JP6404567B2

JP6404567B2 - 発光素子、発光素子の製造方法、複数の発光素子を備える発光装置、及び、発光装置の製造方法

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Publication number: JP6404567B2
Application number: JP2013268392A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　拓也; 拓也佐藤; 足立　浩一郎; 浩一郎足立; 柴田　晃秀; 晃秀柴田; 岩田　浩; 浩岩田
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Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2018-10-10
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Description

本発明は、発光素子に関し、詳しくは、棒状の発光素子に関する。

発光素子として、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）が知られている。特開２０１２−５１３１１５号公報には、発光ダイオードとしてのナノ構造デバイスが開示されている。

上記公報に記載のナノ構造デバイスは、基板から突き出した第１ナノワイヤ群を含む。第１ナノワイヤ群が有するナノワイヤのそれぞれは、ＰＮ接合を含む。第１接触手段は、第１ナノワイヤ群に含まれるナノワイヤのそれぞれが有するＰＮ接合の第１側面を部分的に取り囲む。第１接触手段は、第１側面に対して電気的に接続される。ナノ構造デバイスは、第２接触手段をさらに含む。第２接触手段は、第２ナノワイヤ群を含む。第２ナノワイヤ群は、基板から突き出したナノワイヤを有する。第２接触手段は、第１ナノワイヤ群に含まれるＰＮ接合の第２側面に対して電気的に接続される。

特開２０１２−５１３１１５号公報

上記ナノ構造デバイスでは、ＰＮ接合がナノワイヤの側部及び上部に形成されている。ナノワイヤの側部及び上部では、面方位が異なる。そのため、異なる波長の光が発せられる。

本発明の目的は、単一波長の光を発することができる発光素子を提供することである。

本発明の実施の形態による発光素子は、半導体コアと、発光層と、半導体層とを備える。半導体コアは、棒状であり、第１の導電型を有する。発光層は、半導体コアの中心軸線周りに配置され、半導体コアの側面に接して形成される。半導体層は、第１の導電型とは反対の第２の導電型を有し、中心軸線周りに配置され、発光層に接して形成される。上記側面は、非極性面である。半導体コアの軸方向両端面は、露出している。

本発明の実施の形態による発光素子においては、単一波長の光を発することができる。

本発明の実施の形態による発光装置を示す断面図であって、図２、図３及び図４におけるＩ−Ｉ方向の断面図である。図１におけるＩＩ−ＩＩ断面図である。図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。図１に示す発光装置が備える複数の発光素子の配置を示す平面図である。本発明の実施の形態による発光素子を示す断面図であって、図６のＶ−Ｖ方向の断面図である。図５におけるＶＩ−ＶＩ断面図である。発光素子の製造工程であって、サファイア基板の主面上にｎ型ＧａＮを形成する工程を示す断面図である。発光素子の製造工程であって、ｎ型ＧａＮ上にマスクを形成する工程を示す断面図である。発光素子の製造工程であって、サファイア基板上に複数の棒状ｎ型ＧａＮを形成する工程を示す断面図である。発光素子の製造工程であって、複数の棒状ｎ型ＧａＮの側面をエッチングする工程を示す断面図である。発光素子の製造工程であって、半導体コア、発光層及び半導体層を形成する工程を示す断面図である。発光素子の製造工程であって、ＩＴＯ膜を形成する工程を示す断面図である。発光素子の製造工程であって、マスクを除去する工程を示す断面図である。発光素子の製造工程であって、複数の発光素子をサファイア基板から分離する工程を示す断面図である。発光装置の製造工程であって、複数の発光素子が入った水でベース基板の主面を覆う工程を示す断面図である。発光装置の製造工程であって、複数の発光素子をベース基板上の所定位置に配置する工程を示す断面図である。発光装置の製造工程であって、各発光素子の軸方向一端部の側面において、半導体コアを露出させる工程を示す断面図である。発光装置の製造工程であって、ベース基板の主面上に保護膜を形成する工程を示す断面図である。発光装置の製造工程であって、保護膜にコンタクトホールを形成する工程を示す断面図である。発光装置の製造工程であって、第１配線及び第２配線を形成する工程を示す断面図である。本発明の実施の形態による発光装置が用いられるＬＥＤ電球の概略構成を示す側面図である。本発明の実施の形態による発光装置が用いられるバックライトの概略構成を示す側面図である。本発明の実施の形態による発光装置が用いられる液晶表示装置の概略構成を示す側面図である。複数の発光素子を配置する方法の他の一例を説明するための概念図である。

上記発光素子においては、非極性面だけに発光層が形成される。そのため、単一波長の光を発することができる。

上記発光素子の製造方法は、以下の工程を備える。
（１）極性面であるｃ面を主面とする基板上に、主面の法線方向に延びる棒状の半導体コアを形成する工程
（２）半導体コアの中心軸線周りに位置する側面を覆う発光層を形成する工程
ここで、上記（１）及び（２）の工程では、半導体コアの軸方向端面をマスクで覆う。

上記製造方法によれば、発光層を形成するときに、半導体コアの軸方向一方の端面がマスクで覆われる。また、半導体コアの軸方向他方の端面は、基板に接している。そのため、マスクを除去し、且つ、半導体コアを基板から分離すれば、半導体コアの軸方向両端面が露出している、つまり、半導体コアの軸方向両端面が発光層で覆われていない発光素子を得ることができる。

本発明の実施の形態による発光装置は、上記発光素子を複数備える。発光装置は、ベース基板をさらに備える。ベース基板は、絶縁性基板と、第１電極と、第２電極とを含む。第１電極は、絶縁性基板の主面上に配置される。第２電極は、上記主面上に配置され、第１電極に印加される電圧とは異なる電圧が印加されることにより、第１電極とともに、複数の発光素子を所定の位置に配置する。上記主面の法線方向から見て、各発光素子の軸方向一端部が第１電極に重なり、各発光素子の軸方向他端部が第２電極に重なる。

上記発光装置においては、静電力により、複数の発光素子を所定の位置に配置できる。

上記発光装置において、好ましくは、ベース基板が絶縁膜をさらに含む。絶縁膜は、上記主面上に形成され、第１電極及び第２電極を覆う。

この場合、複数の発光素子を配置するときに用いる液体、つまり、複数の発光素子を含み、且つ、ベース基板を覆う液体を通じて、第１電極と第２電極との間に大きな電流が流れるのを回避できる。その結果、第１電極と第２電極との間に所望の電位差を形成することが容易になる。

上記発光装置の製造方法は、以下の工程を含む。
（ａ）複数の発光素子を含む液体により、ベース基板を覆う工程
（ｂ）第１電極及び第２電極に異なる電圧を印加し、複数の発光素子を所定の位置に配置する工程

上記製造方法によれば、静電力により、複数の発光素子を所定の位置に配置できる。

以下、本発明のより具体的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［発光素子］
図１〜図６を参照しながら、本発明の実施の形態による発光装置１００について説明する。図１は、発光装置１００を示す断面図であって、図２及び図３におけるＩ−Ｉ方向の断面図ある。図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ方向の断面図である。図３は、図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ方向の断面図である。図４は、発光装置１００が備える複数の発光素子１０の配置を示す平面図である。図５は、発光素子１０を示す断面図であって、図６におけるＶ−Ｖ方向の断面図である。図６は、図５におけるＶＩ−ＶＩ方向の断面図である。

発光装置１００は、図１〜図４に示すように、複数の発光素子１０と、ベース基板２０と、透明導電膜３０と、保護膜４０と、第１配線５０と、第２配線６０とを備える。

発光素子１０は、図５及び図６に示すように、半導体コア１２と、発光層１４と、半導体層１６とを備える。以下、図５及び図６を参照しながら、発光素子１０について説明する。

［半導体コア］
半導体コア１２は、ｎ型のＧａＮからなる。つまり、半導体コア１２は、ｎ層として機能する。

半導体コア１２は、棒状である。半導体コア１２では、中心軸線ＣＬに垂直な方向の断面が六角形である。つまり、半導体コア１２は、六角柱形状を有する。半導体コア１２の中心軸線ＣＬに垂直な断面において、最も長い対角線の長さは、例えば、１００ｎｍ〜５μｍである。

半導体コア１２は、６つの側面１２Ａと、２つの軸方向端面（以下、単に端面と称する）１２Ｂとを備える。

６つの側面１２Ａは、中心軸線ＣＬの周囲に形成される。各側面１２Ａは、中心軸線ＣＬに対して平行である。６つの側面１２Ａのうち、中心軸線ＣＬを挟んで対向する２つの側面１２Ａは、互いに平行である。各側面１２Ａの幅は、例えば、５０ｎｍ〜２．５μｍである。

各側面１２Ａは、非極性面である。本実施形態では、各側面１２Ａは、ｍ面である。

ここで、ｍ面の面方位は、｛−１１００｝である。｛−１１００｝は、（−１１００）及び（−１１００）に等価な面方位を示す。等価な面方位は、（−１０１０）、（０１−１０）、（０−１１０）、（１０−１０）及び（１−１００）である。

なお、各側面１２Ａは、ａ面であってもよい。ここで、ａ面の面方位は、｛−１１２０｝である。｛−１１２０｝は、（−１１２０）及び（−１１２０）に等価な面方位を示す。等価な面方位は、（−１２１０）、（２１−１０）、（２−１１０）、（１２−１０）及び（−１２１０）である。

２つの端面１２Ｂは、中心軸線ＣＬが延びる方向に離れて配置される。各端面１２Ｂは、中心軸線ＣＬに対して垂直な方向に広がる。つまり、各端面１２Ｂは、極性面（ｃ面）である。２つの端面１２Ｂは、互いに平行である。２つの端面１２Ｂの離隔距離、つまり、半導体コア１２の軸方向長さは、例えば、１〜１００μｍである。

［発光層］
発光層１４は、中心軸線ＣＬ周りで全周に亘って形成される。発光層１４は、各側面１２Ａに接する。つまり、発光層１４は、非極性面（本実施形態では、ｍ面）を成長面として形成される。

発光層１４は、端面１２Ｂに形成されていない。つまり、発光素子１０では、端面１２Ｂが発光層１４で覆われていない。

発光層１４は、ＩｎＧａＮからなる。発光層１４は、量子井戸層として機能する。なお、発光層１４は、障壁層と量子井戸層とが交互に形成された多重量子井戸構造であってもよい。障壁層は、例えば、ＧａＮである。量子井戸層は、例えば、ＩｎＧａＮである。Ｉｎ及びＧａの組成比は、目的とする光の波長に応じて、適宜、設定される。

発光層１４は、中心軸線ＣＬが延びる方向で全長に亘って略一定の厚みを有する。つまり、側面１２Ａと、中心軸線ＣＬに垂直な方向から見て当該側面１２Ａに重なる、発光層１４の表面とは、平行である。単一の量子井戸層の場合、発光層１４の厚みは、例えば、１〜４０ｎｍである。多重量子井戸層の場合、発光層１４の厚みは、積層数に比例して厚くなる。例えば、量子井戸層の厚みが１〜４０ｎｍであって、且つ、障壁層の厚みが１〜４０ｎｍである場合、５層積層すると、発光層１４の厚みは、１０〜４００ｎｍである。

［半導体層］
半導体層１６は、第１半導体層１６Ａ及び第２半導体層１６Ｂを含む。

第１半導体層１６Ａは、ｐ型のＡｌＧａＮからなる。第１半導体層１６Ａは、中心軸線ＣＬ周りで全周に亘って形成される。第１半導体層１６Ａは、発光層１４に接する。第１半導体層１６Ａの厚みは、例えば、５〜１００ｎｍである。

第２半導体層１６Ｂは、ｐ型のＧａＮからなる。第２半導体層１６Ｂは、中心軸線ＣＬ周りで全周に亘って形成される。第２半導体層１６Ｂは、第１半導体層１６Ａに接する。第２半導体層１６Ｂの厚みは、例えば、１０〜４００ｎｍである。

第１半導体層１６Ａは、電子ブロック層として機能する。第１半導体層１６Ａ及び第２半導体層１６Ｂは、ｐ層として機能する。

［透明導電膜］
このような発光素子１０の周囲には、図３に示すように、透明導電膜３０が配置される。透明導電膜３０は、インジウム酸化錫（ＩＴＯ）からなる。透明導電膜３０は、中心軸線ＣＬ周りで全周に亘って形成される。透明導電膜３０は、第２半導体層１６Ｂに接する。透明導電膜３０の厚みは、例えば、５〜１００ｎｍである。

発光装置１００は、このようにして側面が透明導電膜３０で覆われた発光素子１０を複数備える。なお、以下の説明では、側面が透明導電膜３０で覆われた発光素子１０を、単に、発光素子１０と称することがある。

複数の発光素子１０は、ベース基板２０上に配置される。図４に示す例では、複数の発光素子１０は、３つの領域に分かれて配置される。理解を容易にするため、図４に示す例では、１つの領域に９つの発光素子１０が配置されているが、１つの領域に配置される発光素子１０の数及び当該領域の数は、任意である。

［ベース基板］
ベース基板２０は、図１〜図４に示すように、絶縁性基板２２と、第１電極２４と、第２電極２６と、下地絶縁膜２８とを備える。

［絶縁性基板］
絶縁性基板２２は、少なくとも表面が絶縁性を有していればよい。例えば、ガラス、セラミック、酸化アルミニウム、合成樹脂のような絶縁材からなるものであってもよい。或いは、シリコンのような半導体の表面にシリコン酸化膜を形成したものであってもよい。因みに、本実施形態では、絶縁性基板２２は、ガラス基板である。

［第１電極］
第１電極２４は、導電性を有する材料（例えば、金属材）からなる。第１電極２４は、図１及び図２に示すように、絶縁性基板２２の主面に接して形成される。第１電極２４の厚みは、例えば、１０〜１０００ｎｍである。

第１電極２４は、連結電極２４Ａと、複数の駆動電極２４Ｂとを含む。連結電極２４Ａは、略一定の幅で所定の方向に延びる。複数の駆動電極２４Ｂは、連結電極２４Ａの長手方向に所定の間隔で配置される。各駆動電極２４Ｂは、連結電極２４Ａの幅方向一方の端縁から延び出す。

各駆動電極２４Ｂは、本体部２４１と、複数の凸部２４２とを含む。本体部２４１は、連結電極２４Ａの幅方向に延び、連結電極２４Ａに一体形成される。複数の凸部２４２は、本体部２４１の長手方向に所定の間隔で配置される。各凸部２４２は、本体部２４１の幅方向一方の端縁から延び出す。

［第２電極］
第２電極２６は、導電性を有する材料（例えば、金属材）からなる。第２電極２６は、図１及び図３に示すように、絶縁性基板２２の表面に接して形成される。第２電極２６の厚みは、第１電極２４の厚みと同じである。

第２電極２６は、連結電極２６Ａと、複数の駆動電極２６Ｂとを含む。連結電極２６Ａは、略一定の幅で連結電極２４Ａと平行に延びる。複数の駆動電極２６Ｂは、連結電極２６Ａの長手方向に所定の間隔で配置される。各駆動電極２６Ｂは、連結電極２６Ａの幅方向一方の端縁（連結電極２４Ａに近い方の端縁）から延び出す。

各駆動電極２６Ｂは、本体部２６１と、複数の凸部２６２とを含む。本体部２６１は、連結電極２６Ａの幅方向に延び、連結電極２６Ａに一体形成される。本体部２６１は、本体部２４１と平行であり、本体部２４１とは異なる位置に形成される。連結電極２６Ａ（連結電極２４Ａ）の長手方向において、本体部２６１と本体部２４１とは交互に配置される。複数の凸部２６２は、本体部２６１の長手方向に所定の間隔で配置される。本体部２６１（本体部２４１）の長手方向において、複数の凸部２６２と、複数の凸部２４１とは、同じ位置に形成される。各凸部２６２は、本体部２６１の幅方向一方の端縁から延び出す。

［下地絶縁膜］
下地絶縁膜２８は、例えば、シリコン酸化膜であってもよいし、シリコン窒化膜であってもよい。下地絶縁膜２８は、図１〜図３に示すように、絶縁性基板２２の主面上に形成され、第１電極２４及び第２電極２６を覆う。下地絶縁膜２８の厚みは、例えば、５０〜１０００ｎｍである。

このようなベース基板２２上に、複数の発光素子１０が配置される。具体的には、各発光素子１０は、下地絶縁膜２８の表面に接して配置される。このとき、ベース基板２２の主面の法線方向（ベース基板２２の厚み方向）から見て、各発光素子１０の軸方向一端部は凸部２４２に重なり、軸方向他端部は凸部２６２に重なる。

［保護膜］
保護膜４０は、絶縁性、且つ、透明性を有する材料からなるものであれば、特に限定されない。保護膜４０は、例えば、シリコン酸化膜である。保護膜４０は、図１〜図３に示すように、ベース基板２２の主面及び複数の発光素子１０を覆う。保護膜４０の厚み（保護膜４０のうち、ベース基板２２の主面を覆う部分の厚み）は、例えば、１００ｎｍ〜１０μｍである。

［第１配線］
第１配線５０は、導電性を有する材料（例えば、金属）からなる。第１配線５０は、図１及び図２に示すように、本体部５０Ａと、コンタクトプラグ５０Ｂとを備える。本体部５０Ａは、保護膜４０の表面に接して形成される。コンタクトプラグ５０Ｂは、本体部５０Ａと一体形成され、保護膜４０に形成されたコンタクトホール４０Ａ内に位置する。コンタクトプラグ５０Ｂは、透明導電膜３０と接する。

［第２配線］
第２配線６０は、導電性を有する材料（例えば、金属）からなる。第２配線６０は、図１及び図３に示すように、本体部６０Ａと、コンタクトプラグ６０Ｂとを備える。本体部６０Ａは、保護膜４０の表面に接して形成される。コンタクトプラグ６０Ｂは、本体部６０Ａと一体形成され、保護膜４０に形成されたコンタクトホール４０Ｂ内に位置する。コンタクトプラグ６０Ｂは、半導体コア１２と接する。つまり、コンタクトホール４０Ｂが形成された位置では、半導体コア１２が中心軸線ＣＬに垂直な方向で露出している。

続いて、発光素子１０の製造方法及び発光装置１００の製造方法について説明する。先ず、発光素子１０の製造方法について説明する。その後、発光装置１００の製造方法について説明する。

先ず、図７Ａに示すように、サファイア基板７０の主面上にｎ型ＧａＮ７２を形成する。サファイア基板７０の主面は、ｃ面である。ｎ型ＧａＮ７２の厚みは、例えば、３０μｍである。ｎ型ＧａＮ７２を形成する方法としては、例えば、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy）法、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法等がある。

続いて、図７Ｂに示すように、ｎ型ＧａＮ７２上にマスク７４を形成する。マスク７４は、酸化シリコン膜である。マスク７４は、以下のようにして形成される。先ず、酸化シリコン膜をｎ型ＧａＮ７２の表面全体に形成する。酸化シリコン膜を形成する方法としては、例えば、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、スパッタリング法等がある。ｎ型ＧａＮ７２の表面全体に形成された酸化シリコン膜を、フォトリソグラフィ法により、パターニングする。その結果、マスク７４が形成される。なお、マスク７４のパターンは、特に限定されない。例えば、円形であってもよいし、多角形であってもよい。

続いて、図７Ｃに示すように、反応性イオンエッチングにより、ｎ型ＧａＮ７２をエッチングする。これにより、複数の棒状ｎ型ＧａＮ７２Ａが形成される。各棒状ｎ型ＧａＮ７２Ａにおいて、軸方向一方の端面はマスクで覆われ、軸方向他方の端面はサファイア基板７０に接する。エッチングガスとしては、例えば、塩素ガスとアルゴンガスとの混合ガスがある。塩素ガスとアルゴンガスとの体積比率は、例えば、２：３である。

続いて、図７Ｄに示すように、ウェットエッチングにより、棒状ｎ型ＧａＮ７２Ａの側面をエッチングする。これにより、各棒状ｎ型ＧａＮ７２Ａの側面は、サファイア基板７０の主面に垂直となる。エッチング溶液は、例えば、７０℃に加熱した水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液（質量パーセント濃度：５％）である。エッチング時間は、例えば、３時間である。

続いて、図７Ｅに示すように、半導体コア１２、発光層１４及び半導体層１６を、ＭＯＣＶＤ法で形成する。

具体的には、棒状ｎ型ＧａＮ７２Ａの側面に、ｎ型ＧａＮ層を形成する。これにより、側面がｍ面である半導体コア１２が形成される。ｎ型ＧａＮ層を形成するときのサファイア基板７０の温度は、例えば、９００〜１０００℃である。

続いて、半導体コア１２のｍ面上に、ＩｎＧａＮ層を形成する。これにより、半導体コア１２のｍ面上に、量子井戸層としての発光層１４が形成される。ＩｎＧａＮ層を形成するときのサファイア基板７０の温度は、例えば、６５０〜７５０℃である。

続いて、発光層１４の表面上に、ｐ型ＡｌＧａＮ層を形成する。これにより、電子ブロック層としての第１半導体層１６Ａが形成される。ｐ型ＡｌＧａＮ層を形成するときのサファイア基板７０の温度は、例えば、８００〜９００℃である。

続いて、第１半導体層１６Ａの表面上に、ｐ型ＧａＮ層を形成する。これにより、ｐ層としての第２半導体層１６Ｂが形成される。ｐ型ＧａＮ層を形成するときのサファイア基板７０の温度は、例えば、８００〜９００℃である。

続いて、図７Ｆに示すように、ＩＴＯ膜をミストＣＶＤ法で形成する。これにより、透明導電膜３０が第２半導体層１６Ｂの表面に形成される。なお、透明導電膜３０を形成するときには、サファイア基板７０の主面及びマスク７４の表面にも、ＩＴＯ膜が形成される。

続いて、図７Ｇに示すように、マスク７４を除去する。マスク７４を除去する方法としては、例えば、ウェットエッチングや、ドライエッチング（反応性イオンエッチング）がある。例えば、反応性イオンエッチングでマスク７４の表面上に形成されたＩＴＯ膜を除去した後、ウェットエッチングでマスク７４を除去することができる。エッチングガスとしては、例えば、ＣＦ_４やＣＨＦ_３等がある。エッチング溶液としては、例えば、ＨＦ溶液等がある。

続いて、図７Ｈに示すように、複数の発光素子１０をサファイア基板７０から分離する。具体的には、先ず、複数の発光素子１０を有機膜（例えば、ワックス）等に埋め込む。続いて、サファイア基板７０の裏面からレーザを照射する。これにより、サファイア基板７０と半導体コア１２Ａとの界面を溶かす。その後、サファイア基板７０をアセトン溶液に入れ、超音波により、有機膜を溶かす。その結果、複数の発光素子１０がサファイア基板７０から分離される。続いて、遠心分離機により、複数の発光素子１０を沈殿させ、上澄み液を取り除く。その後、アセトンを加え、上記の処理を繰り返し、複数の発光素子１０が入ったアセトン溶液から有機膜の成分を取り除く。同様の方法により、複数の発光素子１０が入った溶液をアセトン溶液からイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）に置換する。その後、同様の方法により、複数の発光素子１０が入った溶液をＩＰＡから水に置換する。

なお、複数の発光素子１０をサファイア基板７０から分離する方法は、例えば、超音波等により、各発光素子１０を根本から折る方法等であってもよい。

続いて、図８Ａに示すように、複数の発光素子１０が入った水８０でベース基板２０の主面を覆う。具体的には、先ず、ベース基板２０上に水を流す。この水に対して、複数の発光素子１０が入った水を少しずつ注入する。ベース基板２０の主面を覆う水８０は、複数の発光素子１０が自由に移動できる程度の量であればよい。

続いて、図８Ｂに示すように、各発光素子１０をベース基板２０上の所定位置に配置する。具体的には、第１電極２４と第２電極２６とに対して異なる電圧を印加する。これにより、第１電極２４及び第２電極２６の一方に負電荷が誘起され、他方の正電荷が誘起される。この状態で、発光素子１０が第１電極２４及び第２電極２６に近づくと、発光素子１０のうち、負電荷が誘起された電極に近いほうの軸方向端部には、静電誘導により、正電荷が誘起される。同様に、他の軸方向端部には、負電荷が誘起される。その結果、各電極２４，２６と発光素子１０との間に引力が働く。その際、発光素子１０は、第１電極２４と第２電極２６との間に生じる電気力線に沿って配置される。また、各発光素子１０に誘起された電荷は略等しい。そのため、電荷による反発力により、所定の方向に並ぶ２つの発光素子１０の間隔は略同じとなる。

続いて、複数の発光素子１０が入った溶液を水８０からＩＰＡに置換する。例えば、水８０にＩＰＡを注ぐことで、複数の発光素子８０が入った溶液を水８０からＩＰＡに置換できる。

続いて、ベース基板１０を加熱することにより、複数の発光素子１０が入った溶液（ＩＰＡ）を蒸発させて、乾燥させる。その結果、図４に示すように、複数の発光素子１０がベース基板２０上で所定の位置に配置される。

続いて、図８Ｃに示すように、各発光素子１０の軸方向一端部の側面において、半導体コア１２を露出させる。その方法としては、例えば、塩素ガスを用いた反応性イオンエッチング等がある。

続いて、図８Ｄに示すように、ベース基板２０の主面上に保護膜４０を形成する。これにより、各発光素子１０が保護膜４０で覆われる。

続いて、図８Ｅに示すように、コンタクトホール４０Ａ、４０Ｂを形成する。コンタクトホール４０Ａ、４０Ｂは、例えば、フォトリソグラフィ法によって形成される。

続いて、図８Ｆに示すように、第１配線５０及び第２配線６０を形成する。具体的には、先ず、保護膜４０の表面全体に金属膜（例えば、Ｔｉ層とＡｌ層との積層膜）を形成する。続いて、フォトリソグラフィ法により、当該金属膜をパターニングする。その結果、第１配線５０及び第２配線６０が形成され、目的とする発光装置１００が得られる。

このような発光装置１００においては、第１配線５０及び第２配線６０を通じて、発光素子１０に電圧を印加する。これにより、発光素子１０の側面が全周に亘って発光する。つまり、発光装置１００においては、発光領域を広くすることができる。そのため、発光効率を高くしつつ、消費電力を抑えることができる。

発光装置１００においては、発光素子１０が横向き、つまり、中心軸線ＣＬがベース基板２２の主面と平行に配置される。そのため、発光装置１００を薄くすることができる。

ここで、発光装置１００が備える発光素子１０においては、発光層１４が非極性面上にのみ形成される。そのため、単一波長の光を発することができる。以下、この点について、もう少し詳しく説明する。

発光層を形成する原子の組成は、発光層が形成される成長面の面方位に依存する。そのため、成長面が異なると、発光層が発する光の波長も異なる。発光素子１０では、発光層１４の成長面が非極性面に限定される。そのため、発光層１４が発する光は、単一波長の光となる。

ＧａＮ系の発光素子では、発光層が非極性面以外の面（例えば、極性面や半極性面）に形成されると、発光時にピエゾ電界の影響により、外部量子効率が低下する。これに対して、発光素子１０では、発光層１４の成長面が非極性面に限定される。そのため、発光時にピエゾ電界の影響がなくなり、外部量子効率を向上させることができる。

発光素子１０においては、発光層１４が非極性面上にのみ形成される。そのため、第１電極２４と第２電極２６との間に生じる電気力線に沿って配置する際において、軸方向一方の端面が発光層で覆われている発光素子では、発光素子の向きがばらばらになってしまう。その結果、このような発光素子を備える場合には、発光素子に印加する電圧を交流電圧にする必要がある。一方、発光素子１０では、上述のような不具合が発生することはない。そのため、発光素子１０に印加する電圧は直流電圧でよい。その結果、発光装置１００においては、消費電力を少なくできる。

［発光装置の用途］
発光装置は、例えば、図９に示すように、ＬＤＥ電球１１０に用いられる。ＬＥＤ電球１１０は、口金１１２と、放熱部１１４と、透光部１１６とを備える。口金１１２は、ソケットに嵌められて、商用電源に接続される。放熱部１１４は、口金１１２の一端に接続され、他端が徐々に拡径する。つまり、放熱部１１４は、略円錐台形状を有する。透光部１１６は、放熱部１１４の他端を覆う。放熱部１１４内には、放熱板１１８が配置される。この放熱板１１８上に、発光装置１００Ａが配置される。

ＬＥＤ電球１００においては、各発光素子１０が単一波長の光を発する。そのため、色むらがない。また、各発光素子１０においては、外部量子効率が高い。そのため、高効率である。

発光装置は、例えば、図１０に示すように、液晶表示装置のバックライト１２０に用いられる。バックライト１２０は、複数の発光装置１００Ｂと、支持基板１２２とを備える。複数の発光装置１００Ｂは、支持基板１２２上において、マトリクス状に配置される。支持基板１２２は、例えば、放熱板として機能する。

バックライト１２０においては、各発光素子１０が単一波長の光を発する。そのため、色むらがない。また、各発光素子１０においては、外部量子効率が高い。そのため、高効率である。全面を照射できるのであれば、拡散板を設ける必要はない。この場合、バックライトの薄型化及び軽量化を実現できる。

図１０に示す例では、支持基板１２２上に複数の発光装置１００Ｂが配置されていたが、支持基板１２２上に配置される発光装置は１つであってもよい。

発光装置は、例えば、図１１に示すように、液晶表示装置１３０に用いられる。液晶表示装置１３０は、液晶パネル１３２を備える。液晶パネル１３２は、アクティブマトリクス基板１３４と、対向基板１３６と、液晶層１３８とを備える。対向基板１３６は、アクティブマトリクス基板１３４の厚さ方向で、アクティブマトリクス基板１３４に対向して配置される。液晶層１３８は、アクティブマトリクス基板１３４と対向基板１３６との間に封入される。アクティブマトリクス基板１３４の厚さ方向一方の面、つまり、液晶層１３８に近いほうの面には、画素電極や薄膜トランジスタ等が配置される。一方、アクティブマトリクス基板１３４の厚さ方向他方の面には、複数の発光素子１０が配置される。つまり、アクティブマトリクス基板１３４において画素電極や薄膜トランジスタ等が実装されるガラス基板が、絶縁性基板２２として機能する。要するに、液晶表示装置１３０では、アクティブマトリクス基板１３４が発光装置として機能する。なお、図１１では、複数の発光素子１０を覆う保護膜４０のみ図示している。

液晶表示装置１３０においては、バックライトを別途設ける必要がない。そのため、液晶表示装置の薄型化及び軽量化を実現できる。

図１１に示す例では、アクティブマトリクス基板１３４が発光装置として機能していたが、例えば、対向基板１３６が発光装置として機能してもよい。この場合、対向基板１３６の厚さ方向一方の面、つまり、液晶層１３８に近いほうの面に共通電極が配置され、厚さ方向他方の面に複数の発光素子１０が配置される。なお、対向基板１３６の厚さ方向一方の面には、共通電極の他に、カラーフィルタが配置されていてもよい。

［ベース基板の応用例］
ベース基板２０は、矩形形状に限定されない。例えば、円形であってもよいし、三角形であってもよい。ベース基板２０をマザー基板から切り出される。ベース基板２０を切り出す位置には、第１電極２４及び第２電極２６や、これらの電極に接続される配線などは、形成されていないことが好ましい。この場合、ベース基板２０をマザー基板から切り出すときに、配線屑が発生するのを防止できる。

［複数の発光素子の配置方法の応用例］
上記実施の形態では、静電力を利用して、複数の発光素子１０をベース基板２０上に配置していたが、例えば、ラビングにより、複数の発光素子１０を絶縁性基板２２上に配置してもよい。ラビングにより複数の発光素子１０を配置する場合には、第１電極２４、第２電極２６及び下地絶縁膜２８は必要ない。以下、ラビングにより複数の発光素子１０を配置する方法について説明する。

先ず、複数の発光素子１０を含む水でベース基板２０の主面を覆う。続いて、ラビングにより、複数の発光素子１０の向きを揃える。具体的には、例えば、ローラに巻いたラビング布で、ベース基板２０の主面を擦り、複数の発光素子１０の向きを揃える。その後、複数の発光素子１０を含む水を蒸発させる。このとき、図１２に示すように、複数の発光素子１０の向きはラビング方向（図１２中のＸ方向）に揃っている。つまり、複数の発光素子１０は、ラビング方向で互いに平行である。この場合、第１金属配線１４０及び第２金属配線１４２の形成位置を適当に調整することにより、複数の発光素子１０の幾つかを発光させることができる。具体的には、複数の発光素子１０のうち、第１金属配線１４０に対して半導体コア１２が接触し、且つ、第２金属配線１４２に対して半導体層１６が接触する発光素子１０を発光させることができる。第１金属配線１４０に接触する半導体コア１２は、複数の発光素子１０のうち、第１金属配線１４０が形成される領域に位置する部分をエッチングすることで露出される。図面上では明示していないが、複数の発光素子１０は保護膜で覆われる。第１金属配線１４０及び第２金属配線１４２は、保護膜上に形成される。つまり、第１金属配線１４０及び第２金属配線１４２は、保護膜に形成されたコンタクトホールを介して、複数の発光素子１０の幾つかに接続される。

以上、本発明の実施の形態について、詳述してきたが、これらはあくまでも例示であって、本発明は、上述の実施の形態によって、何等、限定されない。

例えば、上記実施の形態では、発光素子１０の断面が六角形であったが、発光素子の断面は十二角形であってもよい。この場合、発光素子の側面には、ｍ面とａ面とが交互に並ぶ。

例えば、上記実施の形態では、発光素子１０を製造するときに、半導体コア１２の端面がマスク７４で覆われていたが、半導体コア１２の端面をマスクで覆う必要はない。この場合、半導体コア１２の端面にも発光層等が形成されるが、例えば、複数の発光素子１０を有機膜に埋め込み、有機膜及び半導体コア１２の端面に形成された発光層等を化学機械研磨（ＣＭＰ）等で除去することにより、半導体コア１２の端面を露出させてもよい。

１０：発光素子、１２：半導体コア、１２Ａ：側面、１４：発光層、１６：半導体層

Claims

ベース基板上に複数の発光素子を備えた発光装置であって、
前記複数の発光素子のそれぞれが、
第１の導電型を有する棒状の半導体コアと、
前記半導体コアの中心軸線周りに配置され、前記半導体コアの側面のみに接して形成される発光層と、
前記第１の導電型とは反対の第２の導電型を有し、前記中心軸線周りに配置され、前記発光層に接して形成される半導体層とを備え、
前記複数の発光素子のすべてにおいて、
前記側面が非極性面であり、
前記半導体コアの軸方向両端面が前記発光層から露出している、発光装置。
第１の導電型を有する棒状の半導体コアと、前記半導体コアの中心軸線周りに配置され、前記半導体コアの側面に接して形成される発光層と、前記第１の導電型とは反対の第２の導電型を有し、前記中心軸線周りに配置され、前記発光層に接して形成される半導体層とを備え、前記側面が非極性面であり、前記半導体コアの軸方向両端面が前記発光層から露出した発光素子の製造方法であって、
極性面を主面とする基板上に、前記主面の法線方向に延びる棒状の半導体コアを形成する工程と、
前記半導体コアの中心軸線周りに位置する側面を覆う発光層を形成する工程とを備え、
前記半導体コアを形成する工程及び前記発光層を形成する工程では、前記半導体コアの軸方向端面をマスクで覆う、製造方法。
請求項１に記載の発光装置であって、
前記ベース基板は、
絶縁性基板と、
前記絶縁性基板の主面上に配置される第１電極と、
前記主面上に配置され、前記第１電極に印加される電圧とは異なる電圧が印加されることにより、前記第１電極とともに、前記複数の発光素子を所定の位置に配置する第２電極とを含み、
前記主面の法線方向から見て、各発光素子の軸方向一端部が前記第１電極に重なり、各発光素子の軸方向他端部が前記第２電極に重なる、発光装置。
請求項３に記載の発光装置であって、
前記ベース基板は、
前記主面上に形成され、前記第１電極及び前記第２電極を覆う絶縁膜をさらに含む、発光装置。
請求項３又は４に記載の発光装置の製造方法であって、
前記複数の発光素子を含む液体により、前記ベース基板を覆う工程と、
前記第１電極及び前記第２電極に異なる電圧を印加し、前記複数の発光素子を前記所定の位置に配置する工程とを含む、製造方法。