JP2011119612A - Semiconductor device manufacturing method, and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
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
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-
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.
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SiO2で作製される。
In the first embodiment, first, as shown in FIG. 1, a
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
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
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
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(NH3)を使用し、n型不純物供給用にシラン(SiH4)を、さらにキャリアガスとして水素(H2)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
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(N2)、成長ガスにTMGおよびNH3、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
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NH3を使用し、p型不純物供給用にCp2Mg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-
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
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
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
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
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
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(SiO2)あるいは窒化シリコン(Si3N4)で構成されている場合、フッ酸(HF)を含んだ溶液を用いることにより、容易に半導体コア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、CF4やXeF2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
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-
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
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-
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
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-
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
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
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-
(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
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(NH3)を使用し、n型不純物供給用にシラン(SiH4)を、さらにキャリアガスとして水素(H2)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
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NH3を使用し、p型不純物供給用にCp2Mg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-
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-
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
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
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
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-
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-
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-
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
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
(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(SiO2)あるいは窒化シリコン(Si3N4)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
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
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(NH3)を使用し、n型不純物供給用にシラン(SiH4)を、さらにキャリアガスとして水素(H2)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
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NH3を使用し、p型不純物供給用にCp2Mg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-
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-
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
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(SiO2)あるいは窒化シリコン(Si3N4)で構成されている場合、フッ酸(HF)を含んだ溶液を用いることにより、容易に半導体コア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、CF4やXeF2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
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
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-
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-
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-
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
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
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、SiO2、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
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
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(NH3)を使用し、n型不純物供給用にシラン(SiH4)を、さらにキャリアガスとして水素(H2)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
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
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NH3を使用し、p型不純物供給用にCp2Mg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-
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
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-
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-
(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
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(NH3)を使用し、n型不純物供給用にシラン(SiH4)を、さらにキャリアガスとして水素(H2)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
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
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NH3を使用し、n型不純物供給用にシラン(SiH4)を、さらにキャリアガスとして水素(H2)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-
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NH3を使用し、p型不純物供給用にCp2Mg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-
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-
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-
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-
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-
(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,
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
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
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
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
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、1×104本/cm3〜1×107本/cm3が好ましい。
The thickness of applying the
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
700
Claims (14)
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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. .
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.
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.
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.
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