JP5378184B2 - Bar-shaped structure light emitting device, backlight, illumination device and display device - Google Patents

Bar-shaped structure light emitting device, backlight, illumination device and display device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a minute rod-like light emitting element which can extract light efficiently. <P>SOLUTION: The rod-like structure light emitting element includes a rod-like body 1. The body 1 includes a first semiconductor part 2 formed of n-type GaN, and a second semiconductor part 3 being in contact with the first semiconductor part 2 and formed of p-type GaN. A boundary surface of the first semiconductor part 2 and the second semiconductor part 3 is a light emitting surface 4. Projections and recesses are formed on axial one end surface 5 of the body 1. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、棒状構造発光素子、バックライト、照明装置および表示装置に関する。   The present invention relates to a rod-shaped structure light emitting element, a backlight, a lighting device, and a display device.

従来、棒状構造発光素子としては、特開2008−34482号公報(特許文献1)に開示されたものがある。この発光素子は、基板と、この基板上に形成された棒状のGaNナノコラムとを備えている。このGaNナノコラムは、基板の上面(GaNナノコラム側の表面)に対して垂直方向に延びる。また、上記GaNナノコラムは、その垂直方向に並ぶn型GaN層、発光層およびp型GaN層からなっている。   Conventionally, as a rod-shaped structure light emitting element, there is one disclosed in JP 2008-34482 A (Patent Document 1). The light emitting device includes a substrate and a rod-shaped GaN nanocolumn formed on the substrate. This GaN nanocolumn extends in a direction perpendicular to the upper surface of the substrate (surface on the GaN nanocolumn side). The GaN nanocolumn is composed of an n-type GaN layer, a light emitting layer, and a p-type GaN layer arranged in the vertical direction.

しかしながら、上記従来の棒状構造発光素子では、発光層から出射された光がGaNナノコラム内に閉じ込められるので、GaNナノコラムから光を効率良く取り出すことができないという問題がある。   However, the conventional bar-structure light emitting element has a problem that light emitted from the light emitting layer is confined in the GaN nanocolumn, and thus light cannot be efficiently extracted from the GaN nanocolumn.

特開2008−34482号公報JP 2008-34482 A

そこで、本発明の課題は、光を効率良く取り出すことができる微細な棒状構造発光素子を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a fine bar-shaped light emitting element that can efficiently extract light.

上記課題を解決するため、本発明の棒状構造発光素子は、
棒状に延びると共に、内部で光が生じる本体を備え、
上記本体の軸方向の端面には、凹部および凸部の少なくとも一方が形成され
上記本体は基板の表面上に配置され、上記本体の軸方向が上記基板の表面とほぼ平行になっていることを特徴としている。
In order to solve the above problems, the rod-shaped structure light emitting device of the present invention is
It has a body that extends like a rod and generates light inside,
At least one of a concave portion and a convex portion is formed on the axial end surface of the main body ,
The main body is disposed on the surface of the substrate, and the axial direction of the main body is substantially parallel to the surface of the substrate .

上記構成によれば、マイクロオーダーサイズやナノオーダーサイズの微細な棒状構造発光素子であっても、上記本体の軸方向の端面には、凹部および凸部の少なくとも一方が形成されているので、本体の内部で生じ、導波路効果により外部に出ずに上記端面に届いた光は、その端面を通過し、効率良く本体外に出る。   According to the above configuration, even in a micro-order size or nano-order size fine rod-shaped structure light emitting element, at least one of a concave portion and a convex portion is formed on the axial end surface of the main body. The light that occurs inside and reaches the end face without going outside due to the waveguide effect passes through the end face and efficiently goes out of the main body.

したがって、光を効率良く取り出すことができる微細な棒状構造発光素子を実現できる。   Therefore, it is possible to realize a fine rod-shaped structure light emitting element that can extract light efficiently.

もし、上記本体の軸方向の端面が平らであったなら、本体の内部で生じた光は、本体の側面と、本体の軸方向の端面とで反射されるため、取り出し効率が低くなる。   If the end face in the axial direction of the main body is flat, the light generated inside the main body is reflected by the side face of the main body and the end face in the axial direction of the main body, so that the extraction efficiency is lowered.

ここで、微細な棒状構造発光素子とは、例えば、直径が10nmから5μm、より好ましくは100nmから2μmのサイズまた長さが100nmから200μm、より好ましくは1μmから50μmのサイズの素子である。   Here, the fine rod-shaped structure light emitting element is, for example, an element having a diameter of 10 nm to 5 μm, more preferably a size of 100 nm to 2 μm and a length of 100 nm to 200 μm, more preferably 1 μm to 50 μm.

また、上記棒状構造発光素子は、発光効率が高くて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できる。   Moreover, the rod-shaped structure light emitting element can realize a backlight, a lighting device, a display device, and the like with high luminous efficiency and power saving.

また、上記本体は基板の表面上に配置され、本体の軸方向が基板の表面とほぼ平行になっているので、薄型化できる。 Further , since the main body is disposed on the surface of the substrate and the axial direction of the main body is substantially parallel to the surface of the substrate, the thickness can be reduced.

一実施形態の棒状構造発光素子では、
上記凹部または上記凸部の大きさは上記光の波長の1/10以上である。
In the rod-shaped structure light emitting device of one embodiment,
The size of the concave portion or the convex portion is 1/10 or more of the wavelength of the light.

上記実施形態によれば、上記凹部または凸部の大きさは、本体の内部で生じる光の波長の1/10以上であるので、その凹部または凸部が形成された端面での上記光の反射を低減できる。   According to the embodiment, since the size of the concave portion or the convex portion is 1/10 or more of the wavelength of the light generated inside the main body, the reflection of the light at the end surface where the concave portion or the convex portion is formed. Can be reduced.

一実施形態の棒状構造発光素子では、
上記凹部または上記凸部の大きさは上記光の波長の1/5以上である。
In the rod-shaped structure light emitting device of one embodiment,
The size of the concave portion or the convex portion is 1/5 or more of the wavelength of the light.

上記実施形態によれば、上記凹部または凸部の大きさは、本体の内部で生じる光の波長の1/5以上であるので、その凹部または凸部が形成された端面での上記光の反射をより低減できる。   According to the embodiment, since the size of the concave portion or the convex portion is 1/5 or more of the wavelength of the light generated inside the main body, the reflection of the light at the end surface where the concave portion or the convex portion is formed. Can be further reduced.

一実施形態の棒状構造発光素子では、
上記凸部の材質は上記本体の他の部分の材質とは異なる。
In the rod-shaped structure light emitting device of one embodiment,
The material of the convex part is different from the material of other parts of the main body.

上記実施形態によれば、上記凸部の材質は本体の他の部分の材質とは異なるので、本体を削ったり、本体にダメージを与えることなく、本体の軸方向の端面に凸部を形成して、その端面での反射を低減できる。   According to the above embodiment, since the material of the convex portion is different from the material of other parts of the main body, the convex portion is formed on the end surface in the axial direction of the main body without scraping the main body or damaging the main body. Thus, reflection at the end face can be reduced.

一実施形態の棒状構造発光素子では、
上記本体は、
第1導電型半導体と、
上記第1導電型半導体に対して上記本体の軸方向に並ぶ第2導電型半導体と
を有する。
In the rod-shaped structure light emitting device of one embodiment,
The main body
A first conductivity type semiconductor;
And a second conductivity type semiconductor arranged in the axial direction of the main body with respect to the first conductivity type semiconductor.

ここで、第1導電型とは、P型またはN型を意味する。また、第2導電型とは、第1導電型がP型の場合はN型、N型の場合はP型を意味する。   Here, the first conductivity type means P-type or N-type. The second conductivity type means N type when the first conductivity type is P type, and P type when the first conductivity type is N type.

上記実施形態によれば、上記第2導電型半導体が第1導電型半導体に対して本体の軸方向に並ぶので、軸方向に直交する方向の長さを低減できる。   According to the embodiment, since the second conductive semiconductor is aligned in the axial direction of the main body with respect to the first conductive semiconductor, the length in the direction orthogonal to the axial direction can be reduced.

一実施形態の棒状構造発光素子では、
上記第1導電型半導体と上記第2導電型半導体との間には量子井戸層が形成されている。
In the rod-shaped structure light emitting device of one embodiment,
A quantum well layer is formed between the first conductive semiconductor and the second conductive semiconductor.

上記実施形態によれば、上記第1導電型半導体と第2導電型半導体との間には量子井戸層が形成されているので、量子井戸層の量子閉じ込め効果により発光効率をより上げることができる。   According to the embodiment, since the quantum well layer is formed between the first conductivity type semiconductor and the second conductivity type semiconductor, the light emission efficiency can be further increased by the quantum confinement effect of the quantum well layer. .

一実施形態の棒状構造発光素子では、
上記本体は、
第1導電型半導体と、
上記第1導電型半導体の少なくとも一部を同心軸状に覆う第2導電型半導体と
を有する。
In the rod-shaped structure light emitting device of one embodiment,
The main body
A first conductivity type semiconductor;
And a second conductivity type semiconductor that covers at least a part of the first conductivity type semiconductor concentrically.

ここで、第1導電型とは、P型またはN型を意味する。また、第2導電型とは、第1導電型がP型の場合はN型、N型の場合はP型を意味する。   Here, the first conductivity type means P-type or N-type. The second conductivity type means N type when the first conductivity type is P type, and P type when the first conductivity type is N type.

上記実施形態によれば、上記第2導電型半導体は第1導電型半導体の少なくとも一部を同心軸状に覆うので、発光面積を大きくとることができる。   According to the embodiment, the second conductivity type semiconductor covers at least a part of the first conductivity type semiconductor concentrically, so that the light emission area can be increased.

一実施形態の棒状構造発光素子では、
上記第1導電型半導体と上記第2導電型半導体との間には量子井戸層が形成されている。
In the rod-shaped structure light emitting device of one embodiment,
A quantum well layer is formed between the first conductive semiconductor and the second conductive semiconductor.

上記実施形態によれば、上記第1導電型半導体と第2導電型半導体との間には量子井戸層が形成されているので、量子井戸層の量子閉じ込め効果により発光効率をより上げることができる。   According to the embodiment, since the quantum well layer is formed between the first conductivity type semiconductor and the second conductivity type semiconductor, the light emission efficiency can be further increased by the quantum confinement effect of the quantum well layer. .

本発明のバックライトは、
本発明の棒状構造発光素子を備えたことを特徴としている。
The backlight of the present invention is
The rod-shaped structure light emitting device of the present invention is provided.

上記構成によれば、上記棒状構造発光素子を備えるので、発光効率が高くて省電力なバックライトを実現できる。   According to the said structure, since the said rod-shaped structure light emitting element is provided, the light emission efficiency is high and a power-saving backlight is realizable.

本発明の照明装置は、
本発明の棒状構造発光素子を備えたことを特徴としている。
The lighting device of the present invention is
The rod-shaped structure light emitting device of the present invention is provided.

上記構成によれば、上記棒状構造発光素子を備えるので、発光効率が高くて省電力な照明装置を実現できる。   According to the said structure, since the said rod-shaped structure light emitting element is provided, the illuminating device with high luminous efficiency and power saving is realizable.

本発明の表示装置は、
本発明の棒状構造発光素子を備えたことを特徴としている。
The display device of the present invention includes:
The rod-shaped structure light emitting device of the present invention is provided.

上記構成によれば、上記棒状構造発光素子を備えるので、発光効率が高くて省電力な表示装置を実現できる。   According to the said structure, since the said rod-shaped structure light emitting element is provided, the display apparatus with high luminous efficiency and power saving is realizable.

本発明の棒状構造発光素子は、マイクロオーダーサイズやナノオーダーサイズといった微細なサイズであっても、本体の軸方向の端面には少なくとも凹部または凸部が形成されているので、本体の内部で生じた光がその端面を通過し、効率良く本体外に出る。   The rod-shaped structure light emitting device of the present invention is generated inside the main body because at least a concave portion or a convex portion is formed on the end surface in the axial direction of the main body even if it is a minute size such as a micro order size or a nano order size. The light passes through the end face and goes out of the main body efficiently.

したがって、光を効率良く取り出すことができる微細な棒状構造発光素子を実現できる。   Therefore, it is possible to realize a fine rod-shaped structure light emitting element that can extract light efficiently.

本発明のバックライトは、上記棒状構造発光素子を備えるので、発光効率を高くでき、省電力なバックライトにできる。   Since the backlight of the present invention includes the rod-shaped structure light emitting element, the light emission efficiency can be increased and the power saving backlight can be obtained.

本発明の照明装置は、上記棒状構造発光素子を備えるので、発光効率を高くでき、省電力な照明装置にできる。   Since the illuminating device of the present invention includes the rod-shaped structure light emitting element, the illuminating efficiency can be increased and a power saving illuminating device can be obtained.

本発明の表示装置は、上記棒状構造発光素子を備えるので、発光効率を高くでき、省電力な表示装置にできる。   Since the display device of the present invention includes the rod-shaped structure light emitting element, the light emission efficiency can be increased and a power saving display device can be obtained.

図1は本発明の第1実施形態の棒状構造発光素子の模式断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a rod-shaped structure light emitting device according to a first embodiment of the present invention. 図2Aは上記第1実施形態の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。FIG. 2A is a process diagram of the method for manufacturing the rod-shaped structure light emitting device of the first embodiment. 図2Bは図2Aの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。FIG. 2B is a process diagram of the manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting element next to FIG. 2A. 図2Cは図2Bの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。FIG. 2C is a process diagram of the manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting element next to FIG. 2B. 図2Dは図2Cの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。FIG. 2D is a process diagram of the manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting device next to FIG. 2C. 図2Eは図2Dの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。FIG. 2E is a process diagram of the manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting element next to FIG. 2D. 図3は比較例の棒状構造発光素子の模式断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a bar-shaped structure light emitting device of a comparative example. 図4Aは上記第1実施形態の棒状構造発光素子および絶縁性基板の模式断面図である。FIG. 4A is a schematic cross-sectional view of the rod-shaped structure light emitting element and the insulating substrate of the first embodiment. 図4Bは上記第1実施形態の棒状構造発光素子および絶縁性基板の模式断面図である。FIG. 4B is a schematic cross-sectional view of the rod-shaped structure light emitting element and the insulating substrate of the first embodiment. 図5は本体の軸方向の一端面の凹凸の大きさと本体の軸方向の一端面の反射率との関係を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the size of the concavities and convexities on one end surface of the main body in the axial direction and the reflectance of one end surface in the axial direction of the main body. 図6は上記第1実施形態の変形例の棒状構造発光素子および絶縁性基板の模式断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a rod-shaped structure light emitting element and an insulating substrate according to a modification of the first embodiment. 図7は上記第1実施形態の他の変形例の棒状構造発光素子および絶縁性基板の模式断面図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a rod-shaped structure light emitting element and an insulating substrate according to another modification of the first embodiment. 図8は本発明の第2実施形態の棒状構造発光素子の模式断面図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a rod-shaped structure light emitting device according to a second embodiment of the present invention. 図9Aは上記第2実施形態の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。FIG. 9A is a process diagram of the method for manufacturing the rod-shaped structure light emitting device of the second embodiment. 図9Bは図9Aの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。FIG. 9B is a process diagram of the manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting element next to FIG. 9A. 図9Cは図9Bの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。FIG. 9C is a process diagram of the manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting element next to FIG. 9B. 図9Dは図9Cの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。FIG. 9D is a process diagram of the manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting element next to FIG. 9C. 図9Eは図9Dの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。FIG. 9E is a process diagram of the manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting element next to FIG. 9D. 図10Aは上記第2実施形態の棒状構造発光素子および絶縁性基板の模式断面図である。FIG. 10A is a schematic cross-sectional view of the rod-shaped structure light emitting element and the insulating substrate of the second embodiment. 図10Bは上記第2実施形態の棒状構造発光素子および絶縁性基板の模式断面図である。FIG. 10B is a schematic cross-sectional view of the rod-shaped structure light emitting element and the insulating substrate of the second embodiment. 図11は本発明の第3実施形態の棒状構造発光素子の模式断面図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a rod-shaped structure light emitting device according to a third embodiment of the present invention. 図12Aは上記第3実施形態の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。FIG. 12A is a process diagram of the method for manufacturing the rod-shaped structure light emitting device of the third embodiment. 図12Bは図12Aの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。FIG. 12B is a process diagram of the manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting element next to FIG. 12A. 図12Cは図12Bの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。FIG. 12C is a process diagram of the manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting element next to FIG. 12B. 図12Dは図12Cの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。FIG. 12D is a process diagram of the manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting element next to FIG. 12C. 図12Eは図12Dの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。FIG. 12E is a process diagram of the manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting element next to FIG. 12D. 図13Aは上記第3実施形態の棒状構造発光素子および絶縁性基板の模式断面図である。FIG. 13A is a schematic cross-sectional view of the rod-shaped structure light emitting element and the insulating substrate of the third embodiment. 図13Bは上記第3実施形態の棒状構造発光素子および絶縁性基板の模式断面図である。FIG. 13B is a schematic cross-sectional view of the rod-shaped structure light emitting element and the insulating substrate of the third embodiment. 図14は本発明の第4実施形態の棒状構造発光素子の模式断面図である。FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of a rod-shaped structure light emitting device according to a fourth embodiment of the present invention. 図15Aは上記第4実施形態の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。FIG. 15A is a process diagram of the method for manufacturing the rod-shaped structure light emitting device of the fourth embodiment. 図15Bは図15Aの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。FIG. 15B is a process diagram of the manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting element next to FIG. 15A. 図15Cは図15Bの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。FIG. 15C is a process diagram of the manufacturing method of the next rod-shaped structure light emitting element of FIG. 15B. 図15Dは図15Cの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。FIG. 15D is a process drawing of the manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting element next to FIG. 15C. 図15Eは図15Dの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。FIG. 15E is a process diagram of the manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting element next to FIG. 15D. 図16Aは上記第4実施形態の棒状構造発光素子および絶縁性基板の模式断面図である。FIG. 16A is a schematic cross-sectional view of the rod-shaped structure light emitting element and the insulating substrate of the fourth embodiment. 図16Bは上記第4実施形態の棒状構造発光素子および絶縁性基板の模式断面図である。FIG. 16B is a schematic cross-sectional view of the rod-shaped structure light emitting element and the insulating substrate of the fourth embodiment. 図17は本発明の第5実施形態の棒状構造発光素子を備えたバックライト、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。FIG. 17 is a plan view of an insulating substrate used in a backlight, a lighting device, and a display device including a bar-shaped light emitting element according to a fifth embodiment of the present invention. 図18は図17のXVIII−XVIII線矢視の模式断面図である。18 is a schematic cross-sectional view taken along line XVIII-XVIII in FIG. 図19は上記5実施形態の棒状構造発光素子を配列する原理を説明するための図である。FIG. 19 is a view for explaining the principle of arranging the bar-shaped structured light emitting elements of the fifth embodiment. 図20は上記5実施形態の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ための図である。FIG. 20 is a diagram for explaining the potential applied to the electrodes when arranging the rod-like structure light emitting elements of the fifth embodiment. 図21は上記5実施形態の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。FIG. 21 is a plan view of an insulating substrate on which the rod-like structure light emitting elements of the fifth embodiment are arranged. 図22は上記表示装置の平面図である。FIG. 22 is a plan view of the display device. 図23は上記表示装置の表示部の要部の回路図である。FIG. 23 is a circuit diagram of the main part of the display unit of the display device. 図24Aは上記第1,第2実施形態の変形例の棒状構造発光素子を備える装置の製造方法の工程図である。FIG. 24A is a process diagram of a method for manufacturing an apparatus including a rod-shaped structure light emitting element according to a modification of the first and second embodiments. 図24Bは図24Aの次の装置の製造方法の工程図である。FIG. 24B is a process diagram of a method for manufacturing the next apparatus of FIG. 24A. 図24Cは図24Bの次の装置の製造方法の工程図である。FIG. 24C is a process diagram of a method for manufacturing the next apparatus of FIG. 24B. 図24Dは図24Cの次の装置の製造方法の工程図である。FIG. 24D is a process diagram of a method for manufacturing the next apparatus of FIG. 24C. 図24Eは図24Dの次の装置の製造方法の工程図である。FIG. 24E is a process diagram of a method for manufacturing the next apparatus of FIG. 24D. 図24Fは図24Eの次の装置の製造方法の工程図である。FIG. 24F is a process diagram of a method for manufacturing the next apparatus of FIG. 24E. 図24Gは図24Fの次の装置の製造方法の工程図である。FIG. 24G is a process diagram of a method for manufacturing the next apparatus of FIG. 24F. 図24Hは図24Gの次の装置の製造方法の工程図である。FIG. 24H is a process diagram of a method for manufacturing the next apparatus of FIG. 24G. 図24Iは図24Hの次の装置の製造方法の工程図である。FIG. 24I is a process diagram of a method for manufacturing the next apparatus of FIG. 24H. 図24Jは図24Iの次の装置の製造方法の工程図である。FIG. 24J is a process diagram of a method for manufacturing the next apparatus of FIG. 24I. 図25Aは上記第1〜第4実施形態の変形例の棒状構造発光素子を備える装置の製造方法の工程図である。FIG. 25A is a process diagram of a method for manufacturing an apparatus including a rod-shaped structure light emitting element according to a modification of the first to fourth embodiments. 図25Bは図25Aの次の装置の製造方法の工程図である。FIG. 25B is a process diagram of a method for manufacturing the next apparatus of FIG. 25A. 図25Cは図25Bの次の装置の製造方法の工程図である。FIG. 25C is a process diagram of a method for manufacturing the next apparatus of FIG. 25B. 図25Dは図25Cの次の装置の製造方法の工程図である。FIG. 25D is a process diagram of a method for manufacturing the next apparatus of FIG. 25C. 図25Eは図25Dの次の装置の製造方法の工程図である。FIG. 25E is a process diagram of a method for manufacturing the next apparatus of FIG. 25D. 図25Fは図25Eの次の装置の製造方法の工程図である。FIG. 25F is a process diagram of a method for manufacturing the next apparatus of FIG. 25E. 図25Gは図25Fの次の装置の製造方法の工程図である。FIG. 25G is a process diagram of a method for manufacturing the next apparatus of FIG. 25F. 図25Hは図25Gの次の装置の製造方法の工程図である。FIG. 25H is a process diagram of a method for manufacturing the next apparatus of FIG. 25G. 図25Iは図25Hの次の装置の製造方法の工程図である。FIG. 25I is a process diagram of a method for manufacturing the next apparatus of FIG. 25H. 図25Jは図25Iの次の装置の製造方法の工程図である。FIG. 25J is a process diagram of a method for manufacturing the next apparatus of FIG. 25I. 図25Kは図25Jの次の装置の製造方法の工程図である。FIG. 25K is a process diagram of a method for manufacturing the next apparatus of FIG. 25J.

以下、本発明の棒状構造発光素子、バックライト、照明装置および表示装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。   Hereinafter, the rod-shaped structure light emitting element, backlight, illumination device and display device of the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.

〔第1実施形態〕
図1は本発明の第1実施形態の棒状構造発光素子の模式断面図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a rod-shaped structure light emitting device according to a first embodiment of the present invention.

本第1実施形態の棒状構造発光素子は、断面ほぼ円形の棒状の本体1を備えている。この本体1は、n型GaNからなる第1半導体部2と、この第1半導体部2に接触するp型GaNからなる第2半導体部3とを有しており、この第1半導体部2と第2半導体部3との境界面が発光面4となっている。また、本体1の軸方向の一端面5には凹凸が形成されている。一方、本体1の軸方向の他端面6はほぼ平坦な面である。また、第1半導体部2の外周面は第2半導体部3の外周面と滑らかに連続している。つまり、第1半導体部2の外周面は第2半導体部3の外周面とほぼ面一になっている。この第2半導体部3は、第1半導体部2に対して本体1の軸方向に並ぶように形成されている。なお、第1半導体部2は第1導電型半導体の一例であり、第2半導体部3は第2導電型半導体の一例である。また、第1半導体部2の外周面は第2半導体部3の外周面に対して段差を有するように形成してもよい。   The rod-shaped structure light emitting element of the first embodiment includes a rod-shaped main body 1 having a substantially circular cross section. The main body 1 has a first semiconductor part 2 made of n-type GaN and a second semiconductor part 3 made of p-type GaN in contact with the first semiconductor part 2. A boundary surface with the second semiconductor unit 3 is a light emitting surface 4. Further, an unevenness is formed on one end face 5 in the axial direction of the main body 1. On the other hand, the other end surface 6 of the main body 1 in the axial direction is a substantially flat surface. Further, the outer peripheral surface of the first semiconductor unit 2 is smoothly continuous with the outer peripheral surface of the second semiconductor unit 3. That is, the outer peripheral surface of the first semiconductor unit 2 is substantially flush with the outer peripheral surface of the second semiconductor unit 3. The second semiconductor part 3 is formed so as to be aligned in the axial direction of the main body 1 with respect to the first semiconductor part 2. The first semiconductor unit 2 is an example of a first conductivity type semiconductor, and the second semiconductor unit 3 is an example of a second conductivity type semiconductor. Further, the outer peripheral surface of the first semiconductor unit 2 may be formed to have a step with respect to the outer peripheral surface of the second semiconductor unit 3.

上記棒状構造発光素子は、次のように製造する。   The rod-shaped structure light emitting device is manufactured as follows.

まず、図2Aに示すように、n型GaNからなる基板11上に、複数の成長穴13,13,…(図2Aでは2つのみ図示)を有するマスク12を形成する。マスク12には、酸化シリコン(SiO)あるいは窒化シリコン(Si)など第1半導体部2および第2半導体部3に対して選択的にエッチング可能な材料を用いる。成長穴13,13,…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。 First, as shown in FIG. 2A, a mask 12 having a plurality of growth holes 13, 13,... (Only two are shown in FIG. 2A) is formed on a substrate 11 made of n-type GaN. The mask 12 is made of a material that can be selectively etched with respect to the first semiconductor portion 2 and the second semiconductor portion 3 such as silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (Si 3 N 4 ). For the formation of the growth holes 13, 13,..., Known lithography methods and dry etching methods used in ordinary semiconductor processes can be used.

次に、上記マスク12の成長穴13,13,…により露出した基板11上に、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、図2Bに示すように、各成長穴13内に第1半導体部2を形成する。より詳しくは、MOCVD装置の温度を950℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム(TMG)およびアンモニア(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からなる第1半導体部2を成長させる。このとき、マスク12の成長穴13の深さのほぼ半分まで第1半導体部2を成長させる。また、第1半導体部2の直径はマスク12の成長穴13の径で決めることができる。 Next, crystal growth of n-type GaN is performed on the substrate 11 exposed by the growth holes 13, 13,... Of the mask 12 by using a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) apparatus. As shown in FIG. 2B, the first semiconductor portion 2 is formed in each growth hole 13. More specifically, the temperature of the MOCVD apparatus is set to about 950 ° C., trimethyl gallium (TMG) and ammonia (NH 3 ) are used as growth gases, silane (SiH 3 ) is supplied for supplying n-type impurities, and carrier gas As a result, hydrogen (H 3 ) is supplied to grow the first semiconductor portion 2 made of n-type GaN with Si as an impurity. At this time, the first semiconductor portion 2 is grown to almost half the depth of the growth hole 13 of the mask 12. The diameter of the first semiconductor part 2 can be determined by the diameter of the growth hole 13 of the mask 12.

次に、上記各第1半導体部2上に、p型GaNからなる第2半導体部3Aを形成する。より詳しくは、MOCVD装置の温度を960℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム(TMG)およびアンモニア(NH)を、p型不純物供給用にビスシクロペンタジエニルマグネシウム(CpMg)を用いることによってマグネシウム(Mg)を不純物とするp型GaNを成長させることができる。 Next, a second semiconductor portion 3A made of p-type GaN is formed on each of the first semiconductor portions 2 described above. More specifically, the temperature of the MOCVD apparatus is set to about 960 ° C., trimethylgallium (TMG) and ammonia (NH 3 ) are used as growth gases, and biscyclopentadienylmagnesium (Cp 2 Mg) is used to supply p-type impurities. By using it, p-type GaN having magnesium (Mg) as an impurity can be grown.

次に、図2Cに示すように、マスク12および第2半導体部3A上に複数の微粒子14を形成する。この微粒子14の径は数十nm程度である。また、微粒子14の材料として、例えば金などを用いることができる。   Next, as shown in FIG. 2C, a plurality of fine particles 14 are formed on the mask 12 and the second semiconductor portion 3A. The diameter of the fine particles 14 is about several tens of nm. Further, as the material of the fine particles 14, for example, gold can be used.

次に、ドライエッチングを行って、図2Dに示すように、棒状の本体1の軸方向の一端面5に凹凸(粗い表面、ギザギザの表面)を形成する。このとき、マスク12aの表面にも凹凸が形成されている。   Next, dry etching is performed to form irregularities (a rough surface, a jagged surface) on one end surface 5 in the axial direction of the rod-shaped main body 1 as shown in FIG. 2D. At this time, irregularities are also formed on the surface of the mask 12a.

次に、上記マスク12aの全部を除去して、図2Eに示すように、基板11上に複数の本体1,1,…(図2Eでは2つの図示)のみ残す。マスク12a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、第1半導体部2および第2半導体部3に影響を与えずにマスク12を容易にエッチングすることができる。 Next, all of the mask 12a is removed, leaving only a plurality of main bodies 1, 1,... (Two shown in FIG. 2E) on the substrate 11, as shown in FIG. When the mask 12a is made of silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (Si 3 N 4 ), the first semiconductor unit 2 and the second semiconductor unit 3 are used by using a solution containing hydrofluoric acid (HF). The mask 12 can be easily etched without affecting the above.

なお、上記成長穴13,13,…を有するマスク12を用いないで、棒状の本体を成長させてもよい。その場合は、基板上に触媒金属(例えばNi)の粒を分散させ、MOCVDにより触媒金属下に棒状ワイヤを成長させる。この棒状ワイヤの成長後、直径数十nmのInNドットを棒状ワイヤの軸方向の一端面にS−K(Stranski-Krastanov)成長により形成して、さらに、ドライエッチングを行って、棒状ワイヤの軸方向の一端面に凹凸を形成する。   It should be noted that the rod-shaped main body may be grown without using the mask 12 having the growth holes 13, 13,. In that case, particles of catalyst metal (for example, Ni) are dispersed on the substrate, and a rod-like wire is grown under the catalyst metal by MOCVD. After the growth of the rod-shaped wire, an InN dot having a diameter of several tens of nm is formed on one end surface in the axial direction of the rod-shaped wire by SK (Stranski-Krastanov) growth, and further dry etching is performed to Concavities and convexities are formed on one end surface in the direction.

次に、イソプロピルアルコール(IPA)水溶液中に基板11を浸した後、超音波(例えば数10KHz)を用いて、基板11を基板平面に沿って振動させる。これにより、基板11上に立設する本体1,1,…の基板11側に近い根元を折り曲げるように、本体1,1,…に対して応力が働いて、本体1,1,…が基板11から分離される。   Next, after immersing the substrate 11 in an isopropyl alcohol (IPA) aqueous solution, the substrate 11 is vibrated along the substrate plane using ultrasonic waves (for example, several tens of kHz). As a result, stress is applied to the main bodies 1, 1,... So that the bases near the board 11 side of the main bodies 1, 1,. 11 is separated.

こうして、n型GaNからなる基板11から分離された微細な棒状構造発光素子を製造することができる。   In this way, a fine rod-shaped structure light emitting element separated from the substrate 11 made of n-type GaN can be manufactured.

上記構成の棒状構造発光素子によれば、発光面4から出た光は、図1の矢印で示すように、導波効果によって本体1の軸方向の一端面5へ向かう。この一端面5には凹凸が形成されているので、マイクロオーダーサイズやナノオーダーサイズの微細な棒状構造発光素子であっても、発光面4からの光が本体1の軸方向の一端面5を通過し、効率良く本体1外に出る。   According to the rod-shaped structure light emitting element having the above configuration, the light emitted from the light emitting surface 4 travels toward the one end surface 5 in the axial direction of the main body 1 by the waveguiding effect, as indicated by an arrow in FIG. Since the one end surface 5 is formed with irregularities, light from the light emitting surface 4 passes through the one end surface 5 in the axial direction of the main body 1 even in a micro rod-sized or nano-order size light emitting element. Passes and goes out of the main body 1 efficiently.

したがって、光を効率良く取り出すことができる微細な棒状構造発光素子を実現できる。この棒状構造発光素子は、基板11から切り離され、基板11と一体でないので、装置への実装の自由度が高い。   Therefore, it is possible to realize a fine rod-shaped structure light emitting element that can extract light efficiently. Since this rod-shaped structure light emitting element is separated from the substrate 11 and is not integrated with the substrate 11, the degree of freedom of mounting on the apparatus is high.

図3は比較例の棒状構造発光素子の模式断面図である。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a bar-shaped structure light emitting device of a comparative example.

上記比較例の棒状構造発光素子は、本体51の軸方向の一端面55が平坦面である点以外は本第1実施形態の棒状構造発光素子と同じ構成のものである。つまり、本体51は、第2半導体部3とは異なる形状の第2半導体部53を有している。   The bar-shaped structure light emitting element of the comparative example has the same configuration as the bar-shaped structure light emitting element of the first embodiment, except that the end face 55 in the axial direction of the main body 51 is a flat surface. That is, the main body 51 has a second semiconductor portion 53 having a shape different from that of the second semiconductor portion 3.

このような比較例の棒状構造発光素子によれば、発光面54から出た光は、図3の矢印で示すように、導波効果によって本体51の軸方向の一端面55へ向かうが、この一端面55は平坦面であるため、発光面54からの光は本体1の軸方向の一端面5で反射され、発光面54からの光が本体51内に閉じ込められてしまう。   According to such a rod-shaped structure light emitting device of the comparative example, the light emitted from the light emitting surface 54 is directed to the one end surface 55 in the axial direction of the main body 51 by the waveguiding effect as shown by the arrow in FIG. Since the one end surface 55 is a flat surface, the light from the light emitting surface 54 is reflected by the one end surface 5 in the axial direction of the main body 1, and the light from the light emitting surface 54 is confined in the main body 51.

ここで、微細な棒状構造発光素子とは、例えば直径が1μmで長さ10μmのマイクロオーダーサイズであるが、この寸法に限るものでなく、直径が10nmから5μm、より好ましくは100nmから2μmである微細な棒状構造発光素子を製造してもよい。この微細な棒状構造発光素子の長さは、100nmから200μm、より好ましくは1μmから50μmとする。   Here, the fine rod-shaped structure light emitting element is, for example, a micro-order size having a diameter of 1 μm and a length of 10 μm, but is not limited to this size, and the diameter is 10 nm to 5 μm, more preferably 100 nm to 2 μm. You may manufacture a fine rod-shaped structure light emitting element. The length of this fine rod-shaped structure light emitting element is 100 nm to 200 μm, more preferably 1 μm to 50 μm.

また、上記棒状構造発光素子は、発光効率が高くて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できる。   Moreover, the rod-shaped structure light emitting element can realize a backlight, a lighting device, a display device, and the like with high luminous efficiency and power saving.

また、本第1実施形態の棒状構造発光素子から光を取り出す場合、例えば、図4Aに示すように、絶縁性基板21の表面上に本体1を配置する。このとき、本体1の軸方向が絶縁性基板21の表面とほぼ平行となるように、本体1の配置を行う。なお、絶縁性基板21は基板の一例である。   Moreover, when taking out light from the rod-shaped structure light emitting element of this 1st Embodiment, as shown to FIG. 4A, the main body 1 is arrange | positioned on the surface of the insulating substrate 21, for example. At this time, the main body 1 is arranged so that the axial direction of the main body 1 is substantially parallel to the surface of the insulating substrate 21. The insulating substrate 21 is an example of a substrate.

次に、図4Bに示すように、例えば蒸着法あるいはスパッタ法で、第1半導体部2にn側コンタクトメタル22を接続し、第2半導体部3にp側コンタクトメタル23を接続して、発光面4(図1参照)で電子と正孔の再結合が起きるようにp側コンタクトメタル23からn側コンタクトメタル22に電流を流すことにより、発光面4から光が放出される。   Next, as shown in FIG. 4B, the n-side contact metal 22 is connected to the first semiconductor portion 2 and the p-side contact metal 23 is connected to the second semiconductor portion 3 by, for example, vapor deposition or sputtering to emit light. Light is emitted from the light emitting surface 4 by passing a current from the p-side contact metal 23 to the n-side contact metal 22 so that recombination of electrons and holes occurs on the surface 4 (see FIG. 1).

このように、上記本体1の軸方向を絶縁性基板21の表面とほぼ平行にするので、薄型化できる。   Thus, since the axial direction of the main body 1 is substantially parallel to the surface of the insulating substrate 21, the thickness can be reduced.

図5は、上記発光面4からの光の波長に対する本体1の軸方向の一端面5の凹凸の大きさの比の変化と、本体51の軸方向の一端面55に対する本体1の軸方向の一端面5の反射率の比の変化との関係を示すグラフである。なお、図5において、反射率(凹凸あり)は本体1の軸方向の一端面5の反射率であり、反射率(凹凸なし)は本体51の軸方向の一端面55の反射率である。また、凹凸の大きさとは、本体1の一方の端面5の平均値からのずれの大きさである。つまり、凹凸の大きさとは、本体1の一方の端面5における粗さ曲線の平均線から測定曲線までの偏差の二乗を平均した値の平方根で求める二乗平均粗さを指す。   FIG. 5 shows the change in the ratio of the size of the concavities and convexities of the end face 5 in the axial direction of the main body 1 to the wavelength of the light from the light emitting surface 4 and the axial direction of the main body 1 with respect to the end face 55 in the axial direction of the main body 51. It is a graph which shows the relationship with the change of the ratio of the reflectance of the end surface 5. FIG. In FIG. 5, the reflectance (with unevenness) is the reflectance of the one end surface 5 in the axial direction of the main body 1, and the reflectance (without unevenness) is the reflectance of the one end surface 55 in the axial direction of the main body 51. Further, the size of the unevenness is the size of deviation from the average value of one end face 5 of the main body 1. That is, the size of the unevenness refers to the mean square roughness obtained by the square root of the value obtained by averaging the squares of deviations from the mean line of the roughness curve to the measurement curve on one end face 5 of the main body 1.

図5から明らかなように、上記発光面4からの光の波長に対する本体1の軸方向の一端面5の凹凸の大きさの比が0.1以上であると、本体1の軸方向の一端面5での上記光の反射が非常に少なくなるので望ましい。   As is clear from FIG. 5, when the ratio of the size of the unevenness of the end surface 5 in the axial direction of the main body 1 to the wavelength of light from the light emitting surface 4 is 0.1 or more, the axial direction of the main body 1 is This is desirable because the reflection of the light at the end face 5 becomes very small.

また、上記発光面4からの光の波長に対する本体1の軸方向の一端面5の凹凸の大きさの比が0.2以上であると、本体1の軸方向の一端面5での上記光の反射が殆ど無くなるのでより望ましい。   Further, when the ratio of the size of the unevenness of the one end surface 5 in the axial direction of the main body 1 to the wavelength of light from the light emitting surface 4 is 0.2 or more, the light on the one end surface 5 in the axial direction of the main body 1 This is more desirable because almost no reflection of the light is lost.

本第1実施形態の変形例の棒状構造発光素子としては、図6に示す断面ほぼ円形の棒状の本体61を備えたものがある。この本体61は、n型GaNからなる第1半導体部62と、p型GaNからなる第2半導体部63と、p型InGaNからなる量子井戸層67とを有している。また、本体61の軸方向の一端面65には凹凸が形成されている。一方、本体61の軸方向の他端面66はほぼ平坦な面である。また、第1半導体部62の外周面は第2半導体部63の外周面と滑らかに連続している。つまり、第1半導体部62の外周面は第2半導体部63の外周面とほぼ面一になっている。この第2半導体部63は、第1半導体部62に対して本体61の軸方向に並ぶように形成されている。そして、第1半導体部62と第2半導体部63との間には量子井戸層67が配置されている。なお、第1半導体部62は第1導電型半導体の一例であり、第2半導体部63は第2導電型半導体の一例であり、量子井戸層67は量子井戸層の一例である。また、第1半導体部62の外周面は第2半導体部63の外周面に対して段差を有するように形成してもよい。   As a rod-shaped structure light emitting element of a modified example of the first embodiment, there is one provided with a rod-shaped main body 61 having a substantially circular cross section shown in FIG. The main body 61 has a first semiconductor part 62 made of n-type GaN, a second semiconductor part 63 made of p-type GaN, and a quantum well layer 67 made of p-type InGaN. Further, an unevenness is formed on one end surface 65 of the main body 61 in the axial direction. On the other hand, the other end surface 66 in the axial direction of the main body 61 is a substantially flat surface. Further, the outer peripheral surface of the first semiconductor unit 62 is smoothly continuous with the outer peripheral surface of the second semiconductor unit 63. That is, the outer peripheral surface of the first semiconductor unit 62 is substantially flush with the outer peripheral surface of the second semiconductor unit 63. The second semiconductor part 63 is formed so as to be aligned with the first semiconductor part 62 in the axial direction of the main body 61. A quantum well layer 67 is disposed between the first semiconductor unit 62 and the second semiconductor unit 63. The first semiconductor unit 62 is an example of a first conductivity type semiconductor, the second semiconductor unit 63 is an example of a second conductivity type semiconductor, and the quantum well layer 67 is an example of a quantum well layer. Further, the outer peripheral surface of the first semiconductor portion 62 may be formed to have a step with respect to the outer peripheral surface of the second semiconductor portion 63.

このように、上記第1半導体部62と第2半導体部63との間に量子井戸層67を配置することによって、量子井戸層67の量子閉じ込め効果により発光効率をさらに向上できる。   Thus, by arranging the quantum well layer 67 between the first semiconductor portion 62 and the second semiconductor portion 63, the light emission efficiency can be further improved by the quantum confinement effect of the quantum well layer 67.

また、上記本体61を備える棒状構造発光素子から光を取り出す場合、例えば、絶縁性基板21の表面上に、本体1の軸方向が絶縁性基板21の表面とほぼ平行となるように、本体1を配置して、蒸着法あるいはスパッタ法などで、第1半導体部62にn側コンタクトメタル22を接続し、第2半導体部63にp側コンタクトメタル23を接続して、発光面4で電子と正孔の再結合が起きるようにp側コンタクトメタル23からn側コンタクトメタル22に電流を流せばよい。   When light is extracted from the rod-shaped structure light emitting element including the main body 61, for example, the main body 1 is arranged on the surface of the insulating substrate 21 so that the axial direction of the main body 1 is substantially parallel to the surface of the insulating substrate 21. The n-side contact metal 22 is connected to the first semiconductor portion 62 and the p-side contact metal 23 is connected to the second semiconductor portion 63 by vapor deposition or sputtering, and electrons are emitted from the light emitting surface 4. A current may be passed from the p-side contact metal 23 to the n-side contact metal 22 so that hole recombination occurs.

また、上記本体61を備える棒状構造発光素子は、第1半導体部2と同様に第1半導体部62を形成した後、成長ガスとしてトリメチルガリウム(TMG)、アンモニア(NH)およびトリメチルインジウム(In(CH)を、p型不純物供給用にビスシクロペンタジエニルマグネシウム(CpMg)を用いて、量子井戸層67を形成した後、第2半導体部3と同様に第2半導体部63を形成すれば製造することができる。 Further, in the rod-shaped structure light emitting device including the main body 61, after forming the first semiconductor portion 62 in the same manner as the first semiconductor portion 2, trimethylgallium (TMG), ammonia (NH 3 ) and trimethylindium (In) are used as growth gases. (CH 3 ) 3 ) is formed using biscyclopentadienylmagnesium (Cp 2 Mg) for supplying p-type impurities, and then the quantum well layer 67 is formed. If 63 is formed, it can be manufactured.

本第1実施形態の他の変形例の棒状構造発光素子としては、図7に示す断面ほぼ円形の棒状の本体71を備えたものがある。この本体71は、n型GaNからなる第1半導体部72と、p型GaNからなる第2半導体部73とを有している。また、本体71の軸方向の一端面75には凹凸が形成されている。一方、本体71の軸方向の他端面76はほぼ平坦な面である。また、第1半導体部72の外周面は第2半導体部73の外周面と滑らかに連続している。つまり、第1半導体部72の外周面は第2半導体部73の外周面とほぼ面一になっている。また、第2半導体部73は、第1半導体部72の一端面75側の外周面を覆うように形成されている。つまり、第2半導体部73は、一部が第1半導体部72の一端面75側の端部を同心軸状に覆っている。また、第1半導体部72の一端面75側の軸方向の端面は第2半導体部73で完全に覆われている。なお、第1半導体部72は第1導電型半導体の一例であり、第2半導体部73は第2導電型半導体の一例である。また、第1半導体部72の外周面は第2半導体部73の外周面に対して段差を有するように形成してもよい。   As another example of the rod-shaped structure light emitting element of the first embodiment, there is one having a rod-shaped main body 71 having a substantially circular cross section shown in FIG. The main body 71 has a first semiconductor part 72 made of n-type GaN and a second semiconductor part 73 made of p-type GaN. Further, an unevenness is formed on one end surface 75 of the main body 71 in the axial direction. On the other hand, the other end surface 76 of the main body 71 in the axial direction is a substantially flat surface. Further, the outer peripheral surface of the first semiconductor unit 72 is smoothly continuous with the outer peripheral surface of the second semiconductor unit 73. That is, the outer peripheral surface of the first semiconductor unit 72 is substantially flush with the outer peripheral surface of the second semiconductor unit 73. The second semiconductor portion 73 is formed so as to cover the outer peripheral surface on the one end surface 75 side of the first semiconductor portion 72. That is, the second semiconductor portion 73 partially covers the end portion on the one end face 75 side of the first semiconductor portion 72 in a concentric axis shape. Further, the end face in the axial direction on the one end face 75 side of the first semiconductor part 72 is completely covered with the second semiconductor part 73. The first semiconductor unit 72 is an example of a first conductivity type semiconductor, and the second semiconductor unit 73 is an example of a second conductivity type semiconductor. Further, the outer peripheral surface of the first semiconductor portion 72 may be formed to have a step with respect to the outer peripheral surface of the second semiconductor portion 73.

このように、上記第1半導体部72の一端面75側を覆うように、第2半導体部73を形成するので、第1半導体部72と第2半導体部73との接触面積が増え、発光面積を大きくとることができる。   Thus, since the second semiconductor portion 73 is formed so as to cover the one end surface 75 side of the first semiconductor portion 72, the contact area between the first semiconductor portion 72 and the second semiconductor portion 73 increases, and the light emission area. Can be greatly increased.

また、上記本体71を備える棒状構造発光素子から光を取り出す場合、例えば、絶縁性基板21の表面上に、本体71の軸方向が絶縁性基板21の表面とほぼ平行となるように、本体71を配置して、蒸着法あるいはスパッタ法などで、第1半導体部72にn側コンタクトメタル22を接続し、第2半導体部73にp側コンタクトメタル23を接続して、発光面4で電子と正孔の再結合が起きるようにp側コンタクトメタル23からn側コンタクトメタル22に電流を流せばよい。   When light is extracted from the rod-shaped structure light emitting device including the main body 71, for example, the main body 71 is arranged on the surface of the insulating substrate 21 so that the axial direction of the main body 71 is substantially parallel to the surface of the insulating substrate 21. The n-side contact metal 22 is connected to the first semiconductor part 72 and the p-side contact metal 23 is connected to the second semiconductor part 73 by vapor deposition or sputtering, and electrons are emitted from the light emitting surface 4. A current may be passed from the p-side contact metal 23 to the n-side contact metal 22 so that hole recombination occurs.

また、上記本体71を備える棒状構造発光素子の製造方法は、まず、基板上に棒状のn型GaNを形成した後、このn型GaNの先端部の径をエッチングで小さくして、第1半導体部72を形成する。そして、第1半導体部72の先端部を覆うようにp型GaNを形成した後、このp型GaN上に、径が数十nm程度の微粒子を形成して、さらに、ドライエッチングを行って、第2半導体部73を形成する。   In the method of manufacturing the rod-shaped structure light emitting device including the main body 71, first, after forming rod-shaped n-type GaN on the substrate, the diameter of the tip of the n-type GaN is reduced by etching, so that the first semiconductor A portion 72 is formed. And after forming p-type GaN so that the front-end | tip part of the 1st semiconductor part 72 may be covered, on this p-type GaN, the diameter about tens of nanometers is formed, Furthermore, dry etching is performed, A second semiconductor portion 73 is formed.

また、上記本体71のような本体を備える棒状構造発光素子の製造方法としては、基板上にn型GaN膜を形成した後、基板上に触媒金属(例えばNi)の粒を分散させ、MOCVDにより触媒金属下に棒状のn型GaNワイヤを成長させる。このn型GaNワイヤの成長後、MOCVDにより、n型GaNワイヤの上面(軸方向の一端面)および側面上と、n型GaN膜上とにp型GaN膜を成長する。そして、直径数十nmのInNドットをp型GaN膜の表面にS−K成長により形成して、さらに、ドライエッチングを行って、p型GaN膜の表面に凹凸を形成する。   In addition, as a method for manufacturing a rod-shaped structure light emitting device including a main body such as the main body 71, after forming an n-type GaN film on a substrate, particles of catalyst metal (for example, Ni) are dispersed on the substrate, and MOCVD is performed. A rod-shaped n-type GaN wire is grown under the catalyst metal. After the growth of the n-type GaN wire, a p-type GaN film is grown on the upper surface (one axial end surface) and side surfaces of the n-type GaN wire and on the n-type GaN film by MOCVD. Then, InN dots having a diameter of several tens of nm are formed on the surface of the p-type GaN film by SK growth, and further, dry etching is performed to form irregularities on the surface of the p-type GaN film.

〔第2実施形態〕
図8は本発明の第2実施形態の棒状構造発光素子の模式断面図である。
[Second Embodiment]
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a rod-shaped structure light emitting device according to a second embodiment of the present invention.

本第2実施形態の棒状構造発光素子は、断面ほぼ円形の棒状の本体201を備えている。この本体201は、n型GaAsからなる第1半導体部202と、この第1半導体部202に接触するp型GaAsからなる第2半導体部203とを有しており、この第1半導体部202と第2半導体部203との境界面が発光面204となっている。また、本体201の軸方向の一端面205には凸部208が形成されている。一方、本体201の軸方向の他端面206はほぼ平坦な面である。また、第1半導体部202の外周面は第2半導体部203の外周面と滑らかに連続している。つまり、第1半導体部202の外周面は第2半導体部203の外周面とほぼ面一になっている。この第2半導体部203は、第1半導体部202に対して本体201の軸方向に並ぶように形成されている。なお、第1半導体部202は第1導電型半導体の一例であり、第2半導体部203は第2導電型半導体の一例である。また、第1半導体部202の外周面は第2半導体部203の外周面に対して段差を有するように形成してもよい。   The rod-shaped structure light emitting device of the second embodiment includes a rod-shaped main body 201 having a substantially circular cross section. The main body 201 includes a first semiconductor portion 202 made of n-type GaAs and a second semiconductor portion 203 made of p-type GaAs in contact with the first semiconductor portion 202. A boundary surface with the second semiconductor unit 203 is a light emitting surface 204. A convex portion 208 is formed on one end surface 205 of the main body 201 in the axial direction. On the other hand, the other end surface 206 in the axial direction of the main body 201 is a substantially flat surface. Further, the outer peripheral surface of the first semiconductor unit 202 is smoothly continuous with the outer peripheral surface of the second semiconductor unit 203. That is, the outer peripheral surface of the first semiconductor unit 202 is substantially flush with the outer peripheral surface of the second semiconductor unit 203. The second semiconductor unit 203 is formed so as to be aligned with the first semiconductor unit 202 in the axial direction of the main body 201. The first semiconductor unit 202 is an example of a first conductivity type semiconductor, and the second semiconductor unit 203 is an example of a second conductivity type semiconductor. Further, the outer peripheral surface of the first semiconductor unit 202 may be formed to have a step with respect to the outer peripheral surface of the second semiconductor unit 203.

上記凸部208は第2半導体部203の一部であり、p型GaAsからなっている。また、凸部208の高さH1は、発光面204から出る光の波長の1/10以上に設定されている。なお、上記凸部208の高さH1は、発光面204から出る光の波長の1/5以上に設定してもよい。   The convex portion 208 is a part of the second semiconductor portion 203 and is made of p-type GaAs. The height H1 of the convex portion 208 is set to 1/10 or more of the wavelength of light emitted from the light emitting surface 204. The height H1 of the convex portion 208 may be set to 1/5 or more of the wavelength of light emitted from the light emitting surface 204.

上記棒状構造発光素子は、次のように製造する。   The rod-shaped structure light emitting device is manufactured as follows.

まず、図9Aに示すように、n型GaAsからなる基板211上に、複数の成長穴213,213,…(図9Aでは2つのみ図示)を有するマスク212を形成する。マスク212には、酸化シリコン(SiO)あるいは窒化シリコン(Si)など第1半導体部202および第2半導体部203に対して選択的にエッチング可能な材料を用いる。成長穴213,213,…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。 First, as shown in FIG. 9A, a mask 212 having a plurality of growth holes 213, 213,... (Only two are shown in FIG. 9A) is formed on a substrate 211 made of n-type GaAs. The mask 212 is made of a material that can be selectively etched with respect to the first semiconductor portion 202 and the second semiconductor portion 203 such as silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (Si 3 N 4 ). The growth holes 213, 213,... Can be formed by a known lithography method and dry etching method used in a normal semiconductor process.

次に、上記マスク212の成長穴213,213,…により露出した基板211上に、MOCVD装置を用いて、n型GaAsを結晶成長させて、図9Bに示すように、各成長穴213内に第1半導体部202を形成する。より詳しくは、MOVPE装置の温度を750℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム(TMG)とAsHを使用し、n型不純物としてシラン(SiH)を供給することによりSiを不純物としたn型GaAsからなる第1半導体部202を成長させる。このとき、マスク212の成長穴213の深さのほぼ半分まで第1半導体部202を成長させる。また、第1半導体部202の直径はマスク212の成長穴213の径で決めることができる。 Next, an n-type GaAs crystal is grown on the substrate 211 exposed by the growth holes 213, 213,... Of the mask 212 by using an MOCVD apparatus, and as shown in FIG. The first semiconductor part 202 is formed. More specifically, the temperature of the MOVPE apparatus is set to about 750 ° C., trimethylgallium (TMG) and AsH 3 are used as growth gases, and Si is used as an impurity by supplying silane (SiH 3 ) as an n-type impurity. A first semiconductor portion 202 made of n-type GaAs is grown. At this time, the first semiconductor portion 202 is grown to almost half the depth of the growth hole 213 of the mask 212. Further, the diameter of the first semiconductor part 202 can be determined by the diameter of the growth hole 213 of the mask 212.

次に、上記各第1半導体部202上に、p型GaAsからなる第2半導体部203Aを形成する。より詳しくは、MOVPE装置の温度を750℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム(TMG)とAsHを使用し、p型不純物供給用にTMZnを用いることによってを亜鉛(Zn)を不純物とするp型GaAsを成長させることができる。 Next, a second semiconductor portion 203A made of p-type GaAs is formed on each of the first semiconductor portions 202. More specifically, the temperature of the MOVPE apparatus is set to about 750 ° C., trimethyl gallium (TMG) and AsH 3 are used as growth gases, and TMZn is used as a p-type impurity supply to make zinc (Zn) an impurity. P-type GaAs can be grown.

次に、上記マスク212の一部を除去して、図9Cに示すように、第2半導体部203の基板211側とは反対側の端部をマスク212aから露出させる。マスク212a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、第1半導体部202および第2半導体部203Aに影響を与えずにマスク212の一部を容易にエッチングすることができる。 Next, a part of the mask 212 is removed, and as shown in FIG. 9C, the end of the second semiconductor unit 203 opposite to the substrate 211 is exposed from the mask 212a. When the mask 212a is made of silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (Si 3 N 4 ), a solution containing hydrofluoric acid (HF) is used, whereby the first semiconductor portion 202 and the second semiconductor portion 203A. A part of the mask 212 can be easily etched without affecting the above.

次に、上記第2半導体部203の基板211側とは反対側の端部に対して例えば等方性エッチングを行って、図9Dに示すように、凸部208を形成する。この等方性エッチングは、例えば、硫酸と過酸化水素水と水との混合液を用いて行える。   Next, for example, isotropic etching is performed on the end portion of the second semiconductor portion 203 opposite to the substrate 211 side to form a convex portion 208 as shown in FIG. 9D. This isotropic etching can be performed using, for example, a mixed solution of sulfuric acid, hydrogen peroxide solution, and water.

次に、上記マスク212aの全部を除去して、図9Eに示すように、基板211上に複数の本体201,201,…(図9Eでは2つの図示)のみ残す。マスク212a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、第1半導体部202および第2半導体部203に影響を与えずにマスク212を容易にエッチングすることができる。 Next, the entire mask 212a is removed, and only a plurality of main bodies 201, 201,... (Two shown in FIG. 9E) are left on the substrate 211 as shown in FIG. When the mask 212a is made of silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (Si 3 N 4 ), a solution containing hydrofluoric acid (HF) is used, whereby the first semiconductor portion 202 and the second semiconductor portion 203 are used. The mask 212 can be easily etched without affecting the above.

次に、イソプロピルアルコール(IPA)水溶液中に基板211を浸した後、超音波(例えば数10KHz)を用いて、基板211を基板平面に沿って振動させる。これにより、基板211上に立設する本体201,201,…の基板211側に近い根元を折り曲げるように、本体201,201,…に対して応力が働いて、本体201,201,…が基板211から分離される。   Next, after the substrate 211 is immersed in an isopropyl alcohol (IPA) aqueous solution, the substrate 211 is vibrated along the substrate plane using ultrasonic waves (for example, several tens of kHz). As a result, stress is applied to the main bodies 201, 201,... So that the bases close to the substrate 211 side of the main bodies 201, 201,. 211 is separated.

こうして、n型GaAsからなる基板211から分離された微細な棒状構造発光素子を製造することができる。   In this way, a fine rod-shaped light emitting element separated from the substrate 211 made of n-type GaAs can be manufactured.

上記構成の棒状構造発光素子によれば、発光面204から出た光は、導波効果によって本体201の軸方向の一端面205へ向かう。この一端面205には凸部208が形成されているので、マイクロオーダーサイズやナノオーダーサイズの微細な棒状構造発光素子であっても、発光面204からの光が本体201の軸方向の一端面205を通過し、効率良く本体201外に出る。   According to the rod-shaped structure light emitting element having the above configuration, the light emitted from the light emitting surface 204 travels toward the one end surface 205 in the axial direction of the main body 201 by the waveguiding effect. Since the convex portion 208 is formed on the one end face 205, the light from the light emitting face 204 is axially one end face of the main body 201 even in a micro rod-sized or nano-order sized light emitting element. Passes 205 and goes out of the main body 201 efficiently.

したがって、光を効率良く取り出すことができる微細な棒状構造発光素子を実現できる。この棒状構造発光素子は、基板と一体でないので、装置への実装の自由度が高い。   Therefore, it is possible to realize a fine rod-shaped structure light emitting element that can extract light efficiently. Since this rod-shaped structure light emitting element is not integrated with the substrate, the degree of freedom of mounting on the device is high.

もし、上記本体201の軸方向の一端面205が平らであったなら、発光面204からの光はその一端面205で反射されるため、本体201の外部に光が殆ど出なくなる。   If the one end surface 205 of the main body 201 in the axial direction is flat, the light from the light emitting surface 204 is reflected by the one end surface 205, so that almost no light is emitted outside the main body 201.

ここで、微細な棒状構造発光素子とは、例えば直径が1μmで長さ10μmのマイクロオーダーサイズであるが、この寸法に限るものでなく、直径が10nmから5μm、より好ましくは100nmから2μmである微細な棒状構造発光素子を製造してもよい。この微細な棒状構造発光素子の長さは、100nmから200μm、より好ましくは1μmから50μmとする。   Here, the fine rod-shaped structure light emitting element is, for example, a micro-order size having a diameter of 1 μm and a length of 10 μm, but is not limited to this size, and the diameter is 10 nm to 5 μm, more preferably 100 nm to 2 μm. You may manufacture a fine rod-shaped structure light emitting element. The length of this fine rod-shaped structure light emitting element is 100 nm to 200 μm, more preferably 1 μm to 50 μm.

また、上記凸部208の高さH1が発光面204から出る光の波長の1/10以上であるので、凸部208が形成された一端面205での上記光の反射を非常に少なくすることができる。   In addition, since the height H1 of the convex portion 208 is 1/10 or more of the wavelength of the light emitted from the light emitting surface 204, the reflection of the light at the one end surface 205 where the convex portion 208 is formed is extremely reduced. Can do.

また、本第2実施形態の棒状構造発光素子から光を取り出す場合、例えば、図10Aに示すように、絶縁性基板221の表面上に本体201を配置する。このとき、本体201の軸方向が絶縁性基板221の表面とほぼ平行となるように、本体201の配置を行う。なお、絶縁性基板221は基板の一例である。   Further, when light is extracted from the rod-shaped structure light emitting device of the second embodiment, for example, as shown in FIG. 10A, the main body 201 is disposed on the surface of the insulating substrate 221. At this time, the main body 201 is arranged so that the axial direction of the main body 201 is substantially parallel to the surface of the insulating substrate 221. Note that the insulating substrate 221 is an example of a substrate.

次に、図10Bに示すように、例えば蒸着法あるいはスパッタ法で、第1半導体部202にn側コンタクトメタル222を接続し、第2半導体部203にp側コンタクトメタル223を接続して、発光面204で電子と正孔の再結合が起きるようにp側コンタクトメタル223からn側コンタクトメタル222に電流を流すことにより、発光面204から光が放出される。   Next, as shown in FIG. 10B, the n-side contact metal 222 is connected to the first semiconductor portion 202 and the p-side contact metal 223 is connected to the second semiconductor portion 203 by, for example, vapor deposition or sputtering, and light emission is performed. Light is emitted from the light emitting surface 204 by passing a current from the p-side contact metal 223 to the n-side contact metal 222 so that recombination of electrons and holes occurs on the surface 204.

このように、上記本体201の軸方向を絶縁性基板221の表面とほぼ平行にするので、薄型化できる。   Thus, since the axial direction of the main body 201 is substantially parallel to the surface of the insulating substrate 221, the thickness can be reduced.

上記第2実施形態では、n型GaAsに対してp型GaAsが軸方向に並ぶように微細な棒状構造発光素子を製造したが、n型GaAsに対してp型GaAsの一部が径方向に並ぶように微細な棒状構造発光素子を製造してもよい。   In the second embodiment, the fine rod-shaped structure light emitting device is manufactured so that the p-type GaAs is aligned in the axial direction with respect to the n-type GaAs. However, a part of the p-type GaAs is radially aligned with respect to the n-type GaAs. You may manufacture a fine rod-shaped structure light emitting element so that it may rank.

〔第3実施形態〕
図11は本発明の第3実施形態の棒状構造発光素子の模式断面図である。
[Third Embodiment]
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a rod-shaped structure light emitting device according to a third embodiment of the present invention.

本第3実施形態の棒状構造発光素子は、断面ほぼ円形の棒状の本体301を備えている。この本体301は、p型GaNからなる第1半導体部302と、この第1半導体部302に接触するn型GaNからなる第2半導体部303とを有しており、この第1半導体部302と第2半導体部303との境界面が発光面304となっている。また、本体301の軸方向の一端面305には凹部309が形成されている。一方、本体301の軸方向の他端面306はほぼ平坦な面である。また、第1半導体部302の外周面は第2半導体部303の外周面と滑らかに連続している。つまり、第1半導体部302の外周面は第2半導体部303の外周面とほぼ面一になっている。この第2半導体部303は、第1半導体部302に対して本体301の軸方向に並ぶように形成されている。なお、第1半導体部302は第1導電型半導体の一例であり、第2半導体部303は第2導電型半導体の一例である。また、第1半導体部302の外周面は第2半導体部303の外周面に対して段差を有するように形成してもよい。   The rod-shaped structure light emitting device of the third embodiment includes a rod-shaped main body 301 having a substantially circular cross section. The main body 301 includes a first semiconductor portion 302 made of p-type GaN and a second semiconductor portion 303 made of n-type GaN that contacts the first semiconductor portion 302. A boundary surface with the second semiconductor unit 303 is a light emitting surface 304. A recess 309 is formed on one end surface 305 in the axial direction of the main body 301. On the other hand, the other end surface 306 in the axial direction of the main body 301 is a substantially flat surface. In addition, the outer peripheral surface of the first semiconductor unit 302 is smoothly continuous with the outer peripheral surface of the second semiconductor unit 303. That is, the outer peripheral surface of the first semiconductor unit 302 is substantially flush with the outer peripheral surface of the second semiconductor unit 303. The second semiconductor portion 303 is formed so as to be aligned with the first semiconductor portion 302 in the axial direction of the main body 301. The first semiconductor unit 302 is an example of a first conductivity type semiconductor, and the second semiconductor unit 303 is an example of a second conductivity type semiconductor. Further, the outer peripheral surface of the first semiconductor unit 302 may be formed to have a step with respect to the outer peripheral surface of the second semiconductor unit 303.

上記凹部309の深さDは、発光面304から出る光の波長の1/10以上に設定されている。なお、上記凹部309の深さDは、発光面304から出る光の波長の1/5以上に設定してもよい。   The depth D of the recess 309 is set to 1/10 or more of the wavelength of light emitted from the light emitting surface 304. The depth D of the recess 309 may be set to 1/5 or more of the wavelength of light emitted from the light emitting surface 304.

上記棒状構造発光素子は、次のように製造する。   The rod-shaped structure light emitting device is manufactured as follows.

まず、図12Aに示すように、サファイアからなる基板311上に、複数の成長穴313,313,…(図12Aでは2つのみ図示)を有するマスク312を形成する。マスク312には、酸化シリコン(SiO)あるいは窒化シリコン(Si)など第1半導体部302および第2半導体部303に対して選択的にエッチング可能な材料を用いる。成長穴313,313,…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。 First, as shown in FIG. 12A, a mask 312 having a plurality of growth holes 313, 313,... (Only two are shown in FIG. 12A) is formed on a substrate 311 made of sapphire. The mask 312 is made of a material that can be selectively etched with respect to the first semiconductor portion 302 and the second semiconductor portion 303 such as silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (Si 3 N 4 ). The growth holes 313, 313,... Can be formed by a known lithography method and dry etching method used in a normal semiconductor process.

次に、上記マスク312の成長穴313,313,…により露出した基板311上に、MOCVD装置を用いて、n型GaNを結晶成長させて、図12Bに示すように、各成長穴313内に第2半導体部303Aを形成する。より詳しくは、MOCVD装置の温度を950℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム(TMG)およびアンモニア(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からなる第2半導体部303Aを成長させる。このとき、マスク312の成長穴313の深さのほぼ半分まで第2半導体部303Aを成長させる。また、第2半導体部303Aの直径はマスク312の成長穴313の径で決めることができる。 Next, an n-type GaN crystal is grown on the substrate 311 exposed by the growth holes 313, 313,... Of the mask 312 using an MOCVD apparatus, and the growth holes 313 are formed in each growth hole 313 as shown in FIG. A second semiconductor portion 303A is formed. More specifically, the temperature of the MOCVD apparatus is set to about 950 ° C., trimethyl gallium (TMG) and ammonia (NH 3 ) are used as growth gases, silane (SiH 3 ) is supplied for supplying n-type impurities, and carrier gas As a result, hydrogen (H 3 ) is supplied to grow the second semiconductor portion 303A made of n-type GaN with Si as an impurity. At this time, the second semiconductor portion 303A is grown to almost half the depth of the growth hole 313 of the mask 312. Further, the diameter of the second semiconductor portion 303A can be determined by the diameter of the growth hole 313 of the mask 312.

次に、上記各第2半導体部303A上に、p型GaNからなる第1半導体部302を形成する。より詳しくは、MOCVD装置の温度を960℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム(TMG)およびアンモニア(NH)を、p型不純物供給用にビスシクロペンタジエニルマグネシウム(CpMg)を用いることによってマグネシウム(Mg)を不純物とするp型GaNを成長させることができる。 Next, the first semiconductor portion 302 made of p-type GaN is formed on each of the second semiconductor portions 303A. More specifically, the temperature of the MOCVD apparatus is set to about 960 ° C., trimethylgallium (TMG) and ammonia (NH 3 ) are used as growth gases, and biscyclopentadienylmagnesium (Cp 2 Mg) is used to supply p-type impurities. By using it, p-type GaN having magnesium (Mg) as an impurity can be grown.

次に、上記マスク312の全部を除去して、図12Cに示す状態にする。マスク312a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、第1半導体部302および第2半導体部303Aに影響を与えずにマスク312の全部を容易にエッチングすることができる。 Next, the entire mask 312 is removed to obtain the state shown in FIG. 12C. In the case where the mask 312a is made of silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (Si 3 N 4 ), the first semiconductor portion 302 and the second semiconductor portion 303A are used by using a solution containing hydrofluoric acid (HF). The entire mask 312 can be easily etched without affecting the above.

次に、上記基板311に対して例えば等方性エッチングを行って、図12Dに示す基板311aを得る。この基板311aは第2半導体部303Aの径よりも小径の接続部を有し、第2半導体部303Aはその接続部に接続されている。   Next, for example, isotropic etching is performed on the substrate 311 to obtain a substrate 311a shown in FIG. 12D. The substrate 311a has a connection portion having a diameter smaller than that of the second semiconductor portion 303A, and the second semiconductor portion 303A is connected to the connection portion.

次に、イソプロピルアルコール(IPA)水溶液中に基板311aを浸した後、超音波(例えば数10KHz)を用いて、基板311を基板平面に沿って振動させる。これにより、第2半導体部303A,303A,…の基板311a側に近い根元に対して応力が働いて、第2半導体部303A,303A,…のそれぞれの一部を基板311aの接続部に残し、第2半導体部303A,303A,…のそれぞれの残りが基板311aから離間する。つまり、図12Eに示すように、基板311aから複数の本体301,301,…(図12Eでは2つのみ図示)が分離する。   Next, after the substrate 311a is immersed in an aqueous isopropyl alcohol (IPA) solution, the substrate 311 is vibrated along the substrate plane using ultrasonic waves (for example, several tens of kHz). As a result, stress acts on the base of the second semiconductor parts 303A, 303A,... Near the substrate 311a side, leaving a part of each of the second semiconductor parts 303A, 303A,. The remaining portions of the second semiconductor portions 303A, 303A,... Are separated from the substrate 311a. That is, as shown in FIG. 12E, a plurality of main bodies 301, 301,... (Only two are shown in FIG. 12E) are separated from the substrate 311a.

こうして、n型GaNからなる基板311から分離された微細な棒状構造発光素子を製造することができる。   In this way, a fine rod-shaped structure light emitting element separated from the substrate 311 made of n-type GaN can be manufactured.

上記構成の棒状構造発光素子によれば、発光面304から出た光は、導波効果によって本体301の軸方向の一端面305へ向かう。この一端面305には凹部309が形成されているので、マイクロオーダーサイズやナノオーダーサイズの微細な棒状構造発光素子であっても、発光面304からの光は、本体301の軸方向の一端面305を通過して、効率良く本体301外に出る。   According to the rod-shaped structure light emitting element having the above configuration, the light emitted from the light emitting surface 304 is directed toward the one end surface 305 in the axial direction of the main body 301 by the waveguiding effect. Since the concave portion 309 is formed on the one end surface 305, the light from the light emitting surface 304 is transmitted to one end surface in the axial direction of the main body 301 even in a micro rod-sized or nano-order light emitting element. Passing through 305, it goes out of the main body 301 efficiently.

したがって、光を効率良く取り出すことができる微細な棒状構造発光素子を実現できる。この棒状構造発光素子は、基板と一体でないので、装置への実装の自由度が高い。   Therefore, it is possible to realize a fine rod-shaped structure light emitting element that can extract light efficiently. Since this rod-shaped structure light emitting element is not integrated with the substrate, the degree of freedom of mounting on the device is high.

もし、上記本体301の軸方向の一端面305が平らであったなら、発光面304からの光はその一端面305で反射されるため、本体301の外部に光が殆ど出なくなる。   If the one end surface 305 in the axial direction of the main body 301 is flat, the light from the light emitting surface 304 is reflected by the one end surface 305, so that almost no light is emitted outside the main body 301.

ここで、微細な棒状構造発光素子とは、例えば直径が1μmで長さ10μmのマイクロオーダーサイズであるが、この寸法に限るものでなく、直径が10nmから5μm、より好ましくは100nmから2μmである微細な棒状構造発光素子を製造してもよい。この微細な棒状構造発光素子の長さは、100nmから200μm、より好ましくは1μmから50μmとする。   Here, the fine rod-shaped structure light emitting element is, for example, a micro-order size having a diameter of 1 μm and a length of 10 μm, but is not limited to this size, and the diameter is 10 nm to 5 μm, more preferably 100 nm to 2 μm. You may manufacture a fine rod-shaped structure light emitting element. The length of this fine rod-shaped structure light emitting element is 100 nm to 200 μm, more preferably 1 μm to 50 μm.

また、上記凹部309の深さDが発光面304から出る光の波長の1/10以上であるので、凹部309が形成された一端面305での上記光の反射を非常に少なくすることができる。   In addition, since the depth D of the concave portion 309 is 1/10 or more of the wavelength of light emitted from the light emitting surface 304, the reflection of the light at the one end surface 305 where the concave portion 309 is formed can be greatly reduced. .

また、本第3実施形態の棒状構造発光素子から光を取り出す場合、例えば、図13Aに示すように、絶縁性基板321の表面上に本体301を配置する。このとき、本体301の軸方向が絶縁性基板321の表面とほぼ平行となるように、本体301の配置を行う。なお、絶縁性基板321は基板の一例である。   When light is extracted from the rod-shaped structure light emitting device of the third embodiment, for example, a main body 301 is disposed on the surface of an insulating substrate 321 as shown in FIG. 13A. At this time, the main body 301 is arranged so that the axial direction of the main body 301 is substantially parallel to the surface of the insulating substrate 321. Note that the insulating substrate 321 is an example of a substrate.

次に、図13Bに示すように、例えば蒸着法あるいはスパッタ法で、第2半導体部303にn側コンタクトメタル322を接続し、第1半導体部302にp側コンタクトメタル323を接続して、発光面304で電子と正孔の再結合が起きるようにp側コンタクトメタル323からn側コンタクトメタル322に電流を流すことにより、発光面304から光が放出される。   Next, as shown in FIG. 13B, the n-side contact metal 322 is connected to the second semiconductor portion 303 and the p-side contact metal 323 is connected to the first semiconductor portion 302 by, for example, vapor deposition or sputtering, to emit light. Light is emitted from the light emitting surface 304 by passing a current from the p-side contact metal 323 to the n-side contact metal 322 so that recombination of electrons and holes occurs on the surface 304.

このように、上記本体301の軸方向を絶縁性基板321の表面とほぼ平行にするので、薄型化できる。   Thus, since the axial direction of the main body 301 is substantially parallel to the surface of the insulating substrate 321, the thickness can be reduced.

〔第4実施形態〕
図14は本発明の第4実施形態の棒状構造発光素子の模式断面図である。
[Fourth Embodiment]
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of a rod-shaped structure light emitting device according to a fourth embodiment of the present invention.

本実施形態の棒状構造発光素子は、断面ほぼ円形の棒状の本体401を備えている。この本体401は、p型GaNからなる第1半導体部402と、この第1半導体部402に接触するn型GaNからなる第2半導体部403とを有しており、この第1半導体部402と第2半導体部403との境界面が発光面404となっている。また、本体401の軸方向の一端面405には凸部408が形成されている。一方、本体401の軸方向の他端面406はほぼ平坦な面である。また、第1半導体部402の外周面は第2半導体部403の外周面と滑らかに連続している。つまり、第1半導体部402の外周面は第2半導体部403の外周面とほぼ面一になっている。この第2半導体部403は、第1半導体部402に対して本体401の軸方向に並ぶように形成されている。なお、第1半導体部402は第1導電型半導体の一例であり、第2半導体部403は第2導電型半導体の一例である。また、第1半導体部402の外周面は第2半導体部403の外周面に対して段差を有するように形成してもよい。   The rod-shaped structure light emitting device of this embodiment includes a rod-shaped main body 401 having a substantially circular cross section. The main body 401 includes a first semiconductor portion 402 made of p-type GaN and a second semiconductor portion 403 made of n-type GaN in contact with the first semiconductor portion 402. A boundary surface with the second semiconductor unit 403 is a light emitting surface 404. A convex portion 408 is formed on one end surface 405 in the axial direction of the main body 401. On the other hand, the other end surface 406 in the axial direction of the main body 401 is a substantially flat surface. In addition, the outer peripheral surface of the first semiconductor unit 402 is smoothly continuous with the outer peripheral surface of the second semiconductor unit 403. That is, the outer peripheral surface of the first semiconductor unit 402 is substantially flush with the outer peripheral surface of the second semiconductor unit 403. The second semiconductor unit 403 is formed so as to be aligned with the first semiconductor unit 402 in the axial direction of the main body 401. The first semiconductor unit 402 is an example of a first conductivity type semiconductor, and the second semiconductor unit 403 is an example of a second conductivity type semiconductor. Further, the outer peripheral surface of the first semiconductor unit 402 may be formed to have a step with respect to the outer peripheral surface of the second semiconductor unit 403.

上記凸部408はSiからなっている。また、凸部408の高さH2は、発光面404から出る光の波長の1/10以上に設定されている。なお、上記凸部408の高さH2は、発光面404から出る光の波長の1/5以上に設定してもよい。   The convex portion 408 is made of Si. The height H2 of the convex portion 408 is set to 1/10 or more of the wavelength of light emitted from the light emitting surface 404. The height H2 of the convex portion 408 may be set to 1/5 or more of the wavelength of light emitted from the light emitting surface 404.

上記棒状構造発光素子は、次のように製造する。   The rod-shaped structure light emitting device is manufactured as follows.

まず、図15Aに示すように、Siからなる基板411上に、複数の成長穴413,413,…(図15Aでは2つのみ図示)を有するマスク412を形成する。マスク412には、酸化シリコン(SiO)あるいは窒化シリコン(Si)など第1半導体部402および第2半導体部403に対して選択的にエッチング可能な材料を用いる。成長穴413,413,…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。 First, as shown in FIG. 15A, a mask 412 having a plurality of growth holes 413, 413,... (Only two are shown in FIG. 15A) is formed on a substrate 411 made of Si. A material that can be selectively etched with respect to the first semiconductor portion 402 and the second semiconductor portion 403 such as silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (Si 3 N 4 ) is used for the mask 412. The growth holes 413, 413,... Can be formed by a known lithography method and dry etching method used in a normal semiconductor process.

次に、上記マスク412の成長穴413,413,…により露出した基板411上に、MOCVD装置を用いて、n型GaNを結晶成長させて、図15Bに示すように、各成長穴413内に第2半導体部403を形成する。より詳しくは、MOCVD装置の温度を950℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム(TMG)およびアンモニア(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からなる第2半導体部403を成長させる。このとき、マスク412の成長穴413の深さのほぼ半分まで第2半導体部403を成長させる。また、第2半導体部403の直径はマスク412の成長穴413の径で決めることができる。 Next, an n-type GaN crystal is grown on the substrate 411 exposed by the growth holes 413, 413,... Of the mask 412 by using an MOCVD apparatus, and as shown in FIG. A second semiconductor portion 403 is formed. More specifically, the temperature of the MOCVD apparatus is set to about 950 ° C., trimethyl gallium (TMG) and ammonia (NH 3 ) are used as growth gases, silane (SiH 3 ) is supplied for supplying n-type impurities, and carrier gas As a result, hydrogen (H 3 ) is supplied to grow the second semiconductor portion 403 made of n-type GaN with Si as an impurity. At this time, the second semiconductor portion 403 is grown to almost half the depth of the growth hole 413 of the mask 412. Further, the diameter of the second semiconductor part 403 can be determined by the diameter of the growth hole 413 of the mask 412.

次に、上記各第2半導体部403上に、p型GaNからなる第1半導体部402を形成する。より詳しくは、MOCVD装置の温度を960℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム(TMG)およびアンモニア(NH)を、p型不純物供給用にビスシクロペンタジエニルマグネシウム(CpMg)を用いることによってマグネシウム(Mg)を不純物とするp型GaNを成長させることができる。 Next, a first semiconductor portion 402 made of p-type GaN is formed on each second semiconductor portion 403. More specifically, the temperature of the MOCVD apparatus is set to about 960 ° C., trimethylgallium (TMG) and ammonia (NH 3 ) are used as growth gases, and biscyclopentadienylmagnesium (Cp 2 Mg) is used to supply p-type impurities. By using it, p-type GaN having magnesium (Mg) as an impurity can be grown.

次に、上記マスク412の全部を除去して、図15Cに示す状態にする。マスク412a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、第1半導体部402および第2半導体部403Aに影響を与えずにマスク412の全部を容易にエッチングすることができる。 Next, the entire mask 412 is removed to obtain the state shown in FIG. 15C. In the case where the mask 412a is made of silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (Si 3 N 4 ), the first semiconductor portion 402 and the second semiconductor portion 403A are used by using a solution containing hydrofluoric acid (HF). The entire mask 412 can be easily etched without affecting the above.

次に、上記基板411に対して例えば等方性エッチングを行って、図15Dに示す基板411aを得る。この基板411aは第2半導体部403の径よりも小径の接続部を有し、第2半導体部403はその接続部に接続されている。   Next, for example, isotropic etching is performed on the substrate 411 to obtain a substrate 411a shown in FIG. 15D. The substrate 411a has a connection portion having a diameter smaller than that of the second semiconductor portion 403, and the second semiconductor portion 403 is connected to the connection portion.

次に、イソプロピルアルコール(IPA)水溶液中に基板411aを浸した後、超音波(例えば数10KHz)を用いて、基板411を基板平面に沿って振動させる。これにより、基板411aの接続部に対して応力が働いて、その接続部の大部分が第2半導体部403と共に基板411aから離間する。つまり、基板411aから、図15Eに示すように、複数の本体401,401,…(図15Eでは2つのみ図示)が分離する。   Next, after immersing the substrate 411a in an isopropyl alcohol (IPA) aqueous solution, the substrate 411 is vibrated along the substrate plane using ultrasonic waves (for example, several tens of kHz). As a result, stress is applied to the connection portion of the substrate 411a, and most of the connection portion is separated from the substrate 411a together with the second semiconductor portion 403. That is, as shown in FIG. 15E, a plurality of main bodies 401, 401,... (Only two are shown in FIG. 15E) are separated from the substrate 411a.

こうして、n型GaNからなる基板411から分離された微細な棒状構造発光素子を製造することができる。   In this way, a fine rod-shaped structure light emitting device separated from the substrate 411 made of n-type GaN can be manufactured.

上記構成の棒状構造発光素子によれば、発光面404から出た光は、導波効果によって本体401の軸方向の一端面405へ向かう。この一端面405には凸部408が形成されているので、マイクロオーダーサイズやナノオーダーサイズの微細な棒状構造発光素子であっても、発光面404からの光が本体401の軸方向の一端面405を通過し、効率良く本体401外に出る。   According to the rod-shaped structure light emitting element having the above configuration, the light emitted from the light emitting surface 404 is directed to the one end surface 405 in the axial direction of the main body 401 by the waveguiding effect. Since the convex portion 408 is formed on the one end surface 405, the light from the light emitting surface 404 is axially one end surface of the main body 401 even in a micro rod-sized or nano-order sized light emitting element. Passes through 405 and goes out of the main body 401 efficiently.

したがって、光を効率良く取り出すことができる微細な棒状構造発光素子を実現できる。この棒状構造発光素子は、基板と一体でないので、装置への実装の自由度が高い。   Therefore, it is possible to realize a fine rod-shaped structure light emitting element that can extract light efficiently. Since this rod-shaped structure light emitting element is not integrated with the substrate, the degree of freedom of mounting on the device is high.

もし、上記本体401の軸方向の一端面405が平らであったなら、発光面404からの光はその一端面405で反射されるため、本体401の外部に光が殆ど出なくなる。   If the one end surface 405 in the axial direction of the main body 401 is flat, light from the light emitting surface 404 is reflected by the one end surface 405, so that almost no light is emitted outside the main body 401.

ここで、微細な棒状構造発光素子とは、例えば直径が1μmで長さ10μmのマイクロオーダーサイズであるが、この寸法に限るものでなく、直径が10nmから5μm、より好ましくは100nmから2μmである微細な棒状構造発光素子を製造してもよい。この微細な棒状構造発光素子の長さは、100nmから200μm、より好ましくは1μmから50μmとする。   Here, the fine rod-shaped structure light emitting element is, for example, a micro-order size having a diameter of 1 μm and a length of 10 μm, but is not limited to this size, and the diameter is 10 nm to 5 μm, more preferably 100 nm to 2 μm. You may manufacture a fine rod-shaped structure light emitting element. The length of this fine rod-shaped structure light emitting element is 100 nm to 200 μm, more preferably 1 μm to 50 μm.

また、上記凸部408の高さH1が発光面404から出る光の波長の1/10以上であるので、凸部408が形成された一端面405での上記光の反射を非常に少なくすることができる。   In addition, since the height H1 of the convex portion 408 is 1/10 or more of the wavelength of light emitted from the light emitting surface 404, the reflection of the light at the one end surface 405 where the convex portion 408 is formed is extremely reduced. Can do.

また、上記凸部408の材質が第2半導体部403の材質と異なるので、本体401を削ったり、本体401にダメージを与えることなく、本体401の軸方向の一端面405に凸部408を形成して、その一端面405での反射を低減できる。   In addition, since the material of the convex portion 408 is different from the material of the second semiconductor portion 403, the convex portion 408 is formed on one end surface 405 in the axial direction of the main body 401 without scraping the main body 401 or damaging the main body 401. Thus, reflection at the one end face 405 can be reduced.

また、本実施形態の棒状構造発光素子から光を取り出す場合、例えば、図16Aに示すように、絶縁性基板421の表面上に本体401を配置する。このとき、本体401の軸方向が絶縁性基板421の表面とほぼ平行となるように、本体401の配置を行う。なお、絶縁性基板421は基板の一例である。   Further, when light is extracted from the rod-shaped structure light emitting element of the present embodiment, for example, as shown in FIG. 16A, the main body 401 is disposed on the surface of the insulating substrate 421. At this time, the main body 401 is arranged so that the axial direction of the main body 401 is substantially parallel to the surface of the insulating substrate 421. Note that the insulating substrate 421 is an example of a substrate.

次に、図16Bに示すように、例えば蒸着法あるいはスパッタ法で、第1半導体部402にp側コンタクトメタル423を接続し、第2半導体部403にn側コンタクトメタル422を接続して、発光面404で電子と正孔の再結合が起きるようにp側コンタクトメタル423からn側コンタクトメタル422に電流を流すことにより、発光面404から光が放出される。   Next, as shown in FIG. 16B, the p-side contact metal 423 is connected to the first semiconductor portion 402 and the n-side contact metal 422 is connected to the second semiconductor portion 403 by, for example, vapor deposition or sputtering, and light emission is performed. Light is emitted from the light emitting surface 404 by flowing a current from the p-side contact metal 423 to the n-side contact metal 422 so that recombination of electrons and holes occurs on the surface 404.

このように、上記本体401の軸方向を絶縁性基板421の表面とほぼ平行にするので、薄型化できる。   Thus, since the axial direction of the main body 401 is substantially parallel to the surface of the insulating substrate 421, the thickness can be reduced.

〔第5実施形態〕
次に、本発明の第5実施形態の棒状構造発光素子を備えたバックライト、照明装置および表示装置について説明する。この第5実施形態では、上記第1〜第4実施形態に記載の棒状構造発光素子を絶縁性基板に配列する。この棒状構造発光素子の配列は、本出願人が特願2007−102848(特開2008−260073号公報)で出願した「微細構造体の配列方法及び微細構造体を配列した基板、並びに集積回路装置及び表示素子」の発明の技術を用いて行う。
[Fifth Embodiment]
Next, the backlight, the illuminating device, and the display apparatus provided with the rod-shaped structure light emitting element of the fifth embodiment of the present invention will be described. In the fifth embodiment, the rod-shaped structure light emitting elements described in the first to fourth embodiments 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23は本第5実施形態のバックライト、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23に示すように、絶縁性基板550の表面に、金属電極551,552を形成している。絶縁性基板550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. 23 is a plan view of an insulating substrate used in the backlight, the illumination device, and the display device of the fifth embodiment. As shown in FIG. 23, metal electrodes 551 and 552 are formed on the surface of the insulating substrate 550. The insulating substrate 550 is an insulating material such as glass, ceramic, aluminum oxide, 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551,552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 551 and 552 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23では省略されているが、金属電極551,552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551,552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23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 not shown in FIG. 23, pads are formed on the metal electrodes 551 and 552 so that a potential can be applied from the outside. A rod-shaped structure light emitting element is arranged in a portion (array region) where the metal electrodes 551 and 552 face each other. In FIG. 23, 2 × 2 arrangement regions for arranging the rod-shaped structure light emitting elements are arranged, but any number may be arranged.

図18は図23のXVIII−XVIII線から見た模式断面図である。   18 is a schematic cross-sectional view taken along line XVIII-XVIII in FIG.

まず、図18に示すように、絶縁性基板550上に、棒状構造発光素子560を含んだイソプロピルアルコール(IPA)561を薄く塗布する。IPA561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、IPA561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. 18, isopropyl alcohol (IPA) 561 including a rod-shaped structure light emitting element 560 is thinly applied on an insulating substrate 550. In addition to IPA 561, ethylene glycol, propylene glycol, methanol, ethanol, acetone, or a mixture thereof may be used. Alternatively, the IPA 561 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551,552間に大きな電流が流れてしまうと、金属電極551,552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551,552を覆うように、絶縁性基板550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 551 and 552 through the liquid, a desired voltage difference cannot be applied between the metal electrodes 551 and 552. In such a case, the entire surface of the insulating substrate 550 may be coated with an insulating film of about 10 nm to 30 nm so as to cover the metal electrodes 551 and 552.

上記棒状構造発光素子560を含むIPA561を塗布する厚さは、次に棒状構造発光素子560を配列する工程で、棒状構造発光素子560が配列できるよう、液体中で棒状構造発光素子560が移動できる厚さである。したがって、IPA561を塗布する厚さは、棒状構造発光素子560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560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560の量は、1×10本/cm〜1×10本/cmが好ましい。 The thickness of applying the IPA 561 including the rod-shaped structure light emitting device 560 is such that the rod-shaped structure light emitting device 560 can move in the liquid so that the rod-shaped structure light emitting device 560 can be arranged in the next step of arranging the rod-shaped structure light emitting device 560. Is the thickness. Therefore, the thickness of applying the IPA 561 is equal to or greater than the thickness of the rod-shaped structure light emitting element 560, and is, for example, several μm to several mm. If the applied thickness is too thin, the rod-like structure light emitting element 560 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 560 is preferably 1 × 10 4 pieces / cm 3 to 1 × 10 7 pieces / cm 3 with respect to the amount of IPA.

上記棒状構造発光素子560を含むIPA561を塗布するために、棒状構造発光素子560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560を含むIPA561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560を含むIPA561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 561 including the rod-shaped structure light emitting element 560, a frame is formed on the outer periphery of the metal electrode on which the rod-shaped structure light emitting element 560 is arranged, and the IPA 561 including the rod-shaped structure light emitting element 560 is formed in the frame with a desired thickness. You may fill so that it may become. However, when the IPA 561 including the rod-like structure light emitting element 560 has viscosity, 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560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 arrangement process of the rod-shaped structure light emitting device 560 to have a low viscosity. It is desirable that it evaporates easily when heated.

次に、金属電極551,552間に電位差を与える。この第5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551,552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560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 551 and 552. In the fifth embodiment, it is appropriate to set the potential difference to 1V. The potential difference between the metal electrodes 551 and 552 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 560 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19は上記棒状構造発光素子560が金属電極551,552上に配列する原理を示している。図19に示すように、金属電極551に電位Vを印加し、金属電極552に電位V(V<V)を印加すると、金属電極551には負電荷が誘起され、金属電極552には正電荷が誘起される。そこに棒状構造発光素子560が接近すると、棒状構造発光素子560において、金属電極551に近い側に正電荷が誘起され、金属電極552に近い側に負電荷が誘起される。この棒状構造発光素子560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560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560との間に静電力により引力が働き、棒状構造発光素子560は、金属電極551,552間に生じる電気力線に沿うと共に、各棒状構造発光素子560に誘起された電荷がほぼ等しいので、電荷による反発力により、ほぼ等間隔に一定方向に規則正しく配列する。しかしながら、例えば、第1実施形態の図1に示す棒状構造発光素子では、凹凸が形成された一端面5の向きは一定にならず、ランダムになる(第1実施形態の変形例や他の実施形態の棒状構造発光素子でも同様)。 FIG. 19 shows the principle in which the rod-shaped structure light emitting elements 560 are arranged on the metal electrodes 551 and 552. As shown in FIG. 19, when a potential V L is applied to the metal electrode 551 and a potential V R (V L <V R ) is applied to the metal electrode 552, a negative charge is induced in the metal electrode 551, and the metal electrode 552 A positive charge is induced in. When the rod-shaped structure light emitting element 560 approaches the positive electrode, a positive charge is induced on the side close to the metal electrode 551 and a negative charge is induced on the side close to the metal electrode 552. The charge is induced in the rod-like structure light emitting element 560 due to electrostatic induction. That is, the rod-shaped structure light emitting element 560 placed in the 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 bar-shaped structure light emitting element 560 by an electrostatic force, and the bar-shaped structure light emitting element 560 follows the electric lines of force generated between the metal electrodes 551 and 552, and each bar-shaped structure light emitting element 560. 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 shown in FIG. 1 of the first embodiment, the direction of the one end surface 5 on which the irregularities are formed is not constant, but is random (modified example of the first embodiment and other implementations). The same applies to the rod-shaped structure light emitting device of the form).

以上のように、上記棒状構造発光素子560が金属電極551,552間に発生した外部電場により、棒状構造発光素子560に電荷を発生させ、電荷の引力により金属電極551,552に棒状構造発光素子560を吸着させるので、棒状構造発光素子560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560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560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-like structure light emitting device 560 generates electric charges in the rod-like structure light emitting device 560 by the external electric field generated between the metal electrodes 551 and 552, and the metal electrodes 551 and 552 cause the rod-like structure light emitting device by attractive force. Since 560 is adsorbed, the size of the rod-shaped structure light emitting element 560 needs to be a size that can be moved in the liquid. Therefore, the size of the rod-shaped structure light emitting element 560 varies depending on the application amount (thickness) of the liquid. When the amount of applied liquid is small, the rod-like structure light emitting element 560 must have a nano-order size, but when the amount of applied liquid is large, it may be a micro-order size.

上記棒状構造発光素子560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551,552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560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560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552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560の配列が非対象になる。   When the rod-shaped structure light emitting element 560 is not electrically neutral but is charged positively or negatively, the rod-shaped structure light emitting element 560 is simply given a static potential difference (DC) between the metal electrodes 551 and 552. Cannot be stably arranged. For example, when the rod-shaped structure light emitting element 560 is positively charged as a net, the attractive force with the metal electrode 552 in which the positive charge is induced becomes relatively weak. Therefore, the arrangement of the rod-shaped structure light emitting elements 560 is not targeted.

そのような場合は、図20に示すように、金属電極551,552間にAC電圧を印加することが好ましい。図20においては、金属電極552に基準電位を、金属電極551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560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552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551,552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 551 and 552 as shown in FIG. In FIG. 20, a reference potential is applied to the metal electrode 552, and an AC voltage with an amplitude V PPL / 2 is applied to the metal electrode 551. By doing so, even when the rod-shaped structure light emitting element 560 is charged, the arrangement can be kept as a target. In this case, the frequency of the AC voltage applied to the metal electrode 552 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 551 and 552 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. Note that V PPL was preferably about 1V.

次に、上記金属電極551,552上に、棒状構造発光素子560を配列させた後、絶縁性基板550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560を金属電極551,552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 560 on the metal electrodes 551 and 552, the insulating substrate 550 is heated to evaporate the liquid and dry, so that the rod-shaped structure light-emitting elements 560 are connected to the metal electrodes 551. , 552 are arranged at equal intervals along the electric lines of force between them and fixed.

図21は上記棒状構造発光素子560を配列した絶縁性基板550の平面図を示している。この棒状構造発光素子560を配列した絶縁性基板550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560を配列した絶縁性基板550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. 21 is a plan view of an insulating substrate 550 on which the rod-shaped structure light emitting elements 560 are arranged. By using the insulating substrate 550 in which the rod-like structure light emitting elements 560 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 550 on which the rod-shaped structure light emitting elements 560 are arranged as a lighting device, it is possible to realize a lighting device that can be reduced in thickness and weight and has high luminous efficiency and power saving.

また、図22は上記棒状構造発光素子560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22に示すように、表示装置500は、絶縁性基板510上に、表示部501、論理回路部502、論理回路部503、論理回路部504および論理回路部505を備える構成となっている。上記表示部501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560を配列している。   FIG. 22 is a plan view of a display device using an insulating substrate on which the rod-shaped structure light emitting elements 560 are arranged. As shown in FIG. 22, the display device 500 includes a display portion 501, a logic circuit portion 502, a logic circuit portion 503, a logic circuit portion 504, and a logic circuit portion 505 on an insulating substrate 510. In the display portion 501, rod-shaped structure light emitting elements 560 are arranged in pixels arranged in a matrix.

図23は上記表示装置500の表示部501の要部の回路図を示しており、上記表示装置500の表示部501は、図23に示すように、互いに交差する複数の走査信号線GL(図23では1本のみを示す)と複数のデータ信号線SL(図23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560)とを有している。   FIG. 23 shows a circuit diagram of a main part of the display unit 501 of the display device 500. The display unit 501 of the display device 500 has a plurality of scanning signal lines GL (see FIG. 23) intersecting each other as shown in FIG. 23, only one line is shown) and a plurality of data signal lines SL (only one line is shown in FIG. 23), 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 (rod-shaped structure light emitting element 560) driven by the switching element Q2.

上記棒状構造発光素子560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560が交互に発光することになる。   The pn polarities of the rod-shaped structure light emitting elements 560 are not aligned on one side, but are randomly arranged. For this reason, it is driven by an alternating voltage during driving, and the bar-shaped structured light emitting elements 560 having different polarities emit light alternately.

また、上記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つの電極551,552を単位とする配列領域が形成された絶縁性基板550を作成し、その絶縁性基板550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560を含んだ液体を塗布する。その後、2つの電極551,552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560を2つの電極551,552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560を所定の絶縁性基板550上に容易に配列させることができる。   In addition, according to the method for manufacturing the display device, the insulating substrate 550 in which the array region having the units of two electrodes 551 and 552 to which independent potentials are respectively applied is formed, and the insulating substrate 550 is formed on the insulating substrate 550. A liquid including the nano-order size or micro-order size rod-shaped structure light emitting element 560 is applied. Thereafter, independent voltages are applied to the two electrodes 551 and 552, respectively, so that the fine rod-shaped light emitting elements 560 are arranged at positions defined by the two electrodes 551 and 552. Thereby, the rod-shaped structure light emitting element 560 can be easily arranged on the predetermined insulating substrate 550.

また、上記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表示装置を製造することができる。また、棒状構造発光素子560は、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表示装置を実現することができる。   Moreover, in the manufacturing method of the display device, it is possible to manufacture a display device that can reduce the amount of semiconductor to be used and can be reduced in thickness and weight. In addition, the light emitting element 560 has a light emitting region that is widened by emitting light from the entire circumference of the semiconductor core covered with the semiconductor layer, so that a display device with high luminous efficiency and power saving can be realized. .

上記第1,第3,第4実施形態では、第1半導体部2,62,72,302,402と第2半導体部3,63,73,303,403とに、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本発明を適用してもよい。また、第1半導体部の導電型をn型とし、第2半導体部の導電型をp型とした棒状構造発光素子に本発明を適用してもよいし、第1半導体部の導電型をp型とし、第2半導体部の導電型をn型とした棒状構造発光素子に本発明を適用してもよい。   In the first, third, and fourth embodiments, the first semiconductor portions 2, 62, 72, 302, and 402 and the second semiconductor portions 3, 63, 73, 303, and 403 are made of GaN as a base material. However, the present invention may be applied to a light emitting element using a semiconductor whose base material is GaAs, AlGaAs, GaAsP, InGaN, AlGaN, GaP, ZnSe, AlGaInP, or the like. Further, the present invention may be applied to a rod-shaped structure light emitting device in which the conductivity type of the first semiconductor portion is n-type and the conductivity type of the second semiconductor portion is p-type, and the conductivity type of the first semiconductor portion is p-type. The present invention may be applied to a rod-shaped structure light emitting device in which the conductivity type of the second semiconductor portion is n-type.

また、上記第1〜第4実施形態では、断面がほぼ円形の本体1,61,71,201,301,401を備えた棒状構造発光素子について説明したが、これに限らず、本発明の棒状構造発光素子の本体の断面は、楕円、または、三角形などの他の多角形状などであってもよい。   In the first to fourth embodiments, the rod-shaped structure light emitting device including the main bodies 1, 61, 71, 201, 301, 401 having a substantially circular cross section has been described. However, the present invention is not limited thereto, and the rod shape of the present invention is used. The cross section of the main body of the structured light emitting element may be an ellipse or another polygonal shape such as a triangle.

また、上記第1〜第4実施形態において、本体1,61,71,201,301,401の直径は500nm以上かつ50μm以下が好ましく、直径が数10nm〜数100nmの本体を備える棒状構造発光素子に比べて、本体1,61,71,201,301,401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。   In the first to fourth embodiments, the diameter of the main body 1, 61, 71, 201, 301, 401 is preferably 500 nm or more and 50 μm or less, and the rod-shaped structure light emitting device including the main body having a diameter of several tens nm to several hundreds nm. As compared with the above, variation in diameter of the main bodies 1, 61, 71, 201, 301, 401 can be suppressed, variation in light emission area, that is, light emission characteristics can be reduced, and yield can be improved.

また、上記第1〜第4実施形態において、本体1,61,71,201,301,401の軸方向の一端面5,65,75,205,305,405と同様に、本体1,61,71,201,301,401の軸方向の他端面にも凹部または凸部を形成してもよい。つまり、軸方向の両端面に凹部または凸部が形成された本体を備える棒状構造発光素子を、本発明の一実施形態の棒状構造発光素子としてもよい。   In the first to fourth embodiments, the main bodies 1, 61, 71, 201, 301, 401 are similar to the axial end faces 5, 65, 75, 205, 305, 405. A concave portion or a convex portion may also be formed on the other end surface in the axial direction of 71, 201, 301, 401. That is, a rod-shaped structure light-emitting element including a main body having recesses or protrusions formed on both end faces in the axial direction may be used as the rod-shaped structure light-emitting element according to an embodiment of the present invention.

また、上記第1〜第4実施形態の製造方法において、MOCVD装置に換えて、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もよい。また、成長穴を有するマスクを用いて第1,第2半導体部を基板上に結晶成長させたが、基板上に金属種を配置して、金属種から第1,第2半導体部を結晶成長させてもよい。   In the manufacturing methods of the first to fourth embodiments, other crystal growth apparatuses such as an MBE (molecular beam epitaxial) apparatus may be used instead of the MOCVD apparatus. In addition, the first and second semiconductor parts were crystal-grown on the substrate using a mask having a growth hole. However, a metal seed was placed on the substrate, and the first and second semiconductor parts were grown from the metal seed. You may let them.

また、上記第1〜第4実施形態では、超音波を用いて、第1,第2半導体部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、第1,第2半導体部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。   Moreover, in the said 1st-4th embodiment, although the 1st, 2nd semiconductor part was cut off from the board | substrate using the ultrasonic wave, it is not restricted to this, The 1st, 2nd semiconductor part is used using a cutting tool. May be separated from the substrate 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.

また、上記第5実施形態では、絶縁性基板550の表面に形成された2つの金属電極551,552に電位差を与えて、金属電極551,552間に棒状構造発光素子560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 fifth embodiment, a potential difference is given to the two metal electrodes 551 and 552 formed on the surface of the insulating substrate 550, and the rod-shaped structure light emitting elements 560 are arranged between the metal electrodes 551 and 552. 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.

また、上記第5実施形態では、棒状構造発光素子を備えた表示装置について説明したが、これに限らず、本発明の棒状構造発光素子の製造方法により製造された棒状構造発光素子をバックライトや照明装置などの他の装置に適用してもよい。   In the fifth embodiment, the display device including the rod-shaped structure light-emitting element has been described. However, the display device is not limited thereto, and the rod-shaped structure light-emitting element manufactured by the method for manufacturing the rod-shaped structure light-emitting element of the present invention You may apply to other apparatuses, such as an illuminating device.

また、上記第2実施形態では、第1半導体部202と第2半導体部203とにGaAsを母材とする半導体を用いたが、AlGaAs,GaAsP,InGaN,AlGaN,GaP,ZnSe,AlGaInP,GaNなどを母材とする半導体を用いた発光素子に本発明を適用してもよい。また、第1半導体部の導電型をn型とし、第2半導体部の導電型をp型とした棒状構造発光素子に本発明を適用してもよいし、第1半導体部の導電型をp型とし、第2半導体部の導電型をn型とした棒状構造発光素子に本発明を適用してもよい。   In the second embodiment, the first semiconductor unit 202 and the second semiconductor unit 203 are made of a semiconductor having GaAs as a base material. However, AlGaAs, GaAsP, InGaN, AlGaN, GaP, ZnSe, AlGaInP, GaN, etc. The present invention may be applied to a light-emitting element using a semiconductor whose base material is. Further, the present invention may be applied to a rod-shaped structure light emitting device in which the conductivity type of the first semiconductor portion is n-type and the conductivity type of the second semiconductor portion is p-type, and the conductivity type of the first semiconductor portion is p-type. The present invention may be applied to a rod-shaped structure light emitting device in which the conductivity type of the second semiconductor portion is n-type.

上記第1,第2実施形態では、基板11,211から微細な棒状構造発光素子を分離した後、基板21,221の表面上に、本体1,61,71,201の軸方向が基板21,221と平行となるように微細な棒状構造発光素子を配置して、さらに、n側コンタクトメタル22およびp側コンタクトメタル23を形成したが、基板11,211から微細な棒状構造発光素子を分離させずに、コンタクトメタルを形成してもよい。   In the first and second embodiments, after separating the fine rod-shaped light emitting elements from the substrates 11 and 211, the axial directions of the main bodies 1, 61, 71 and 201 are arranged on the surfaces of the substrates 21 and 221. The fine bar-shaped light-emitting elements are arranged so as to be parallel to 221, and the n-side contact metal 22 and the p-side contact metal 23 are formed, but the fine bar-shaped light-emitting elements are separated from the substrates 11 and 211. Instead, a contact metal may be formed.

以下、基板から微細な棒状構造発光素子を分離させずに、コンタクトメタルを形成する場合の一例について説明する。   Hereinafter, an example in the case where the contact metal is formed without separating the fine rod-shaped structure light emitting element from the substrate will be described.

まず、図24Aに示すように、Siからなる基板1011を準備する。この基板1011には、必要に応じて、洗浄剤や純水などで基板洗浄を行ったり、マーキングなどの基板加工を行ったりしてもよい。   First, as shown in FIG. 24A, a substrate 1011 made of Si is prepared. If necessary, the substrate 1011 may be cleaned with a cleaning agent or pure water, or may be subjected to substrate processing such as marking.

次に、上記基板1011にイオン注入を行って、図24Bに示すように、n型Siからなる下地層1131を基板1111の表面部に形成する。   Next, ion implantation is performed on the substrate 1011 to form a base layer 1131 made of n-type Si on the surface portion of the substrate 1111 as shown in FIG. 24B.

次に、図24Cに示すように、下地層1131上に、複数の成長穴1113,1113,…(図24Cでは1つのみ図示)を有するマスク1112を形成する。マスク1112の材料としては、後述の第2半導体部1103Aに対して選択的にエッチング可能な絶縁体を用いる。成長穴1113,1113,…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。   Next, as shown in FIG. 24C, a mask 1112 having a plurality of growth holes 1113, 1113,... (Only one is shown in FIG. 24C) is formed on the base layer 1131. As a material of the mask 1112, an insulator that can be selectively etched with respect to a second semiconductor portion 1103 </ b> A described later is used. The growth holes 1113, 1113,... Can be formed by a known lithography method and dry etching method used in a normal semiconductor process.

次に、上記マスク1112の成長穴1113,1113,…により露出した下地層1131上に、MOCVD装置を用いて、n型GaNを結晶成長させて、図24Dに示すように、各成長穴1113内に第1半導体部1102を形成する。より詳しくは、MOCVD装置の温度を950℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム(TMG)およびアンモニア(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からなる第1半導体部1102を成長させる。この第1半導体部1102の直径はマスク1112の成長穴1113の径で決めることができる。 Next, an n-type GaN crystal is grown on the underlying layer 1131 exposed by the growth holes 1113, 1113,... Of the mask 1112 by using a MOCVD apparatus, and as shown in FIG. First semiconductor portion 1102 is formed. More specifically, the temperature of the MOCVD apparatus is set to about 950 ° C., trimethyl gallium (TMG) and ammonia (NH 3 ) are used as growth gases, silane (SiH 3 ) is supplied for supplying n-type impurities, and carrier gas As a result, hydrogen (H 3 ) is supplied to grow the first semiconductor portion 1102 made of n-type GaN with Si as an impurity. The diameter of the first semiconductor portion 1102 can be determined by the diameter of the growth hole 1113 of the mask 1112.

次に、上記各第1半導体部1102上に、p型GaNからなる第2半導体部1103Aを形成する。より詳しくは、MOCVD装置の温度を960℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム(TMG)およびアンモニア(NH)を、p型不純物供給用にビスシクロペンタジエニルマグネシウム(CpMg)を用いることによってマグネシウム(Mg)を不純物とするp型GaNを成長させることができる。 Next, a second semiconductor portion 1103A made of p-type GaN is formed on each of the first semiconductor portions 1102. More specifically, the temperature of the MOCVD apparatus is set to about 960 ° C., trimethylgallium (TMG) and ammonia (NH 3 ) are used as growth gases, and biscyclopentadienylmagnesium (Cp 2 Mg) is used to supply p-type impurities. By using it, p-type GaN having magnesium (Mg) as an impurity can be grown.

次に、CMP(Chemical Mechanical Polishing:化学機械研)で平坦化処理を行って、図24Eに示すように、マスク1112aの表面を第2半導体部1103Aの表面とほぼ面一にする。 Next, CMP: performing planarization treatment with (Chemical Mechanical Polishing Chemical mechanical Migaku Ken), as shown in FIG. 24E, is substantially flush with the surface of the mask 1112a second semiconductor portion 1103A of the surface.

次に、図24Fに示すように、マスク1112および第2半導体部1103A上に複数の微粒子1114を形成する。この微粒子1114の径は数十nm程度である。また、微粒子1114の材料として、例えば金などを用いることができる。   Next, as shown in FIG. 24F, a plurality of fine particles 1114 are formed on the mask 1112 and the second semiconductor portion 1103A. The diameter of the fine particles 1114 is about several tens of nanometers. For example, gold can be used as the material of the fine particles 1114.

次に、ドライエッチングを行って、図24Gに示すように、各第1半導体部1102上にp型GaNからなる第2半導体部1103を形成する。これにより、基板1111から分離されていない微細な棒状構造発光素子が複数得られる。この微細な棒状構造発光素子の断面ほぼ円形の棒状の本体1101は、第1半導体部1102および第2半導体部1103で構成されている。本体1101の軸方向は基板1111の表面に対してほぼ垂直になっている。そして、本体1101の軸方向の一端面1105には1つの凹部が形成されている。また、マスク1112bの表面には凹凸が形成されている。なお、本体1101の軸方向の一端面1105に凹凸を形成してもよい。また、第1半導体部1102は第1導電型半導体の一例であり、第2半導体部1103は第2導電型半導体の一例である。   Next, dry etching is performed to form second semiconductor portions 1103 made of p-type GaN on each first semiconductor portion 1102 as shown in FIG. 24G. As a result, a plurality of fine rod-shaped structure light emitting elements that are not separated from the substrate 1111 are obtained. A rod-shaped main body 1101 having a substantially circular cross section of the fine rod-shaped structure light emitting element includes a first semiconductor portion 1102 and a second semiconductor portion 1103. The axial direction of the main body 1101 is substantially perpendicular to the surface of the substrate 1111. One concave portion is formed on one end surface 1105 in the axial direction of the main body 1101. Further, irregularities are formed on the surface of the mask 1112b. Note that unevenness may be formed on one end surface 1105 in the axial direction of the main body 1101. The first semiconductor unit 1102 is an example of a first conductivity type semiconductor, and the second semiconductor unit 1103 is an example of a second conductivity type semiconductor.

次に、上記マスク1112bの表面部をウェットエッチングで除去して、図24Hに示すように、マスク1112cの表面に対して第2半導体部1103が突出する。このとき、第2半導体部1103の外周面のほぼ全部が露出している。一方、第1半導体部1102の外周面はマスク1112cで覆われて一部も露出していない。   Next, the surface portion of the mask 1112b is removed by wet etching, and the second semiconductor portion 1103 protrudes from the surface of the mask 1112c as shown in FIG. 24H. At this time, almost the entire outer peripheral surface of the second semiconductor portion 1103 is exposed. On the other hand, the outer peripheral surface of the first semiconductor unit 1102 is covered with the mask 1112c and part of it is not exposed.

次に、図24Iに示すように、蒸着法あるいはスパッタ法で、第2半導体部1103を覆うようにp側コンタクトメタル1132を形成する。   Next, as shown in FIG. 24I, a p-side contact metal 1132 is formed so as to cover the second semiconductor portion 1103 by vapor deposition or sputtering.

次に、上記p側コンタクトメタル1132の一部を除去して、図24Jに示すように、2半導体部1103の外周面に接続されたp側コンタクトメタル1132aが得られる。このとき、本体1101の軸方向の一端面1105は、p側コンタクトメタル1132aで覆われていなくて露出している。   Next, a part of the p-side contact metal 1132 is removed to obtain a p-side contact metal 1132a connected to the outer peripheral surface of the two semiconductor portions 1103 as shown in FIG. 24J. At this time, one end surface 1105 in the axial direction of the main body 1101 is not covered with the p-side contact metal 1132a and is exposed.

最後に、図示しないが、下地層1131の表面の一部を露出させて、この表面の一部にn側コンタクトメタルを接続する。   Finally, although not shown, a part of the surface of the base layer 1131 is exposed and an n-side contact metal is connected to a part of this surface.

このように形成したp側コンタクトメタル1132aからn側コンタクトメタルに電流、を流すことにより、発光面1104から光が放出される。そして、発光面1104からの光が本体1101の軸方向の一端面1105を通過し、効率良く本体1101外に出る。   By passing a current from the p-side contact metal 1132a thus formed to the n-side contact metal, light is emitted from the light emitting surface 1104. Then, light from the light emitting surface 1104 passes through one end surface 1105 in the axial direction of the main body 1101 and efficiently exits the main body 1101.

したがって、上記基板1111に立設した微細な棒状構造発光素子であっても、光を効率良く取り出すことができる。   Therefore, light can be extracted efficiently even with the fine rod-shaped structure light-emitting element erected on the substrate 1111.

また、上記第1〜第4実施形態において、本体の軸方向の一端面と本体の軸方向の他端面との少なくとも一方を電極で形成すると共に、その電極に凹部および凸部の少なくとも一方を形成するようにしてもよい。この場合、上記電極は本体の一部を構成する。   In the first to fourth embodiments, at least one of one end surface in the axial direction of the main body and the other end surface in the axial direction of the main body is formed of an electrode, and at least one of a concave portion and a convex portion is formed in the electrode. You may make it do. In this case, the electrode constitutes a part of the main body.

以下、微細な棒状構造発光素子が備える本体の軸方向の一端面を電極で形成し、この電極に凹凸を形成する場合の一例について説明する。   Hereinafter, an example in which one end surface in the axial direction of the main body included in the fine rod-shaped structure light emitting element is formed of an electrode, and unevenness is formed on the electrode will be described.

まず、図25Aに示すように、Siからなる基板2011を準備する。この基板2011には、必要に応じて、洗浄剤や純水などで基板洗浄を行ったり、マーキングなどの基板加工を行ったりしてもよい。   First, as shown in FIG. 25A, a substrate 2011 made of Si is prepared. If necessary, the substrate 2011 may be cleaned with a cleaning agent or pure water, or may be subjected to substrate processing such as marking.

次に、上記基板2011にイオン注入を行って、図25Bに示すように、n型Siからなる下地層2131を基板2111の表面部に形成する。   Next, ion implantation is performed on the substrate 2011 to form a base layer 2131 made of n-type Si on the surface portion of the substrate 2111 as shown in FIG. 25B.

次に、図25Cに示すように、下地層2131上に、複数の成長穴2113,2113,…(図25Cでは1つのみ図示)を有するマスク2112を形成する。マスク2112の材料としては、下地層2131と後述の第1半導体部2102とに対して選択的にエッチング可能な絶縁体を用いる。成長穴2113,2113,…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。   Next, as shown in FIG. 25C, a mask 2112 having a plurality of growth holes 2113, 2113,... (Only one is shown in FIG. 25C) is formed on the base layer 2131. As a material of the mask 2112, an insulator that can be selectively etched with respect to the base layer 2131 and a first semiconductor portion 2102 to be described later is used. The growth holes 2113, 2113,... Can be formed by a known lithography method and dry etching method used in a normal semiconductor process.

次に、上記マスク2112の成長穴2113,2113,…により露出した下地層2131上に、MOCVD装置を用いて、n型GaNを結晶成長させて、図25Dに示すように、各成長穴2113内に第1半導体部2102を形成する。より詳しくは、MOCVD装置の温度を950℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム(TMG)およびアンモニア(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からなる第1半導体部2102を成長させる。この第1半導体部2102の直径はマスク2112の成長穴2113の径で決めることができる。 Next, an n-type GaN crystal is grown on the base layer 2131 exposed by the growth holes 2113, 2113,... Of the mask 2112 by using a MOCVD apparatus, and as shown in FIG. First semiconductor portion 2102 is formed. More specifically, the temperature of the MOCVD apparatus is set to about 950 ° C., trimethyl gallium (TMG) and ammonia (NH 3 ) are used as growth gases, silane (SiH 3 ) is supplied for supplying n-type impurities, and carrier gas As a result, hydrogen (H 3 ) is supplied to grow the first semiconductor portion 2102 made of n-type GaN with Si as an impurity. The diameter of the first semiconductor portion 2102 can be determined by the diameter of the growth hole 2113 of the mask 2112.

次に、上記マスク2112を選択的に除去して、図25Eに示すように、第1半導体部2102の外周面を露出させる。   Next, the mask 2112 is selectively removed to expose the outer peripheral surface of the first semiconductor portion 2102 as shown in FIG. 25E.

次に、図25Fに示すように、第1半導体部2102を覆うように、p型GaNからなる第2半導体部2103を成長させる。より詳しくは、MOCVD装置の温度を960℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム(TMG)およびアンモニア(NH)を、p型不純物供給用にビスシクロペンタジエニルマグネシウム(CpMg)を用いることによってマグネシウム(Mg)を不純物とするp型GaNを成長させることができる。 Next, as shown in FIG. 25F, a second semiconductor portion 2103 made of p-type GaN is grown so as to cover the first semiconductor portion 2102. More specifically, the temperature of the MOCVD apparatus is set to about 960 ° C., trimethylgallium (TMG) and ammonia (NH 3 ) are used as growth gases, and biscyclopentadienylmagnesium (Cp 2 Mg) is used to supply p-type impurities. By using it, p-type GaN having magnesium (Mg) as an impurity can be grown.

次に、図25Gに示すように、第2半導体部2103上に、ITO(錫添加酸化インジウム)からなるp側コンタクトメタル2132を形成する。これにより、第2半導体部2103はp側コンタクトメタル2132によって覆われる。   Next, as shown in FIG. 25G, a p-side contact metal 2132 made of ITO (tin-added indium oxide) is formed on the second semiconductor portion 2103. As a result, the second semiconductor portion 2103 is covered with the p-side contact metal 2132.

次に、図25Hに示すように、p側コンタクトメタル2132上に、酸化膜からなる絶縁層2133を形成する。   Next, as shown in FIG. 25H, an insulating layer 2133 made of an oxide film is formed on the p-side contact metal 2132.

次に、CMPで平坦化処理を行って、図25Iに示すように、絶縁層2133aの表面をp側コンタクトメタル2132の表面とほぼ面一にする。   Next, planarization is performed by CMP so that the surface of the insulating layer 2133a is substantially flush with the surface of the p-side contact metal 2132 as shown in FIG. 25I.

次に、図25Jに示すように、絶縁層2133aおよびp側コンタクトメタル2132上に複数の微粒子2114を形成する。この微粒子2114の径は数十nm程度である。また、微粒子2114の材料として、例えば金などを用いることができる。   Next, as illustrated in FIG. 25J, a plurality of fine particles 2114 are formed over the insulating layer 2133a and the p-side contact metal 2132. The diameter of the fine particles 2114 is about several tens of nanometers. As a material of the fine particles 2114, for example, gold can be used.

次に、ドライエッチングを行って、図25Kに示すように、絶縁層2133aおよびp側コンタクトメタル2132の表面に凹凸を形成する。これにより、基板2111に一体に形成された微細な棒状構造発光素子が複数得られる。この微細な棒状構造発光素子の断面ほぼ円形の棒状の本体2101は、第1半導体部2102と、第2半導体部2103の一部と、p側コンタクトメタル2132の一部とで構成されている。本体2101の軸方向は基板2111の表面に対してほぼ垂直になっている。そして、本体2101の軸方向の一端面2105には凹凸が形成されている。なお、本体2101の軸方向の一端面2105に1つの凹部または1つの凸部を形成してもよい。また、第1半導体部2102は第1導電型半導体の一例であり、第2半導体部2103は第2導電型半導体の一例である。   Next, dry etching is performed to form irregularities on the surfaces of the insulating layer 2133a and the p-side contact metal 2132 as shown in FIG. 25K. Thereby, a plurality of fine rod-shaped structure light emitting elements formed integrally with the substrate 2111 are obtained. A rod-shaped main body 2101 having a substantially circular cross section of the fine rod-shaped structure light emitting element includes a first semiconductor portion 2102, a portion of the second semiconductor portion 2103, and a portion of the p-side contact metal 2132. The axial direction of the main body 2101 is substantially perpendicular to the surface of the substrate 2111. An unevenness is formed on one end surface 2105 in the axial direction of the main body 2101. Note that one concave portion or one convex portion may be formed on one end surface 2105 in the axial direction of the main body 2101. The first semiconductor portion 2102 is an example of a first conductivity type semiconductor, and the second semiconductor portion 2103 is an example of a second conductivity type semiconductor.

最後に、図示しないが、下地層2131の表面の一部を露出させて、この表面の一部にn側コンタクトメタルを接続する。   Finally, although not shown, a part of the surface of the base layer 2131 is exposed and an n-side contact metal is connected to a part of this surface.

このように形成したp側コンタクトメタル2132aからn側コンタクトメタルに電流、を流すことにより、発光面2104から光が放出される。そして、発光面2104からの光が本体2101の軸方向の一端面2105を通過し、効率良く本体2101外に出る。   By passing a current from the p-side contact metal 2132a formed in this way to the n-side contact metal, light is emitted from the light emitting surface 2104. Then, the light from the light emitting surface 2104 passes through one end surface 2105 in the axial direction of the main body 2101 and efficiently goes out of the main body 2101.

本発明の具体的な実施の形態について説明したが、本発明は上記第1〜第5実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々変更して実施することができる。   Although specific embodiments of the present invention have been described, the present invention is not limited to the first to fifth embodiments, and can be implemented with various modifications within the scope of the present invention.

1,61,71,201,301,401,1101,2101 本体
2,62,72,202,302,402,1102,2102 第1半導体部
3,63,73,203,303,403,1103,2103 第2半導体部
5,65,75,205,305,405,1105,2105 軸方向の一端面
208,408 凸部
309 凹部
H1,H2 高さ
D 深さ
21,221,321,421 絶縁性基板
500 表示装置
560 棒状構造発光素子
1, 61, 71, 201, 301, 401, 1101, 2101 Main body 2, 62, 72, 202, 302, 402, 1102, 2102 First semiconductor part 3, 63, 73, 203, 303, 403, 1103, 2103 Second semiconductor portion 5, 65, 75, 205, 305, 405, 1105, 2105 One end face in the axial direction 208, 408 Convex portion 309 Concavity H1, H2 Height D Depth 21, 221, 321, 421 Insulating substrate 500 Display device 560 Bar-shaped structure light emitting element

Claims (11)

棒状に延びると共に、内部で光が生じる本体を備え、
上記本体の軸方向の端面には、凹部および凸部の少なくとも一方が形成され
上記本体は基板の表面上に配置され、上記本体の軸方向が上記基板の表面とほぼ平行になっていることを特徴とする棒状構造発光素子。
It has a body that extends like a rod and generates light inside,
At least one of a concave portion and a convex portion is formed on the axial end surface of the main body ,
The rod-shaped structure light emitting device, wherein the main body is disposed on a surface of a substrate, and an axial direction of the main body is substantially parallel to the surface of the substrate .
請求項1に記載の棒状構造発光素子において、
上記凹部または上記凸部の大きさは上記光の波長の1/10以上であることを特徴とする棒状構造発光素子。
In the rod-shaped structure light emitting device according to claim 1 ,
The size of the concave portion or the convex portion is 1/10 or more of the wavelength of the light.
請求項に記載の棒状構造発光素子において、
上記凹部または上記凸部の大きさは上記光の波長の1/5以上であることを特徴とする棒状構造発光素子。
The rod-shaped structure light emitting device according to claim 2 ,
The size of the concave portion or the convex portion is 1/5 or more of the wavelength of the light.
請求項1からまでのいずれか一項に記載の棒状構造発光素子において、
上記凸部の材質は上記本体の他の部分の材質とは異なることを特徴とする棒状構造発光素子。
In the rod-shaped structure light emitting element according to any one of claims 1 to 3 ,
The material of the convex part is different from the material of the other part of the main body.
請求項1からまでのいずれか一項に記載の棒状構造発光素子において、
上記本体は、
第1導電型半導体と、
上記第1導電型半導体に対して上記本体の軸方向に並ぶ第2導電型半導体と
を有することを特徴とする棒状構造発光素子。
In the rod-shaped structure light emitting element according to any one of claims 1 to 4 ,
The main body
A first conductivity type semiconductor;
A rod-shaped structure light emitting device having a second conductivity type semiconductor arranged in the axial direction of the main body with respect to the first conductivity type semiconductor.
請求項に記載の棒状構造発光素子において、
上記第1導電型半導体と上記第2導電型半導体との間には量子井戸層が形成されていることを特徴とする棒状構造発光素子。
The rod-shaped structure light emitting device according to claim 5 ,
A rod-shaped structure light emitting device, wherein a quantum well layer is formed between the first conductive semiconductor and the second conductive semiconductor.
請求項1からまでのいずれか一項に記載の棒状構造発光素子において、
上記本体は、
第1導電型半導体と、
上記第1導電型半導体の少なくとも一部を同心軸状に覆う第2導電型半導体と
を有することを特徴とする棒状構造発光素子。
In the rod-shaped structure light emitting element according to any one of claims 1 to 4 ,
The main body
A first conductivity type semiconductor;
A rod-shaped structure light emitting device comprising: a second conductivity type semiconductor concentrically covering at least a part of the first conductivity type semiconductor.
請求項に記載の棒状構造発光素子において、
上記第1導電型半導体と上記第2導電型半導体との間には量子井戸層が形成されていることを特徴とする棒状構造発光素子。
The rod-shaped structure light emitting device according to claim 7 ,
A rod-shaped structure light emitting device, wherein a quantum well layer is formed between the first conductive semiconductor and the second conductive semiconductor.
請求項1からまでのいずれか一項に記載の棒状構造発光素子を備えたことを特徴とするバックライト。 Backlight comprising the rod-like structure light-emitting device according to any one of claims 1 to 8. 請求項1からまでのいずれか一項に記載の棒状構造発光素子を備えたことを特徴とする照明装置。 An illuminating device comprising the light emitting element having a rod-like structure according to any one of claims 1 to 8 . 請求項1からまでのいずれか一項に記載の棒状構造発光素子を備えたことを特徴とする表示装置。 Display device characterized by comprising a rod structure light-emitting device according to any one of claims 1 to 8.
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