WO2012172986A1 - 半導体素子、半導体素子の製造方法、発光ダイオード、発光ダイオードの製造方法、光電変換素子、太陽電池、照明装置、バックライトおよび表示装置 - Google Patents

半導体素子、半導体素子の製造方法、発光ダイオード、発光ダイオードの製造方法、光電変換素子、太陽電池、照明装置、バックライトおよび表示装置 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a rod-shaped semiconductor element, a manufacturing method thereof, a light emitting diode using such a semiconductor element, a manufacturing method of the light emitting diode, a photoelectric conversion element, a solar cell, a lighting device, a backlight, and a display device.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2008-2008. -53730 is a nanowire photovoltaic device.
  • FIG. 45 is a diagram for explaining the basic configuration of the nanowire photovoltaic device 900.
  • a bottom contact 906 is formed on a substrate 908, and an elongated nanostructure 901 (first conductivity type semiconductor core) made of a first conductivity type semiconductor material.
  • first conductivity type semiconductor core first conductivity type semiconductor core
  • porous nanotemplate 902 formed on the lower contact 906.
  • a conformal layer 903 (second conductivity type semiconductor shell) made of a second conductivity type semiconductor material is formed around the nanostructure 901, and the conductive transparent material 904 and the upper contact are formed on the conformal layer 903. 905 is formed.
  • the elongated nanostructure 901 is formed by growing a metal nanoparticle serving as a catalyst by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like.
  • the semiconductor element is configured by the first conductive type semiconductor core and the second conductive type semiconductor shell formed so as to cover the first conductive type core.
  • the area of the PN junction is increased to obtain high power generation efficiency.
  • the first conductive type semiconductor core (elongated nanostructure) is grown using a metal catalyst, it is unavoidable that crystal defects are caused by contamination with metal atoms serving as the catalyst. Such a crystal defect forms a deep level in a PN junction composed of a first conductivity type semiconductor core and a second conductivity type semiconductor shell (conformal layer 903), and causes a carrier defect. This results in a decrease in the efficiency of the solar cell due to recombination.
  • the elongated nanostructure 901 gradually grows on the substrate with the metal nanoparticles serving as a catalyst as a growth point. Therefore, the lower part (substrate side) of the elongated nanostructure 901 is formed in the initial stage of growth, and the upper part is formed in the late stage. That is, the formation time differs between the lower part and the upper part of the elongated nanostructure 901. Therefore, the crystallinity of the first-conductivity-type semiconductor core (elongated nanostructure 901) tends to be non-uniform, resulting in non-uniform quality of the PN junction formed on the side surface of the first-conductivity-type semiconductor core. There was a problem that it was easy to become.
  • this problem becomes particularly prominent when a PN junction is formed over a wide range on the side surface of the first conductivity type semiconductor core.
  • an object of the present invention is to provide a semiconductor element having a good PN junction on the side surface and having good electrical characteristics.
  • the subject of this invention is the manufacturing method of such a semiconductor element, the light emitting diode using such a semiconductor element, the manufacturing method of the light emitting diode, the photoelectric conversion element using such a semiconductor element, a solar cell,
  • An object is to provide an illumination device, a backlight, and a display device.
  • the semiconductor element of the present invention is A rod-shaped core, A first conductivity type semiconductor shell disposed to cover at least a part of the outer peripheral surface of the core; And a second conductivity type semiconductor shell arranged to cover at least a part of the outer peripheral surface of the first conductivity type semiconductor shell.
  • the function as the core of the semiconductor element and the function as one side of the PN junction are the first conductive type semiconductor core, It can be shared by the conductive type semiconductor shell. Therefore, other characteristics of the rod-shaped semiconductor element can be improved while maintaining the characteristics of the PN junction constituted by the first conductivity type semiconductor shell and the second conductivity type semiconductor shell, In addition, manufacturing costs can be reduced. Further, by improving the characteristics of the PN junction, for example, when a semiconductor element is used as a photoelectric conversion element, the conversion efficiency can be improved, and when the semiconductor element is used as a light emitting diode, the light emission efficiency is improved. Can be made.
  • the rod-shaped core and the first conductivity type semiconductor shell each share the function as the core of the semiconductor element and the function as one side of the PN junction. Can be fulfilled. Therefore, other characteristics of the rod-shaped semiconductor element can be improved at the same time while maintaining the characteristics of the PN junction composed of the first conductivity type semiconductor shell and the second conductivity type semiconductor shell. Also, the manufacturing cost can be reduced. Further, by improving the characteristics of the PN junction, for example, when a semiconductor element is used as a photoelectric conversion element, the conversion efficiency can be improved, and when used as a light emitting diode, the light emission efficiency can be improved. it can.
  • the core is a first conductivity type semiconductor core
  • the concentration of impurities imparting conductivity to the semiconductor core is higher than the concentration of impurities imparting conductivity to the semiconductor shell of the first conductivity type.
  • the semiconductor element of the present invention is a rod-like semiconductor element and the shape of the first conductive type semiconductor core is elongated, it is important to keep the resistance of the first conductive type semiconductor core sufficiently low. This is because, when the resistance of the first conductivity type semiconductor core is not sufficiently low, a voltage drop occurs in the first conductivity type semiconductor core, causing deterioration of the characteristics of the semiconductor element. For example, when the semiconductor element is a solar cell, the power generation efficiency is deteriorated, and when the semiconductor element is a light emitting diode, the light emission efficiency is deteriorated.
  • the characteristics of the PN junction constituted by the first conductivity type semiconductor shell and the second conductivity type semiconductor shell can be improved, and the resistance of the first conductivity type semiconductor core can be sufficiently increased. It becomes possible to make it small.
  • the good characteristics of the PN junction and the goodness of the first conductivity type semiconductor core This is because it is possible to obtain a good balance between electrical conductivity.
  • the core is a first conductivity type semiconductor core
  • the resistivity of the semiconductor core is smaller than the resistivity of the first conductivity type semiconductor shell.
  • the resistance of the first conductivity type semiconductor core is small, the characteristics of the PN junction constituted by the first conductivity type semiconductor shell and the second conductivity type semiconductor shell can be further improved. .
  • the semiconductor shell of the first conductivity type is made of a material different from that of the core,
  • the crystal defect density of the first conductivity type semiconductor shell is smaller than the crystal defect density of the core.
  • the function as the core of the semiconductor element and the function as one side of the PN junction can be shared by the rod-shaped core and the first conductivity type semiconductor shell.
  • the light emitting diode of the present invention is The semiconductor element of the present invention is provided.
  • the light emission efficiency of the light emitting diode can be improved.
  • a light emitting layer is provided between the first conductive type semiconductor shell and the second conductive type semiconductor shell.
  • the light emission efficiency of the light emitting diode can be further improved.
  • the band gap of the substance constituting the core is larger than the band gap of the substance constituting the light emitting layer.
  • light generated in the light emitting layer is hardly absorbed by the rod-shaped core or the first conductivity type semiconductor core, so that the light emitting efficiency of the light emitting diode can be increased.
  • a substrate A plurality of the semiconductor elements disposed on the substrate; Wiring for electrically connecting the semiconductor elements.
  • the arrangement interval of the semiconductor elements having the function of light emitting diodes can be freely set on the substrate. Therefore, both the efficiency and reliability of the light emitting diode can be improved by efficiently escaping the semiconductor element having the function of the light emitting diode to the substrate and suppressing the temperature rise of the light emitting diode.
  • the photoelectric conversion element of the present invention is The semiconductor element of the present invention is provided.
  • the conversion efficiency of the photoelectric conversion element can be improved.
  • a method for manufacturing a semiconductor element of the present invention includes A core forming step of forming a rod-shaped core on the substrate; A first shell forming step of covering at least a part of the outer peripheral surface of the rod-shaped core with a semiconductor shell of a first conductivity type; And a second shell forming step of covering at least a part of the outer peripheral surface of the first conductivity type shell with a second conductivity type semiconductor shell.
  • the first conductivity type semiconductor shell is formed after the rod-shaped semiconductor core is formed, the first conductivity type semiconductor having uniform and good crystallinity is formed on the surface of the first conductivity type semiconductor shell. Is exposed. Thereafter, since at least a part of the outer peripheral surface of the first conductivity type shell is covered with the second conductivity type semiconductor shell, the first conductivity type semiconductor shell and the second conductivity type semiconductor shell have good characteristics. A PN junction can be obtained.
  • the rod-shaped core is separately formed prior to the formation of the first conductivity type semiconductor shell, the rod-shaped core can have a property suitable for fulfilling the function as the core of the rod-shaped semiconductor element.
  • the function as the core of the rod-shaped semiconductor element and the function as one side of the PN junction can be shared by the first conductivity type semiconductor core and the first conductivity type semiconductor shell. Therefore, it is possible to improve other characteristics of the rod-shaped semiconductor element while maintaining the characteristics of the PN junction composed of the first conductivity type semiconductor shell and the second conductivity type semiconductor shell, The manufacturing cost can be reduced. Further, by improving the characteristics of the PN junction, for example, when a semiconductor element is used as a photoelectric conversion element, the conversion efficiency is improved, and when it is used as a light emitting diode, the light emission efficiency is improved.
  • the core forming step includes etching a part of a material constituting the core formed on the substrate.
  • the cross-sectional shape of the rod-shaped core can be freely changed. Therefore, for example, the crystal orientation of the side surface of the rod-shaped core can be made favorable, and the characteristics of the semiconductor element can be improved.
  • Annealing is performed after the core step and before the first shell forming step.
  • crystallinity can be improved by recovering the crystal defects of the rod-shaped core. Therefore, it is possible to further improve the crystallinity of the first conductivity type semiconductor shell to be formed in the first shell formation step performed later.
  • a part of the core formed in the core formation step is removed by wet etching.
  • crystallinity can be improved by recovering the crystal defects of the rod-shaped core. Therefore, it is possible to further improve the crystallinity of the first conductivity type semiconductor shell formed in the first shell formation step performed later.
  • a rod-shaped core is grown on the substrate.
  • the substrate and the rod-shaped core are in contact with each other with the same area as the cross-sectional area of the rod-shaped core.
  • the diameter of the rod-shaped core is from nanoscale to microscale, the cross-sectional area is small.
  • the rod-shaped cores are discretely formed on the substrate. Therefore, warpage of the substrate due to mismatch of lattice constants between the material constituting the substrate and the material constituting the rod-shaped core can be suppressed. Therefore, the accuracy of the photolithography process in the process for forming the semiconductor element can be improved, and the yield of the semiconductor element can be improved.
  • an annealing process at a temperature higher than the temperature for forming the core is performed.
  • the crystallinity can be improved by recovering the rod-like crystal defects, so that the crystallinity of the second-conductivity-type semiconductor shell and the light emitting layer formed thereafter is excellent. Can be.
  • the method for manufacturing the light emitting diode of the present invention includes: A core forming step of forming a plurality of rod-shaped cores on the first substrate; A first shell forming step of covering at least a part of the outer peripheral surfaces of the plurality of rod-shaped cores with a first conductivity type semiconductor shell; A second shell forming step of covering at least a part of the outer peripheral surface of the first conductivity type semiconductor shell with a second conductivity type semiconductor shell; Each of the rod-shaped cores, the first conductivity type semiconductor shell covering the cores, and the second conductivity type semiconductor covering the first conductivity type semiconductor shells covering the cores.
  • a semiconductor element separation step of separating the integral structure with the shell from the first substrate for each of the rod-shaped cores and taking out a plurality of semiconductor elements; And a semiconductor element arranging step of arranging a plurality of the semiconductor elements on the second substrate.
  • a semiconductor element as a constituent element is covered with a first conductivity type semiconductor shell and a second conductivity type shell after a rod-shaped core is formed on a first substrate. Therefore, the PN junction area per unit substrate area, that is, the light emission area can be greatly increased, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the rod-shaped core is formed of the first conductive type semiconductor shell. Since it is formed separately prior to formation, the rod-shaped core can be formed to have a property suitable for functioning as a core of a rod-shaped semiconductor element. Therefore, other characteristics of the rod-shaped semiconductor element can be improved while maintaining the characteristics of the PN junction constituted by the first conductivity type semiconductor shell and the second conductivity type semiconductor shell.
  • the arrangement interval of the semiconductor elements having the function of light-emitting diodes can be freely set. Therefore, both the efficiency and reliability of the light emitting diode can be improved by efficiently escaping the semiconductor element having the function of the light emitting diode to the substrate and suppressing the temperature rise of the light emitting diode. Therefore, a highly efficient and highly reliable light emitting diode can be manufactured at low cost.
  • the solar cell of the present invention is characterized by including the photoelectric conversion element of the present invention.
  • the power generation efficiency of the solar cell can be increased.
  • the lighting device of the present invention is characterized by including the light emitting diode of the present invention.
  • the backlight of the present invention is characterized by including the light emitting diode of the present invention.
  • the display device of the present invention is characterized by including the light emitting diode of the present invention.
  • the function as the core of the semiconductor element and the function as one side of the PN junction can be shared by the rod-shaped core and the first conductivity type semiconductor shell. Therefore, other characteristics of the rod-shaped semiconductor element can be improved while maintaining the characteristics of the PN junction constituted by the first conductivity type semiconductor shell and the second conductivity type semiconductor shell, In addition, manufacturing costs can be reduced. Further, by improving the characteristics of the PN junction, for example, when a semiconductor element is used as a photoelectric conversion element, the conversion efficiency can be improved, and when used as a light emitting diode, the light emission efficiency can be improved. it can.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view including a central axis of a semiconductor element 10 having an elongated rod-like shape according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a radial sectional view of the semiconductor element 10. .
  • the semiconductor element 10 includes a rod-shaped first conductive type semiconductor core 11, a first conductive type semiconductor shell 12, and a second conductive type semiconductor shell 13.
  • the first-conductivity-type semiconductor shell 12 covers the entire side surface of the rod-shaped first-conductivity-type semiconductor core 11 (the entire outer peripheral surface of the rod-shaped semiconductor-core 11) and one end.
  • the shell 13 covers the surface of the first conductivity type semiconductor shell 12.
  • the second conductivity type semiconductor shell 13 does not cover the entire surface of the first conductivity type semiconductor shell 12 and does not cover the other end portion 19 of the rod-shaped first conductivity type semiconductor core 11. Yes.
  • the second conductive type semiconductor shell 13 covers only a part of the outer peripheral surface of the first conductive type semiconductor shell 12.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view in the diameter direction in a region where the surface of the first conductivity type semiconductor shell 12 is covered by the second conductivity type semiconductor shell 13.
  • the interface between the first conductivity type semiconductor shell 12 and the second conductivity type semiconductor shell 13 constitutes a PN junction. Since the second conductivity type semiconductor shell 13 covers the first conductivity type semiconductor shell 12 on the side surface excluding the other end portion of the first conductivity type semiconductor core 11, at least the side surface portion of the rod-shaped semiconductor element 10. In some cases, a PN junction is formed.
  • Si, Ge, SiGe, GaAs, GaN, AlGaN, GaP, and InP can be used for the first conductivity type semiconductor core 11, but this is not restrictive. Further, n-type or p-type may be selected as the first conductivity type.
  • the cross-sectional shape in the diameter direction of the first conductive type semiconductor core 11 is not limited to a circle, and may be a triangle, a quadrangle, a hexagon, an ellipse, or the like.
  • Si, Ge, SiGe, GaAs, GaN, AlGaN, GaP, and InP can be used for the first conductivity type semiconductor shell 12, but this is not restrictive. Further, the same material as that of the first conductivity type semiconductor core 11 is not necessarily used.
  • the second conductivity type semiconductor shell 13 is preferably selected from the same material as the first conductive type semiconductor shell 12.
  • the second conductivity type is p-type when the first conductivity type is n-type and n-type when the first conductivity type is p-type.
  • the size of the rod-shaped semiconductor element 10 is preferably nanometer size or micrometer size.
  • the length of the rod-shaped semiconductor element 10 can be 10 nm to 100 ⁇ m.
  • the diameter of the first conductivity type semiconductor core 11 is 2 nm to 20 ⁇ m
  • the thickness of the first conductivity type semiconductor shell 12 is 1 nm to 1 ⁇ m
  • the thickness of the second conductivity type semiconductor shell 13 is The thickness can be 1 nm to 1 ⁇ m. More preferably, the length of the rod-shaped semiconductor element 10 is 500 nm to 50 ⁇ m
  • the diameter of the first conductive type semiconductor core 11 is 100 nm to 5 ⁇ m
  • the thickness of the first conductive type semiconductor shell 12 is 10 nm to 500 nm.
  • the thickness of the second conductivity type semiconductor shell 13 is 10 nm to 500 nm.
  • the 1st conductivity type semiconductor shell 12 covered the whole outer peripheral surface of the rod-shaped 1st conductivity type semiconductor core 11, in this invention, the 1st conductivity type semiconductor shell is Further, it may be configured to cover only a part of the outer peripheral surface of the rod-shaped core.
  • the first conductivity type semiconductor shell is formed on the outer peripheral surface of the semiconductor core 11 that is not covered by the second conductivity type semiconductor shell 13, that is, on the other end 19 of the semiconductor core 11. The structure which does not cover the corresponding outer peripheral surface may be sufficient.
  • the rod-shaped semiconductor element 10 can function as a photoelectric conversion element.
  • the first conductivity type semiconductor core 11 and the first conductivity type semiconductor shell 12 may be n-type silicon, and the second conductivity type semiconductor shell 13 may be p-type silicon. This is because if such an element is formed, an electromotive force is generated by irradiating the element with light.
  • the rod-shaped semiconductor element 10 which is a photoelectric conversion element can be used as an optical sensor or a solar cell.
  • the rod-shaped semiconductor element 10 can function as a light emitting diode.
  • the first conductivity type semiconductor core 11 and the first conductivity type semiconductor shell 12 are n-type gallium nitride, and the second conductivity type semiconductor shell 13 is p-type gallium nitride.
  • the first conductivity type semiconductor core 11 and the first conductivity type semiconductor shell 12 may be n-type gallium arsenide, and the second conductivity type semiconductor shell 13 may be p-type gallium arsenide.
  • light can be extracted by applying a forward voltage between the first conductive type semiconductor core 11 and the second conductive type semiconductor shell 13 of the element. Therefore, the rod-shaped semiconductor element 10 can function as a light emitting diode.
  • the rod-shaped semiconductor element 10 that is a light-emitting diode can be used as a lighting device, a backlight, or a display device.
  • the semiconductor element 10 of the present embodiment is a rod-shaped semiconductor element, and includes a first conductive type semiconductor core 11 and a first conductive type semiconductor shell 12 formed so as to cover the first conductive type semiconductor core 11. And a second conductivity type semiconductor shell 13 formed so as to cover the first conductivity type semiconductor shell 12.
  • the function as the core of the rod-shaped semiconductor element and the function as one side of the PN junction can be shared by the first conductivity type semiconductor core 11 and the first conductivity type semiconductor shell 12. it can. Therefore, it is possible to improve other characteristics of the rod-shaped semiconductor element while maintaining the characteristics of the PN junction constituted by the first conductive type semiconductor shell 12 and the second conductive type semiconductor shell 13 in good condition. Further, the manufacturing cost can be reduced.
  • the conversion efficiency can be improved, and when the semiconductor element is used as a light emitting diode, the light emission efficiency is improved. Can be made. Examples of characteristics that can be improved as well as the characteristics of the PN junction and the reason why the manufacturing cost can be reduced will be described later.
  • the impurity concentration giving the conductivity type in the first conductivity type semiconductor core 11 is preferably larger than the impurity concentration giving the conductivity type in the first conductivity type semiconductor shell 12.
  • the impurity that imparts conductivity to the semiconductor include phosphorus and arsenic that impart n-type conductivity, and boron that imparts p-type conductivity when the semiconductor is silicon.
  • an impurity imparting conductivity type to a semiconductor when the semiconductor is gallium nitride, there are silicon that imparts n-type conductivity, magnesium that imparts p-type conductivity, and the like.
  • the characteristics of the PN junction composed of the first conductive type semiconductor shell 12 and the second conductive type semiconductor shell 13 can be improved, and the resistance of the first conductive type semiconductor core 11 can be made sufficiently small. Can do.
  • the semiconductor element 10 of the present embodiment is a rod-shaped semiconductor element, and the first conductive type semiconductor core 11 has an elongated shape. Therefore, the resistance of the first conductive type semiconductor core 11 is kept sufficiently low. Is particularly important.
  • the resistance of the first conductivity type semiconductor core is not sufficiently low, a voltage drop occurs in the first conductivity type semiconductor core, causing deterioration of the characteristics of the semiconductor element.
  • the semiconductor element is a solar cell, the power generation efficiency is deteriorated, and when the semiconductor element is a light emitting diode, the light emission efficiency is deteriorated.
  • the crystallinity of the semiconductor tends to deteriorate.
  • the first conductive type semiconductor core 11 and the first conductive type semiconductor shell 12 are provided, the function as the core of the rod-shaped semiconductor element and the one side of the PN junction are provided.
  • the functions can be shared by these layers, and the resistance of the first conductivity type semiconductor core 11 can be made sufficiently low. Therefore, both the characteristics of the PN junction and the conductivity of the first conductivity type semiconductor core 11 can be achieved.
  • the resistivity of the first conductivity type semiconductor core 11 is preferably smaller than the resistivity of the first conductivity type semiconductor shell 12.
  • this configuration agrees that the impurity concentration giving the conductivity type in the semiconductor core 11 of the first conductivity type is higher than the impurity concentration giving the conductivity type in the semiconductor shell 12 of the first conductivity type. Accordingly, it is possible to improve the characteristics of the PN junction constituted by the first conductivity type semiconductor shell 12 and the second conductivity type semiconductor shell 13 and sufficiently reduce the resistance of the first conductivity type semiconductor core 11. It becomes possible to do.
  • the effect that the characteristics of the PN junction and the conductivity of the first conductivity type semiconductor core 11 are compatible is that the ratio of the diameter and length of the first conductivity type semiconductor shell 12 exceeds 1:10. Becomes prominent.
  • the crystal defect density of the first conductivity type semiconductor shell 12 is preferably smaller than the crystal defect density of the first conductivity type semiconductor core 11. Thereby, the characteristics of the PN junction constituted by the first conductive type semiconductor shell 12 and the second conductive type semiconductor shell 13 can be improved, and various manufacturing methods are possible or necessary. It is possible to reduce the manufacturing cost by keeping the grade of the apparatus and the environment low. This is because it is not necessary to increase the crystallinity of the first conductivity type semiconductor core 11 more than necessary. A specific method for manufacturing the semiconductor element 10 including the semiconductor core 11 of the first conductivity type will be described later.
  • the semiconductor element of the first embodiment and the semiconductor element described in the following embodiment both have the following common features. That is, a rod-shaped semiconductor element, a core, a first conductivity type semiconductor shell formed so as to cover the core, and a second conductivity type formed so as to cover the first conductivity type semiconductor shell. It has a semiconductor shell.
  • the core may be made of a first conductivity type semiconductor.
  • the first conductive type semiconductor shell is also regarded as a part of the core. That is, it is a rod-shaped semiconductor element, and covers a two-layer core comprising an inner core and a first conductivity type semiconductor outer core formed to cover the inner core, and the two-layer core. And a second conductivity type semiconductor shell formed as described above.
  • the inner core may be made of a first conductivity type semiconductor.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the semiconductor element 20 according to the second embodiment of the present invention.
  • the first conductivity type semiconductor shell 22 is formed on the entire side surface of the rod-shaped first conductivity type semiconductor core 21 (the outer periphery of the rod-shaped first conductivity type semiconductor core 21. Covering the entire surface) and one end.
  • the second conductivity type semiconductor shell 23 covers the entire side surface of the first conductivity type semiconductor shell 22 (the entire outer peripheral surface of the first conductivity type semiconductor shell 22) and one end.
  • the semiconductor element 20 is different from the semiconductor element 10 of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 in that the second conductive type semiconductor shell 23 is other than the other end of the surface of the first conductive type semiconductor shell 22. It covers all of the part. Therefore, when an electrode is to be connected to the first conductivity type semiconductor core 21, the other end of the semiconductor element 20 (on the left side of the semiconductor element 20 in FIG. 3) is exposed to the exposed portion of the first conductivity type semiconductor core 21. It is necessary to connect an electrode or to remove a part of the second conductivity type semiconductor shell 23 to expose the first conductivity type semiconductor shell 22 and to connect the electrode to the exposed portion. Specific materials, sizes, applications, effects obtained, and the like constituting the semiconductor element 20 are the same as those of the semiconductor element 10 of the first embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view in the longitudinal direction of the semiconductor element 30 according to the third embodiment of the present invention.
  • a side surface and one end of a rod-shaped core 31 are covered with a first conductivity type semiconductor shell 32. Further, the surface of the first conductivity type semiconductor shell 32 is covered with the second conductivity type semiconductor shell 33.
  • the semiconductor element 30 is different from the semiconductor element 10 of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 in that the material of the rod-shaped core 31 and the first conductivity type semiconductor shell 32 is different.
  • the crystal defect density of the first conductivity type semiconductor shell 32 is preferably smaller than the crystal defect density of the rod-shaped core 31. Accordingly, the function as the core of the rod-shaped semiconductor element and the function as one side of the PN junction can be shared by the rod-shaped core and the first conductivity type semiconductor shell. Therefore, while maintaining the characteristics of the PN junction composed of the first conductive type semiconductor shell and the second conductive type semiconductor shell, the other characteristics of the rod-shaped semiconductor element are improved at the same time, or Manufacturing costs can be reduced.
  • the characteristics of the PN junction for example, when a semiconductor element is used as a photoelectric conversion element, the conversion efficiency is improved, and when the semiconductor element is used as a light emitting diode, the light emission efficiency is improved. Examples of characteristics that can be improved together with the characteristics of the PN junction and the reason why the manufacturing cost can be reduced will be described later.
  • the material of the rod-shaped core 31 and the first conductivity type semiconductor shell 32 for example, GaN is selected as the material of the rod-shaped core 31, and n-type silicon is selected as the material of the first conductivity type semiconductor shell 32. Can do. In this case, p-type silicon may be used for the second conductivity type semiconductor shell 33. In this case, because the Young's modulus of the rod-shaped core 31 is larger than that of the first conductivity type semiconductor shell, it is possible to obtain good PN characteristics while improving the rigidity of the semiconductor element 30.
  • the semiconductor element when the semiconductor element is separated from the grown substrate and arranged on another substrate, the semiconductor element may bend due to the surface tension of the liquid when the semiconductor element immersed in the liquid is dried.
  • the above configuration is effective in such a case.
  • the material of the rod-shaped core 31 and the material of the first conductive type semiconductor shell 32 for example, sapphire is used as the material of the rod-shaped core 31 and n is used as the material of the first conductive type semiconductor shell 32.
  • a type of gallium nitride can be selected.
  • p-type gallium nitride can be selected for the second conductivity type semiconductor shell 33.
  • the rod-shaped core can be made from expensive gallium nitride to cheaper sapphire, the manufacturing cost can be reduced while maintaining good PN characteristics.
  • an undoped gallium nitride grown by HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) method as the material of the rod-shaped core 31
  • HVPE Hadride Vapor Phase Epitaxy
  • n-type gallium nitride having a low crystal defect can be selected.
  • p-type gallium nitride can be used for the second conductivity type semiconductor shell 33.
  • the rod-shaped core 31 is formed by the HVPE method that can grow at a relatively high speed although there are many crystal defects, and the first conductivity type semiconductor shell 32 is an n-type gallium nitride having a low crystal defect. This is because the manufacturing cost can be reduced while maintaining good PN characteristics.
  • the rod-shaped core 31 is not the first conductivity type semiconductor core.
  • the rod-shaped core is composed of the first conductivity type semiconductor core, and the first The conductive type semiconductor shell is made of a material different from that of the first conductive type semiconductor core, and the crystal defect density of the first conductive type semiconductor shell is higher than the crystal defect density of the first conductive type semiconductor core. May be configured to be smaller.
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a semiconductor device 40 according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the side surface and one end of a rod-shaped first conductivity type semiconductor core 41 are covered with a first conductivity type semiconductor shell 42.
  • the light emitting layer 44 covers the surface of the first conductivity type semiconductor shell 42. Further, the surface of the light emitting layer 44 is covered with a second conductivity type semiconductor shell 43.
  • the first conductivity type semiconductor shell 42, the light emitting layer 44 and the second conductivity type semiconductor shell 43 do not cover the entire surface of the first conductivity type semiconductor core 41, and the first conductivity type semiconductor shell 42, light emission
  • the layer 44 and the second conductivity type semiconductor shell 43 are configured not to cover the other end portion 49 of the rod-shaped first conductivity type semiconductor core 41.
  • the semiconductor element 40 functions as a light emitting diode.
  • the semiconductor element 40 is different from the semiconductor element 10 of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 in that the first conductivity type semiconductor shell 42 covers the entire side surface of the rod-shaped first conductivity type semiconductor core 41.
  • the light emitting layer 44 is formed between the first conductive type semiconductor shell 42 and the second conductive type semiconductor shell 43.
  • the impurity concentration giving the conductivity type is preferably larger than the impurity concentration giving the conductivity type in the first conductivity type semiconductor shell 42.
  • the resistivity of the rod-shaped first conductivity type semiconductor core 41 is preferably smaller than the resistivity of the first conductivity type semiconductor shell 42. If it does so, while the crystallinity of the light emitting layer 44 formed on the rod-shaped 1st conductivity type semiconductor core 41 can be improved, luminous efficiency can be improved, and also the rod-shaped 1st conductivity type semiconductor core 41. This is because the resistance of the light emitting layer 44 can be made sufficiently small to emit light uniformly over the entire surface of the light emitting layer 44.
  • the band gap of the material constituting the rod-shaped first conductivity type semiconductor core 41 is preferably larger than the band gap of the material constituting the light emitting layer 44.
  • the rod-shaped first conductivity type semiconductor core 41 can be made of n-type GaN, and the light emitting layer 44 can be made of InGaN.
  • the first conductivity type semiconductor shell 42 and the second conductivity type semiconductor shell 43 may be n-type GaN and p-type GaN, respectively.
  • a rod-shaped core made of sapphire or the like may be used. Even in this case, the band gap of sapphire is larger than the band gap of the light emitting layer made of InGaN.
  • a transparent electrode such as ITO (Indium Tin Oxide) on the surface of the second conductivity type semiconductor shell 43.
  • ITO Indium Tin Oxide
  • the same potential can be applied to the entire surface of the second conductivity type semiconductor shell 43, so that the light emission unevenness can be reduced and the light emission efficiency can be improved, and the emitted light passes through the electrode for the time being. This is because light can be extracted efficiently.
  • 6 to 14 are diagrams for explaining an example of the method of manufacturing the semiconductor element according to the fourth embodiment, and show an example of a procedure for forming the semiconductor element.
  • the core material or the number of shell formations is changed in the following procedure. Thus, it can be formed similarly.
  • a procedure for forming a semiconductor element made of gallium nitride is shown, but a semiconductor element made of another material can be formed by the same procedure.
  • a sapphire substrate 61 is prepared.
  • a silicon oxide film 62 provided with an opening is formed on the sapphire substrate 61.
  • a silicon oxide film 62 having a thickness of, for example, 1 ⁇ m is formed on the sapphire substrate 61 by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, and then, for example, 1 ⁇ m is formed on the silicon oxide film 62 by a photolithography process.
  • the opening having a size is patterned so that a part of the surface of the sapphire substrate 61 is exposed.
  • metal catalyst particles 63 made of nickel are formed in the openings of the silicon oxide film 62 and in the portions where the sapphire substrate 61 is exposed.
  • nickel having a thickness of 3 nm is formed by sputtering on the entire surface of the sapphire substrate 61 on which the patterned silicon oxide film 62 is formed, and annealed at a temperature of about 900 ° C. , Make the nickel agglomerate.
  • the growth temperature is set to a temperature of about 850 ° C.
  • trimethylgallium (TMG) and ammonia (NH 3 ) are used as the growth gas
  • silane (SiH 4 ) is used for supplying n-type impurities
  • hydrogen By supplying H 2 ), an n-type GaN semiconductor core having Si as an impurity can be grown.
  • the sapphire substrate 61 on which the rod-shaped first conductivity type semiconductor core 64 made of n-type GaN is grown is annealed at a temperature higher than the temperature at which the rod-shaped first conductivity type semiconductor core 64 made of n-type GaN is grown. It is preferable to process.
  • the annealing temperature for example, a temperature higher than 850 ° C. and not higher than 1200 ° C. can be adopted.
  • the crystal defects of the rod-shaped first conductivity type semiconductor core 64 made of n-type GaN can be recovered, and the crystallinity of the first conductivity type semiconductor core 64 can be improved. Therefore, it is possible to further improve the crystallinity of the first conductivity type semiconductor shell 65 made of an n-type GaN film formed in the first shell formation step performed later.
  • the first conductive type semiconductor shell made of an n-type GaN film with a thickness of 200 nm, for example. 65 is formed (first shell forming step).
  • the first conductivity type semiconductor shell 65 made of the n-type GaN film can be formed at 900 ° C., for example, using an MOCVD apparatus.
  • This n-type GaN film may be formed on the silicon oxide film 62, and later, if necessary, the n-type GaN film on the silicon oxide film 62 may be removed by anisotropic dry etching. good.
  • the first conductive semiconductor shell 65 made of the n-type GaN film is formed again on the side surface and the upper surface of the rod-shaped first conductive semiconductor core 64 made of the n-type GaN, thereby obtaining uniform and crystalline properties. A good n-type GaN crystal can be exposed on the surface.
  • a light emitting layer 66 made of an InGaN film for example, with a thickness of 5 nm is formed on the side surface and the upper surface of the first conductivity type semiconductor shell 65 made of an n-type GaN film.
  • the light emitting layer 66 made of this InGaN film is formed using a MOCVD apparatus, for example, with a growth temperature set at about 750 ° C., using TMG, NH 3 and trimethylindium (TMI) as growth gases, and H 2 as a carrier gas. Can be grown by feeding.
  • the light emitting layer 66 made of this InGaN film may have a multiple quantum well structure (MQW) by stacking a plurality of GaN films or AlGaN films as block layers.
  • This InGaN film may be formed on the silicon oxide film 62, or the InGaN film on the silicon oxide film 62 may be removed later by anisotropic dry etching if necessary.
  • a second conductivity type semiconductor shell 67 made of a p-type GaN film with a thickness of, for example, 100 nm is formed on the side surface and upper surface of the light emitting layer 66 made of InGaN film (second Shell forming step).
  • the second conductivity type semiconductor shell 67 made of the p-type GaN film is set to a growth temperature of, for example, about 800 ° C. using a MOCVD apparatus, TMG and NH 3 are used as growth gases, and p-type impurities are used as p-type impurities.
  • TMG and NH 3 are used as growth gases
  • p-type impurities are used as p-type impurities.
  • the silicon oxide film 62 is removed by wet etching with hydrofluoric acid (HF). Thereby, a part of the first conductivity type semiconductor shell 65 made of the n-type GaN film is exposed.
  • HF hydrofluoric acid
  • the sapphire substrate 61 and the rod-shaped structure formed on the surface thereof are immersed in a liquid such as water and irradiated with ultrasonic waves, thereby removing the rod-shaped structure from the substrate.
  • Disconnect semiconductor element isolation step. In this way, the separated individual rod-shaped structure, that is, the semiconductor element 60 having the function of a light emitting diode is manufactured.
  • n-type silicon can be grown as a rod-shaped first conductive type semiconductor core and first conductive type semiconductor shell, and p-type silicon can be grown as a second conductive type semiconductor shell without forming a light emitting layer.
  • a semiconductor element having a function of a photoelectric conversion element can be formed.
  • the core-forming step of forming the rod-shaped core 64 on the substrate 61 and the rod-shaped core 64 are formed and then covered with the first conductivity type semiconductor shell 65.
  • a first shell forming step and a second shell forming step of forming a first conductive type shell 65 and then covering the first conductive type shell 65 with a second conductive type semiconductor shell 67 are provided.
  • the first conductivity type semiconductor shell 65 is formed after the rod-shaped semiconductor core 64 is formed, the first conductivity type semiconductor having a uniform and good crystallinity is formed on the surface of the first conductivity type semiconductor shell 65. Exposed. Therefore, the crystallinity of the light emitting layer 66 formed on the first conductivity type semiconductor shell 67 can be improved.
  • the first conductive type semiconductor shell is exposed on the surface of the first conductive type semiconductor shell, so that the first conductive type semiconductor shell is then exposed.
  • a PN junction having good characteristics can be obtained by the second conductive type semiconductor shell formed to cover the first conductive type semiconductor shell.
  • the rod-shaped core 64 is formed separately from the first conductivity type semiconductor shell 65 prior to the formation of the first conductivity type semiconductor shell 65, the first conductivity type semiconductor shell 65 and Can be formed independently. Therefore, the core 64 of the rod-shaped semiconductor element can be formed to have a property suitable for fulfilling the function as the core of the rod-shaped semiconductor element.
  • the function as the core of the rod-shaped semiconductor element and the function as one side of the PN junction can be shared by the first conductivity type semiconductor core 64 and the first conductivity type semiconductor shell 65. Therefore, it is possible to improve other characteristics of the rod-shaped semiconductor element while maintaining the characteristics of the PN junction constituted by the first conductivity type semiconductor shell 65 and the second conductivity type semiconductor shell 67 well. In addition, the manufacturing cost can be reduced.
  • the characteristics of the PN junction for example, when a semiconductor element is used as a photoelectric conversion element, the conversion efficiency is improved, and when the semiconductor element is used as a light emitting diode, the light emission efficiency is improved.
  • the core forming step is performed by growing a rod-shaped core 64 on the substrate 61.
  • the substrate 61 and the rod-shaped core 64 are in contact with each other in the same area as the cross-sectional area of the rod-shaped core 64. Since the diameter of the rod-shaped core 64 is from nanoscale to microscale and the cross-sectional area is small, the rod-shaped core 64 can be formed on the substrate 61 with high density.
  • the rod-shaped cores 64 are discretely formed on the substrate 61. Therefore, warpage of the substrate 61 due to a mismatch between the lattice constants of the material constituting the substrate 61 and the material constituting the rod-shaped core 64 can be suppressed. Therefore, the accuracy of the photolithography process in the process of forming the semiconductor element can be improved, and the yield of the semiconductor element can be easily improved.
  • the annealing process is performed at a temperature higher than the temperature for forming the core 64.
  • the crystal defects of the core 64 can be improved by recovering the crystal defects of the core 64. Therefore, the crystallinity of the second conductivity type semiconductor shell 67 and the light emitting layer 66 formed thereafter can be further improved.
  • the impurity concentration of the semiconductor core 64 which gives conductivity type to the rod-shaped first conductivity type semiconductor core 64 made of n-type GaN is the semiconductor which gives conductivity type to the first conductivity type semiconductor shell 65 made of n-type GaN film.
  • the impurity concentration of the shell 65 is preferably larger.
  • the resistivity of the rod-shaped first conductivity type semiconductor core 64 made of n-type GaN is preferably smaller than the resistivity of the first conductivity type semiconductor shell 65 made of an n-type GaN film.
  • the crystallinity of the light emitting layer 66 made of the InGaN film formed on the first conductivity type semiconductor shell 65 made of the n-type GaN film can be improved, and the light emission efficiency can be improved. This is because the resistance of the rod-shaped first conductivity type semiconductor core 64 made of n-type GaN can be sufficiently reduced.
  • the band gap of the material constituting the rod-shaped first conductivity type semiconductor core 64 is preferably larger than the band gap of the material constituting the light emitting layer 66.
  • the rod-shaped first conductivity type semiconductor core 64 is made of n-type GaN
  • the light emitting layer 66 is made of InGaN.
  • 15 to 17 are diagrams for explaining other procedures for manufacturing the semiconductor device of the fourth embodiment.
  • This modification is different from the procedure shown in FIGS. 6 to 14 only in that metal catalyst particles are not used when growing a rod-shaped first conductivity type semiconductor core.
  • the description of the procedure similar to the above method is omitted in principle.
  • a silicon oxide film 72 provided with an opening is formed on a sapphire substrate 71. This is exactly the same as the procedure described in FIG.
  • n-type GaN having a length of 10 ⁇ m is grown on the exposed sapphire substrate 71 corresponding to the opening of the silicon oxide film 72 using a MOCVD apparatus.
  • a rod-shaped first conductive type semiconductor core 74 is formed (core forming step).
  • metal catalyst grains are not used, crystal growth needs to be performed at a relatively high temperature of about 1050 ° C.
  • the rod-shaped first conductivity type semiconductor core 74 made of n-type GaN for example, the first conductivity type semiconductor made of an n-type GaN film with a thickness of 200 nm.
  • the shell 75 is formed (first shell forming step).
  • the metal catalyst particles are not used when growing the rod-shaped first conductivity type semiconductor core 74, so that there is no metal contamination and the rod-shaped first conductivity type semiconductor core 74 can be improved. . Accordingly, it is possible to further improve the crystallinity of the first conductive type semiconductor shell 75 and the second conductive type semiconductor shell formed on the rod-shaped first conductive type semiconductor core 74.
  • FIG. 18 is a longitudinal sectional view of a semiconductor device 50 according to a fifth embodiment of the present invention.
  • the semiconductor element 50 As shown in FIG. 18, in the semiconductor element 50, the side surface and one end of the rod-shaped first conductivity type semiconductor core 51 are covered with the first conductivity type semiconductor shell 52.
  • the light emitting layer 54 covers the surface of the first conductivity type semiconductor shell 52. Further, the surface of the light emitting layer 54 is covered with a second conductivity type semiconductor shell 53.
  • the semiconductor element 50 is different from the semiconductor element 40 shown in FIG. 5 in that the first conductive type semiconductor shell 52, the light emitting layer 54 and the second conductive type semiconductor shell 53 are different from the first conductive type semiconductor shell 52. It covers all surfaces except the end face of the end. Therefore, when an electrode is to be connected to the first conductivity type semiconductor core 51, the other end of the semiconductor element 50 (on the left side of the semiconductor element 50 in FIG.
  • FIGS. 19 to 23 are views for explaining an example of a method for manufacturing the semiconductor element (see FIG. 18) of the fifth embodiment, and are diagrams showing an example of a procedure for forming the semiconductor element.
  • the semiconductor element (refer FIG. 3) of 2nd Embodiment can be formed by the method similar to the method demonstrated below by changing the formation frequency of a shell in the method demonstrated below.
  • a procedure for forming a semiconductor element made of gallium nitride is shown as an example, but a semiconductor element made of another material can also be formed by a procedure similar to the procedure described below.
  • an n-type GaN film 82 is formed on the surface of the sapphire substrate 81.
  • the n-type GaN film 82 can be formed by, for example, an MOCVD apparatus, and can be formed to a thickness of 10 ⁇ m, for example.
  • a silicon oxide film is deposited on the n-type GaN film 82 and patterned by a photolithography process to form a hard mask 83 made of a silicon oxide film.
  • the silicon oxide film can be deposited with a thickness of 1 ⁇ m by, for example, a CVD method, and the hard mask 83 made of the silicon oxide film has a circular shape with a diameter of 1 ⁇ m, for example, in a cross section perpendicular to the thickness direction. It can be composed of triangles, squares, hexagons, and the like.
  • the n-type GaN film is etched by anisotropic dry etching using the hard mask 83 made of a silicon oxide film as a mask, and a rod-shaped first conductivity type made of n-type GaN.
  • the semiconductor core 84 is formed (core formation step).
  • the shape of the hard mask 83 made of a silicon oxide film the cross-sectional shape of the rod-shaped first conductivity type semiconductor core 84 can be freely changed. Therefore, for example, if the surface of the n-type GaN film 82 is grown so as to be a c-plane, the hard mask 83 made of a silicon oxide film is formed into a triangle, so that a rod-shaped first conductivity type semiconductor core 84 is formed. All the side surfaces can be nonpolar surfaces (a-plane and m-plane).
  • the annealing temperature can be 700 ° C. to 1200 ° C., for example.
  • the crystal defects of the rod-shaped first conductivity type semiconductor core 84 made of n-type GaN can be recovered and the crystallinity of the semiconductor core 84 can be improved. Therefore, it is possible to further improve the crystallinity of the first conductivity type semiconductor shell made of the n-type GaN film formed in the first shell formation step performed later.
  • a sapphire substrate 81 on which a rod-shaped first-conductivity-type semiconductor core 84 made of n-type GaN is formed is immersed in, for example, hot phosphoric acid at 150 ° C., and a crystal defect layer generated by etching in the core forming step is removed. It can be selectively removed. Also in this case, the crystal defects of the semiconductor core 84 can be improved by recovering the crystal defects of the rod-shaped first conductivity type semiconductor core 84 made of n-type GaN. Therefore, it is possible to further improve the crystallinity of the first conductivity type semiconductor shell made of the n-type GaN film formed in the first shell formation step performed later.
  • the first conductive semiconductor shell made of n-type GaN film with a thickness of, for example, 200 nm is formed on the side surface and upper surface of the rod-shaped first conductive semiconductor core 84 made of n-type GaN. 85 is formed (first shell forming step). As described above, the first conductive semiconductor shell 85 made of the n-type GaN film is formed again on the side surface and the upper surface of the rod-shaped first conductive semiconductor core 84 made of the n-type GaN, thereby obtaining uniform and crystalline properties. A good n-type GaN crystal can be exposed on the surface.
  • the rod-shaped first-conductivity-type semiconductor core 84 made of n-type GaN is formed by etching, and thus is damaged by etching. Therefore, by forming the first conductivity type semiconductor shell 85 made of the n-type GaN film, the effect of reducing crystal defects on the surface of the first conductivity type semiconductor is increased.
  • a light emitting layer 86 made of an InGaN film is formed with a thickness of, for example, 5 nm on the side surface and the upper surface of the first conductivity type semiconductor shell 85 made of an n-type GaN film.
  • a second conductivity type semiconductor shell 87 made of a p-type GaN film is formed to a thickness of, for example, 100 nm on a side surface and an upper surface of the light emitting layer 86 made of an InGaN film (second shell forming step).
  • the formation conditions of the rod-shaped first conductive type semiconductor core 84, the light emitting layer 86 made of InGaN film, and the second conductive type semiconductor shell 87 made of p-type GaN film are the same as those in the procedure for forming the semiconductor device of the fourth embodiment. It may be the same as that.
  • the rod-shaped structure is separated from the substrate by immersing the sapphire substrate 81 and the rod-shaped structure formed on the surface thereof in a liquid such as water and irradiating ultrasonic waves ( Semiconductor element separation step).
  • a liquid such as water and irradiating ultrasonic waves
  • n-type silicon can be grown as the rod-shaped first conductive type semiconductor core and the first conductive type semiconductor shell, and p-type silicon can be grown as the second conductive type semiconductor shell without forming the light emitting layer.
  • a semiconductor element having a function of a photoelectric conversion element can be formed.
  • the core forming step of forming the rod-shaped core 84 on the substrate 81, and the first-conductivity-type semiconductor shell 85 after the rod-shaped core 84 is formed Forming a first shell covering the first conductive type shell 85 and forming a second shell covering the first conductive type shell 85 directly or indirectly with the second conductive type semiconductor shell 87. Process.
  • the first conductive type semiconductor shell 85 is formed after the rod-shaped semiconductor core 84 is formed by such a method, the surface of the first conductive type semiconductor shell 85 is uniform and has good crystallinity.
  • the first conductivity type semiconductor can be exposed. Therefore, the crystallinity of the light emitting layer 86 formed on the first conductivity type semiconductor shell 85 can be improved.
  • the uniform and highly crystalline first conductive type semiconductor is exposed on the surface of the first conductive type semiconductor shell. Can do. Accordingly, when the light emitting layer is not formed on the first conductivity type semiconductor shell, the first conductivity type semiconductor shell and the second conductivity type semiconductor shell formed so as to cover the first conductivity type semiconductor shell. Thus, a PN junction having good characteristics can be obtained.
  • the rod-shaped semiconductor element core is suitable for functioning as a core of the rod-shaped semiconductor element. Can be formed. Therefore, the function as the core of the rod-shaped semiconductor element and the function as one side of the PN junction can be shared by the first conductivity type semiconductor core and the first conductivity type semiconductor shell. Therefore, it is possible to improve other characteristics of the rod-shaped semiconductor element while maintaining the characteristics of the PN junction composed of the first conductive type semiconductor shell and the second conductive type semiconductor shell, or to improve the manufacturing process. Costs can be reduced. Therefore, by improving the characteristics of the PN junction, for example, when a semiconductor element is used as a photoelectric conversion element, the conversion efficiency is improved, and when the semiconductor element is used as a light emitting diode, the light emission efficiency is improved.
  • the core forming step is performed by etching a part of the substrate surface made of the material constituting the core.
  • the cross-sectional shape of the rod-shaped core can be freely changed by photolithography. Therefore, for example, the crystal orientation of the side surface of the rod-shaped core can be made favorable, and the characteristics of the semiconductor element can be improved.
  • the crystal defect of a rod-shaped core can be recovered and crystallinity can be improved. Therefore, it is possible to further improve the crystallinity of the first conductivity type semiconductor shell to be formed in the first shell formation step performed later.
  • a part of the core formed in the core forming step is removed by wet etching after the core forming step and before the first shell forming step. This is also because the crystal defects of the rod-shaped core can be improved by recovering the crystal defects of the rod-shaped core. Therefore, it is possible to further improve the crystallinity of the first conductivity type semiconductor shell to be formed in the first shell formation step performed later.
  • the crystal defects of the rod-shaped core can be improved by recovering the crystal defects of the rod-shaped core, so that the crystallinity of the second conductivity type semiconductor shell and the light emitting layer formed thereafter can be further improved.
  • the impurity concentration of the semiconductor core 84 that gives conductivity to the rod-shaped first conductivity type semiconductor core 84 made of n-type GaN is the semiconductor that gives conductivity to the first conductivity type semiconductor shell 85 made of n-type GaN film.
  • the impurity concentration of the shell 85 is preferably larger.
  • the resistivity of the rod-shaped first conductivity type semiconductor core 84 made of n-type GaN is preferably smaller than the resistivity of the first conductivity type semiconductor shell 85 made of an n-type GaN film.
  • the crystallinity of the light emitting layer 86 made of the InGaN film formed on the first conductivity type semiconductor shell 85 made of the n-type GaN film is improved, the light emission efficiency is improved, and the rod-like shape made of the n-type GaN is improved. This is because the resistance of the first conductivity type semiconductor core 84 can be sufficiently reduced.
  • the band gap of the material constituting the rod-shaped first conductivity type semiconductor core 84 is preferably larger than the band gap of the material constituting the light emitting layer 86.
  • the rod-shaped first conductivity type semiconductor core 84 is made of n-type GaN
  • the light emitting layer 86 is made of InGaN.
  • FIG. 24 is a cross-sectional view of the solar cell according to the sixth embodiment of the present invention.
  • This solar cell includes a plurality of semiconductor elements 150 according to an embodiment of the present invention.
  • an n-type silicon layer 102 serving as a lower electrode is formed on a sapphire substrate 101.
  • a silicon oxide film 103 having an opening is formed on the n-type silicon layer 102.
  • Part of the first conductivity type semiconductor core 104 made of rod-shaped n-type silicon is filled in the opening.
  • the semiconductor core 104 stands upright from the opening.
  • the semiconductor core 104 is electrically connected to the n-type silicon layer 102 serving as a lower electrode.
  • a first conductivity type semiconductor shell 105 made of an n-type silicon film and a second conductivity type semiconductor shell 106 made of a p-type silicon film are provided on the side and top surfaces of the first conductivity type semiconductor core 104 made of n-type silicon.
  • a first conductivity type semiconductor shell 105 made of an n-type silicon film and a second conductivity type semiconductor shell 106 made of a p-type silicon film are provided on the side and top surfaces of the first conductivity type semiconductor core 104 made of n-type silicon.
  • a second conductivity type semiconductor shell 106 made of a p-type silicon film are provided on the side and top surfaces of the first conductivity type semiconductor core 104 made of n-type silicon.
  • the first conductive semiconductor core 104 made of rod-shaped n-type silicon, the first conductive semiconductor shell 105 made of n-type silicon film, and the second conductive semiconductor shell 106 made of p-type silicon film, photoelectric conversion
  • a semiconductor element 150 having an element function is formed.
  • the plurality of semiconductor elements 150 are discretely formed on the sapphire substrate 101, and transparent electrodes 107 made of ITO are filled in the gaps and above the plurality of semiconductor elements 150. Further, a metal electrode 109 serving as an upper electrode is formed on a part of the transparent electrode 107.
  • the diameter of the first conductivity type semiconductor core 104 made of rod-shaped n-type silicon can be set to, for example, 500 nm.
  • the thickness of the first conductivity type semiconductor shell 105 made of an n-type silicon film can be set to 200 nm, for example.
  • the thickness of the second conductivity type semiconductor shell 106 made of a p-type silicon film can be set to 200 nm, for example.
  • the concentration of phosphorus atoms that give n-type to the first conductivity type semiconductor core 104 made of rod-shaped n-type silicon can be, for example, 1 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 . Further, the concentration of phosphorus atoms that give the n-type to the first conductivity type semiconductor shell 105 made of an n-type silicon film can be, for example, 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 .
  • the resistivity of the first conductivity type semiconductor core 104 made of rod-shaped n-type silicon is 6 ⁇ 10 ⁇ 3 ⁇ cm, and the resistivity of the first conductivity type semiconductor shell 105 made of n-type silicon film. Is 9 ⁇ 10 ⁇ 2 ⁇ cm.
  • the crystal defect density of the first conductivity type semiconductor shell 105 made of the n-type silicon film is smaller than the crystal defect density of the first conductivity type semiconductor core 104 made of rod-shaped n-type silicon. Therefore, this solar cell has excellent electrical characteristics of a PN junction composed of the first conductivity type semiconductor shell 105 made of n-type silicon film and the second conductivity type semiconductor shell 106 made of p-type silicon film. Therefore, the electrical resistance of the first conductivity type semiconductor core 104 made of rod-shaped n-type silicon can be reduced, and the conversion efficiency of the solar cell can be improved.
  • FIGS. 25 to 28 are diagrams for explaining an example of the method for manufacturing the solar cell according to the sixth embodiment, and show an example of a procedure for forming the solar cell.
  • a sapphire substrate 101 is prepared.
  • an n-type silicon layer (film) 102 is epitaxially grown on the sapphire substrate 101 to a thickness of, for example, 200 nm by the CVD method.
  • a silicon oxide film 103 having an opening is formed on an n-type silicon layer 102, and a rod-shaped first conductivity type semiconductor core 104 made of n-type silicon is formed by a CVD method.
  • a CVD method To grow from the opening (core growth step).
  • catalytic metal particles made of gold may be formed in the opening in order to promote growth.
  • first conductive type semiconductor shell 105 made of n-type silicon is formed on the side surface and upper surface of the rod-shaped first conductive type semiconductor core 104 made of n-type silicon (first shell forming step).
  • second conductivity type semiconductor shell 106 made of p type silicon is formed on the side surface and upper surface of the first conductivity type semiconductor shell 105 made of n type silicon (second shell formation step).
  • a first conductive type semiconductor core 104 made of rod-shaped n-type silicon
  • a first conductive type semiconductor shell 105 made of n-type silicon film
  • a second conductive type semiconductor shell 106 made of p-type silicon film.
  • a semiconductor element 150 having a function of a photoelectric conversion element is configured.
  • a transparent electrode 107 made of an ITO layer is formed by sputtering or CVD so as to fill between and above the plurality of semiconductor elements 150. Then, the metal layer is patterned on the transparent electrode 107 to form the metal electrode 109 to be the upper electrode, and the solar cell 100 is completed.
  • the solar cell of this embodiment includes the semiconductor element 150 of one embodiment of the present invention that has the function of a photoelectric conversion element. Therefore, the conversion efficiency of the solar cell can be improved.
  • FIG. 29 is a cross-sectional view of a light emitting diode according to a seventh embodiment of the present invention.
  • This light emitting diode includes a plurality of semiconductor elements 250 according to an embodiment of the present invention.
  • an n-type GaN layer 202 serving as a lower electrode is formed on a sapphire substrate 201. Further, a silicon oxide film 203 having an opening is formed on the n-type GaN layer 202. Part of the first conductivity type semiconductor core 204 made of rod-shaped n-type GaN is filled in the opening. The semiconductor core 204 stands upright from the opening. The semiconductor core 204 is electrically connected to the n-type GaN layer 202 serving as a lower electrode.
  • first conductivity type semiconductor core 204 made of rod-shaped n-type GaN
  • first conductivity type semiconductor shell 205 made of n-type GaN film
  • light emitting layer 210 made of InGaN film
  • p-type GaN A second conductivity type semiconductor shell 206 made of a film is laminated in this order.
  • the semiconductor shell 205, the light emitting layer 210, and the semiconductor shell 206 cover the side surface and the upper surface of the semiconductor core 204.
  • the semiconductor shell 206 constitutes a semiconductor element 250 having a function of a photoelectric conversion element.
  • the plurality of semiconductor elements 250 are discretely formed on the sapphire substrate 201, and transparent electrodes 207 made of ITO are filled in the gaps and above the plurality of semiconductor elements 250. Further, a metal electrode 209 serving as an upper electrode is formed on a part of the transparent electrode 207.
  • the diameter of the first conductivity type semiconductor core 204 made of rod-shaped n-type GaN can be set to 1 ⁇ m, for example.
  • the thickness of the first conductivity type semiconductor shell 205 made of an n-type GaN film can be set to 400 nm, for example.
  • the thickness of the light emitting layer 210 made of an InGaN film can be set to 5 nm, for example.
  • the thickness of the second conductivity type semiconductor shell 206 made of a p-type GaN film can be set to 200 nm, for example.
  • the concentration of silicon atoms giving n-type to the first conductivity type semiconductor core 204 made of rod-shaped n-type GaN can be set to 1 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 , for example. Further, the concentration of silicon atoms that give n-type to the first conductivity type semiconductor shell 205 made of the n-type GaN film can be set to 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 , for example.
  • the resistivity of the first conductivity type semiconductor core 204 made of rod-shaped n-type GaN is about 2 ⁇ 10 ⁇ 3 ⁇ cm
  • the resistivity of the first conductivity type semiconductor shell 205 made of n-type GaN film is about 3 ⁇ 10 ⁇ 1 ⁇ cm.
  • the crystal defect density of the first conductivity type semiconductor shell 205 made of the n-type GaN film is smaller than the crystal defect density of the first conductivity type semiconductor core 204 made of the rod-like n-type GaN. Therefore, the electrical characteristics of the PN junction composed of the first conductivity type semiconductor shell 205 made of the n-type GaN film and the second conductivity type semiconductor shell 206 made of the p-type GaN film can be kept good.
  • the electrical resistance of the first conductivity type semiconductor core 204 made of rod-shaped n-type GaN can be reduced, and the light emission efficiency of the light emitting diode can be improved.
  • the light emitting diode of this embodiment includes the semiconductor element 250 of one embodiment of the present invention having the function of a light emitting diode. Therefore, the light emission efficiency of the light emitting diode can be improved.
  • FIG. 30 is a schematic cross-sectional view of a light emitting diode according to an eighth embodiment of the present invention.
  • This light-emitting diode includes a plurality of semiconductor elements 350A and 350B according to an embodiment of the present invention. Specifically, in the light emitting diode 300, a plurality of light emitting diode elements 350A and 350B are disposed on a glass substrate 311. The shape of the end of the light emitting diode element 350A is slightly different from the shape of the end of the light emitting diode element 350B. This is because two directions are allowed when the light emitting diode element is arranged on the glass substrate 311. However, this difference does not affect the operation of the light emitting diode of this embodiment.
  • Each of the light emitting diode elements 350A and 350B includes a first conductive type semiconductor core 304 made of rod-shaped n-type GaN, a first conductive type semiconductor shell 305 made of an n-type GaN film, a light emitting layer 310 made of an InGaN film, and p.
  • membrane is comprised.
  • the diameter of the first conductivity type semiconductor core 304 made of rod-shaped n-type GaN can be set to 1 ⁇ m, for example.
  • the thickness of the first conductivity type semiconductor shell 305 made of an n-type GaN film can be set to 400 nm, for example.
  • the thickness of the light emitting layer 310 made of the InGaN film can be set to 5 nm, for example.
  • the thickness of the second conductivity type semiconductor shell 306 made of a p-type GaN film can be set to 200 nm, for example.
  • the concentration of silicon atoms that give n-type to the first conductivity type semiconductor core 304 made of rod-shaped n-type GaN can be set to 1 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 , for example. Further, the concentration of silicon atoms that give the n-type to the first conductivity type semiconductor shell 305 made of the n-type GaN film can be, for example, 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 .
  • the resistivity of the first conductivity type semiconductor core 304 made of rod-shaped n-type GaN is about 2 ⁇ 10 ⁇ 2 ⁇ cm
  • the resistivity of the first conductivity type semiconductor shell 305 made of an n-type GaN film is about 3 ⁇ 10 ⁇ 1 ⁇ cm.
  • the crystal defect density of the first conductivity type semiconductor shell 305 made of the n-type GaN film is smaller than the crystal defect density of the first conductivity type semiconductor core 304 made of the rod-shaped n-type GaN. Therefore, the electrical characteristics of the PN junction composed of the first conductivity type semiconductor shell 305 made of the n-type GaN film and the second conductivity type semiconductor shell 306 made of the p-type GaN film can be kept good.
  • the electric resistance of the first conductive type semiconductor core 304 made of rod-shaped n-type GaN can be reduced, and the light emission efficiency of the light emitting diode element can be improved.
  • the number of the light emitting diode elements 350A and 350B can be changed according to the required light quantity. If the above-described size is adopted as the size of the light emitting diode element, for example, a preferable amount of light can be obtained by arranging 1,000 to 100,000 light emitting diode elements on one glass substrate.
  • a first electrode 312 and a second electrode 313 are formed on the glass substrate 311. This is formed in order to arrange the light emitting diode elements 350A and 350B at predetermined positions on the glass substrate 311 as will be described later.
  • An interlayer insulating film 314 made of a silicon oxide film is formed on the glass substrate 311 and the light emitting diode elements 350A and 350B.
  • metal wirings 315 and 316 are electrically connected to the light emitting diode elements 350A and 350B through contact holes opened in the interlayer insulating film 314. By applying a voltage between the metal wires 315 and 316, the light emitting diode elements 350A and 350B emit light.
  • 31 to 39 are views for explaining an example of the manufacturing method of the light emitting diode according to the eighth embodiment, and show an example of a procedure for forming the light emitting diode.
  • the light emitting diode element of the fifth embodiment is formed according to the procedure described with reference to FIGS. Specifically, as described above, the light emitting diode element is formed with a core forming step of forming a plurality of rod-shaped cores on the first substrate, and after forming the plurality of rod-shaped cores, the first conductivity type semiconductor is formed.
  • a plurality of rod-shaped semiconductor elements each having a semiconductor shell and a second conductivity type semiconductor shell are formed through a semiconductor element separation step of separating the semiconductor element from the substrate.
  • first and second electrodes 312 and 313 are formed on the surface of a glass substrate 311 which is a second substrate different from the first substrate.
  • the first and second electrodes 312 and 313 can be formed using photolithography or printing technology.
  • pads are formed on the metal electrodes 312 and 313 so that a potential is applied from the outside.
  • the previously prepared light emitting diode elements are arranged on the metal electrodes 312, 313 facing each other (semiconductor element arranging step).
  • the number of array regions in which the light-emitting diode elements are arrayed is 8 ⁇ 3. However, in actuality, any number of array regions can be used.
  • FIG. 32 is a schematic sectional view taken along line XIX-XIX in FIG.
  • isopropyl alcohol (IPA) 321 including a light emitting diode element 350 is thinly applied on a glass substrate 311.
  • the material to be applied may be ethylene glycol, propylene glycol, methanol, ethanol, or acetone in addition to IPA321, or may be a mixture of two or more of these materials, or IPA and those Of these, a mixture of one or more materials may be used.
  • IPA 321 a liquid made of another organic material, water, or the like can be used instead of the IPA 321, a liquid made of another organic material, water, or the like can be used.
  • the light emitting diode element 350 is the semiconductor element of the fifth embodiment (see FIG. 6).
  • an insulating film of about 10 nm to 30 nm may be coated on the entire surface of the glass substrate 311 so as to cover the metal electrodes 312 and 313.
  • the thickness of the IPA 321 that is applied and includes the light emitting diode element 350 is such that the light emitting diode element 350 can move in the liquid so that the light emitting diode element 350 can be arranged in a subsequent step of arranging the light emitting diode element 350. It is. Therefore, the thickness of the applied IPA 321 is equal to or greater than the thickness of the light emitting diode element 350, and can be, for example, several ⁇ m to several mm. If the applied thickness is too thin, the light emitting diode element 350 is difficult to move. Conversely, if it is too thick, the time for drying the liquid becomes long.
  • the amount of the light emitting diode element 350 is preferably 1 ⁇ 10 4 cm ⁇ 3 to 1 ⁇ 10 7 cm ⁇ 3 with respect to the amount of IPA.
  • a frame is formed on the outer periphery of the metal electrode on which the light emitting diode element 350 is arranged, and the IPA 321 including the light emitting diode element 350 is formed in the frame to have a desired thickness. May be filled.
  • the IPA 321 including the light emitting diode element 350 has viscosity, it can be applied to a desired thickness without requiring a frame.
  • a potential difference of 1 V is applied between the metal electrodes 312,313.
  • the potential difference between the metal electrodes 312 and 313 can be 0.1 to 10V.
  • the voltage is 0.1 V or less, the arrangement of the bar light emitting diode elements 350 is deteriorated. Therefore, it is preferably 1 to 5V, and more preferably about 1V.
  • FIG. 33 is a diagram for explaining the principle in which the light emitting diode elements 350 are arranged on the metal electrodes 312 and 313.
  • a potential VL is applied to the metal electrode 312 and a potential VR (VL ⁇ VR) is applied to the metal electrode 313, a negative charge is induced in the metal electrode 312 and a positive charge is applied to the metal electrode 313. Is induced.
  • a positive charge is induced on the side close to the metal electrode 312 and a negative charge is induced on the side close to the metal electrode 313 in the rod-shaped light emitting diode element 350.
  • the charge is induced in the light emitting diode element 350 by electrostatic induction.
  • the light-emitting diode element 350 placed in the electric field is caused to induce charges on the surface until the internal electric field becomes zero.
  • an attractive force is exerted between the electrodes 312, 313 and the light emitting diode element 350 by electrostatic force, and the light emitting diode element 350 is aligned along the lines of electric force generated between the metal electrodes 312, 313,
  • the electrodes 312 and 313 are arranged so as to crosslink.
  • the electric field in the liquid is gradually weakened due to the induction of electric charges on the insulating film, so that the light-emitting diode element 350 is stably placed on the electrodes 312 and 313. I can't stop it.
  • the AC voltage indicative of the V R to indicate Figure 34B the V L in FIG. 34A it is preferable that applied between the metal electrodes 312 and 313.
  • a reference potential is applied to the metal electrode 313, and an AC voltage with an amplitude V PPL / 2 is applied to the metal electrode 312.
  • the frequency of the AC voltage applied to the metal electrode 312 is preferably 10 Hz to 1 MHz, and more preferably 50 Hz to 1 kHz because the arrangement is most stable.
  • the AC voltage applied between the metal electrodes 312 and 313 is not limited to a sine wave, but may be any one that periodically varies, such as a rectangular wave, a triangular wave, and a sawtooth wave.
  • V PPL was preferably about 1V.
  • the glass substrate 311 is heated to evaporate the liquid and dry the light emitting diode elements 350. Align and fix so as to crosslink.
  • FIG. 35 shows a plan view of the glass substrate 311 on which the light emitting diode elements 350 are arranged.
  • FIG. 36 shows a cross-sectional view of the glass substrate 311 on which the light emitting diode elements 350 are arranged.
  • the light emitting diode element 350A is arranged with the exposed side of the first conductivity type core made of rod-shaped n-type GaN facing the left side, and the light emitting diode element 350B has the exposed side facing the right side. Arranged in the state. This is because two directions are allowed when the light emitting diode element is arranged on the metal electrodes 312 and 313.
  • a photoresist 317 is patterned on the glass substrate 311 so that a part of the light emitting diode elements 350A and 350B is exposed. Then, in the opening of the photoresist 317, the light emitting layer 310 made of the InGaN film and the second conductivity type semiconductor shell 306 made of the p-type GaN film are removed by etching. As this etching, dry etching having strong isotropic property is appropriate. Thereafter, the photoresist 317 is removed.
  • an interlayer insulating film 314 is applied on the glass substrate 311.
  • the interlayer insulating film 314 can be formed, for example, by applying 2 ⁇ m of a silicon oxide film.
  • an opening is provided in the interlayer insulating film 314.
  • a metal is deposited by sputtering or the like, thereby filling the opening of the interlayer insulating film 314 and forming a metal film on the interlayer insulating film 314.
  • the metal film is patterned by photolithography to form metal wirings 315 and 316, and the light emitting diode elements 350A and 350B are wired to complete the light emitting diode 300.
  • the light-emitting diode of the present embodiment includes the light-emitting diode elements 350A and 350B of the embodiment of the present invention having the function of a light-emitting diode. Therefore, the light emission efficiency of the light emitting diode can be improved.
  • the light emitting diode of the above embodiment includes a substrate 311 different from the substrate of the light emitting diode elements 350A and 350B, and light emitting diode elements 350A and 350B which are semiconductor elements of one embodiment of the present invention disposed on the substrate 311; Wirings 315 and 316 that electrically connect the light emitting diode elements 350A and 350B are provided. Therefore, the arrangement interval of the light emitting diode elements (semiconductor elements having a light emitting diode function) 350A and 350B can be freely set on the substrate 311.
  • the light emitting diode elements 350A and 350B which are semiconductor elements having the function of the light emitting diode, can be accurately arranged at predetermined positions, the light emitting diode elements 350A and 350B can be efficiently released to the substrate, The temperature rise of the light emitting diode can be suppressed. Therefore, both the efficiency and reliability of the light emitting diode can be improved.
  • the above-described procedure for forming the light-emitting diode includes a core forming step of forming a plurality of rod-shaped cores on a first substrate, and after forming the plurality of rod-shaped cores, a first conductivity type semiconductor shell A first shell forming step of covering, a second shell forming step of forming the first conductivity type shell and then covering with a second conductivity type semiconductor shell, the rod-shaped core, and the first conductivity type semiconductor shell And a semiconductor element separating step of separating a plurality of semiconductor elements each having a second conductivity type semiconductor shell from the substrate, and a semiconductor element arranging step of disposing the plurality of semiconductor elements on the second substrate.
  • the semiconductor element is covered with the first conductivity type semiconductor shell and the second conductivity type shell after the rod-shaped core is formed on the first substrate. Therefore, the PN junction area per unit substrate area, that is, the light emitting area can be greatly increased, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the rod-shaped core is formed by forming the first conductive type semiconductor shell. Therefore, the core of the rod-shaped semiconductor element can be formed so as to have a property suitable for functioning as the core of the rod-shaped semiconductor element. Therefore, other characteristics of the rod-shaped semiconductor element can be improved while maintaining the characteristics of the PN junction constituted by the first conductivity type semiconductor shell and the second conductivity type semiconductor shell.
  • the arrangement interval of the semiconductor elements having the function of light emitting diodes can be freely set. Therefore, both the efficiency and reliability of the light emitting diode can be improved by efficiently escaping the semiconductor element having the function of the light emitting diode to the substrate and suppressing the temperature rise of the light emitting diode. Therefore, the highly efficient and highly reliable light emitting diode 300 can be manufactured at low cost.
  • FIG. 40 is a side view of the lighting apparatus according to the ninth embodiment of the present invention.
  • FIG. 41 is a view of the light emitting device built in the lighting device as viewed from the side
  • FIG. 42 is a view of the light emitting device as viewed from above.
  • a light emitting device 404 is configured by mounting the light emitting diode 406 (see FIG. 30) of the eighth embodiment on a square heat sink 405.
  • the illumination device 400 is an LED bulb that incorporates the light emitting device 404.
  • the lighting device 400 includes a base 401 as a power source connection part that is fitted in an external socket and connected to a commercial power source, and a conical heat radiation part 402 having one end connected to the base 401 and the other end gradually expanding in diameter. And a translucent part 403 that covers the other end of the heat dissipating part 402. Since the illumination device of the ninth embodiment includes the light emitting diode of the eighth embodiment, low power consumption can be realized.
  • FIG. 43 is a plan view of a backlight according to the tenth embodiment of the present invention.
  • a plurality of light emitting diodes 502 are mounted in a grid pattern at predetermined intervals on a rectangular support substrate 501 as an example of a heat sink.
  • the light emitting diode 502 the light emitting diode of the eighth embodiment (see FIG. 30) is used. Since the backlight of the tenth embodiment includes the light emitting diode of the eighth embodiment, low power consumption can be realized.
  • FIG. 44 is a circuit diagram of one pixel of the display device (LED display) according to the eleventh embodiment of the present invention.
  • This display device uses a semiconductor element according to an embodiment of the present invention (semiconductor elements according to the first to fifth embodiments) having a function as a light emitting diode according to the present invention as a self-luminous element of a pixel.
  • This display device is an active matrix address system, and a selection voltage pulse is supplied to the row address line X1, and a data signal is sent to the column address line Y1.
  • the selection voltage pulse is input to the gate of the transistor T1 and the transistor T1 is turned on, the data signal is transmitted from the source to the drain of the transistor T1, and the data signal is stored as a voltage in the capacitor C. .
  • the transistor T2 is a transistor for driving the semiconductor element 640 having a function as a light-emitting diode, and the semiconductor element 640 having a function as the light-emitting diode includes the first to fifth embodiments (FIGS. 1 and 5). 3, FIG. 4, FIG. 5, and FIG. 6) can be used.
  • the semiconductor element 640 functioning as a light emitting diode is connected to the power source Vs through the transistor T2. Therefore, when the transistor T2 is turned on by the data signal from the transistor T1, the semiconductor element 640 having a function as a light emitting diode can be driven by the power source Vs.
  • one pixel shown in FIG. 44 is arranged in a matrix.
  • a semiconductor element 640 having a function as a light emitting diode of each pixel arranged in a matrix and transistors T1 and T2 are formed on a substrate.
  • the light emitting diode of the present invention may be used in an LED display different from the above embodiment or a display device other than the LED display.
  • the following steps may be performed.
  • the semiconductor element (light-emitting diode element) 640 having the function of a light-emitting diode can be simply described as a core forming step of forming a plurality of rod-shaped cores on a first substrate, and after forming the plurality of rod-shaped cores.
  • a plurality of rod-shaped semiconductor elements each having a core, a first conductivity type semiconductor shell, and a second conductivity type semiconductor shell are formed through a semiconductor element separation step of separating from the substrate.
  • the transistors T1 and T2 are formed on a substrate such as glass by using a normal TFT (thin film transistor) manufacturing method.
  • a first electrode and a second electrode for disposing the semiconductor element 640 having a function as a light emitting diode are formed over the substrate on which the transistors T1 and T2 which are TFTs are formed.
  • the semiconductor element 640 having a function as a light emitting diode is disposed at a predetermined position on the substrate by using the method described with reference to FIGS. Thereafter, an upper wiring process is performed to connect the semiconductor element 640 functioning as a light emitting diode to the drain of the transistor T2 and the ground line.
  • the backlight of this embodiment includes the semiconductor elements of the first to fifth embodiments having a function as a light emitting diode as a self-light emitting device of each pixel, the light emission efficiency can be increased. , Low power consumption can be realized.
  • the light emitting layer exists between the first conductive type semiconductor shell and the second conductive type semiconductor shell.
  • the light emitting layer is Between the first conductivity type semiconductor shell and the second conductivity type semiconductor shell, such as provided outside the radial direction of the second conductivity type semiconductor shell (the radial direction of the rod-shaped core) You don't have to.
  • an invention obtained by combining a part or all of two or more different embodiments described above constitutes a new embodiment of the present invention, and of course, the invention of an embodiment described above.
  • an invention created by combining the above-described invention of a certain modification constitutes a new embodiment of the present invention.
  • the invention created by combining two or more invention specific matters from the contents of all the embodiments and all the modifications performed in the description of the above specification is a new implementation of the present invention. Of course, it is included in the form.

Landscapes

  • Led Devices (AREA)
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Abstract

　第１導電型の半導体コア１１の外周面の少なくとも一部を覆うように第１導電型の半導体シェル１２を形成する。また、第１導電型の半導体シェル１２の外周面の少なくとも一部を覆うように第２導電型の半導体シェル１３を形成する。このようにして、半導体素子１０の側面に良好なＰＮ接合を形成して、半導体素子１０において良好な電気的特性を実現する。

Description

半導体素子、半導体素子の製造方法、発光ダイオード、発光ダイオードの製造方法、光電変換素子、太陽電池、照明装置、バックライトおよび表示装置
　本発明は、棒状の半導体素子およびその製造方法、並びに、そのような半導体素子を用いた発光ダイオード、発光ダイオードの製造方法、光電変換素子、太陽電池、照明装置、バックライトおよび表示装置に関する。
　従来、第１導電型の半導体コアと、該第１導電型のコアを覆うように形成された第２導電型の半導体シェルからなる半導体素子を用いた装置としては、特許文献１（特開２００８－５３７３０号）に開示されているナノワイヤ光起電力装置がある。
　図４５は、そのナノワイヤ光起電力装置９００の基本構成を説明する図である。
　図４５に示すように、このナノワイヤ光起電力装置９００は、基板９０８上に下部接点９０６が形成され、第１導電型の半導体材料からなる細長いナノ構造体９０１（第１導電型の半導体コア）が、下部接点９０６上に形成された多孔質ナノテンプレート９０２から直立している。ナノ構造体９０１の周囲には、第２導電型の半導体材料からなるコンフォーマル層９０３（第２導電型の半導体シェル）が形成され、更にコンフォーマル層９０３上に導電性透明材料９０４および上部接点９０５が形成されている。
　上記細長いナノ構造体９０１は、触媒となる金属ナノ粒子を用いてＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等で成長させられて形成されている。引用文献１の発明では、このように、第１導電型の半導体コアと、該第１導電型のコアを覆うように形成された第２導電型の半導体シェルとで半導体素子を構成して、ＰＮ接合の面積を大きくして、高い発電効率を得るようにしている。
特開２００８－５３７３０号公報
　しかしながら、上記従来技術では、金属触媒を用いて第１導電型の半導体コア（細長いナノ構造体）を成長させているため、触媒となる金属原子による汚染で結晶欠陥が生じることが避けがたい。そして、このような結晶欠陥は、第１導電型の半導体コアと、第２導電型の半導体シェル（コンフォーマル層９０３）とで構成されるＰＮ接合において、深い準位を形成して、キャリアの再結合による太陽電池の効率の低下をもたらす。
　また、細長いナノ構造体９０１は、触媒となる金属ナノ粒子が成長点となって基板上で徐々に成長していく。このため、細長いナノ構造体９０１の下部（基板側）は、成長の初期段階で形成され、上部は後期段階で形成される。すなわち、細長いナノ構造体９０１の下部と上部では形成される時期が異なっている。それゆえ、第１導電型の半導体コア（細長いナノ構造体９０１）の結晶性が不均一になりやすく、結果として第１導電型の半導体コアの側面に形成されたＰＮ接合の品質が不均一になり易いという問題があった。
　ここで、この問題は、第１導電型の半導体コア側面上の広い範囲にわたってＰＮ接合を形成する場合に、特に顕著になる。
　そこで、本発明の課題は、良好なＰＮ接合を側面に有して、良好な電気的特性を有する半導体素子を提供することにある。
　また、本発明の課題は、そのような半導体素子の製造方法、そのような半導体素子を用いた発光ダイオード、その発光ダイオードの製造方法、そのような半導体素子を用いた光電変換素子、太陽電池、照明装置、バックライトおよび表示装置を提供することにある。
　上記課題を解決するため、この発明の半導体素子は、
　棒状のコアと、
　上記コアの外周面の少なくとも一部を覆うように配置された第１導電型の半導体シェルと、
　上記第１導電型の半導体シェルの外周面の少なくとも一部を覆うように配置された第２導電型の半導体シェルと
を備えることを特徴としている。
　本発明において、上記棒状のコアが、第１導電側の半導体コアである場合、半導体素子のコアとしての機能と、ＰＮ接合の片側としての機能を、第１導電型の半導体コアと、第１導電型の半導体シェルとで分担することができる。それゆえ、第１導電型の半導体シェルと、第２導電型の半導体シェルとで構成されるＰＮ接合の特性を良好に保ったまま、棒状の半導体素子の他の特性を向上させることができ、また、製造のコストも低減することが可能となる。また、ＰＮ接合の特性が向上することにより、例えば、半導体素子を光電変換素子として用いた場合は、変換効率を向上させることができ、半導体素子を発光ダイオードとして用いた場合は、発光効率を向上させることができる。
　また、上記棒状のコアが、半導体コアでない場合も、半導体素子のコアとしての機能と、ＰＮ接合の片側としての機能を、それぞれ棒状のコアと、第１導電型の半導体シェルとが分担して、果たすことができる。それゆえ、第１導電型の半導体シェルと、第２導電型の半導体シェルとで構成されるＰＮ接合の特性を良好に保ったまま、棒状の半導体素子の他の特性も同時に向上させることができ、また、製造のコストも低減することが可能となる。また、ＰＮ接合の特性が向上することにより、例えば、半導体素子を光電変換素子として用いた場合は、変換効率が向上させることができ、発光ダイオードとして用いた場合は、発光効率が向上させることができる。
　また、一実施形態では、
　上記コアは、第１導電型の半導体コアであり、
　上記半導体コアに導電性を与える不純物の濃度は、上記第１導電型の半導体シェルに導電性を与える不純物の濃度よりも大きくなっている。
　本発明の半導体素子は、棒状の半導体素子であって、第１導電型の半導体コアの形状も細長いものであるから、第１導電型の半導体コアの抵抗を十分低く保つことが重要になる。第１導電型の半導体コアの抵抗が十分に低くない場合、第１導電型の半導体コア内で電圧降下を起こして半導体素子の特性悪化の原因となるからである。例えば、半導体素子が太陽電池である場合は、発電効率が悪化し、発光ダイオードである場合は、発光効率が悪化する原因となるからである。
　上記実施形態によれば、第１導電型の半導体シェルと第２導電型の半導体シェルとで構成されるＰＮ接合の特性を向上することができるとともに、第１導電型の半導体コアの抵抗を十分に小さくすることが可能となる。
　一般的には、半導体中の不純物濃度が高くなるにつれて半導体の結晶性が悪化する傾向があるから、上記実施形態によれば、ＰＮ接合の良好な特性と、第１導電型の半導体コアの良好な導電性の両立を獲得できるからである。
　また、一実施形態では、
　上記コアは、第１導電型の半導体コアであり、
　上記半導体コアの抵抗率は、上記第１導電型の半導体シェルの抵抗率よりも小さくなっている。
　上記実施形態によれば、第１導電型の半導体コアの抵抗が小さいから、第１導電型の半導体シェルと第２導電型の半導体シェルで構成されるＰＮ接合の特性を更に向上させることができる。
　また、一実施形態では、
　上記第１導電型の半導体シェルは、上記コアと異なる材質からなり、
　上記第１導電型の半導体シェルの結晶欠陥密度が、上記コアの結晶欠陥密度よりも小さい。
　上記実施形態によれば、半導体素子のコアとしての機能と、ＰＮ接合の片側としての機能を、棒状のコアと、第１導電型の半導体シェルとで分担させることができる。
　また、本発明の発光ダイオードは、
　本発明の半導体素子を備えることを特徴としている。
　本発明によれば、発光ダイオードの発光効率を向上させることができる。
　また、一実施形態では、
　上記第１導電型の半導体シェルと、上記第２導電型の半導体シェルとの間に発光層を備える。
　上記実施形態によれば、発光ダイオードの発光効率を更に向上させることができる。
　また、一実施形態では、
　上記コアを構成する物質のバンドギャップは、上記発光層を構成する物質のバンドギャップよりも大きくなっている。
　上記実施形態によれば、発光層で発生した光が棒状のコアまたは第１導電型の半導体コアで殆ど吸収されることがないため、発光ダイオードの発光効率を高くすることができる。
　また、一実施形態では、
　基板と、
　上記基板上に配置された複数の上記半導体素子と、
　上記半導体素子を電気的に接続する配線と
を備えている。
　上記実施形態によれば、上記基板上において、発光ダイオードの機能を有する半導体素子の配置間隔を自由に設定することができる。したがって、上記発光ダイオードの機能を有する半導体素子を効率よく基板に逃がして、発光ダイオードの温度上昇を抑制することにより、発光ダイオードの効率と信頼性を共に向上することが可能となる。
　また、本発明の光電変換素子は、
　本発明の半導体素子を備えることを特徴としている。
　本発明によれば、光電変換素子の変換効率を向上させることができる。
　また、本発明の半導体素子の製造方法は、
　基板上に棒状のコアを形成するコア形成工程と、
　上記棒状のコアの外周面の少なくとも一部を第１導電型の半導体シェルで覆う第１のシェル形成工程と、
　上記第１導電型のシェルの外周面の少なくとも一部を第２導電型の半導体シェルで覆う第２のシェル形成工程と
を備えることを特徴としている。
　本発明によれば、棒状の半導体コアを形成した後に、第１導電型の半導体シェルを形成するので、第１導電型の半導体シェルの表面には均一で結晶性のよい第１導電型の半導体が露出する。その後、上記第１導電型のシェルの外周面の少なくとも一部を、第２導電型の半導体シェルで覆うので、第１導電型の半導体シェルと第２導電型の半導体シェルとで良好な特性を持つＰＮ接合を得ることができる。一方、上記棒状のコアは、第１導電型の半導体シェルの形成に先立って別途形成されているので、棒状の半導体素子のコアとしての機能を果たすのにふさわしい性質を持たせることができる。したがって、棒状の半導体素子のコアとしての機能と、ＰＮ接合の片側としての機能を、第１導電型の半導体コアと、第１導電型の半導体シェルとで分担することができる。したがって、第１導電型の半導体シェルと、第２導電型の半導体シェルとで構成されるＰＮ接合の特性を良好に保ったまま、棒状の半導体素子の他の特性を向上させることができ、また、製造コストを低減することが可能となる。また、ＰＮ接合の特性が向上することにより、例えば、半導体素子を光電変換素子として用いた場合は、変換効率が向上し、発光ダイオードとして用いた場合は、発光効率が向上する。
　また、一実施形態では、
　上記コア形成工程は、基板上に形成されたコアを構成する物質の一部をエッチングすることを含む。
　上記実施形態によれば、棒状のコアの断面形状を自由に変えることが可能となる。したがって、例えば、棒状のコアの側面の結晶方位を好ましいものにできて、半導体素子の特性を向上させることが可能となる。
　また、一実施形態では、
　上記コア工程の後であって、上記第１のシェル形成工程の前に、アニール処理を行なう。
　上記実施形態によれば、棒状のコアの結晶欠陥を回復して、結晶性を改善することができる。そのため、この後に行う第１のシェル形成工程で成膜する第１導電型の半導体シェルの結晶性を更に向上させることができる。
　また、一実施形態では、
　上記コア形成工程の後であって、上記第１のシェル形成工程の前に、上記コア形成工程で形成されたコアの一部をウェットエッチングにより除去する。
　上記実施形態によれば、棒状のコアの結晶欠陥を回復して、結晶性を改善することができる。そのため、この後に行う第１のシェル形成工程で成膜する第１導電型の半導体シェルの結晶性を更に向上することができる。
　また、一実施形態では、
　上記コア形成工程は、基板上に棒状のコアを成長させる。
　上記実施形態によれば、基板と、棒状のコアとは、棒状のコアの断面積と同じ面積で接することとなる。ここで、棒状のコアの直径は、ナノスケールからマイクロスケールであるから、断面積は小さい。更には、棒状のコアは、基板上に離散的に形成されている。したがって、基板を構成する物質と、棒状のコアを構成する物質との格子定数のミスマッチによる基板の反りを抑制することができる。したがって、半導体素子を形成するプロセスにおけるフォトリソグラフィ工程の精度を向上して半導体素子の歩留まりを向上することができる。
　また、一実施形態では、
　上記コア形成工程の後であって、上記第１のシェル形成工程の前に、上記コアを形成する温度よりも高温のアニール処理を行なう。
　上記実施形態によれば、棒状の結晶欠陥を回復して結晶性を良好なものにすることができるので、その後に形成される第２導電型の半導体シェルや発光層の結晶性を良好なものにすることができる。
　また、本発明の発光ダイオードの製造方法は、
　第１の基板上に複数の棒状のコアを形成するコア形成工程と、
　上記複数の棒状のコアの外周面の少なくとも一部を、第１導電型の半導体シェルで覆う第１のシェル形成工程と、
　上記第１導電型の半導体シェルの外周面の少なくとも一部を、第２導電型の半導体シェルで覆う第２のシェル形成工程と、
　上記各棒状のコアと、その各コアを覆っている上記第１導電型の半導体シェルと、その各コアを覆っている上記第１導電型の半導体シェルを覆っている上記第２導電型の半導体シェルとの一体構造を、上記棒状のコア毎に上記第１の基板から切り離して、複数の半導体素子を取り出す半導体素子切り離し工程と、
　複数の上記半導体素子を第２の基板上に配置する半導体素子配列工程と
を備えることを特徴としている。
　本発明によれば、構成要素である半導体素子が、第１の基板上で、棒状のコアが形成された後、第１導電型の半導体シェルおよび第２導電型のシェルで覆われるようになっているから、単位基板面積当りのＰＮ接合面積、すなわち、発光面積を非常に大きくすることができて、製造コストを低減することができる。
　更には、第１導電型の半導体シェルと、第２導電型の半導体シェルとで良好な特性を持つＰＮ接合を得ることができるのみならず、上記棒状のコアは第１導電型の半導体シェルの形成に先立って別途形成されているので、棒状のコアを、棒状の半導体素子のコアとしての機能を果たすのにふさわしい性質を有するように形成することができる。したがって、第１導電型の半導体シェルと、第２導電型の半導体シェルとで構成されるＰＮ接合の特性を良好に保ったまま、棒状の半導体素子の他の特性を向上させることができる。
　更には、上記第１の基板とは別の上記第２の基板上に複数の上記半導体素子を配列するので、発光ダイオードの機能を有する半導体素子の配置間隔を自由に設定することができる。したがって、上記発光ダイオードの機能を有する半導体素子を効率よく基板に逃がして、発光ダイオードの温度上昇を抑制することにより、発光ダイオードの効率と信頼性とを共に向上することができる。したがって、高効率で高信頼性の発光ダイオードを低コストで製造することができる。
　また、本発明の太陽電池は、本発明の光電変換素子を備えることを特徴としている。
　本発明によれば、太陽電池の発電効率を高くすることができる。
　また、本発明の照明装置は、本発明の発光ダイオードを備えることを特徴としている。
　本発明によれば、照明装置の低消費電力化を実現することができる。
　また、本発明のバックライトは、本発明の発光ダイオードを備えることを特徴としている。
　本発明によれば、バックライトの低消費電力化を実現することができる。
　また、本発明の表示装置は、本発明の発光ダイオードを備えることを特徴としている。
　本発明によれば、表示装置の低消費電力化を実現することができる。
　本発明の半導体素子によれば、半導体素子のコアとしての機能と、ＰＮ接合の片側としての機能を、それぞれ棒状のコアと、第１導電型の半導体シェルとで分担することができる。それゆえ、第１導電型の半導体シェルと、第２導電型の半導体シェルとで構成されるＰＮ接合の特性を良好に保ったまま、棒状の半導体素子の他の特性を向上させることができ、また、製造のコストも低減することが可能となる。また、ＰＮ接合の特性が向上することにより、例えば、半導体素子を光電変換素子として用いた場合は、変換効率が向上させることができ、発光ダイオードとして用いた場合は、発光効率が向上させることができる。
本発明の第１実施形態の半導体素子の中心軸を含む長手方向の断面図である。 上記半導体素子の径方向の断面図である。 本発明の第２実施形態の半導体素子の長手方向の断面図である。 本発明の第３実施形態の半導体素子の長手方向の断面図である。 本発明の第４実施形態の半導体素子の長手方向の断面図である。 第４実施形態の半導体素子の製造方法の一例を説明するための図である。 第４実施形態の半導体素子の製造方法の一例を説明するための図である。 第４実施形態の半導体素子の製造方法の一例を説明するための図である。 第４実施形態の半導体素子の製造方法の一例を説明するための図である。 第４実施形態の半導体素子の製造方法の一例を説明するための図である。 第４実施形態の半導体素子の製造方法の一例を説明するための図である。 第４実施形態の半導体素子の製造方法の一例を説明するための図である。 第４実施形態の半導体素子の製造方法の一例を説明するための図である。 第４実施形態の半導体素子の製造方法の一例を説明するための図である。 第４実施形態の半導体素子を製造することができる他の手順を説明する図である。 第４実施形態の半導体素子を製造することができる他の手順を説明する図である。 第４実施形態の半導体素子を製造することができる他の手順を説明する図である。 本発明の第５実施形態の半導体素子の長手方向の断面図である。 第５実施形態の半導体素子の製造方法の一例を説明するための図である。 第５実施形態の半導体素子の製造方法の一例を説明するための図である。 第５実施形態の半導体素子の製造方法の一例を説明するための図である。 第５実施形態の半導体素子の製造方法の一例を説明するための図である。 第５実施形態の半導体素子の製造方法の一例を説明するための図である。 本発明の第６実施形態の太陽電池の断面図である。 第６実施形態の太陽電池の製造方法の一例を説明するための図である。 第６実施形態の太陽電池の製造方法の一例を説明するための図である。 第６実施形態の太陽電池の製造方法の一例を説明するための図である。 第６実施形態の太陽電池の製造方法の一例を説明するための図である。 本発明の第７実施形態の発光ダイオードの断面図である。 本発明の第８実施形態の発光ダイオードの模式断面図である。 第８実施形態の発光ダイオードの製造方法の一例を説明するための図である。 第８実施形態の発光ダイオードの製造方法の一例を説明するための図である。 第８実施形態の発光ダイオードの製造方法の一例を説明するための図である。 第８実施形態の発光ダイオードの製造方法の一例を説明するための図である。 第８実施形態の発光ダイオードの製造方法の一例を説明するための図である。 第８実施形態の発光ダイオードの製造方法の一例を説明するための図である。 第８実施形態の発光ダイオードの製造方法の一例を説明するための図である。 第８実施形態の発光ダイオードの製造方法の一例を説明するための図である。 第８実施形態の発光ダイオードの製造方法の一例を説明するための図である。 第８実施形態の発光ダイオードの製造方法の一例を説明するための図である。 本発明の第９実施形態の照明装置の側面図である。 上記照明装置に内蔵される発光装置を横から見た図である。 上記発光装置を上から見た図である。 本発明の第１０実施形態のバックライトの平面図である。 本発明の第１１実施形態の表示装置の１画素の回路図である。 従来のナノワイヤ光起電力装置の基本構成を説明する図である。
　以下、本発明の半導体素子、発光素子の製造方法、発光ダイオード、光電変換素子、照明装置、バックライト、表示装置および太陽電池を図示の実施の形態により詳細に説明する。
　（第１実施形態）
　図１は、本発明の第１実施形態の細長い棒状の形状を有する半導体素子１０の中心軸を含む長手方向の断面図であり、図２は、その半導体素子１０の径方向の断面図である。
　図１および図２に示すように、この半導体素子１０は、棒状の第１導電型の半導体コア１１と、第１導電型の半導体シェル１２と、第２導電型の半導体シェル１３とを備える。上記第１導電型の半導体シェル１２は、棒状の第１導電型の半導体コア１１の側面の全面（棒状の半導体コア１１の外周面の全面）および一端を覆っており、第２導電型の半導体シェル１３は、第１導電型の半導体シェル１２の表面を覆っている。
　上記第２導電型の半導体シェル１３は、第１導電型の半導体シェル１２の表面全てを覆っておらず、棒状の第１導電型の半導体コア１１の他端部１９を覆わない構成になっている。上記第２導電型の半導体シェル１３は、第１導電型の半導体シェル１２の外周面の一部のみを覆っている。尚、図２は、第１導電型の半導体シェル１２の表面を第２導電型の半導体シェル１３が覆っている領域における直径方向の断面図である。
　上記第１導電型の半導体シェル１２と第２導電型の半導体シェル１３の界面はＰＮ接合を構成している。第１導電型の半導体コア１１の他端部を除く側面において、第２導電型の半導体シェル１３が第１導電型の半導体シェル１２を覆っているから、棒状の半導体素子１０の側面部の少なくとも一部にはＰＮ接合が形成されることになるのである。
　上記第１導電型の半導体コア１１は、例えばＳｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＰ、ＩｎＰを用いることができるが、この限りではない。また、第１導電型としてｎ型を選択してもｐ型を選択してもよい。なお、第１導電型の半導体コア１１の直径方向の断面形状は、円に限らず、三角形、四角形、六角形や楕円などでもよい。
　また、第１導電型の半導体シェル１２は、例えばＳｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＰ、ＩｎＰを用いることができるが、この限りではない。また、必ずしも第１導電型の半導体コア１１と同じ物質を用いる必要はない。
　また、第２導電型の半導体シェル１３は、例えばＳｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＰ、ＩｎＰを用いることができるが、この限りではない。第２導電型の半導体シェル１３は、第１導電型の半導体シェル１２と同じ物質を選択することが好ましい。第２導電型は、第１導電型がｎ型の場合はｐ型、第１導電型がｐ型の場合はｎ型となる。
　また、棒状の半導体素子１０の大きさは、ナノメーターサイズまたはマイクロメーターサイズとすることが好ましい。例えば、棒状の半導体素子１０の長さは、１０ｎｍ～１００μｍとすることができる。また、例えば、第１導電型の半導体コア１１の直径は、２ｎｍ～２０μｍ、第１導電型の半導体シェル１２の厚さは、１ｎｍ～１μｍ、第２導電型の半導体シェル１３の厚さは、１ｎｍ～１μｍとすることができる。より好ましくは、棒状の半導体素子１０の長さは、５００ｎｍ～５０μｍ、第１導電型の半導体コア１１の直径は、１００ｎｍ～５μｍ、第１導電型の半導体シェル１２の厚さは、１０ｎｍ～５００ｎｍ、第２導電型の半導体シェル１３の厚さは、１０ｎｍ～５００ｎｍである。
　また、上記実施形態では、第１導電型の半導体シェル１２は、棒状の第１導電型の半導体コア１１の外周面の全面を覆っていたが、この発明では、第１導電型の半導体シェルは、棒状のコアの外周面の一部のみを覆うような構成であっても良い。例えば、第１導電型の半導体シェルは、図１を参照して、半導体コア１１の外周面において第２導電型の半導体シェル１３が覆わない外周面部、すなわち、半導体コア１１の他端部１９に対応する外周面を、覆わない構成であっても良い。
　棒状の半導体素子１０は、光電変換素子として機能させることができる。例えば、第１導電型の半導体コア１１および第１導電型の半導体シェル１２を、ｎ型シリコン、第２導電型の半導体シェル１３を、ｐ型シリコンとすればよい。このような素子を形成すれば、この素子に光を照射することにより起電力が生じることになるからである。また、光電変換素子である棒状の半導体素子１０は、光センサや太陽電池として用いることができる。
　棒状の半導体素子１０は、発光ダイオードとして機能させることができる。このためには、例えば、第１導電型の半導体コア１１および第１導電型の半導体シェル１２を、ｎ型ガリウムナイトライド、第２導電型の半導体シェル１３を、ｐ型ガリウムナイトライドとすればよい。あるいは、第１導電型の半導体コア１１および第１導電型の半導体シェル１２を、ｎ型ガリウム砒素、第２導電型の半導体シェル１３を、ｐ型ガリウム砒素としてもよい。このような素子を形成すると、その素子の第１導電型の半導体コア１１と、第２導電型の半導体シェル１３との間に順方向電圧を印加することにより、光を取り出すことができる。したがって、棒状の半導体素子１０を、発光ダイオードとして機能させることができる。発光ダイオードである棒状の半導体素子１０は、照明装置、バックライト、表示装置として用いることができる。
　本実施形態の半導体素子１０は、棒状の半導体素子であって、第１導電型の半導体コア１１と、第１導電型の半導体コア１１を覆うように形成された第１導電型の半導体シェル１２と、第１導電型の半導体シェル１２を覆うように形成された第２導電型の半導体シェル１３とを備えたことを特徴とする。
　このような構成により、棒状の半導体素子のコアとしての機能と、ＰＮ接合の片側としての機能を、第１導電型の半導体コア１１と、第１導電型の半導体シェル１２とに分担させることができる。したがって、第１導電型の半導体シェル１２と第２導電型の半導体シェル１３とで構成されるＰＮ接合の特性を良好に保ったまま、棒状の半導体素子の他の特性を向上させることができて、製造コストも低減することができる。
　また、ＰＮ接合の特性が向上することにより、例えば、半導体素子を光電変換素子として用いた場合は、変換効率を向上させることができ、半導体素子を発光ダイオードとして用いた場合は、発光効率を向上させることができる。ＰＮ接合の特性と同じく向上可能な特性の例および製造コストが低減できる理由は後述する。
　上記第１導電型の半導体コア１１において導電型を与える不純物濃度は、第１導電型の半導体シェル１２において導電型を与える不純物濃度より大きいことが好ましい。ここで、半導体に導電型を与える不純物としては、例えば、半導体がシリコンの場合は、ｎ型の導電型を与えるリンや砒素、ｐ型の導電型を与えるボロンなどがある。また、半導体に導電型を与える不純物としては、半導体がガリウムナイトライドの場合は、ｎ型の導電型を与えるシリコン、ｐ型の導電型を与えるマグネシウムなどがある。
　これにより、第１導電型の半導体シェル１２と第２導電型の半導体シェル１３で構成されるＰＮ接合の特性を向上することができるとともに、第１導電型の半導体コア１１の抵抗を十分に小さくすることできる。
　本実施の形態の半導体素子１０は、棒状の半導体素子であって、第１導電型の半導体コア１１の形状も細長いものであるから、第１導電型の半導体コア１１の抵抗を十分低く保つことが特に重要になる。
　仮に、第１導電型の半導体コアの抵抗が十分に低くない場合、第１導電型の半導体コア内で電圧降下が発生して、半導体素子の特性悪化の原因となるからである。そして、例えば、半導体素子が太陽電池である場合は、発電効率が悪化し、発光ダイオードである場合は、発光効率が、悪化する原因となるからである。
　ここで、一般には、半導体中の不純物濃度が高くなるにつれて、半導体の結晶性が悪化する傾向がある。上記実施形態によれば、第１導電型の半導体コア１１と、第１導電型の半導体シェル１２とを有しているから、棒状の半導体素子のコアとしての機能と、ＰＮ接合の片側としての機能を、それらの層で分担させることができて、第１導電型の半導体コア１１の抵抗を十分に低くすることができる。したがって、ＰＮ接合の特性と、第１導電型の半導体コア１１の導電性とを両立できるのである。
　詳しくは、第１導電型の半導体コア１１の抵抗率は、第１導電型の半導体シェル１２の抵抗率より小さいことが好ましい。ここで、この構成は、第１導電型の半導体コア１１において導電型を与える不純物濃度は、第１導電型の半導体シェル１２において導電型を与える不純物濃度より大きいことと同意である。したがって、第１導電型の半導体シェル１２と第２導電型の半導体シェル１３とで構成されるＰＮ接合の特性を向上することができるとともに、第１導電型の半導体コア１１の抵抗を十分に小さくすることが可能となるのである。
　尚、上記ＰＮ接合の特性と、第１導電型の半導体コア１１の導電性とが両立できるという効果は、第１導電型の半導体シェル１２の直径と長さの比が１：１０を超える場合に顕著となる。
　第１導電型の半導体シェル１２の結晶欠陥密度は、第１導電型の半導体コア１１の結晶欠陥密度より小さくすることが好ましい。これにより、第１導電型の半導体シェル１２と第２導電型の半導体シェル１３とで構成されるＰＮ接合の特性を向上することができるとともに、多様な製造方法が可能となり、または、必要となる装置や環境のグレードを低く抑え、製造コストを低減することが可能となる。なぜならば、第１導電型の半導体コア１１の結晶性を必要以上に高くする必要がなくなるためである。第１導電型の半導体コア１１を含めた、半導体素子１０の具体的な製造方法は後述する。
　尚、上記第１実施形態の半導体素子と、以下の実施形態で説明する半導体素子は、いずれも以下の共通した特徴を有している。すなわち、棒状の半導体素子であって、コアと、上記コアを覆うように形成された第１導電型の半導体シェルと、上記第１導電型の半導体シェルを覆うように形成された第２導電型の半導体シェルを備えている。上記コアは第１導電型の半導体からなっていてもよい。
　ここで、上記特徴は、上記第１導電型の半導体シェルもコアの一部とみなすと、次のように言い換えることもできる。すなわち、棒状の半導体素子であって、インナーコアと、そのインナーコアを覆うように形成された第１導電型の半導体アウターコアとからなる２層構造のコアと、その２層構造のコアを覆うように形成された第２導電型の半導体シェルとを備えている。上記インナーコアは第１導電型の半導体からなっていてもよい。以上、本実施形態の半導体素子が共通して有する特徴を、２つの異なる言い方で述べたが、実質は同じことを述べているに過ぎない。尚、上記第１実施形態およびこれ以降の実施形態では、前者の用語で統一して説明を行っている。
　（第２実施形態）
　図３は、本発明の第２実施形態の半導体素子２０の長手方向の断面図である。
　図３に示すように、この半導体素子２０では、第１導電型の半導体シェル２２は、棒状の第１導電型の半導体コア２１の側面の全面（棒状の第１導電型の半導体コア２１の外周面の全面）および一端を覆っている。
　また、第２導電型の半導体シェル２３は、第１導電型の半導体シェル２２の側面の全面（第１導電型の半導体シェル２２の外周面の全面）および一端を覆っている。
　上記半導体素子２０が、図１および図２に示第１実施形態の半導体素子１０と異なる点は、第２導電型の半導体シェル２３が、第１導電型の半導体シェル２２の表面の他端以外の部分の全てを覆っていることである。そのため、第１導電型の半導体コア２１に電極を接続しようとする場合は、半導体素子２０の他端（図３における半導体素子２０の左側）で第１導電型の半導体コア２１が露出した部分に電極を接続するか、第２導電型の半導体シェル２３の一部を除去して第１導電型の半導体シェル２２を露出させ、この露出した部分に電極を接続する必要がある。半導体素子２０を構成する具体的な材料、大きさ、用途、得られる効果等は、第１実施形態の半導体素子１０と同様である。
　（第３実施形態）
　図４は、本発明の第３実施形態の半導体素子３０の長手方向の断面図である。
　図４に示すように、この半導体素子３０は、棒状のコア３１の側面および一端を、第１導電型の半導体シェル３２が覆っている。更に、第１導電型の半導体シェル３２の表面を、第２導電型の半導体シェル３３が覆っている。半導体素子３０が、図１および図２に示す第１実施形態の半導体素子１０と異なる点は、棒状のコア３１と第１導電型の半導体シェル３２の材質が異なる点である。
　第１導電型の半導体シェル３２の結晶欠陥密度は、棒状のコア３１の結晶欠陥密度より小さなことが好ましい。これにより、棒状の半導体素子のコアとしての機能と、ＰＮ接合の片側としての機能を、棒状のコアと、第１導電型の半導体シェルとで分担することができる。それゆえ、第１導電型の半導体シェルと、第２導電型の半導体シェルとで構成されるＰＮ接合の特性を良好に保ったまま、棒状の半導体素子の他の特性も同時に向上し、または、製造のコストを低減することが可能となる。ＰＮ接合の特性が向上することにより、例えば、半導体素子を光電変換素子として用いた場合は、変換効率が向上し、半導体素子を発光ダイオードとして用いた場合は、発光効率が向上する。ＰＮ接合の特性とともに向上可能な特性の例、および、製造コストが低減できる理由は後述する。
　棒状のコア３１と第１導電型の半導体シェル３２の材質の組み合わせとしては、例えば、棒状のコア３１の材料としてＧａＮを、第１導電型の半導体シェル３２の材料としてｎ型のシリコンを選ぶことができる。また、この場合、第２導電型の半導体シェル３３には、ｐ型のシリコンを用いればよい。この場合、棒状のコア３１のヤング率は、第１導電型の半導体シェルよりも大きいので、半導体素子３０の剛性を向上しつつ、良好なＰＮ特性を得ることができるからである。
　後述するように、半導体素子を成長した基板から切り離し、他の基板へ配列する場合は、液体に浸された半導体素子を乾燥する際に、液体の表面張力により半導体素子が曲がる場合がある。上記構成はこのような場合に効果を発揮する。
　棒状のコア３１の材質と、第１導電型の半導体シェル３２の材質との他の組合せとしては、例えば、棒状のコア３１の材料としてサファイアを、第１導電型の半導体シェル３２の材料としてｎ型のガリウムナイトライドを選ぶことができる。また、この場合、第２導電型の半導体シェル３３には、ｐ型のガリウムナイトライドを選ぶことができる。この場合は、棒状のコアを高価なガリウムナイトライドからより安価なサファイアとすることができるので、良好なＰＮ特性を保ちつつ、製造コストを低減することができる。
　棒状のコア３１の材質と、第１導電型の半導体シェル３２の材質との他の組合せとしては、棒状のコア３１の材料としてＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy）法で成長した無ドープのガリウムナイトライドを、第１導電型の半導体シェル３２の材料として低結晶欠陥のｎ型のガリウムナイトライドを選ぶことができる。また、この場合、第２導電型の半導体シェル３３には、ｐ型のガリウムナイトライドを用いることができる。この場合は、結晶欠陥が多いものの比較的高速に成長できるＨＶＰＥ法により棒状のコア３１を形成し、第１導電型の半導体シェル３２は低結晶欠陥のｎ型のガリウムナイトライドとするため、良好なＰＮ特性を保ちつつ、製造コストを低減することができるからである。尚、この実施形態では、棒状のコア３１が、第１導電型の半導体コアではなかったが、この発明では、棒状のコアを、第１導電型の半導体コアで構成して、かつ、第１導電型の半導体シェルを、上記第１導電型の半導体コアと異なる材質で構成し、かつ、第１導電型の半導体シェルの結晶欠陥密度が、上記第１導電型の半導体コアの結晶欠陥密度よりも小さくなるように構成しても良い。
　（第４実施形態）
　図５は、本発明の第４実施形態の半導体素子４０の長手方向の断面図である。
　図５に示すように、この半導体素子４０は、棒状の第１導電型の半導体コア４１の側面および一端を、第１導電型の半導体シェル４２が覆っている。そして、第１導電型の半導体シェル４２の表面を、発光層４４が覆っている。更に、発光層４４の表面を、第２導電型の半導体シェル４３が覆っている。
　第１導電型の半導体シェル４２、発光層４４および第２導電型の半導体シェル４３は、第１導電型の半導体コア４１の表面全てを覆っておらず、第１導電型の半導体シェル４２、発光層４４および第２導電型の半導体シェル４３は、棒状の第１導電型の半導体コア４１の他端部４９を覆わない構成になっている。この半導体素子４０は、発光ダイオードとして機能するようになっている。
　この半導体素子４０が、図１および図２に示す第１実施形態の半導体素子１０と異なる点は、第１導電型の半導体シェル４２が棒状の第１導電型の半導体コア４１の全側面を覆っていない点と、第１導電型の半導体シェル４２と、第２導電型の半導体シェル４３との間に発光層４４が形成されている点である。このように第１導電型の半導体シェル４２と、第２導電型の半導体シェル４３との間に発光層４４を設けることにより、発光ダイオードである半導体素子４０の発光効率を向上させることができる。
　棒状の第１導電型の半導体コア４１において導電型を与える不純物濃度は、第１導電型の半導体シェル４２において導電型を与える不純物濃度より大きいことが好ましい。もしくは、棒状の第１導電型の半導体コア４１の抵抗率は、第１導電型の半導体シェル４２の抵抗率より小さいことが好ましい。そのようにすると、棒状の第１導電型の半導体コア４１上に形成される発光層４４の結晶性を向上させて発光効率を向上させることができるとともに、棒状の第１導電型の半導体コア４１の抵抗を十分に小さくして発光層４４の全面において均一に発光させることができるからである。
　棒状の第１導電型の半導体コア４１を構成する物質のバンドギャップは、発光層４４を構成する物質のバンドギャップよりも大きいことが好ましい。具体的には、例えば、棒状の第１導電型の半導体コア４１をｎ型ＧａＮとし、発光層４４をＩｎＧａＮとすることができる。また、第１導電型の半導体シェル４２および第２導電型の半導体シェル４３は、それぞれｎ型ＧａＮおよびｐ型ＧａＮとすることができる。なお、棒状の第１導電型の半導体コア４１の代わりに、サファイアなどからなる棒状のコアを用いてもよい。この場合でも、ＩｎＧａＮからなる発光層のバンドギャップよりも、サファイアのバンドギャップの方が大きくなっている。
　このような構成とすることにより、発光層４４で発生した光が、棒状のコア４１または第１導電型の半導体シェル４２で吸収されることがないため、発光ダイオードの発光効率を高くすることができる。
　なお、第２導電型の半導体シェル４３の表面に、更にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明電極を形成することが好ましい。これにより、第２導電型の半導体シェル４３の全面に同じ電位を印加することができるので、発光ムラを低減して発光効率を向上することができると共に、発光した光が当面電極を通過するため、効率よく光を取り出すことができるからである。
　図６～図１４は、上記第４実施形態の半導体素子の製造方法の一例を説明するための図であり、その半導体素子を形成する手順の一例を示す図である。
　尚、上記第１実施形態の半導体素子（図１および図２参照）および第２実施形態の半導体素子（図３参照）は、以下に示す手順において、コアの材料またはシェルの形成回数を変えることにより、同様に形成することが可能である。
　また、ここでは、例としてガリウムナイトライドからなる半導体素子を形成する手順を示すが、他の材料からなる半導体素子も同様の手順で形成することができる。
　まず、図６に示すように、サファイア基板６１を準備する。
　次に、図７に示すように、開口部が設けられたシリコン酸化膜６２を、サファイア基板６１上に形成する。具体的には、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、サファイア基板６１上に、例えば１μｍの厚さでシリコン酸化膜６２を成膜し、その後、フォトリソグラフィ工程により、シリコン酸化膜６２に例えば１μｍの大きさの開口部をパターニングして、サファイア基板６１表面の一部を露出させるようにする。
　次に、図８に示すように、ニッケルからなる金属触媒粒６３を、シリコン酸化膜６２の開口部であって、サファイア基板６１が露出した部分に形成する。具体的には、パターニングされたシリコン酸化膜６２が形成されたサファイア基板６１上の全面に、例えば、３ｎｍの膜厚を有するニッケルをスパッタにより成膜し、９００℃程度の温度でアニールすることにより、ニッケルを凝集させるようにする。
　次に、図９に示すように、シリコン酸化膜６２の開口部に対応する露出したサファイア基板６１上に、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）装置を用いて、例えば１０μｍの長さを有するｎ型ＧａＮを結晶成長させて、棒状の第１導電型の半導体コア６４を形成する（コア形成工程）。
　成長温度を８５０℃程度の温度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）を使用し、ｎ型不純物供給用にシラン(ＳｉＨ４)を、さらに、キャリアガスとして水素(Ｈ２)を供給することによって、Ｓｉを不純物としたｎ型ＧａＮの半導体コアを、成長させることができる。ｎ型ＧａＮからなる棒状の第１導電型の半導体コア６４を形成した後は、ウェットエッチングによりニッケルからなる金属触媒粒６３を除去することが好ましい。
　ここで、ｎ型ＧａＮからなる棒状の第１導電型の半導体コア６４を成長したサファイア基板６１を、ｎ型ＧａＮからなる棒状の第１導電型の半導体コア６４を成長した温度より高い温度でアニール処理することが好ましい。アニール温度としては、例えば、８５０℃より高く、かつ、１２００℃以下である温度を採用することができる。
　このようにアニール処理を行うことにより、ｎ型ＧａＮからなる棒状の第１導電型の半導体コア６４の結晶欠陥を回復でき、第１導電型の半導体コア６４の結晶性を改善することができる。そのため、この後に行う第１のシェル形成工程で成膜するｎ型ＧａＮ膜からなる第１導電型の半導体シェル６５の結晶性を更に向上することができる。
　次に、図１０に示すように、ｎ型ＧａＮからなる棒状の第１導電型の半導体コア６４の側面および上面に、例えば２００ｎｍの厚さでｎ型ＧａＮ膜からなる第１導電型の半導体シェル６５を形成する（第１のシェル形成工程）。このｎ型ＧａＮ膜からなる第１導電型の半導体シェル６５は、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、例えば、９００℃で形成することができる。このｎ型ＧａＮ膜はシリコン酸化膜６２上に成膜されてもよく、後に、必要に応じて非等方性のドライエッチングによりシリコン酸化膜６２上のｎ型ＧａＮ膜を除去するようにしても良い。
　このように、ｎ型ＧａＮからなる棒状の第１導電型の半導体コア６４の側面および上面に、改めてｎ型ＧａＮ膜からなる第１導電型の半導体シェル６５を形成することにより、均一で結晶性のよいｎ型ＧａＮ結晶を表面に露出させることができる。
　次に、図１１に示すように、ｎ型ＧａＮ膜からなる第１導電型の半導体シェル６５の側面および上面に、例えば５ｎｍの厚さでＩｎＧａＮ膜からなる発光層６６を形成する。このＩｎＧａＮ膜からなる発光層６６は、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、例えば、成長温度を７５０℃程度に設定し、成長ガスとしてＴＭＧ、ＮＨ３およびトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を使用し、キャリアガスとしてＨ２を供給することによって成長させることができる。
　このＩｎＧａＮ膜からなる発光層６６は、ＧａＮ膜またはＡｌＧａＮ膜をブロック層として複数層積層し、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）としてもよい。このＩｎＧａＮ膜は、シリコン酸化膜６２上に成膜されてもよく、後に、必要に応じて非等方性のドライエッチングによりシリコン酸化膜６２上のＩｎＧａＮ膜を除去するようにしても良い。
　次に、図１２に示すように、ＩｎＧａＮ膜からなる発光層６６の側面および上面に、例えば１００ｎｍの厚さでｐ型ＧａＮ膜からなる第２導電型の半導体シェル６７を形成する（第２のシェル形成工程）。このｐ型ＧａＮ膜からなる第２導電型の半導体シェル６７は、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、成長温度を例えば８００℃程度に設定し、成長ガスとしてＴＭＧ、ＮＨ３を使用し、ｐ型不純物として、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を供給し、さらにキャリアガスとしてＨ２を供給することによって、上記側面および上面に成長させることができる。
　次に、図１３に示すように、シリコン酸化膜６２をフッ化水素酸（ＨＦ）によるウェットエッチングで除去する。これにより、ｎ型ＧａＮ膜からなる第１導電型の半導体シェル６５の一部が露出する。
　次に、図１４に示すように、サファイア基板６１と、その表面上に形成した棒状の構造物とを水などの液体中に浸し、超音波を照射することにより、棒状の構造物を基板から切り離す（半導体素子切り離し工程）。このようにして、切り離された個々の棒状の構造物、すなわち、発光ダイオードの機能を有する半導体素子６０を製造する。
　尚、棒状の第１導電型の半導体コアおよび第１導電型の半導体シェルとしてｎ型のシリコンを成長させ、発光層を形成せず、第２導電型の半導体シェルとしてｐ型シリコンを成長させれば、光電変換素子の機能を有する半導体素子を形成することができる。
　上記実施形態の棒状の半導体素子の製造方法によれば、基板６１上に棒状のコア６４を形成するコア形成工程と、棒状のコア６４を形成した後、第１導電型の半導体シェル６５で覆う第１のシェル形成工程と、第１導電型のシェル６５を形成した後、第２導電型の半導体シェル６７で覆う第２のシェル形成工程とを備えている。
　したがって、棒状の半導体コア６４を形成した後に、第１導電型の半導体シェル６５を形成するので、第１導電型の半導体シェル６５の表面には均一で結晶性のよい第１導電型の半導体が露出する。したがって、第１導電型の半導体シェル６７上に形成される発光層６６の結晶性を向上させることができる。
　尚、発光層を形成しない場合には、第１導電型の半導体シェルの表面には均一で結晶性のよい第１導電型の半導体が露出するから、その後に、第１導電型の半導体シェルを覆うように形成される第２導電型の半導体シェルと、その第１導電型の半導体シェルとで良好な特性を持つＰＮ接合を得ることができる。
　また、上記棒状のコア６４は、第１導電型の半導体シェル６５の形成に先立って第１導電型の半導体シェル６５と独立して別途形成されているので、第１導電型の半導体シェル６５と無関係に形成されることができる。したがって、棒状の半導体素子のコア６４を、棒状の半導体素子のコアとしての機能を果たすのにふさわしい性質を有するように形成できる。
　したがって、棒状の半導体素子のコアとしての機能と、ＰＮ接合の片側としての機能を、第１導電型の半導体コア６４と、第１導電型の半導体シェル６５とで分担することができる。それゆえ、第１導電型の半導体シェル６５と第２導電型の半導体シェル６７とで構成されるＰＮ接合の特性を良好に保ったまま、棒状の半導体素子の他の特性を向上させることができて、さらに、製造コストを低減することが可能となる。ＰＮ接合の特性が向上することにより、例えば、半導体素子を光電変換素子として用いた場合は、変換効率が向上し、半導体素子を発光ダイオードとして用いた場合は、発光効率が向上する。
　また、この方法（手順）によれば、上記コア形成工程は、基板６１上に棒状のコア６４を成長させることによりなされる。この手順では、基板６１と棒状のコア６４は、棒状のコア６４の断面積と同じ面積で接することとなる。棒状のコア６４の直径はナノスケールからマイクロスケールであって、上記断面積は小さいから、基板６１上に棒状のコア６４を密度高く形成できる。
　また、この方法によれば、棒状のコア６４は基板６１上に離散的に形成されている。それゆえ、基板６１を構成する物質と、棒状のコア６４を構成する物質の格子定数のミスマッチによる基板６１の反りを抑制することができる。それゆえ、半導体素子を形成するプロセスにおけるフォトリソグラフィ工程の精度を向上することができて、半導体素子の歩留まりを向上するのが容易となる。
　また、この方法によれば、上記コア形成工程の後であって、上記第１のシェル形成工程の前に、上記コア６４を形成する温度よりも高温のアニール処理を行っているから、棒状のコア６４の結晶欠陥を回復して、棒状のコア６４の結晶性を改善できる。したがって、その後に形成される第２導電型の半導体シェル６７や、発光層６６の結晶性を更に改善することができる。尚、この発明では、上記第１のシェル形成工程の前に、上記コアを形成する温度よりも高温のアニール処理を行わなくても良い。
　ところで、ｎ型ＧａＮからなる棒状の第１導電型の半導体コア６４に導電型を与える半導体コア６４の不純物濃度は、ｎ型ＧａＮ膜からなる第１導電型の半導体シェル６５に導電型を与える半導体シェル６５の不純物濃度より大きいことが好ましい。もしくは、ｎ型ＧａＮからなる棒状の第１導電型の半導体コア６４の抵抗率は、ｎ型ＧａＮ膜からなる第１導電型の半導体シェル６５の抵抗率より小さいことが好ましい。
　このようにすれば、ｎ型ＧａＮ膜からなる第１導電型の半導体シェル６５上に形成されるＩｎＧａＮ膜からなる発光層６６の結晶性を向上させることができて、発光効率を向上させることができると共に、ｎ型ＧａＮからなる棒状の第１導電型の半導体コア６４の抵抗を十分に小さくすることができるからである。
　また、棒状の第１導電型の半導体コア６４を構成する物質のバンドギャップは、発光層６６を構成する物質のバンドギャップよりも大きいことが好ましい。このような条件を満たすことにより、発光層６６で発生した光が、棒状のコア６４または第１導電型の半導体シェル６５で吸収されることがないため、発光ダイオードの発光効率を高くすることができるからである。上記の例では、棒状の第１導電型の半導体コア６４は、ｎ型ＧａＮからなり、発光層６６は、ＩｎＧａＮからなるため、上記条件を満たしている。
　図１５～図１７は、第４実施形態の半導体素子を製造することができる他の手順を説明する図である。
　本変形例が、図６～図１４に示した手順と異なるのは、棒状の第１導電型の半導体コアを成長させる際に金属触媒粒を用いない点のみである。本変形例の説明では、上記方法と同様の手続きは、原則説明を省略する。
　まず、図１５に示すように、開口部が設けられたシリコン酸化膜７２を、サファイア基板７１上に形成する。これは、図７で説明した手続きと全く同様である。
　次に、図１６に示すように、シリコン酸化膜７２の開口部に対応する露出したサファイア基板７１上に、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、例えば、１０μｍの長さのｎ型ＧａＮを結晶成長させて、棒状の第１導電型の半導体コア７４を形成する（コア形成工程）。この際に、金属触媒粒を用いないので、結晶成長は、１０５０℃程度の比較的に高い温度で行う必要がある。
　次に、図１７に示すように、ｎ型ＧａＮからなる棒状の第１導電型の半導体コア７４の側面および上面に、例えば、２００ｎｍの厚さでｎ型ＧａＮ膜からなる第１導電型の半導体シェル７５を形成する（第１のシェル形成工程）。
　以下の工程は、図１１～図１４に示した手順と全く同様である。
　この変形例では、棒状の第１導電型の半導体コア７４を成長させる際に金属触媒粒を用いないので、金属による汚染がなく、棒状の第１導電型の半導体コア７４を改善することができる。したがって、棒状の第１導電型の半導体コア７４上に形成される第１導電型の半導体シェル７５や第２導電型の半導体シェルの結晶性をさらに向上させることが可能となる。
　（第５実施形態）
　図１８は、本発明の第５実施形態の半導体素子５０の長手方向の断面図である。
　図１８に示すように、この半導体素子５０は、棒状の第１導電型の半導体コア５１の側面および一端を、第１導電型の半導体シェル５２が覆っている。そして、第１導電型の半導体シェル５２の表面を、発光層５４が覆っている。更に、発光層５４の表面を、第２導電型の半導体シェル５３が覆っている。半導体素子５０が、図５に示す半導体素子４０と異なる点は、第１導電型の半導体シェル５２、発光層５４および第２導電型の半導体シェル５３が、第１導電型の半導体シェル５２の他端の端面以外の全ての表面を覆っていることである。そのため、第１導電型の半導体コア５１に電極を接続しようとする場合は、半導体素子５０の他端（図１８では半導体素子５０の左側）で第１導電型の半導体コア５１が露出した部分に電極を接続するか、第２導電型の半導体シェル５３および発光層５４の一部を除去して第１導電型の半導体シェル５２を露出させ、この露出した部分に電極を接続する必要がある。この半導体素子５０を構成する具体的な材料、大きさ、用途、得られる効果等は、第４実施形態の半導体素子４０と同様である。
　図１９～図２３は、上記第５実施形態の半導体素子（図１８参照）の製造方法の一例を説明するための図であり、その半導体素子を形成する手順の一例を示す図である。
　尚、第２実施形態の半導体素子（図３参照）は、以下に説明する方法においてシェルの形成回数を変えることにより、以下に説明する方法と同様の方法により形成されることができる。
　ここでは、例としてガリウムナイトライドからなる半導体素子を形成する手順を示すが、他の材料からなる半導体素子も、以下に説明する手順と同様の手順により形成されることができる。
　まず、図１９に示すように、サファイア基板８１の表面上にｎ型ＧａＮ膜８２を形成する。ここで、ｎ型ＧａＮ膜８２は、例えば、ＭＯＣＶＤ装置で形成されることができ、例えば１０μｍの厚さに成膜されることができる。
　次に、図２０に示すように、ｎ型ＧａＮ膜８２にシリコン酸化膜を堆積し、フォトリソグラフィ工程によりパターニングしてシリコン酸化膜からなるハードマスク８３を形成する。シリコン酸化膜は、例えばＣＶＤ法により、１μｍの厚さで堆積されることができ、また、シリコン酸化膜からなるハードマスク８３は、例えば、厚さ方向に垂直な断面において、直径１μｍの円形、三角形、四角形、六角形などで構成されることができる。
　次に、図２１に示すように、シリコン酸化膜からなるハードマスク８３をマスクとして、非等方的なドライエッチングによって、ｎ型ＧａＮ膜をエッチングし、ｎ型ＧａＮからなる棒状の第１導電型の半導体コア８４を形成する（コア形成工程）。シリコン酸化膜からなるハードマスク８３の形状を変えることにより、棒状の第１導電型の半導体コア８４の断面形状を自由に変えることができる。したがって、例えば、ｎ型ＧａＮ膜８２の表面が、ｃ面となるように成長させておけば、シリコン酸化膜からなるハードマスク８３を三角形とすることにより、棒状の第１導電型の半導体コア８４の全ての側面を非極性面（ａ面やｍ面）とすることができる。
　ここで、ｎ型ＧａＮからなる棒状の第１導電型の半導体コア８４を形成したサファイア基板８１をアニール処理することが好ましい。アニール温度は、例えば、７００℃～１２００℃とすることができる。これにより、ｎ型ＧａＮからなる棒状の第１導電型の半導体コア８４の結晶欠陥を回復して、半導体コア８４の結晶性を改善することができる。したがって、この後に行う第１のシェル形成工程で成膜するｎ型ＧａＮ膜からなる第１導電型の半導体シェルの結晶性を更に向上することができる。
　あるいは、ｎ型ＧａＮからなる棒状の第１導電型の半導体コア８４を形成したサファイア基板８１を、例えば、１５０℃の熱リン酸に浸して、上記コア形成工程のエッチングにより生じた結晶欠陥層を選択的に除去することができる。この場合も、ｎ型ＧａＮからなる棒状の第１導電型の半導体コア８４の結晶欠陥を回復して、半導体コア８４の結晶性を改善することができる。したがって、この後に行う第１のシェル形成工程で成膜するｎ型ＧａＮ膜からなる第１導電型の半導体シェルの結晶性を更に向上することができる。
　次に、図２２に示すように、ｎ型ＧａＮからなる棒状の第１導電型の半導体コア８４の側面および上面に、例えば２００ｎｍの厚さでｎ型ＧａＮ膜からなる第１導電型の半導体シェル８５を形成する（第１のシェル形成工程）。このように、ｎ型ＧａＮからなる棒状の第１導電型の半導体コア８４の側面および上面に、改めてｎ型ＧａＮ膜からなる第１導電型の半導体シェル８５を形成することにより、均一で結晶性のよいｎ型ＧａＮ結晶を表面に露出させることができる。特に、本方法（手順）では、ｎ型ＧａＮからなる棒状の第１導電型の半導体コア８４が、エッチングにより形成されているため、エッチングダメージを受けている。したがって、ｎ型ＧａＮ膜からなる第１導電型の半導体シェル８５を形成することにより、第１導電型の半導体表面の結晶欠陥を減らす効果が大きくなる。
　その後、ｎ型ＧａＮ膜からなる第１導電型の半導体シェル８５の側面および上面に、例えば５ｎｍの厚さでＩｎＧａＮ膜からなる発光層８６を形成する。更に、ＩｎＧａＮ膜からなる発光層８６の側面および上面に、例えば１００ｎｍの厚さでｐ型ＧａＮ膜からなる第２導電型の半導体シェル８７を形成する（第２のシェル形成工程）。棒状の第１導電型の半導体コア８４、ＩｎＧａＮ膜からなる発光層８６およびｐ型ＧａＮ膜からなる第２導電型の半導体シェル８７の形成条件は、第４実施形態の半導体素子を形成する手順におけるものと同様でよい。
　次に、図２３に示すように、サファイア基板８１とその表面上に形成した棒状の構造物を水などの液体中に浸し、超音波を照射することにより、棒状の構造物を基板から切り離す（半導体素子切り離し工程）。このようにして、個々の棒状の構造物、すなわち、発光ダイオードの機能を有する半導体素子８０を形成する。
　尚、棒状の第１導電型の半導体コアおよび第１導電型の半導体シェルとしてｎ型のシリコンを成長させ、発光層を形成せずに第２導電型の半導体シェルとしてｐ型シリコンを成長させれば、光電変換素子の機能を有する半導体素子を形成することができる。
　上記棒状の半導体素子を形成する方法（手順）によれば、基板８１上に棒状のコア８４を形成するコア形成工程と、上記棒状のコア８４を形成した後、第１導電型の半導体シェル８５で覆う第１のシェル形成工程と、第１導電型のシェル８５を形成した後、第１導電型のシェル８５を直接または間接的に第２導電型の半導体シェル８７で覆う第２のシェル形成工程とを備えている。
　ここで、このような方法により、棒状の半導体コア８４を形成した後に、第１導電型の半導体シェル８５を形成すれば、第１導電型の半導体シェル８５の表面に、均一で結晶性のよい第１導電型の半導体を露出させることができる。したがって、第１導電型の半導体シェル８５上に形成される発光層８６の結晶性を向上させることができる。
　尚、棒状の半導体コアを形成した後に、第１導電型の半導体シェルを形成すれば、第１導電型の半導体シェルの表面に、均一で結晶性のよい第１導電型の半導体を露出させることができる。したがって、第１導電型の半導体シェル上に発光層を形成しない場合には、第１導電型の半導体シェルと、第１導電型の半導体シェルを覆うように形成される第２導電型の半導体シェルとで、良好な特性を持つＰＮ接合を得ることができる。
　また、上記棒状のコアは、第１導電型の半導体シェルの形成に先立って別途形成されているので、棒状の半導体素子のコアを、棒状の半導体素子のコアとしての機能を果たすのにふさわしい性質を有するように形成できる。したがって、棒状の半導体素子のコアとしての機能と、ＰＮ接合の片側としての機能を、第１導電型の半導体コアと、第１導電型の半導体シェルとで分担することができる。それゆえ、第１導電型の半導体シェルと第２導電型の半導体シェルとで構成されるＰＮ接合の特性を良好に保ったまま、棒状の半導体素子の他の特性を向上でき、または、製造のコストを低減することが可能となる。したがって、ＰＮ接合の特性が向上することにより、例えば、半導体素子を光電変換素子として用いた場合は、変換効率が向上し、半導体素子を発光ダイオードとして用いた場合は、発光効率が向上する。
　また、この手順によれば、上記コア形成工程は、コアを構成する物質からなる基板表面の一部をエッチングすることによりなされる。この手順では、フォトリソグラフィにより棒状のコアの断面形状を自由に変えることが可能となる。したがって、例えば、棒状のコアの側面の結晶方位を好ましいものにできて、半導体素子の特性を向上させることが可能となる。
　また、上記コア形成工程の後であって、上記第１のシェル形成工程の前に、アニール処理を行なうことが好ましい。これにより、棒状のコアの結晶欠陥を回復して、結晶性を改善することができる。そのため、この後に行う第１のシェル形成工程で成膜する第１導電型の半導体シェルの結晶性を更に向上させることができる。
　あるいは、上記コア形成工程の後であって、上記第１のシェル形成工程の前に、コア形成工程で形成されたコアの一部をウェットエッチングにより除去することが好ましい。これによってもまた、棒状のコアの結晶欠陥を回復して、棒状のコアの結晶性を改善することができるからである。そのため、この後に行う第１のシェル形成工程で成膜する第１導電型の半導体シェルの結晶性を更に向上させることができる。
　ところで、上記コア形成工程の後であって、上記第１のシェル形成工程の前に、上記コアを形成する温度よりも高温のアニール処理を行なうことが好ましい。それにより、棒状のコアの結晶欠陥を回復して、棒状のコアの結晶性を改善できるので、その後に形成される第２導電型の半導体シェルや発光層の結晶性を更に改善することができる。
　ところで、ｎ型ＧａＮからなる棒状の第１導電型の半導体コア８４に導電型を与える半導体コア８４の不純物濃度は、ｎ型ＧａＮ膜からなる第１導電型の半導体シェル８５に導電型を与える半導体シェル８５の不純物濃度より大きいことが好ましい。もしくは、ｎ型ＧａＮからなる棒状の第１導電型の半導体コア８４の抵抗率は、ｎ型ＧａＮ膜からなる第１導電型の半導体シェル８５の抵抗率より小さいことが好ましい。これにより、ｎ型ＧａＮ膜からなる第１導電型の半導体シェル８５上に形成されるＩｎＧａＮ膜からなる発光層８６の結晶性が向上し、発光効率が向上するとともに、ｎ型ＧａＮからなる棒状の第１導電型の半導体コア８４の抵抗を十分に小さくすることができるからである。
　また、棒状の第１導電型の半導体コア８４を構成する物質のバンドギャップは、発光層８６を構成する物質のバンドギャップよりも大きいことが好ましい。このような条件を満たすことにより、発光層８６で発生した光が棒状のコアまたは第１導電型の半導体コアで吸収されることがないため、発光ダイオードの発光効率を高くすることができる。上記の例では、棒状の第１導電型の半導体コア８４は、ｎ型ＧａＮからなり、発光層８６は、ＩｎＧａＮからなるため、上記条件を満たしている。
　（第６実施形態）
　図２４は、本発明の第６実施形態の太陽電池の断面図である。
　この太陽電池は、本発明の一実施形態の半導体素子１５０を複数備えている。詳しくは、この太陽電池１００は、サファイア基板１０１上に、下部電極となるｎ型シリコン層１０２が形成されている。また、ｎ型シリコン層１０２上には、開口部が設けられたシリコン酸化膜１０３が形成されている。棒状のｎ型シリコンからなる第１導電型の半導体コア１０４の一部は、開口部に充填されている。上記半導体コア１０４は、開口部から直立している。上記半導体コア１０４は、下部電極となるｎ型シリコン層１０２と電気的に接続されている。ｎ型シリコンからなる第１導電型の半導体コア１０４の側面および上面には、ｎ型シリコン膜からなる第１導電型の半導体シェル１０５と、ｐ型シリコン膜からなる第２導電型の半導体シェル１０６が、この順で積層されている。上記半導体シェル１０５および半導体シェル１０６は、半導体コア１０４の側面および上面を覆っている。
　棒状のｎ型シリコンからなる第１導電型の半導体コア１０４、ｎ型シリコン膜からなる第１導電型の半導体シェル１０５およびｐ型シリコン膜からなる第２導電型の半導体シェル１０６とで、光電変換素子の機能を有する半導体素子１５０を構成している。
　複数の半導体素子１５０は、サファイア基板１０１上に離散的に形成されており、複数の半導体素子１５０の隙間および上方には、ＩＴＯからなる透明電極１０７が充填されている。また、上記透明電極１０７上の一部には、上部電極となる金属電極１０９が形成されている。
　棒状のｎ型シリコンからなる第１導電型の半導体コア１０４の直径は、例えば、５００ｎｍとすることができる。また、ｎ型シリコン膜からなる第１導電型の半導体シェル１０５の厚さは、例えば、２００ｎｍとすることができる。また、ｐ型シリコン膜からなる第２導電型の半導体シェル１０６の厚さは、例えば、２００ｎｍとすることができる。
　棒状のｎ型シリコンからなる第１導電型の半導体コア１０４にｎ型を与えるリン原子の濃度は、例えば、１×１０１９個ｃｍ－３とすることができる。また、ｎ型シリコン膜からなる第１導電型の半導体シェル１０５にｎ型を与えるリン原子の濃度は、例えば、１×１０１７個ｃｍ－３とすることができる。尚、このとき、棒状のｎ型シリコンからなる第１導電型の半導体コア１０４の抵抗率は、６×１０－３Ωｃｍとなり、ｎ型シリコン膜からなる第１導電型の半導体シェル１０５の抵抗率は、９×１０－２Ωｃｍとなる。
　上記ｎ型シリコン膜からなる第１導電型の半導体シェル１０５の結晶欠陥密度は、棒状のｎ型シリコンからなる第１導電型の半導体コア１０４の結晶欠陥よりも小さくなっている。したがって、この太陽電池は、ｎ型シリコン膜からなる第１導電型の半導体シェル１０５と、ｐ型シリコン膜からなる第２導電型の半導体シェル１０６とで構成されるＰＮ接合の電気特性を良好に保つことができるから、棒状のｎ型シリコンからなる第１導電型の半導体コア１０４の電気抵抗を小さくすることできて、太陽電池の変換効率を向上させることができる。
　図２５～図２８は、上記第６実施形態の太陽電池の製造方法の一例を説明するための図であり、その太陽電池を形成する手順の一例を示す図である。
　まず、図２５を参照して、サファイア基板１０１を準備する。
　次に、図２６に示すように、サファイア基板１０１上に、ｎ型のシリコン層（膜）１０２をＣＶＤ法により、例えば２００ｎｍの厚さでエピタキシャル成長させる。
　次に、図２７に示すように、ｎ型のシリコン層１０２上に、開口部を設けたシリコン酸化膜１０３を形成し、ｎ型シリコンからなる棒状の第１導電型の半導体コア１０４をＣＶＤ法により開口部から成長させる（コア成長工程）。ｎ型シリコンからなる棒状の第１導電型の半導体コア１０４を成長させる際、成長を促進させるため、金からなる触媒金属粒を開口部に形成しておいてもよい。
　その後、ｎ型シリコンからなる棒状の第１導電型の半導体コア１０４の側面および上面に、ｎ型シリコンからなる第１導電型の半導体シェル１０５を形成する（第１のシェル形成工程）。そして、ｎ型シリコンからなる第１導電型の半導体シェル１０５の側面および上面に、ｐ型シリコンからなる第２導電型の半導体シェル１０６を形成する（第２のシェル形成工程）。
　ここで、棒状のｎ型シリコンからなる第１導電型の半導体コア１０４、ｎ型シリコン膜からなる第１導電型の半導体シェル１０５およびｐ型シリコン膜からなる第２導電型の半導体シェル１０６とで、光電変換素子の機能を有する半導体素子１５０を構成している。
　次に、図２８に示すように、複数の半導体素子１５０の間および上方を埋めるように、スパッタ法またはＣＶＤ法でＩＴＯ層からなる透明電極１０７を形成する。そして、透明電極１０７の上に金属層をパターニングして上部電極となる金属電極１０９を形成して、太陽電池１００が完成する。本実施形態の太陽電池は、光電変換素子の機能を有する本発明の一実施形態の半導体素子１５０を備えている。それゆえ、太陽電池の変換効率を向上させることができるのである。
　（第７実施形態）
　図２９は、本発明の第７実施形態の発光ダイオードの断面図である。
　この発光ダイオードは、本発明の一実施形態の半導体素子２５０を複数備えている。詳しくは、この発光ダイオード２００は、サファイア基板２０１上に、下部電極となるｎ型ＧａＮ層２０２が形成されている。また、ｎ型ＧａＮ層２０２上には、開口部が設けられたシリコン酸化膜２０３が形成されている。棒状のｎ型ＧａＮからなる第１導電型の半導体コア２０４の一部は、開口部に充填されている。上記半導体コア２０４は、開口部から直立している。上記半導体コア２０４は、下部電極となるｎ型ＧａＮ層２０２と電気的に接続されている。棒状のｎ型ＧａＮからなる第１導電型の半導体コア２０４の側面および上面には、ｎ型ＧａＮ膜からなる第１導電型の半導体シェル２０５と、ＩｎＧａＮ膜からなる発光層２１０と、ｐ型ＧａＮ膜からなる第２導電型の半導体シェル２０６が、この順で積層されている。上記半導体シェル２０５、発光層２１０および半導体シェル２０６は、半導体コア２０４の側面および上面を覆っている。
　棒状のｎ型ＧａＮからなる第１導電型の半導体コア２０４、ｎ型ＧａＮ膜からなる第１導電型の半導体シェル２０５、ＩｎＧａＮ膜からなる発光層２１０およびｐ型ＧａＮ膜からなる第２導電型の半導体シェル２０６とで、光電変換素子の機能を有する半導体素子２５０を構成している。
　複数の半導体素子２５０は、サファイア基板２０１上に離散的に形成されており、複数の半導体素子２５０の隙間および上方には、ＩＴＯからなる透明電極２０７が充填されている。また、上記透明電極２０７上の一部には、上部電極となる金属電極２０９が形成されている。
　ここで、棒状のｎ型ＧａＮからなる第１導電型の半導体コア２０４の直径は、例えば、１μｍとすることができる。また、ｎ型ＧａＮ膜からなる第１導電型の半導体シェル２０５の厚さは、例えば、４００ｎｍとすることができる。また、ＩｎＧａＮ膜からなる発光層２１０の厚さは、例えば、５ｎｍとすることができる。また、ｐ型ＧａＮ膜からなる第２導電型の半導体シェル２０６の厚さは、例えば、２００ｎｍとすることができる。
　また、棒状のｎ型ＧａＮからなる第１導電型の半導体コア２０４にｎ型を与えるシリコン原子の濃度は、例えば、１×１０１９個ｃｍ－３とすることができる。また、ｎ型ＧａＮ膜からなる第１導電型の半導体シェル２０５にｎ型を与えるシリコン原子の濃度は、例えば、１×１０１７個ｃｍ－３とすることができる。
　このとき、棒状のｎ型ＧａＮからなる第１導電型の半導体コア２０４の抵抗率は、約２×１０－３Ωｃｍとなり、ｎ型ＧａＮ膜からなる第１導電型の半導体シェル２０５の抵抗率は、約３×１０－１Ωｃｍとなる。また、ｎ型ＧａＮ膜からなる第１導電型の半導体シェル２０５の結晶欠陥密度は、棒状のｎ型ＧａＮからなる第１導電型の半導体コア２０４の結晶欠陥よりも小さくなる。したがって、ｎ型ＧａＮ膜からなる第１導電型の半導体シェル２０５と、ｐ型ＧａＮ膜からなる第２導電型の半導体シェル２０６とで構成されるＰＮ接合の電気特性を良好に保つことができるから、棒状のｎ型ＧａＮからなる第１導電型の半導体コア２０４の電気抵抗を小さくすることができて、発光ダイオードの発光効率を向上させることができる。本実施形態の発光ダイオードは、発光ダイオードの機能を有する本発明の一実施形態の半導体素子２５０を備えている。それゆえ、発光ダイオードの発光効率を向上させることができるのである。
　（第８実施形態）
　図３０は、本発明の第８実施形態の発光ダイオードの模式断面図である。
　この発光ダイオードは、本発明の一実施形態の半導体素子３５０Ａ,Ｂを複数備えている。詳しくは、この発光ダイオード３００は、ガラス基板３１１上に、複数の発光ダイオード素子３５０Ａ、３５０Ｂが配置されている。発光ダイオード素子３５０Ａの端部の形状は、発光ダイオード素子３５０Ｂの端部の形状と僅かに異なっている。これはガラス基板３１１上に発光ダイオード素子を配置するときに２通りの向きが許されることによる。しかしながら、この違いは本実施形態の発光ダイオードの動作に影響を与えるものではない。
　発光ダイオード素子３５０Ａ、３５０Ｂの夫々は、棒状のｎ型ＧａＮからなる第１導電型の半導体コア３０４、ｎ型ＧａＮ膜からなる第１導電型の半導体シェル３０５、ＩｎＧａＮ膜からなる発光層３１０およびｐ型ＧａＮ膜からなる第２導電型の半導体シェル３０６で構成されている。
　棒状のｎ型ＧａＮからなる第１導電型の半導体コア３０４の直径は、例えば、１μｍとすることができる。また、ｎ型ＧａＮ膜からなる第１導電型の半導体シェル３０５の厚さは、例えば、４００ｎｍとすることができる。また、ＩｎＧａＮ膜からなる発光層３１０の厚さは、例えば、５ｎｍとすることができる。また、ｐ型ＧａＮ膜からなる第２導電型の半導体シェル３０６の厚さは、例えば、２００ｎｍとすることができる。
　また、棒状のｎ型ＧａＮからなる第１導電型の半導体コア３０４にｎ型を与えるシリコン原子の濃度は、例えば、１×１０１９個ｃｍ－３とすることができる。また、ｎ型ＧａＮ膜からなる第１導電型の半導体シェル３０５にｎ型を与えるシリコン原子の濃度は、例えば、１×１０１７個ｃｍ－３とすることができる。
　このとき、棒状のｎ型ＧａＮからなる第１導電型の半導体コア３０４の抵抗率は、約２×１０－２Ωｃｍとなり、ｎ型ＧａＮ膜からなる第１導電型の半導体シェル３０５の抵抗率は、約３×１０－１Ωｃｍとなる。また、ｎ型ＧａＮ膜からなる第１導電型の半導体シェル３０５の結晶欠陥密度は、棒状のｎ型ＧａＮからなる第１導電型の半導体コア３０４の結晶欠陥よりも小さくなる。したがって、ｎ型ＧａＮ膜からなる第１導電型の半導体シェル３０５と、ｐ型ＧａＮ膜からなる第２導電型の半導体シェル３０６とで構成されるＰＮ接合の電気特性を良好に保つことができるから、棒状のｎ型ＧａＮからなる第１導電型の半導体コア３０４の電気抵抗を小さくすることができて、発光ダイオード素子の発光効率を向上させることができる。
　尚、発光ダイオード素子３５０Ａ、３５０Ｂの数は、必要とされる光量に応じて変えることができる。発光ダイオード素子の大きさとして上記記載の大きさを採用すれば、例えば、１，０００個～１００，０００個の発光ダイオード素子を１つのガラス基板上に配置すれば好ましい光量を獲得できる。
　ガラス基板３１１上には、第１の電極３１２および第２の電極３１３が形成されている。これは、後述のように、発光ダイオード素子３５０Ａ、３５０Ｂをガラス基板３１１上の所定の位置に配置するために形成されたものである。上記ガラス基板３１１および発光ダイオード素子３５０Ａ、３５０Ｂ上には、シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜３１４が形成されている。また、上記層間絶縁膜３１４に開口したコンタクト孔を介して、金属配線３１５、３１６が、発光ダイオード素子３５０Ａ、３５０Ｂと電気的に接続されている。金属配線３１５、３１６間に電圧を与えることにより、発光ダイオード素子３５０Ａ、３５０Ｂを発光させるようになっている。
　図３１～図３９は、上記第８実施形態の発光ダイオードの製造方法の一例を説明するための図であり、その発光ダイオードを形成する手順の一例を示す図である。
　発光ダイオードの製造にあたって、先ず、上記第５実施形態の発光ダイオード素子を、図１９～図２３で説明した手順に従って作成する。詳しくは、この発光ダイオード素子を、上述のように、第１の基板上に複数の棒状のコアを形成するコア形成工程と、上記複数の棒状のコアを形成した後、第１導電型の半導体シェルで覆う第１のシェル形成工程と、上記第１導電型のシェルを形成した後、第２導電型の半導体シェルで覆う第２のシェル形成工程と、上記棒状のコア、第１導電型の半導体シェルおよび第２導電型の半導体シェルを備えた複数の棒状半導体素子を上記基板から切り離す半導体素子切り離し工程とを経て形成する。
　次に、図３１に示すように、上記第１の基板とは別の第２の基板となるガラス基板３１１の表面に、第１、第２の電極３１２、３１３を形成する。第１、第２の電極３１２、３１３は、フォトリソグラフィまたは印刷技術を利用して形成することができる。なお、図３１では省略されているが、金属電極３１２、３１３には、外部から電位が与えられるように、パッドが形成されている。
　次に、金属電極３１２、３１３の互いに対向する部分に、上記予め作製した発光ダイオード素子を配列する（半導体素子配列工程）。図３１では、図を見やすくするため、発光ダイオード素子を配列する配列領域を８×３個としているが、実際は任意の個数の配列領域とすることができる。
　図３２は、図３１のＸＩＸ－ＸＩＸ線から見た断面模式図である。
　まず、図３２に示すように、ガラス基板３１１上に、発光ダイオード素子３５０を含んだイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）３２１を薄く塗布する。塗布する材料は、ＩＰＡ３２１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、または、アセトンであっても良く、または、それらの二以上の材質の混合物で合っても良く、または、ＩＰＡとそれらのうちの材質の一以上の材質の混合物であっても良い。また、ＩＰＡ３２１の替わりに、他の有機物からなる液体、水などを用いることができる。なお、上述のように、発光ダイオード素子３５０は、上記第５実施形態の半導体素子（図６参照）である。
　ここで、液体を通じて金属電極３１２、３１３間に大きな電流が流れてしまうと、金属電極３１２、３１３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３１２、３１３を覆うように、ガラス基板３１１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。
　塗布されると共に、発光ダイオード素子３５０を含むＩＰＡ３２１の厚さは、後の発光ダイオード素子３５０を配列する工程で、発光ダイオード素子３５０が配列できるよう、液体中で発光ダイオード素子３５０が移動できる厚さである。したがって、塗布されたＩＰＡ３２１の厚さは、発光ダイオード素子３５０の太さ以上であり、例えば、数μｍ～数ｍｍとすることができる。塗布する厚さは、薄すぎると、発光ダイオード素子３５０が移動し難くなり、逆に、厚すぎると、液体を乾燥する時間が長くなる。尚、ＩＰＡの量に対して、発光ダイオード素子３５０の量は、１×１０４本ｃｍ－３～１×１０７本ｃｍ－３が好ましい。
　発光ダイオード素子３５０を含むＩＰＡ３２１を塗布するために、発光ダイオード素子３５０を配列させる金属電極の外周囲に枠を形成し、その枠内に発光ダイオード素子３５０を含むＩＰＡ３２１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、発光ダイオード素子３５０を含むＩＰＡ３２１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。
　図３２を参照して、次に、金属電極３１２、３１３間に、例えば、１Ｖの電位差を与える。金属電極３１２、３１３の電位差は、０．１～１０Ｖを印加することができる。ここで、０．１Ｖ以下では、棒発光ダイオード素子３５０の配列が悪くなり、１０Ｖ以上では、金属電極間の絶縁が問題になり始める。したがって、１～５Ｖが好ましく、更には、１Ｖ程度とするのが好ましい。
　図３３は、上記発光ダイオード素子３５０が金属電極３１２、３１３上に配列する原理を説明するための図である。図３３に示すように、金属電極３１２に電位ＶLを印加し、金属電極３１３に電位ＶR(ＶL＜ＶR)を印加すると、金属電極３１２には負電荷が誘起され、金属電極３１３には正電荷が誘起される。そこに発光ダイオード素子３５０が接近すると、棒状の発光ダイオード素子３５０において、金属電極３１２に近い側に正電荷が誘起され、金属電極３１３に近い側に負電荷が誘起される。この発光ダイオード素子３５０に電荷が誘起されるのは静電誘導による。すなわち、電界中に置かれた発光ダイオード素子３５０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３１２,３１３と、発光ダイオード素子３５０との間に静電力により引力が働き、発光ダイオード素子３５０は、金属電極３１２、３１３間に生じる電気力線に沿うように向きを揃え、電極３１２、３１３を架橋するように配列する。
　金属電極３１２、３１３が絶縁膜で覆われる場合は、絶縁膜上に電荷が誘起されることにより次第に液体中の電界が弱まるため、安定して発光ダイオード素子３５０を電極３１２、３１３上の位置に留めることができない。そのような場合は、図３４ＡにＶＬを示し図３４ＢにＶＲを示すＡＣ電圧を、金属電極３１２、３１３間に印加することが好ましい。
　詳しくは、図３４Ａ,Ｂに示す例においては、金属電極３１３に、基準電位を、金属電極３１２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、発光ダイオード素子３５０を安定して電極３１２、３１３上に配列することができる。なお、この場合の金属電極３１２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。尚、金属電極３１２、３１３間に印加するＡＣ電圧は、正弦波に限らず、矩形波、三角波、ノコギリ波など、周期的に変動するものであればよい。なお、ＶＰＰＬは１Ｖ程度とするのが好ましかった。
　次に、金属電極３１２、３１３上に、発光ダイオード素子３５０を配列させた後、ガラス基板３１１を加熱することにより、液体を蒸発させて乾燥させ、発光ダイオード素子３５０を、金属電極３１２、３１３を架橋するように配列させて固着させる。
　図３５は、発光ダイオード素子３５０を配列したガラス基板３１１の平面図を示している。また、図３６は、発光ダイオード素子３５０を配列したガラス基板３１１の断面図を示している。図３６において、発光ダイオード素子３５０Ａは、棒状のｎ型ＧａＮからなる第１導電型のコアが露出した側が左側を向いた状態で配列しており、発光ダイオード素子３５０Ｂは、露出した側が右側を向いた状態で配列している。これは、金属電極３１２、３１３上に発光ダイオード素子を配置するときに２通りの向きが許されることによる。
　次に、ガラス基板３１１上の所定の位置に配列した発光ダイオード素子３５０Ａ、３５０Ｂの配線を行う。図３７に示すように、ガラス基板３１１上に、発光ダイオード素子３５０Ａ、３５０Ｂの一部が露出するようにフォトレジスト３１７をパターニングする。そして、フォトレジスト３１７の開口部において、ＩｎＧａＮ膜からなる発光層３１０およびｐ型ＧａＮ膜からなる第２導電型の半導体シェル３０６をエッチングにより除去する。このエッチングは、等方性の強いドライエッチが適当である。その後、フォトレジスト３１７を除去する。
　次に、図３８に示すように、ガラス基板３１１上に層間絶縁膜３１４を塗布する。層間絶縁膜３１４は、例えば、シリコン酸化膜を２μｍ塗布することによって形成できる。
　次に、図３９に示すように、層間絶縁膜３１４に開口部を設ける。その後、スパッタ法等により金属を堆積することにより、層間絶縁膜３１４の開口部を埋めるとともに、層間絶縁膜３１４上に金属膜を形成する。この金属膜をフォトリソグラフィによりパターニングして金属配線３１５、３１６を形成し、発光ダイオード素子３５０Ａ、３５０Ｂを配線して、発光ダイオード３００が完成する。
　以上のように、本実施の形態の発光ダイオードは、発光ダイオードの機能を有する本発明の一実施形態の発光ダイオード素子３５０Ａ、３５０Ｂを備えている。それゆえ、発光ダイオードの発光効率を向上させることができる。
　上記実施形態の発光ダイオードは、発光ダイオード素子３５０Ａ、３５０Ｂの基板とは異なる基板３１１と、その基板３１１上に配置された本発明の一実施形態の半導体素子である発光ダイオード素子３５０Ａ、３５０Ｂと、その発光ダイオード素子３５０Ａ、３５０Ｂを電気的に接続する配線３１５、３１６とを備えている。それゆえ、上記基板３１１上において、発光ダイオード素子（発光ダイオードの機能を有する半導体素子）３５０Ａ、３５０Ｂの配置間隔を自由に設定することができる。
　したがって、発光ダイオードの機能を有する半導体素子である発光ダイオード素子３５０Ａ、３５０Ｂを、所定の位置に正確に配置することができるから、発光ダイオード素子３５０Ａ、３５０Ｂを効率よく基板に逃がすことができると共に、発光ダイオードの温度上昇を抑制することができる。したがって、発光ダイオードの効率と信頼性を共に向上することができる。
　また、上記発光ダイオードを形成する上記手順は、第１の基板上に複数の棒状のコアを形成するコア形成工程と、上記複数の棒状のコアを形成した後、第１導電型の半導体シェルで覆う第１のシェル形成工程と、上記第１導電型のシェルを形成した後、第２導電型の半導体シェルで覆う第２のシェル形成工程と、上記棒状のコア、第１導電型の半導体シェルおよび第２導電型の半導体シェルを備えた複数の半導体素子を上記基板から切り離す半導体素子切り離し工程と、上記複数の半導体素子を第２の基板上に配置する半導体素子配列工程を備えている。
　上記手順によれば、半導体素子は、上記第１の基板上で、棒状のコアが形成された後、第１導電型の半導体シェルおよび第２導電型のシェルで覆われる。したがって、単位基板面積当りのＰＮ接合面積、すなわち、発光面積を非常に大きくできると共に、製造コストを低減することができる。
　更には、第１導電型の半導体シェルと第２導電型の半導体シェルとで良好な特性を持つＰＮ接合を得ることができるのみならず、上記棒状のコアは第１導電型の半導体シェルの形成に先立って別途形成されているので、棒状の半導体素子のコアを、棒状の半導体素子のコアとしての機能を果たすのにふさわしい性質を有するように形成できる。それゆえ、第１導電型の半導体シェルと第２導電型の半導体シェルとで構成されるＰＮ接合の特性を良好に保ったまま、棒状の半導体素子の他の特性を向上させることができる。
　更に、また、上記第１の基板とは別の上記第２の基板上に複数の上記半導体素子を配列するので、発光ダイオードの機能を有する半導体素子の配置間隔を自由に設定することができる。したがって、上記発光ダイオードの機能を有する半導体素子を効率よく基板に逃がして、発光ダイオードの温度上昇を抑制することにより、発光ダイオードの効率と信頼性を共に向上することが可能となる。したがって、高効率で高信頼性の発光ダイオード３００を低コストで製造することができる。
　（第９実施形態）
　図４０は、本発明の第９実施形態の照明装置の側面図である。また、図４１は、上記照明装置に内蔵される発光装置を横から見た図であり、図４２は、上記発光装置を上から見た図である。
　図４１および図４２を参照して、正方形状の放熱板４０５上に、第８実施形態の発光ダイオード４０６（図３０参照）を実装して、発光装置４０４を構成している。図４０を参照して、この照明装置４００は、上記発光装置４０４を内蔵したＬＥＤ電球である。照明装置４００は、外部のソケットに嵌めて商用電源に接続するための電源接続部としての口金４０１と、その口金４０１に一端が接続され、他端が徐々に拡径する円錐形状の放熱部４０２と、放熱部４０２の他端側を覆う透光部４０３とを備えている。第９実施形態の照明装置は、第８実施形態の発光ダイオードを備えているため、低消費電力化を実現することができる。
　（第１０実施形態）
　図４３は、本発明の第１０実施形態のバックライトの平面図である。
　図４３に示すように、このバックライト５００は、放熱板の一例としての長方形状の支持基板５０１上に、複数の発光ダイオード５０２が互いに所定の間隔をあけて格子状に実装されている。ここで、発光ダイオード５０２としては、第８実施形態の発光ダイオード（図３０参照）を用いている。第１０実施形態のバックライトは、第８実施形態の発光ダイオードを備えているため、低消費電力化を実現することができる。
　（第１１実施形態）
　図４４は、本発明の第１１実施形態の表示装置（ＬＥＤディスプレイ）の１画素の回路図である。
　この表示装置は、本発明の発光ダイオードとしての機能を有する本発明の一実施形態の半導体素子（第１～第５実施形態の半導体素子）を画素の自発光素子として用いている。
　この表示装置は、アクティブマトリックスアドレス方式であり、選択電圧パルスが、行アドレス線Ｘ１に供給され、データ信号が、列アドレス線Ｙ１に送られるようになっている。上記選択電圧パルスがトランジスタＴ１のゲートに入力されて、トランジスタＴ１がオンすると、上記データ信号がトランジスタＴ１のソースからドレインに伝達され、データ信号がキャパシタＣに電圧として記憶されるようになっている。
　トランジスタＴ２は、発光ダイオードとしての機能を有する半導体素子６４０の駆動用トランジスタであり、この発光ダイオードとしての機能を有する半導体素子６４０としては、上記第１実施形態～第５実施形態（図１、図３、図４、図５、図６参照）の半導体素子を用いることができる。
　上記発光ダイオードとしての機能を有する半導体素子６４０は、上記トランジスタＴ２を経て電源Ｖｓに接続されている。よって、トランジスタＴ１からのデータ信号でトランジスタＴ２がオンすることにより、発光ダイオードとしての機能を有する半導体素子６４０が、上記電源Ｖｓによって駆動されることができる。
　この実施形態のＬＥＤディスプレイは、図４４に示す１画素がマトリックス状に配列されている。このマトリックス状に配列された各画素の発光ダイオードとしての機能を有する半導体素子６４０と、トランジスタＴ１、Ｔ２とが基板上に形成されている。尚、本発明の発光ダイオードを、上記実施形態とは異なるＬＥＤディスプレイや、ＬＥＤディスプレイ以外の表示装置に使用しても良いことは勿論である。
　この実施形態の表示装置を作製するためには、例えば、以下のような工程を行えば良い。
　まず、上述の第４実施形態の半導体素子を形成する手順（図６～１４）、第４実施形態の半導体素子を形成する別の手順（図１５～図１７）、または、第５実施形態の半導体素子を形成する手順（図１９～図２３）にしたがって、発光ダイオードの機能を有する半導体素子を形成する。
　発光ダイオードの機能を有する半導体素子（発光ダイオード素子）６４０は、簡易に述べると、第１の基板上に複数の棒状のコアを形成するコア形成工程と、上記複数の棒状のコアを形成した後、第１導電型の半導体シェルで覆う第１のシェル形成工程と、上記第１導電型のシェルを形成した後、第２導電型の半導体シェルで覆う第２のシェル形成工程と、上記棒状のコア、第１導電型の半導体シェルおよび第２導電型の半導体シェルを備えた複数の棒状半導体素子を上記基板から切り離す半導体素子切り離し工程とを経て形成する。
　次に、トランジスタＴ１、Ｔ２をガラス等の基板上に、通常のＴＦＴ（薄膜トランジスタ：thin film transistor）の製造方法を用いて形成する。次に、ＴＦＴであるトランジスタＴ１、Ｔ２を形成した基板上に、発光ダイオードとしての機能を有する半導体素子６４０を配置するための、第１の電極および第２の電極を形成する。次に、第８実施形態において、図３１～図３５で説明した方法を用いて、上記基板上の所定の位置に発光ダイオードとしての機能を有する半導体素子６４０を配置する。その後、上部配線工程を行ない、上記発光ダイオードとしての機能を有する半導体素子６４０をトランジスタＴ２のドレインとアース線とに接続する。
　本実施の形態のバックライトは、発光ダイオードとしての機能を有する上記第１～第５実施形態の半導体素子を、各画素の自発光デバイスとして備えているため、発光効率を高くすることができて、低消費電力化を実現することができる。
　尚、上記実施形態の発光ダイオードでは、発光層が、第１導電型の半導体シェルと、第２導電型の半導体シェルとの間に存在していたが、この発明の発光ダイオードでは、発光層は、第２導電型の半導体シェルの径方向（棒状のコアの径方向のこと）の外方に設けられる等、第１導電型の半導体シェルと、第２導電型の半導体シェルとの間に存在していなくても良い。
　また、例えば、上記説明した互いに異なる二以上の実施形態の一部または全部を組み合わせた発明が、本発明の新たな実施形態を構成することは、勿論であり、上記説明したある実施形態の発明と、上記説明したある変形例の発明とを組み合わせて作成される発明が、本発明の新たな実施形態を構成することも勿論である。正確にいうと、上記明細書の説明で行った、全ての実施形態および全ての変形例で構成される内容から二以上の発明特定事項を組み合わせて作成される発明が、本発明の新たな実施形態に含まれることは、勿論である。
　１０,２０,３０,４０,５０,６０,８０,１５０,２５０,６４０　半導体素子
　１１,２１,４１,５１,６４,７４,８４,１０４,２０４,３０４　第１導電型の半導体コア
　１２,２２,３２,４２,５２,６５,７５,８５,１０５,２０５,３０５　第１導電型の半導体シェル
　１３,２３,３３,４３,５３,６７,８７,１０６,２０６,３０６　第２導電型の半導体シェル
　３１　棒状のコア
　４４,５４,６６,８６,２１０,３１０　発光層
　６１,７１,８１,１０１,２０１　サファイア基板
　７２　シリコン酸化膜
　８２,２０２　ｎ型ＧａＮ層
　１００　太陽電池
　１０２　ｎ型シリコン層
　１０３,２０３　シリコン酸化膜
　１０７,２０７　透明電極
　１０９　金属電極
　１７０　ＩＴＯ層
　２００,３００,４０６,５０２　発光ダイオード
　２０９　金属電極
　３１１　ガラス基板
　３１２　第１の電極
　３１３　第２の電極
　３１４　層間絶縁膜
　３１５,３１６　金属配線
　３１７　フォトレジスト
　３５０　発光ダイオード素子
　３５０Ａ,３５０Ｂ　発光ダイオード素子
　４００　照明装置
　４０４　発光装置
　５００　バックライト

Claims (20)

  1. 　棒状のコア（１１,２１,３１,４１,５１,６４,７４,８４,１０４,２０４,３０４）と、
    　上記コア（１１,２１,３１,４１,５１,６４,７４,８４,１０４,２０４,３０４）の外周面の少なくとも一部を覆うように配置された第１導電型の半導体シェル（１２,２２,３２,４２,５２,６５,７５,８５,１０５,２０５,３０５）と、
    　上記第１導電型の半導体シェル（１２,２２,３２,４２,５２,６５,７５,８５,１０５,２０５,３０５）の外周面の少なくとも一部を覆うように配置された第２導電型の半導体シェル（１３,２３,３３,４３,５３,６７,８７,１０６,２０６,３０６）と
    を備えることを特徴とする半導体素子。
  2. 　請求項１に記載の半導体素子において、
    　上記コアは、第１導電型の半導体コア（１１）であり、
    　上記半導体コア（１１）に導電性を与える不純物の濃度は、上記第１導電型の半導体シェル（１２）に導電性を与える不純物の濃度よりも大きいことを特徴とする半導体素子。
  3. 　請求項１または２に記載の半導体素子において、
    　上記コアは、第１導電型の半導体コア（１１）であり、
    　上記半導体コア（１１）の抵抗率は、上記第１導電型の半導体シェル（１２）の抵抗率よりも小さいことを特徴とする半導体素子。
  4. 　請求項１から３までのいずれか一項に記載の半導体素子において、
    　上記第１導電型の半導体シェル（３２）は、上記コアと異なる材質からなり、
    　上記第１導電型の半導体シェル（３２）の結晶欠陥密度が、上記コア（３１）の結晶欠陥密度よりも小さいことを特徴とする半導体素子。
  5. 　請求項１から４までのいずれか一項に記載の半導体素子（４０,６０）を備えることを特徴とする発光ダイオード。
  6. 　請求項５に記載の発光ダイオードにおいて、
    　上記第１導電型の半導体シェル（４２）と、上記第２導電型の半導体シェル（４３）との間に発光層（４４）を備えることを特徴とする発光ダイオード。
  7. 　請求項６に記載の発光ダイオードにおいて、
    　上記コア（４１）を構成する物質のバンドギャップは、上記発光層（４４）を構成する物質のバンドギャップよりも大きいことを特徴とする発光ダイオード。
  8. 　請求項５から７までのいずれか一項に記載の発光ダイオードにおいて、
    　基板（３１１）と、
    　上記基板（３１１）上に配置された複数の上記半導体素子（３５０Ａ,３５０Ｂ）と、
    　上記半導体素子（３５０Ａ,３５０Ｂ）を電気的に接続する配線（３１５,３１６）と
    を備えることを特徴とする発光ダイオード。
  9. 　請求項１から４までのいずれか一項に記載の半導体素子（１０）を備えることを特徴とする光電変換素子。
  10. 　基板（６１）上に棒状のコア（６４）を形成するコア形成工程と、
    　上記棒状のコア（６４）の外周面の少なくとも一部を第１導電型の半導体シェル（６５）で覆う第１のシェル形成工程と、
    　上記第１導電型のシェル（６５）の外周面の少なくとも一部を第２導電型の半導体シェル（６７）で覆う第２のシェル形成工程と
    を備えることを特徴とする半導体素子の製造方法。
  11. 　請求項１０に記載の半導体素子の製造方法において、
    　上記コア形成工程は、基板（８１）上に形成されたコアを構成する物質の一部をエッチングすることを含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
  12. 　請求項１０または１１に記載の半導体素子の製造方法において、
    　上記コア形成工程の後であって、上記第１のシェル形成工程の前に、アニール処理を行なうことを特徴とする半導体素子の製造方法。
  13. 　請求項１０から１２までのいずれか一項に記載の半導体素子の製造方法において、
    　上記コア形成工程の後であって、上記第１のシェル形成工程の前に、上記コア形成工程で形成されたコアの一部をウェットエッチングにより除去することを特徴とする半導体素子の製造方法。
  14. 　請求項１０から１３までのいずれか一項に記載の半導体素子の製造方法において、
    　上記コア形成工程は、基板（６１）上に棒状のコア（６４）を成長させることを特徴とする半導体素子の製造方法。
  15. 　請求項１０から１４までのいずれか一項に記載の半導体素子の製造方法において、
    　上記コア形成工程の後であって、上記第１のシェル形成工程の前に、上記コア（６４）を形成する温度よりも高温のアニール処理を行なうことを特徴とする半導体素子の製造方法。
  16. 　第１の基板（８１）上に複数の棒状のコア（８４）を形成するコア形成工程と、
    　上記複数の棒状のコア（８４）の外周面の少なくとも一部を、第１導電型の半導体シェル（８５）で覆う第１のシェル形成工程と、
    　上記第１導電型の半導体シェル（８５）の外周面の少なくとも一部を、第２導電型の半導体シェル（８７）で覆う第２のシェル形成工程と、
    　上記各棒状のコア（８４）と、その各コア（８４）を覆っている上記第１導電型の半導体シェル（８５）と、その各コア（８４）を覆っている上記第１導電型の半導体シェル（８５）を覆っている上記第２導電型の半導体シェル（８７）との一体構造を、上記棒状のコア（８４）毎に上記第１の基板（８１）から切り離して、複数の半導体素子を取り出す半導体素子切り離し工程と、
    　複数の上記半導体素子を第２の基板（３１１）上に配置する半導体素子配列工程と
    を備えることを特徴とする発光ダイオードの製造方法。
  17. 　請求項９に記載の光電変換素子（１５０）を備えることを特徴とする太陽電池。
  18. 　請求項５から８までのいずれか一項に記載の発光ダイオード（４０６）を備えることを特徴とする照明装置。
  19. 　請求項５から８までのいずれか一項に記載の発光ダイオード（５０２）を備えることを特徴とするバックライト。
  20. 　請求項５から８までのいずれか一項に記載の発光ダイオード（６４０）を備えることを特徴とする表示装置。
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