35Bがp型の半導体層36で覆われている。よって、この棒状発光素子37を、図26に示すように、基板41上に形成されたp側電極42とn側電極43に接続するに際して、p型の半導体層36のためのp側電極42が上記n型の半導体コア35に短絡することを防止できる。なお、図26において、45はSOG、SiO、エポキシまたはシリコン等で形成される透明絶縁物である。 In the above embodiment, the light emitting element 37 having the rod-shaped structure is not separated from the substrate 31. However, a step of separating the light emitting element 12 having the rod-shaped structure from the substrate 1 may be included. In this case, in the separation step, the substrate is immersed in an isopropyl alcohol (IPA) aqueous solution, and the underlying substrate 31 is vibrated along the substrate plane using ultrasonic waves (for example, several tens of kHz), whereby the underlying n-GaN substrate 31 is obtained. Stress is applied to the semiconductor core 35 covered with the p-type GaN semiconductor layer 35 so as to bend the semiconductor core 35 standing upright, and the semiconductor core 35 and the semiconductor core 35 are covered as shown in FIG. The rod-shaped structure light emitting element 37 constituted by the semiconductor layer 36 is separated from the substrate 31. Thus, the fine rod-shaped structure light emitting element 37 separated from the base substrate 31 can be manufactured. Therefore, in this case, the fine rod-shaped structure light emitting element 37 having a high degree of freedom of mounting on the device can be manufactured. Further, the rod-shaped structure light emitting element 37 can reduce the amount of semiconductor used, can reduce the thickness and weight of the device using the light emitting element, and can also reduce the entire circumference of the semiconductor core 35 covered with the semiconductor layer 36. Since the light emitting region is widened by emitting light from the light emitting device, a light emitting device, a backlight, a lighting device, a display device, and the like with high luminous efficiency and power saving can be realized. As shown in FIG. 25, the rod-like light emitting element 37 separated from the substrate 31 is covered with a p-type semiconductor layer 36 on the tip surface 35 </ b> A and the side surface 35 </ b> B of the n-type semiconductor core 35. Therefore, when this rod-like light emitting element 37 is connected to the p-side electrode 42 and the n-side electrode 43 formed on the substrate 41 as shown in FIG. 26, the p-side electrode 42 for the p-type semiconductor layer 36 is used. Can be prevented from being short-circuited to the n-type semiconductor core 35. In FIG. 26, 45 is a transparent insulator formed of SOG, SiO 2 , epoxy, silicon or the like.

尚、上記第1〜第3実施形態において上記切り離し工程を有する場合に、超音波を用いて、棒状構造発光素子を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。   In addition, when it has the said cutting-off process in the said 1st-3rd embodiment, although the rod-shaped structure light emitting element was cut off from the board | substrate using the ultrasonic wave, it is not restricted to this, A semiconductor core is board | substrate using a cutting tool. May be separated by mechanical bending. In this case, a plurality of fine rod-shaped light emitting elements provided on the substrate can be separated in a short time by a simple method.

(第4の実施の形態)
図27A〜図27Eはこの発明の第4実施形態の半導体素子の製造方法を順に示す工程図である。この第4実施形態では、まず、触媒金属形成工程で、図27Aに示すように、n‐GaN基板51上に触媒金属52を蒸着(デポジション)させる。この触媒金属52としては、例えば、Ni、Feなどを採用できる。
(Fourth embodiment)
27A to 27E are process diagrams sequentially illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. In the fourth embodiment, first, as shown in FIG. 27A, the catalyst metal 52 is deposited (deposited) on the n-GaN substrate 51 in the catalyst metal formation step. As the catalyst metal 52, for example, Ni, Fe or the like can be adopted.

次に、半導体コア形成工程で、図27Bに示すように、MOCVD(有機金属気相成長)装置を用いて、n型GaNを結晶成長させて棒状の半導体コア53を形成する。この棒状の半導体コア53は、例えば、長さ25μmに成長させる。成長温度を800℃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(NH)を使用し、n型不純物供給用にシラン(SiH)を、さらにキャリアガスとして水素(H)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53を成長させることができる。ここで、n‐GaNは、六方晶系の結晶成長となり、基板51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、六角柱形状の半導体コアが得られる。なお、上記触媒金属52は上記基板51上の異なる複数の箇所に形成し、複数本の棒状の半導体コア53を形成してもよい。 Next, in the semiconductor core formation step, as shown in FIG. 27B, a rod-shaped semiconductor core 53 is formed by crystal growth of n-type GaN using an MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) apparatus. The rod-shaped semiconductor core 53 is grown to a length of 25 μm, for example. The growth temperature is set to about 800 ° C., trimethylgallium (TMG) and ammonia (NH 3 ) are used as growth gases, silane (SiH 4 ) is used for supplying n-type impurities, and hydrogen (H 2 ) is used as a carrier gas. The n-type GaN semiconductor core 53 with Si as an impurity can be grown. Here, n-GaN has a hexagonal crystal growth, and a hexagonal columnar semiconductor core can be obtained by growing the substrate perpendicular to the surface of the substrate 51 in the c-axis direction. The catalytic metal 52 may be formed at a plurality of different locations on the substrate 51 to form a plurality of rod-shaped semiconductor cores 53.

次に、図27Cに示すように、n型GaNの半導体コア53の先端面53A上の触媒金属52をエッチングにより除去し、洗浄を行い、アニールによりn型GaNの半導体コア53を活性にする。   Next, as shown in FIG. 27C, the catalyst metal 52 on the tip surface 53A of the n-type GaN semiconductor core 53 is removed by etching, cleaning is performed, and the n-type GaN semiconductor core 53 is activated by annealing.

次に、図27Dに示すように、MOCVDにより、上記n‐GaN半導体コア53,n-GaN基板51の全面にp-GaN半導体層55を形成する。このp-GaN半導体層55は、設定温度を900℃にし、成長ガスとしてTMGおよびNHを使用し、p型不純物供給用にCpMgを用いることによってp型GaNからなる半導体層55を形成できる。 Next, as shown in FIG. 27D, a p-GaN semiconductor layer 55 is formed on the entire surface of the n-GaN semiconductor core 53 and the n-GaN substrate 51 by MOCVD. The p-GaN semiconductor layer 55 is formed at a preset temperature of 900 ° C., using TMG and NH 3 as growth gases, and using Cp 2 Mg for supplying p-type impurities, thereby forming a semiconductor layer 55 made of p-type GaN. it can.

次に、図27Eに示すように、上記n‐GaN半導体コア53とp型GaN半導体層55とが構成する複数の棒状構造発光素子57間を埋めるように、透明電極56を形成する。これにより、基板51上に複数の棒状構造発光素子57が立設した発光装置を作製できる。この実施形態では、一例として棒状構造発光素子57の直径を1μm、長さを10μmとしている。   Next, as shown in FIG. 27E, a transparent electrode 56 is formed so as to fill a space between the plurality of rod-shaped light emitting elements 57 formed by the n-GaN semiconductor core 53 and the p-type GaN semiconductor layer 55. Thereby, a light-emitting device in which a plurality of rod-shaped structured light-emitting elements 57 are erected on the substrate 51 can be manufactured. In this embodiment, as an example, the rod-shaped structure light emitting element 57 has a diameter of 1 μm and a length of 10 μm.

この実施形態の半導体素子の製造方法によれば、上記n型の半導体コア53の先端面53Aだけでなく側面53Bにもp型の半導体層55を形成するので、pn接合の面積を大きくでき、発光面積を大きくすることができ発光効率を向上できる。また、上記触媒金属52を用いて上記n型の半導体コア53を形成するので、上記n型の半導体コア53の成長速度を速くできる。このため、上記半導体コア53を従来に比べ短時間で長くでき、上記n型の半導体コア53の長さと比例関係になる発光面積を一層大きくすることができる。また、上記n型の半導体コア53の先端面53Aおよび側面53Bがp型の半導体層55で覆われるので、p型の半導体層55のための透明電極56が上記n型の半導体コア53に短絡することを防止できる。   According to the semiconductor element manufacturing method of this embodiment, the p-type semiconductor layer 55 is formed not only on the tip surface 53A of the n-type semiconductor core 53 but also on the side surface 53B, so that the area of the pn junction can be increased, The light emission area can be increased and the light emission efficiency can be improved. Further, since the n-type semiconductor core 53 is formed using the catalyst metal 52, the growth rate of the n-type semiconductor core 53 can be increased. For this reason, the semiconductor core 53 can be lengthened in a short time compared to the conventional case, and the light emitting area that is proportional to the length of the n-type semiconductor core 53 can be further increased. Further, since the tip surface 53A and the side surface 53B of the n-type semiconductor core 53 are covered with the p-type semiconductor layer 55, the transparent electrode 56 for the p-type semiconductor layer 55 is short-circuited to the n-type semiconductor core 53. Can be prevented.

また、この実施形態の半導体素子の製造方法によれば、上記触媒金属52を除去してからp型の半導体層55を形成するので、発光領域(n型の半導体コア53とp型の半導体層55との界面)に触媒金属52が混入するのを防ぐことができる。   Also, according to the method for manufacturing a semiconductor device of this embodiment, the p-type semiconductor layer 55 is formed after removing the catalytic metal 52, so that the light emitting region (the n-type semiconductor core 53 and the p-type semiconductor layer is formed). It is possible to prevent the catalyst metal 52 from entering the interface 55.

(第5の実施の形態)
図28A〜図28Eはこの発明の第5実施形態の半導体素子の製造方法を順に示す工程図である。この第5実施形態では、まず、触媒金属形成工程で、図28Aに示すように、n‐GaN基板61上に触媒金属62を蒸着(デポジション)させる。この触媒金属62としては、例えば、Ni、Feなどを採用できる。
(Fifth embodiment)
28A to 28E are process diagrams sequentially showing a method for manufacturing a semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention. In the fifth embodiment, first, in the catalyst metal formation step, as shown in FIG. 28A, the catalyst metal 62 is deposited on the n-GaN substrate 61 (deposition). As the catalyst metal 62, for example, Ni, Fe or the like can be adopted.

次に、半導体コア形成工程で、図28Bに示すように、MOCVD(有機金属気相成長)装置を用いて、n型GaNを結晶成長させて棒状の半導体コア63を形成する。この棒状の半導体コア63は、例えば、長さ25μmに成長させる。成長温度を800℃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(NH)を使用し、n型不純物供給用にシラン(SiH)を、さらにキャリアガスとして水素(H)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63を成長させることができる。ここで、n‐GaNは、六方晶系の結晶成長となり、基板51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、六角柱形状の半導体コアが得られる。なお、上記触媒金属62は上記基板61上の異なる複数の箇所に形成し、複数本の棒状の半導体コア53を形成してもよい。 Next, in the semiconductor core formation step, as shown in FIG. 28B, a rod-shaped semiconductor core 63 is formed by crystal growth of n-type GaN using a MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) apparatus. The rod-shaped semiconductor core 63 is grown to a length of 25 μm, for example. The growth temperature is set to about 800 ° C., trimethylgallium (TMG) and ammonia (NH 3 ) are used as growth gases, silane (SiH 4 ) is used for supplying n-type impurities, and hydrogen (H 2 ) is used as a carrier gas. The n-type GaN semiconductor core 63 with Si as an impurity can be grown. Here, n-GaN has a hexagonal crystal growth, and a hexagonal columnar semiconductor core can be obtained by growing the substrate perpendicular to the surface of the substrate 51 in the c-axis direction. The catalytic metal 62 may be formed at a plurality of different locations on the substrate 61 to form a plurality of rod-shaped semiconductor cores 53.

次に、図28Cに示すように、n型GaNの半導体コア63の先端面53A上の触媒金属62をエッチングにより除去し、洗浄を行い、アニールによりn型GaNの半導体コア63を活性にする。   Next, as shown in FIG. 28C, the catalyst metal 62 on the tip surface 53A of the n-type GaN semiconductor core 63 is removed by etching, cleaning is performed, and the n-type GaN semiconductor core 63 is activated by annealing.

次に、図28Dに示すように、MOCVDにより、上記n‐GaN半導体コア63,n-GaN基板61の全面にn-GaN半導体層65を形成する。このn-GaN半導体層65は、設定温度を800℃にし、成長ガスとしてトリメチルガリウム(TMG)およびNHを使用し、n型不純物供給用にシラン(SiH)を、さらにキャリアガスとして水素(H)を供給することによって、Siを不純物としたn型GaNの半導体層65を成長させることができる。 Next, as shown in FIG. 28D, an n-GaN semiconductor layer 65 is formed on the entire surface of the n-GaN semiconductor core 63 and the n-GaN substrate 61 by MOCVD. The n-GaN semiconductor layer 65 has a set temperature of 800 ° C., uses trimethyl gallium (TMG) and NH 3 as growth gases, silane (SiH 4 ) for supplying n-type impurities, and hydrogen ( By supplying H 2 ), an n-type GaN semiconductor layer 65 with Si as an impurity can be grown.

次に、図28Eに示すように、MOCVDにより、上記n‐GaN半導体層65の全面にp-GaN半導体層66を形成する。このp-GaN半導体層66は、設定温度を900℃にし、成長ガスとしてTMGおよびNHを使用し、p型不純物供給用にCpMgを用いることによってp型GaNからなる半導体層66を形成できる。これにより、基板61上に複数の棒状構造発光素子67が立設した発光装置を作製できる。この実施形態では、一例として棒状構造発光素子67の直径を1μm、長さを25μmとしている。 Next, as shown in FIG. 28E, a p-GaN semiconductor layer 66 is formed on the entire surface of the n-GaN semiconductor layer 65 by MOCVD. The p-GaN semiconductor layer 66 is formed at a set temperature of 900 ° C., using TMG and NH 3 as growth gases, and using Cp 2 Mg for supplying p-type impurities, thereby forming a semiconductor layer 66 made of p-type GaN. it can. As a result, a light emitting device in which a plurality of rod-shaped structured light emitting elements 67 are erected on the substrate 61 can be manufactured. In this embodiment, as an example, the rod-shaped structure light emitting element 67 has a diameter of 1 μm and a length of 25 μm.

この実施形態の半導体素子の製造方法によれば、上記n型の半導体コア63の先端面63Aだけでなく側面63Bにもp型の半導体層66を形成するので、pn接合の面積を大きくでき、発光面積を大きくすることができ発光効率を向上できる。また、上記触媒金属62を用いて上記n型の半導体コア63を形成するので、上記n型の半導体コア63の成長速度を速くできる。このため、上記半導体コア63を従来に比べ短時間で長くでき、上記n型の半導体コア63の長さと比例関係になる発光面積を一層大きくすることができる。また、上記n型の半導体コア63の先端面63Aおよび側面63Bがp型の半導体層66で覆われるので、p型の半導体層66のため電極が上記n型の半導体コア63に短絡することを防止できる。   According to the semiconductor element manufacturing method of this embodiment, since the p-type semiconductor layer 66 is formed not only on the tip surface 63A of the n-type semiconductor core 63 but also on the side surface 63B, the area of the pn junction can be increased. The light emission area can be increased and the light emission efficiency can be improved. Further, since the n-type semiconductor core 63 is formed using the catalyst metal 62, the growth rate of the n-type semiconductor core 63 can be increased. For this reason, the semiconductor core 63 can be lengthened in a short time compared to the conventional case, and the light emitting area that is proportional to the length of the n-type semiconductor core 63 can be further increased. Further, since the tip surface 63A and the side surface 63B of the n-type semiconductor core 63 are covered with the p-type semiconductor layer 66, the electrode is short-circuited to the n-type semiconductor core 63 because of the p-type semiconductor layer 66. Can be prevented.

また、この実施形態によれば、上記n型の半導体コア63の先端面63Aおよび側面63Bにn型の半導体層65を等方的に形成することで結晶性の良いn型の半導体層65を形成でき、このn型の半導体層65と上記p型の半導体層66との間に欠陥の少ない接合部(発光部)を得ることができる。   In addition, according to this embodiment, the n-type semiconductor layer 65 having good crystallinity is formed by isotropically forming the n-type semiconductor layer 65 on the tip surface 63A and the side surface 63B of the n-type semiconductor core 63. A junction (light emitting portion) with few defects can be obtained between the n-type semiconductor layer 65 and the p-type semiconductor layer 66.

また、この実施形態の半導体素子の製造方法によれば、上記触媒金属62を除去してからp型の半導体層66を形成するので、発光領域(n型の半導体コア63とp型の半導体層66との界面)に触媒金属62が混入するのを防ぐことができる。   Also, according to the method for manufacturing a semiconductor device of this embodiment, the p-type semiconductor layer 66 is formed after removing the catalytic metal 62, so that the light emitting region (the n-type semiconductor core 63 and the p-type semiconductor layer is formed). It is possible to prevent the catalyst metal 62 from being mixed into the interface with 66.

また、この実施形態の半導体素子の製造方法によれば、上記n型の半導体層65の形成とp型の半導体層66の形成とを同一製造装置内で連続して行うことができる。よって、上記n型の半導体層65を形成後、この半導体層65を製造装置外に出す必要が無いので、上記n型の半導体層65の表面にコンタミが付着しないようにでき、素子特性を改善できる。また、上記n型の半導体層65の形成とp型の半導体層66の形成とを連続して行うことができるので、大きな温度変化や成長の停止などを回避して結晶性を改善でき、素子特性を改善できる。   Further, according to the method for manufacturing a semiconductor element of this embodiment, the formation of the n-type semiconductor layer 65 and the formation of the p-type semiconductor layer 66 can be performed continuously in the same manufacturing apparatus. Therefore, there is no need to take the semiconductor layer 65 out of the manufacturing apparatus after the n-type semiconductor layer 65 is formed. Therefore, contamination can be prevented from adhering to the surface of the n-type semiconductor layer 65 and the device characteristics can be improved. it can. In addition, since the formation of the n-type semiconductor layer 65 and the formation of the p-type semiconductor layer 66 can be continuously performed, crystallinity can be improved by avoiding a large temperature change or stop of growth, and the like. The characteristics can be improved.

(第6の実施の形態)
次に、この発明の第6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6実施形態では、上記第1〜第3実施形態において上記切り離し工程を有する場合に作製した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。
(Sixth embodiment)
Next, a light emitting device, a backlight, a lighting device, and a display device each including a rod-shaped structure light emitting element according to a sixth embodiment of the present invention will be described. In the sixth embodiment, the rod-shaped structure light emitting elements produced in the first to third embodiments having the separation step are arranged on an insulating substrate. The arrangement of the rod-shaped structure light-emitting elements is the same as that disclosed in Japanese Patent Application No. 2007-102848 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-260073), “Microstructure Arrangement Method, Substrate Arranged with Fine Structure, and Integrated Circuit Device” And display device ".

図29はこの第6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29に示すように、絶縁性基板600の表面に、金属電極601,602を形成している。絶縁性基板600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。   FIG. 29 shows a plan view of an insulating substrate used in the light emitting device, backlight, illumination device and display device of the sixth embodiment. As shown in FIG. 29, metal electrodes 601 and 602 are formed on the surface of the insulating substrate 600. The insulating substrate 600 is an insulating material such as glass, ceramic, aluminum oxide, or resin, or a substrate in which a silicon oxide film is formed on a semiconductor surface such as silicon and the surface is insulative. When a glass substrate is used, it is desirable to form a base insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film on the surface.

上記金属電極601,602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。   The metal electrodes 601 and 602 are formed in a desired electrode shape using a printing technique. The metal film and the photosensitive film may be uniformly laminated, and a desired electrode pattern may be exposed and etched.

図29では省略されているが、金属電極601,602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601,602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29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。   Although omitted in FIG. 29, pads are formed on the metal electrodes 601 and 602 so that potentials can be applied from the outside. A rod-shaped structure light emitting element is arranged in a portion (arrangement region) where the metal electrodes 601 and 602 face each other. In FIG. 29, 2 × 2 arrangement regions for arranging the rod-shaped structure light emitting elements are arranged, but any number may be arranged.

図30は図29のXXV−XXV線から見た断面模式図である。   30 is a schematic sectional view taken along line XXV-XXV in FIG.

まず、図30に示すように、絶縁性基板600上に、棒状構造発光素子610を含んだイソプロピルアルコール(IPA)611を薄く塗布する。IPA611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、IPA611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。   First, as shown in FIG. 30, isopropyl alcohol (IPA) 611 including a rod-shaped structure light emitting element 610 is thinly applied on an insulating substrate 600. In addition to IPA 611, ethylene glycol, propylene glycol, methanol, ethanol, acetone, or a mixture thereof may be used. Alternatively, the IPA 611 can use a liquid made of another organic material, water, or the like.

ただし、液体を通じて金属電極601,602間に大きな電流が流れてしまうと、金属電極601,602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601,602を覆うように、絶縁性基板600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。   However, if a large current flows between the metal electrodes 601 and 602 through the liquid, a desired voltage difference cannot be applied between the metal electrodes 601 and 602. In such a case, an insulating film of about 10 nm to 30 nm may be coated on the entire surface of the insulating substrate 600 so as to cover the metal electrodes 601 and 602.

棒状構造発光素子610を含むIPA611を塗布する厚さは、次に棒状構造発光素子610を配列する工程で、棒状構造発光素子610が配列できるよう、液体中で棒状構造発光素子610が移動できる厚さである。したがって、IPA611を塗布する厚さは、棒状構造発光素子610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610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610の量は、1×10本/cm〜1×10本/cmが好ましい。 The thickness of applying the IPA 611 including the rod-shaped structure light emitting device 610 is such that the rod-shaped structure light emitting device 610 can move in the liquid so that the rod-shaped structure light emitting device 610 can be arranged in the next step of arranging the rod-shaped structure light emitting device 610. That's it. Therefore, the thickness of applying the IPA 611 is equal to or greater than the thickness of the rod-shaped structure light emitting element 610, and is, for example, several μm to several mm. If the applied thickness is too thin, the rod-like structure light emitting element 610 is difficult to move, and if it is too thick, the time for drying the liquid becomes long. Further, the amount of the rod-shaped structure light emitting element 610 is preferably 1 × 10 4 pieces / cm 3 to 1 × 10 7 pieces / cm 3 with respect to the amount of IPA.

棒状構造発光素子610を含むIPA611を塗布するために、棒状構造発光素子610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610を含むIPA611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610を含むIPA611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。   In order to apply the IPA 611 including the rod-shaped structure light-emitting element 610, a frame is formed around the outer periphery of the metal electrode on which the rod-shaped structure light-emitting element 610 is arranged. It may be filled so that However, when the IPA 611 including the rod-shaped structure light emitting element 610 is viscous, it can be applied to a desired thickness without the need for a frame.

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610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。   A liquid made of IPA, ethylene glycol, propylene glycol,..., Or a mixture thereof, or other organic substances, or a liquid such as water is desirable for the alignment process of the rod-shaped structure light emitting device 610 to have a low viscosity. It is desirable that it evaporates easily when heated.

次に、金属電極601,602間に電位差を与える。この第6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601,602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610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。   Next, a potential difference is applied between the metal electrodes 601 and 602. In the sixth embodiment, a potential difference of 1V was appropriate. The potential difference between the metal electrodes 601 and 602 can be 0.1 to 10 V. However, if the voltage difference is 0.1 V or less, the arrangement of the rod-like structure light emitting elements 610 is poor, and if it is 10 V or more, insulation between the metal electrodes becomes a problem. start. Therefore, it is preferably 1 to 5V, and more preferably about 1V.

図31は上記棒状構造発光素子610が金属電極601,602上に配列する原理を示している。図31に示すように、金属電極601に電位VLを印加し、金属電極602に電位VR(VL<VR)を印加すると、金属電極601には負電荷が誘起され、金属電極602には正電荷が誘起される。そこに棒状構造発光素子610が接近すると、棒状構造発光素子610において、金属電極601に近い側に正電荷が誘起され、金属電極602に近い側に負電荷が誘起される。この棒状構造発光素子610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610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610との間に静電力により引力が働き、棒状構造発光素子610は、金属電極601,602間に生じる電気力線に沿うと共に、各棒状構造発光素子610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実施形態で作製した図14に示す棒状構造発光素子12では、半導体層10に覆われた半導体コア7の露出部分7C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)。   FIG. 31 shows the principle in which the rod-shaped structure light emitting elements 610 are arranged on the metal electrodes 601 and 602. As shown in FIG. 31, when a potential VL is applied to the metal electrode 601 and a potential VR (VL <VR) is applied to the metal electrode 602, a negative charge is induced in the metal electrode 601 and a positive charge is applied to the metal electrode 602. Is induced. When the rod-shaped structure light emitting element 610 approaches the positive electrode, a positive charge is induced on the side close to the metal electrode 601 and a negative charge is induced on the side close to the metal electrode 602. The charge is induced in the rod-like structure light emitting element 610 by electrostatic induction. In other words, the rod-shaped structure light emitting element 610 placed in an electric field is caused by the charge being induced on the surface until the internal electric field becomes zero. As a result, an attractive force is generated between each electrode and the rod-shaped structure light emitting element 610 by electrostatic force, and the rod-shaped structure light emitting element 610 follows the electric lines of force generated between the metal electrodes 601 and 602, and each rod-shaped structure light emitting element 610. Since the charges induced in the are substantially equal, the repulsive force caused by the charges causes the charges to be regularly arranged in a fixed direction at almost equal intervals. However, for example, in the rod-shaped structure light emitting element 12 shown in FIG. 14 manufactured in the first embodiment, the direction of the exposed portion 7C side of the semiconductor core 7 covered with the semiconductor layer 10 is not constant, and is random (others The same applies to the rod-shaped structure light emitting device of the embodiment).

以上のように、棒状構造発光素子610が金属電極601,602間に発生した外部電場により、棒状構造発光素子610に電荷を発生させ、電荷の引力により金属電極601,602に棒状構造発光素子610を吸着させるので、棒状構造発光素子610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610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610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。   As described above, the rod-shaped light-emitting element 610 generates electric charges in the bar-shaped structured light-emitting element 610 by the external electric field generated between the metal electrodes 601 and 602, and the metal electrodes 601 and 602 have the rod-shaped structure light-emitting element 610 by attractive force. Therefore, the size of the rod-shaped structure light emitting element 610 needs to be a size that can move in the liquid. Therefore, the size of the rod-shaped structure light emitting element 610 varies depending on the application amount (thickness) of the liquid. When the liquid application amount is small, the rod-like structure light emitting element 610 must have a nano-order size, but when the liquid application amount is large, it may be a micro-order size.

棒状構造発光素子610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601,602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610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610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602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610の配列が非対象になる。   When the rod-shaped structure light-emitting element 610 is not electrically neutral and is charged positively or negatively, the rod-shaped structure light-emitting element 610 can be formed only by giving a static potential difference (DC) between the metal electrodes 601 and 602. It cannot be arranged stably. For example, when the rod-shaped structure light emitting element 610 is positively charged as a net, the attractive force with the metal electrode 602 in which the positive charge is induced becomes relatively weak. Therefore, the arrangement of the rod-shaped structure light emitting elements 610 is not targeted.

そのような場合は、図32に示すように、金属電極601,602間にAC電圧を印加することが好ましい。図32においては、金属電極602に基準電位を、金属電極601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610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602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601,602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。   In such a case, it is preferable to apply an AC voltage between the metal electrodes 601 and 602 as shown in FIG. In FIG. 32, a reference potential is applied to the metal electrode 602, and an AC voltage having an amplitude VPPL / 2 is applied to the metal electrode 601. By doing so, even when the rod-shaped structure light emitting element 610 is charged, the array can be kept as a target. In this case, the frequency of the AC voltage applied to the metal electrode 602 is preferably 10 Hz to 1 MHz, and more preferably 50 Hz to 1 kHz because the arrangement is most stable. Furthermore, the AC voltage applied between the metal electrodes 601 and 602 is not limited to a sine wave, but may be any voltage that varies periodically, such as a rectangular wave, a triangular wave, and a sawtooth wave. VPPL was preferably about 1V.

次に、金属電極601,602上に、棒状構造発光素子610を配列させた後、絶縁性基板600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610を金属電極601,602間の電気力線に沿って等間隔に配列させて固着させる。   Next, after arranging the rod-shaped structure light emitting elements 610 on the metal electrodes 601 and 602, the insulating substrate 600 is heated to evaporate and dry the liquid, so that the rod-shaped structure light emitting elements 610 are attached to the metal electrodes 601 and 601. Along the lines of electric force between 602, they are arranged at equal intervals and fixed.

図33は上記棒状構造発光素子610を配列した絶縁性基板600の平面図を示している。この棒状構造発光素子610を配列した絶縁性基板600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610を配列した絶縁性基板600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。   FIG. 33 is a plan view of an insulating substrate 600 on which the rod-shaped structure light emitting elements 610 are arranged. By using the insulating substrate 600 on which the rod-shaped structure light emitting elements 610 are arranged for a backlight of a liquid crystal display device or the like, it is possible to realize a backlight that can be reduced in thickness and weight, has high luminous efficiency, and saves power. it can. In addition, by using the insulating substrate 600 on which the rod-shaped structure light emitting elements 610 are arranged as a lighting device, it is possible to realize a lighting device that can be reduced in thickness and weight, has high luminous efficiency, and saves power.

また、図34は上記棒状構造発光素子610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34に示すように、表示装置700は、絶縁性基板710上に、表示部701、論理回路部702、論理回路部703、論理回路部704および論理回路部705を備える構成となっている。上記表示部701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610を配列している。   FIG. 34 is a plan view of a display device using an insulating substrate on which the rod-shaped structure light emitting elements 610 are arranged. As illustrated in FIG. 34, the display device 700 includes a display portion 701, a logic circuit portion 702, a logic circuit portion 703, a logic circuit portion 704, and a logic circuit portion 705 on an insulating substrate 710. In the display portion 701, rod-like structure light emitting elements 610 are arranged in pixels arranged in a matrix.

図35は上記表示装置700の表示部701の要部の回路図を示しており、上記表示装置700の表示部701は、図35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35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610)とを有している。   FIG. 35 is a circuit diagram of a main part of the display unit 701 of the display device 700. As shown in FIG. 35, the display unit 701 of the display device 700 has a plurality of scanning signal lines GL (see FIG. 32, only one line is shown) and a plurality of data signal lines SL (only one line is shown in FIG. 35), and two adjacent scanning signal lines GL and two adjacent data signal lines SL are provided. Pixels are arranged in a matrix in a portion surrounded by. This pixel has a switching element Q1 having a gate connected to the scanning signal line GL and a source connected to the data signal line SL, a switching element Q2 having a gate connected to the drain of the switching element Q1, and the switching element Q2. And a plurality of light emitting diodes D1 to Dn (bar-shaped structure light emitting element 610) driven by the switching element Q2.

上記棒状構造発光素子610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610が交互に発光することになる。   The pn polarities of the rod-shaped structure light emitting elements 610 are not aligned on one side, but are randomly arranged. For this reason, during driving, the rod-shaped structure light emitting elements 610 having different polarities emit light alternately by being driven by an AC voltage.

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。   Further, according to the display device, by using the rod-shaped structure light emitting element, it is possible to realize a display device that can be reduced in thickness and weight, has high luminous efficiency, and saves power.

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601,602を単位とする配列領域が形成された絶縁性基板600を作成し、その絶縁性基板600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610を含んだ液体を塗布する。その後、2つの金属電極601,602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610を2つの金属電極601,602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610を所定の絶縁性基板600上に容易に配列させることができる。   In addition, according to the manufacturing method of the light emitting device, the backlight, the lighting device, and the display device, the insulating substrate 600 in which the array region having the unit of two metal electrodes 601 and 602 to which independent potentials are respectively applied is formed. The liquid containing the light emitting element 610 having a rod-like structure of nano-order size or micro-order size is applied on the insulating substrate 600. Thereafter, independent voltages are applied to the two metal electrodes 601 and 602, respectively, so that the fine rod-shaped light emitting elements 610 are arranged at positions defined by the two metal electrodes 601 and 602. Thereby, the rod-shaped structure light emitting element 610 can be easily arranged on the predetermined insulating substrate 600.

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610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。   Moreover, in the manufacturing method of the light emitting device, the backlight, the lighting device, and the display device, the light emitting device, the backlight, the lighting device, and the display device that can reduce the amount of semiconductors used and can be reduced in thickness and weight are manufactured. can do. In addition, since the light emitting region is widened by emitting light from the entire side surface of the semiconductor core covered with the semiconductor layer, the rod-shaped structure light emitting element 610 has a high light emission efficiency and saves power. A device and a display device can be realized.

尚、上記第1〜第6実施形態では、半導体コアと半導体層に、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、六角柱形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、断面が円形または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。   In the first to sixth embodiments, a semiconductor having GaN as a base material is used for the semiconductor core and the semiconductor layer, but GaAs, AlGaAs, GaAsP, InGaN, AlGaN, GaP, ZnSe, AlGaInP, etc. The present invention may be applied to a light emitting element using a semiconductor. Further, although the semiconductor core is n-type and the semiconductor layer is p-type, the present invention may be applied to a rod-shaped structure light-emitting element having a reverse conductivity type. Moreover, although the rod-shaped structure light emitting element having a hexagonal columnar semiconductor core has been described, the present invention is not limited to this, and the cross section may be a circular or elliptical rod shape, or the cross section may be other polygonal rod shape such as a triangle. You may apply this invention to the rod-shaped structure light emitting element which has a semiconductor core.

また、上記第1実施形態では基板1をサファイア基板とし、上記第2〜第5実施形態ではn‐GaN基板を採用したが、基板の材質としてはSiなどを採用できる。   In the first embodiment, the substrate 1 is a sapphire substrate, and in the second to fifth embodiments, an n-GaN substrate is used. However, Si or the like can be used as the material of the substrate.

また、上記第1〜第6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。   Moreover, in the said 1st-6th embodiment, although the diameter of the rod-shaped structure light emitting element was 1 micrometer and the length was made into the micro order size of 10 micrometers-30 micrometers, nano order with at least a diameter less than 1 micrometer among diameters or lengths. A size element may be used. The diameter of the semiconductor core of the rod-shaped structure light emitting element is preferably 500 nm or more and 100 μm or less, and variation in the diameter of the semiconductor core can be suppressed as compared with the rod-shaped structure light emitting element of several tens nm to several hundred nm, and the light emission area, that is, the light emission characteristics. Variation can be reduced and yield can be improved.

また、上記第1〜第5実施形態では、MOCVD装置を用いて半導体コアと半導体層を結晶成長させたが、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と半導体層を形成してもよい。   In the first to fifth embodiments, the semiconductor core and the semiconductor layer are crystal-grown using the MOCVD apparatus. However, the semiconductor core and the semiconductor are grown using another crystal growth apparatus such as an MBE (molecular beam epitaxial) apparatus. A layer may be formed.

また、上記第6実施形態では、絶縁性基板600の表面に形成された2つの金属電極601,602に電位差を与えて、金属電極601,602間に棒状構造発光素子600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。   In the sixth embodiment, a potential difference is given to the two metal electrodes 601 and 602 formed on the surface of the insulating substrate 600, and the rod-shaped structure light emitting elements 600 are arranged between the metal electrodes 601 and 602. Not limited to this, a third electrode is formed between two electrodes formed on the surface of the insulating substrate, and an independent voltage is applied to each of the three electrodes. You may arrange in the position.

1 基板
2 n−GaN層
3、32 マスク層
5 レジスト層
6、22、33 触媒金属
7、23、35 n−GaN半導体コア
8 多重量子井戸層
10、25、36 p−GaN半導体層
11 導電膜
12 発光素子
21、31 n−GaN基板
26、37 棒状構造発光素子
32A 成長穴
600 絶縁性基板
601,602 金属電極
610 棒状構造発光素子
611 IPA
700 表示装置
701 表示部
702,703,704,705 論理回路部
710 絶縁性基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 n-GaN layer 3, 32 Mask layer 5 Resist layer 6, 22, 33 Catalytic metal 7, 23, 35 n-GaN semiconductor core 8 Multiple quantum well layer 10, 25, 36 p-GaN semiconductor layer 11 Conductive film 12 Light-emitting element 21, 31 n-GaN substrate 26, 37 Bar-shaped structure light-emitting element 32A Growth hole 600 Insulating substrate 601, 602 Metal electrode 610 Bar-shaped structure light-emitting element 611 IPA
700 Display Device 701 Display Unit 702, 703, 704, 705 Logic Circuit Unit 710 Insulating Substrate

Claims (14)

基板上に触媒金属を形成する触媒金属形成工程と、
上記基板上かつ上記触媒金属下に第1導電型の半導体コアを形成する半導体コア形成工程と、
上記第1導電型の半導体コアの先端面および側面に第2導電型の半導体層を形成する半導体層形成工程と
を備えることを特徴とする半導体素子の製造方法。
A catalyst metal forming step of forming a catalyst metal on the substrate;
Forming a semiconductor core of a first conductivity type on the substrate and under the catalyst metal; and
And a semiconductor layer forming step of forming a second conductivity type semiconductor layer on a front end surface and a side surface of the first conductivity type semiconductor core.
請求項1に記載の半導体素子の製造方法において、
上記半導体層形成工程では、
上記触媒金属を残した状態で上記第1導電型の半導体コアの先端面および側面に第2導電型の半導体層を形成することを特徴とする半導体素子の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
In the semiconductor layer forming step,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising forming a second conductivity type semiconductor layer on a front end surface and a side surface of the first conductivity type semiconductor core with the catalyst metal left.
請求項1に記載の半導体素子の製造方法において、
上記半導体層形成工程では、
上記触媒金属を除去してから、上記第1導電型の半導体コアの先端面および側面に第2導電型の半導体層を形成することを特徴とする半導体素子の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
In the semiconductor layer forming step,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: removing a catalyst metal; and forming a second conductivity type semiconductor layer on a front end surface and a side surface of the first conductivity type semiconductor core.
請求項3に記載の半導体素子の製造方法において、
上記半導体層形成工程では、
上記触媒金属を除去した後、上記第1導電型の半導体コアの先端面および側面に第1導電型の半導体層を形成してから、上記第2導電型の半導体層を形成することを特徴とする半導体素子の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 3,
In the semiconductor layer forming step,
After the catalyst metal is removed, a first conductivity type semiconductor layer is formed on the front end surface and the side surface of the first conductivity type semiconductor core, and then the second conductivity type semiconductor layer is formed. A method for manufacturing a semiconductor device.
請求項1から4のいずれか1つに記載の半導体素子の製造方法において、
上記第1導電型の半導体コアを上記第2導電型の半導体層と共に上記基板から切り離す切り離し工程を備えることを特徴とする半導体素子の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor element according to any one of claims 1 to 4,
A method for manufacturing a semiconductor element, comprising: a separation step of separating the first conductive type semiconductor core from the substrate together with the second conductive type semiconductor layer.
請求項1から5のいずれか1つに記載の半導体素子の製造方法において、
上記半導体層形成工程で形成する上記第2導電型の半導体層は、
上記第1導電型の半導体コアの先端面を覆う部分の厚さが上記第1導電型の半導体コアの側面を覆う部分の厚さよりも厚いことを特徴とする半導体素子の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to any one of claims 1 to 5,
The semiconductor layer of the second conductivity type formed in the semiconductor layer forming step is
A method of manufacturing a semiconductor element, wherein a thickness of a portion covering a tip surface of the first conductivity type semiconductor core is thicker than a thickness of a portion covering a side surface of the first conductivity type semiconductor core.
請求項1から5のいずれか1つに記載の半導体素子の製造方法において、
上記基板は、第1導電型の半導体基板であり、
異方性エッチングを行って、上記第2導電型の半導体層のうちの上記第1導電型の半導体コアの先端面と上記半導体コアの側面とを覆う被覆部を残すと共に、上記第2導電型の半導体層のうちの上記半導体コアの側面を覆う部分から上記半導体基板に沿って延在している延在部分を除去すると共に上記延在部分下の上記半導体基板を或る深さ寸法だけ除去して、上記半導体コアおよび上記半導体層の被覆部下に連なる上記半導体基板の段部を残すことを特徴とする半導体素子の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to any one of claims 1 to 5,
The substrate is a first conductivity type semiconductor substrate,
An anisotropic etching is performed to leave a covering portion that covers the tip surface of the first conductivity type semiconductor core and the side surface of the semiconductor core in the second conductivity type semiconductor layer, and the second conductivity type. The extending portion extending along the semiconductor substrate is removed from the portion of the semiconductor layer covering the side surface of the semiconductor core, and the semiconductor substrate under the extending portion is removed by a certain depth dimension. Then, the step of the semiconductor substrate that continues below the semiconductor core and the covering portion of the semiconductor layer is left.
請求項5に記載の半導体素子の製造方法において、
上記切り離し工程では、
上記半導体コアを、上記半導体コアの先端面と側面を覆う上記半導体層の被覆部および上記半導体コア下に連なる上記半導体基板の段部と共に上記半導体基板から切り離すことを特徴とする半導体素子の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 5,
In the above separation process,
A method of manufacturing a semiconductor element, wherein the semiconductor core is separated from the semiconductor substrate together with a covering portion of the semiconductor layer that covers a front end surface and a side surface of the semiconductor core and a step portion of the semiconductor substrate that is continuous under the semiconductor core. .
請求項1または2に記載の半導体素子の製造方法において、
上記触媒金属形成工程は、
上記基板上に成長穴を有する成長マスクを形成する工程と、
上記成長穴内の上記基板上に触媒金属を形成する工程とを含み、
上記半導体コア形成工程では、上記成長穴内の上記基板上かつ上記触媒金属下に上記成長マスク上に突出した第1導電型の半導体コアを形成し、
上記半導体形成工程では、上記触媒金属を残した状態で上記成長マスクよりも上に突出した上記第1導電型の半導体コアの表面に第2導電型の半導体層を形成し、
さらに、上記半導体形成工程の後に上記成長マスクを除去して上記半導体コアの側面を露出させる工程を有することを特徴とする半導体素子の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor element according to claim 1 or 2,
The catalyst metal forming step includes
Forming a growth mask having a growth hole on the substrate;
Forming a catalytic metal on the substrate in the growth hole,
In the semiconductor core forming step, a first conductivity type semiconductor core protruding on the growth mask is formed on the substrate in the growth hole and below the catalyst metal,
In the semiconductor formation step, a second conductivity type semiconductor layer is formed on the surface of the first conductivity type semiconductor core protruding above the growth mask while leaving the catalyst metal,
And a step of removing the growth mask and exposing a side surface of the semiconductor core after the semiconductor forming step.
請求項1から9のいずれか1つに記載の半導体素子の製造方法において、
上記第1導電型の半導体コアを覆うと共に上記第2導電型の半導体層で覆われる量子井戸層を形成する工程を有することを特徴とする半導体素子の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor device according to any one of claims 1 to 9,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a quantum well layer that covers the first conductive type semiconductor core and is covered with the second conductive type semiconductor layer.
第1導電型の半導体コアと、
上記第1導電型の半導体コアの一端部側の端面と側面を被覆すると共に上記半導体コアの他端部側の端面と側面を露出させる第2導電型の半導体層とを備え、
上記第2導電型の半導体層は、
上記半導体コアの一端部側の端面を覆う部分の厚さが上記半導体コアの側面を覆う部分の厚さよりも厚いことを特徴とする半導体素子。
A semiconductor core of a first conductivity type;
A second conductive type semiconductor layer that covers the end face and side face on one end side of the first conductive type semiconductor core and exposes the end face and side face on the other end side of the semiconductor core;
The semiconductor layer of the second conductivity type is
A semiconductor element characterized in that a thickness of a portion covering an end face on one end side of the semiconductor core is larger than a thickness of a portion covering a side surface of the semiconductor core.
請求項11に記載の半導体素子を備えたことを特徴とするバックライト。   A backlight comprising the semiconductor element according to claim 11. 請求項11に記載の半導体素子を備えたことを特徴とする照明装置。   An illumination device comprising the semiconductor element according to claim 11. 請求項11に記載の半導体素子を備えたことを特徴とする表示装置。   A display device comprising the semiconductor element according to claim 11.
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