ダイオード
【課題】製造コストの増加や製造歩留まりの低下を招くことなく、コアに所望の特性を持たせることができるダイオードを提供する。
【解決手段】発光ダイオード５は、ＳｉＣで作製された棒状コア１と、ｎ型のＧａＮで作製された第１のシェル２と、ｐ型のＧａＮで作製された第２のシェル３とを備える。ダイオードの２極の役割は、ｎ型の第１のシェル２とｐ型の第２のシェル３とが担うので、コア１の材質として第１,第２のシェル２,３とは異なるＳｉＣを選択できる。棒状コア１の屈折率(３〜３.５)が第１のシェル２の屈折率(２.５)よりも大きいので、第１,第２のシェル２,３のｐｎ接合面で発生した光が第１のシェル２から棒状コア１内へ入射し易いと共に棒状コア１内へ入射した光は、棒状コア１と第１のシェル２との界面で全反射し易い。よって、発生した光をコア１へ導波してコア１で強く発光させることができる。
【解決手段】発光ダイオード５は、ＳｉＣで作製された棒状コア１と、ｎ型のＧａＮで作製された第１のシェル２と、ｐ型のＧａＮで作製された第２のシェル３とを備える。ダイオードの２極の役割は、ｎ型の第１のシェル２とｐ型の第２のシェル３とが担うので、コア１の材質として第１,第２のシェル２,３とは異なるＳｉＣを選択できる。棒状コア１の屈折率(３〜３.５)が第１のシェル２の屈折率(２.５)よりも大きいので、第１,第２のシェル２,３のｐｎ接合面で発生した光が第１のシェル２から棒状コア１内へ入射し易いと共に棒状コア１内へ入射した光は、棒状コア１と第１のシェル２との界面で全反射し易い。よって、発生した光をコア１へ導波してコア１で強く発光させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発光ダイオードや光電変換素子を構成するダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光ダイオードとしては、図１５に断面を示すものが提案されている(非特許文献１参照)。この発光ダイオードは、ｎ型ＧａＮで作製されたコア１００１と、このコア１００１の周囲を被覆するようにＩｎＧａＮ層１００２,ｉ-ＧａＮ層１００３,ｐ-ＡlＧａＮ層１００４,ｐ-ＧａＮ層１００５が順次シェル状に形成されている。上記ＩｎＧａＮ層１００２,ｉ-ＧａＮ層１００３が活性層を構成している。
【０００３】
ところで、上記従来の発光ダイオードでは、上記ｎ型のコア１００１がｎ型の電極として使用され、ｎ型の電極の機能を持つことを優先して材質が選択されているため、コア１００１の材質選択が制限されている。このため、コア１００１の材質を自由に選択してコアに所望の特性を持たせることが困難であり、上記コアに所望の特性を持たせるための製造コストの増加や製造歩留まりの低下を招いていた。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｆang Ｑian，Ｓilvija Ｇradecak，Ｙat Ｌi，Ｃheng-Ｙen Ｗen and Ｃharles Ｍ．Ｌieber、Ｃore/Ｍultishell Ｎanowire Ｈeterostructures as Ｍulticolor，Ｈigh-Ｅfficiency Ｌight-Ｅmitting Ｄiodes Ｎano letters 2005 Ｖol.５，Ｎo.１１，２２８７-２２９１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、この発明の課題は、製造コストの増加や製造歩留まりの低下を招くことなく、コアに所望の特性を持たせることができるダイオードを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、この発明のダイオードは、コア部と、
上記コア部を覆うように形成された第１導電型の半導体層と、
上記第１導電型の半導体層を覆う第２導電型の半導体層と
を備え、
上記コア部の材質と上記第１導電型の半導体層の材質とが互いに異なっていることを特徴としている。
【０００７】
この発明のダイオードによれば、ダイオードの２極の役割は、上記第１導電型の半導体層と上記第２導電型の半導体層とが担うので、上記コア部の材質として所望の材質を選択できる。したがって、製造コストの増加や製造歩留まりの低下を招くことなく、上記コア部に所望の特性(屈折率,熱伝導率,電気伝導率等)を持たせることが可能になる。
【０００８】
また、一実施形態では、上記コア部の屈折率が上記第１導電型の半導体層の屈折率よりも大きいと共に発光ダイオードである。
【０００９】
この実施形態によれば、発生した光を上記コア部へ導波して上記コア部で強く発光させることができる。
【００１０】
また、一実施形態では、上記コア部の屈折率が上記第１導電型の半導体層の屈折率よりも大きいと共に光電効果を有する。
【００１１】
この実施形態によれば、光をダイオード外部に逃がしにくく、光の取り込み効果を高めることができ、光電効果を高めることができる。
【００１２】
また、一実施形態のダイオードでは、上記コア部の屈折率が上記第１導電型の半導体層の屈折率よりも小さいと共に発光ダイオードである。
【００１３】
この実施形態によれば、発生した光が上記コア部内に入りにくく上記コア部表面で反射し易いので、上記第１導電型の半導体層から上記第２導電型の半導体層に向かって光を外部へ取り出すことができる。
【００１４】
また、一実施形態のダイオードでは、上記コア部の熱伝導率が上記第１導電型の半導体層の熱伝導率よりも大きいと共に発光ダイオードである。
【００１５】
この実施形態によれば、上記第１導電型の半導体層から上記コア部へ熱が拡散するから、放熱が容易になり、高温による発光効率の低下を回避できる。
【００１６】
また、一実施形態のダイオードでは、上記コア部の熱伝導率が上記第１導電型の半導体層の熱伝導率よりも大きいと共に光電効果を有する。
【００１７】
この実施形態によれば、上記第１導電型の半導体層から上記コア部へ熱が拡散するから、放熱が容易になり、高温による光電変換効率の低下を回避できる。
【００１８】
また、一実施形態では、上記コア部の電気伝導率が上記第１導電型の半導体層の電気伝導率よりも大きいと共に発光ダイオードである。
【００１９】
この実施形態によれば、上記コア部の電気抵抗を小さくして上記コア部から上記第１導電型の半導体層へ電流を流し易くなるので、損失を抑制できて、効率良く発光できる。
【００２０】
また、一実施形態では、上記コア部の電気伝導率が上記第１導電型の半導体層の電気伝導率よりも大きいと共に光電効果を有する。
【００２１】
この実施形態によれば、上記コア部の電気抵抗を小さくして上記第１導電型の半導体層から上記コア部へ電流を流し易くなるので、損失を抑制できて、効率良く発電できる。
【００２２】
また、一実施形態のダイオードでは、上記コア部がシリコンで作製されている。
【００２３】
この実施形態によれば、シリコン製のコア部は形成プロセスが確立されているので、所望の良形状の素子が得られる。
【００２４】
また、一実施形態のダイオードでは、基板上に上記コア部,上記第１導電型の半導体層および上記第２導電型の半導体層を形成してから、上記基板から上記コア部,上記第１導電型の半導体層および上記第２導電型の半導体層を切り離すことで作製された。
【００２５】
この実施形態のダイオードによれば、上記基板から切り離されているので、他の基板への実装が容易になる。
【００２６】
また、一実施形態のダイオードの製造方法では、基板上にコア部を形成し、
上記コア部を覆うように第１導電型の半導体層を形成し、
上記第１導電型の半導体層を覆うように第２導電型の半導体層を形成し、
上記コア部の材質と上記第１導電型の半導体層の材質とが互いに異なっている。
【００２７】
この実施形態のダイオードの製造方法によれば、上記第１導電型の半導体層と上記第２導電型の半導体層とがダイオードの２極の役割を担わせて、上記コア部の材質として所望の材質を選択でき、上記コア部に所望の特性を持たせることが可能なダイオードを製造できる。
【００２８】
また、一実施形態の照明装置では、上記実施形態の発光ダイオードを備えた。
【００２９】
この実施形態の照明装置によれば、製造コストの増加や製造歩留まりの低下を招くことなく、上記発光ダイオードのコア部の特性(屈折率,熱伝導率,電気伝導率)を所望に設定でき、照明の指向性の設定が容易になる、照明の効率向上を図れるといったメリットが得られる。
【００３０】
また、一実施形態のバックライトでは、上記実施形態の発光ダイオードを備えた。
【００３１】
この実施形態のバックライトによれば、上記発光ダイオードのコア部の特性(屈折率,熱伝導率,電気伝導率)を所望に設定でき、バックライトの指向性の設定が容易になる、バックライトの効率向上を図れるといったメリットが得られる。
【００３２】
また、一実施形態の表示装置では、上記実施形態の発光ダイオードを備えた。
【００３３】
この実施形態の表示装置によれば、上記発光ダイオードのコア部の特性(屈折率,熱伝導率,電気伝導率)を所望に設定でき、表示装置の指向性の設定が容易になる、表示装置の効率向上を図れるといったメリットが得られる。
【００３４】
また、一実施形態の光検出器では、上記実施形態の光電効果を有するダイオードを備えた。
【００３５】
この実施形態の光検出器によれば、製造コストの増加や製造歩留まりの低下を招くことなく、上記光電効果を有するダイオードのコア部の特性(屈折率,熱伝導率,電気伝導率)を所望に設定できる。したがって、光の取り込み効果の向上、放熱性の向上、損失の抑制などが可能になり、光電変換効率を高めて、光検出性能を向上できる。
【００３６】
また、一実施形態の太陽電池では、上記実施形態の光電効果を有するダイオードを備えた。
【００３７】
この実施形態の太陽電池によれば、製造コストの増加や製造歩留まりの低下を招くことなく、上記光電効果を有するダイオードのコア部の特性(屈折率,熱伝導率,電気伝導率)を所望に設定できる。したがって、光の取り込み効果の向上、放熱性の向上、損失の抑制などが可能になり、効率良く発電できる。
【発明の効果】
【００３８】
この発明のダイオードによれば、ダイオードの２極の役割は、第１導電型の半導体層と第２導電型の半導体層とが担うので、コア部の材質として所望の材質を選択できる。したがって、製造コストの増加や製造歩留まりの低下を招くことなく、上記コア部に所望の特性(屈折率,熱伝導率,電気伝導率等)を持たせることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１Ａ】この発明のダイオードの第１実施形態としての発光ダイオードの斜視図である。
【図１Ｂ】上記第１実施形態の発光ダイオードの断面図である。
【図１Ｃ】上記第１実施形態の発光ダイオードにおいて熱が伝わる様子を模式的に示す断面図である。
【図２Ａ】上記第１実施形態の変形例の発光ダイオードを基板上に立設状態で複数形成した様子を示す断面図である。
【図２Ｂ】上記第１実施形態の発光ダイオードを基板上に立設状態で複数形成した様子を示す断面図である。
【図２Ｃ】上記第１実施形態の発光ダイオードを基板上に横倒し状態で配置した様子を示す断面図である。
【図３Ａ】上記第１実施形態のもう１つの変形例の発光ダイオードの斜視図である。
【図３Ｂ】上記もう１つの変形例の発光ダイオードの断面図である。
【図４Ａ】光検出器や太陽電池をなすと共に上記第１実施形態の変形例の発光ダイオードと同様の構成であるダイオードを基板上に立設状態で複数形成した様子を示す断面図である。
【図４Ｂ】光検出器や太陽電池をなすと共に上記第１実施形態の発光ダイオードと同様の構成であるダイオードを基板上に立設状態で複数形成した様子を示す断面図である。
【図４Ｃ】光検出器や太陽電池をなすと共に上記第１実施形態の発光ダイオードと同様の構成であるダイオードを基板上に横倒し状態で配置した様子を示す断面図である。
【図５Ａ】この発明のダイオードの第２実施形態としての発光ダイオードの斜視図である。
【図５Ｂ】上記第２実施形態の発光ダイオードの断面図である。
【図６Ａ】上記第２実施形態の変形例の発光ダイオードを基板上に立設状態で複数形成した様子を示す断面図である。
【図６Ｂ】上記第２実施形態の発光ダイオードを基板上に立設状態で複数形成した様子を示す断面図である。
【図６Ｃ】上記第２実施形態の発光ダイオードを基板上に横倒し状態で配置した様子を示す断面図である。
【図７Ａ】この発明のダイオードの第３実施形態としての発光ダイオードの斜視図である。
【図７Ｂ】上記第３実施形態の発光ダイオードの電流経路を矢印で示す断面図である。
【図７Ｃ】上記第３実施形態の発光ダイオードと同様の構造で光電変換素子(光検出器や太陽電池)を構成した場合の電流経路を矢印で示す断面図である。
【図８Ａ】上記第３実施形態の変形例の発光ダイオードを基板上に立設状態で複数形成した様子を示す断面図である。
【図８Ｂ】上記第３実施形態のもう１つの変形例の発光ダイオードを基板上に横倒し状態で配置した様子を示す断面図である。
【図９Ａ】この発明のダイオードの第４実施形態としての発光ダイオードの斜視図である。
【図９Ｂ】上記第４実施形態の発光ダイオードが基板上に立設状態で複数形成されている様子を示す断面図である。
【図１０Ａ】上記第４実施形態の変形例としての作製用基板から切り離された発光ダイオードを示す断面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａの切り離された発光ダイオードを実装用基板上に横倒し状態で実装された様子を示す断面図である。
【図１１Ａ】この発明の第５実施形態としてのダイオードの製造方法の工程断面図である。
【図１１Ｂ】上記第５実施形態の工程断面図である。
【図１１Ｃ】上記第５実施形態の工程断面図である。
【図１１Ｄ】上記第５実施形態の工程断面図である。
【図１１Ｅ】上記第５実施形態の工程断面図である。
【図１１Ｆ】上記第５実施形態の工程断面図である。
【図１１Ｇ】上記第５実施形態の工程断面図である。
【図１１Ｈ】上記第５実施形態の工程断面図である。
【図１１Ｉ】上記第５実施形態の工程断面図である。
【図１２Ａ】この発明の第６実施形態の発光ダイオードの断面図である。
【図１２Ｂ】上記第６実施形態の発光ダイオードを実装した発光素子を示す図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｂの発光素子を基板上に複数実装した照明装置の平面図である。
【図１３Ａ】この発明の第７実施形態の発光ダイオードの断面図である。
【図１３Ｂ】上記第７実施形態の発光ダイオードを基板上に複数配列した発光素子の模式図である。
【図１３Ｃ】図１３Ｂの発光素子を支持基板上に複数実装した照明装置の平面図である。
【図１４Ａ】この発明のダイオードの第８実施形態としての光電変換素子の断面図である。
【図１４Ｂ】上記第８実施形態の変形例の断面図である。
【図１４Ｃ】上記第８実施形態のもう１つの変形例の断面図である。
【図１５】従来の発光ダイオードの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００４１】
(第１の実施の形態)
図１Ａは、この発明のダイオードの第１実施形態としての発光ダイオード５の斜視図であり、図１Ｂは上記発光ダイオード５の断面図である。
【００４２】
この第１実施形態の発光ダイオード５は、コア部としての円柱形状の棒状コア１とこの円柱形状の棒状コア１を覆う第１導電型の半導体層としての円筒形状の第１のシェル２と上記円筒形状の第１のシェル２を覆う第２導電型の半導体層としての円筒形状の第２のシェル３を備える。上記棒状コア１の両端部１Ａ,１Ｂの端面は、上記第１,第２のシェル２,３から露出している。また、上記第１のシェル２は、フランジ状の一端部２Ａを有し、この一端部２Ａは上記第２のシェル３から露出している。
【００４３】
上記棒状コア１はＳｉＣで作製され、上記第１のシェル２はｎ型のＧａＮで作製され、上記第２のシェル３はｐ型のＧａＮで作製されている。上記ＳｉＣで作製された棒状コア１は屈折率が３〜３.５であり、上記ｎ型ＧａＮで作製された第１のシェル２は屈折率が２.５である。また、上記ＳｉＣで作製された棒状コア１は熱伝導率が４５０(Ｗ/(ｍ・Ｋ))であり、上記ｎ型ＧａＮで作製された第１のシェル２は熱伝導率が２１０(Ｗ/(ｍ・Ｋ))である。
【００４４】
この実施形態の発光ダイオード５によれば、上記棒状コア１の屈折率ｎ１(＝３〜３.５)が、上記第１のシェル２の屈折率ｎ２(＝２.５)よりも大きい。したがって、第１,第２のシェル２,３のｐｎ接合面で発生した光が第１のシェル２から棒状コア１内へ入射し易いと共に棒状コア１内へ入射した光は、棒状コア１と第１のシェル２との界面で全反射し易い。すなわち、図１Ｂに示すように、棒状コア１と第１のシェル２との界面への入射角度θが、ｓｉｎ−１(ｎ２/ｎ１)以上(４５.６°〜５６.４°以上)であれば上記界面で全反射を起こす。したがって、上記発生した光が上記ＳｉＣ製の棒状コア１内に閉じ込められ、導波管のように棒状コア１の端部１Ａ,１Ｂから光を出射させることができる。したがって、この第１実施形態の発光ダイオード５は、指向性発光デバイスに適している。
【００４５】
また、この実施形態の発光ダイオード５は、棒状コア１の熱伝導率(４５０(Ｗ/(ｍ・Ｋ)))が上記ｎ型ＧａＮで作製された第１のシェル２の熱伝導率(２１０(Ｗ/(ｍ・Ｋ)))よりも高いので、図１Ｃに矢印Ｘ１で示すように、第１,第２のシェル２,３のｐｎ接合面で発生した熱が第１のシェル２を伝って拡散し難い一方、矢印Ｘ２で示すように、上記熱が棒状コア１を伝ってダイオード全体に拡散し易い。このため、棒状の発光ダイオード５の発光による熱を放熱し易くなる。また、上記棒状コア１を通じて熱が拡散し、棒状の発光ダイオード５の全面での温度を均一化でき、高温集中による発光効率の低下を防止できる。
【００４６】
また、この発光ダイオード５を、図２Ｂに示すように、ＳｉＣ基板６上に或る間隔を隔てて立設された状態で複数形成した場合には、棒状コア１が延在している方向の両端部１Ａ,１Ｂから上記延在方向(長軸方向)へ向けて強い発光が得られる。また、上記発光ダイオード５を、図２Ｃに示すように、ＧａＮ基板７上に横倒し状態で配置した場合には、棒状コア１が延在している方向の両端部１Ａ,１ＢからＧａＮ基板７に沿って上記延在方向(長軸方向)へ向けて強い発光が得られる。なお、図２Ｃの発光ダイオード５は、第２のシェル３の一端部の周方向の一部が取り除かれて、第１のシェル２の一端部の周方向の一部が露出していて、この第１のシェル２の露出した部分にコンタクト電極９が形成され、上記第２のシェル２にコンタクト電極８が形成されている。
【００４７】
また、上記発光ダイオード５の変形例として、図２Ａに示すように、ＳｉＣの棒状コア１１と、このＳｉＣの棒状コア１１を被覆するｎ型ＧａＮの第１のシェル１２と、このｎ型ＧａＮの第１のシェル１２を被覆するｐ型ＧａＮの第２のシェル１３とで構成した発光ダイオード１５を、ＳｉＣ基板６上に或る間隔を隔てて立設された状態で複数形成してもよい。この発光ダイオード１５では、上記ＳｉＣの棒状コア１１の端部１１Ａが上記ｎ型ＧａＮの第１のシェル１２と上記ｐ型ＧａＮの第２のシェル１３とで覆われている。この発光ダイオード１５は、上記棒状コア１１の端部１１ＢからＳｉＣ基板６を貫くように上記長軸方向に強い発光が得られる。
【００４８】
また、図１Ａ,図１Ｂで説明した第１実施形態の発光ダイオード５のもう１つの変形例として、図３Ａ,図３Ｂに示すように、上記ｐ型のＧａＮで作製された円筒形状の第２のシェル３の円周面を覆う第３のシェル３１を備えた発光ダイオード３５としてもよい。この第３のシェル３１は、上記ｐ型のＧａＮで作製された円筒形状の第２のシェル３よりも屈折率の低い材料(例えば、ＺｎＯ、屈折率ｎ４＝１.９５)で作製されている。この発光ダイオード３５は、上記第２のシェル３の外側に形成され、上記第２のシェル３の屈折率ｎ３よりも低い屈折率ｎ４である第３のシェル３１が反射膜として機能する。すなわち、図３Ｂに示されるように、上記第２のシェル３と第３のシェル３１との界面への入射角度θが、ｓｉｎ−１(ｎ４/ｎ３)以上であれば上記界面で全反射を起こす。したがって、上記第１,第２のシェル２,３のｐｎ接合面で発生した光をダイオード外部に逃がしにくく、棒状コア１の端部１Ａ,１Ｂから光を出射させることができ、より指向性が高まる。
【００４９】
尚、上記第１実施形態では、発光ダイオード５について説明したが、上記発光ダイオード５と同様の構成の円柱形状の棒状コア１と円筒形状の第１のシェル２と円筒形状の第２のシェル３を備えた光電効果を有するダイオードで光検出器を構成してもよい。この光検出器によれば、上記棒状コア１の屈折率ｎ１が上記第１のシェル２の屈折率ｎ２よりも大きいので、光をダイオード外部に逃がしにくくなり、光の取り込み効果を高めることができ、光電効果を高めることができる。また、この光検出器によれば、上記棒状コア１の熱伝導率が上記第１のシェル２の熱伝導率よりも大きいので、放熱性を向上できると共に温度を均一化でき、高温集中による光電変換効率の低下を回避できる。よって、この光検出器によれば、光検出性能を向上できる。
【００５０】
また、上記第１実施形態では、発光ダイオード５について説明したが、上記発光ダイオード５と同様の構成の円柱形状の棒状コア１と円筒形状の第１のシェル２と円筒形状の第２のシェル３を備えた光電効果を有するダイオードで太陽電池を構成してもよい。この太陽電池によれば、上記棒状コア１の屈折率ｎ１が上記第１のシェル２の屈折率ｎ２よりも大きいので、光をダイオード外部に逃がしにくくなり、光の取り込み効果を高めることができ、発電効果を高めることができる。また、この太陽電池によれば、上記棒状コア１の熱伝導率が上記第１のシェル２の熱伝導率よりも大きいので、放熱性を向上できると共に温度を均一化でき、高温集中による光電変換効率の低下を回避できる。よって、この太陽電池によれば、発電性能を向上できる。
【００５１】
また、上記光検出器や太陽電池をなす上記発光ダイオード５と同様の構成の光電効果を有するダイオード４５を、図４Ｂに示すように、ＳｉＣ基板４６上に或る間隔を隔てて立設された状態で複数形成した場合には、熱が棒状コア１を通じてダイオード全体に拡散し、この棒状コア１の根元の端部１Ｂから基板４６に熱を拡散できると共に上記棒状コア１の先端の端部１Ａからも放熱できる。よって、放熱性を向上できると共に温度の均一化も図れるので、高温集中による光電変換効率の低下を回避でき、検出性能の良い光検出器や発電効率の良い太陽電池を提供できる。
【００５２】
また、上記ダイオード４５を、図４Ｃに示すように、ＧａＮ基板４７上に横倒し状態で配置した場合には、熱が棒状コア１を通じてダイオード全体に拡散すると共に、棒状コア１の両端１Ａ,１Ｂからも放熱でき、さらに、ＧａＮ基板４７との接触面積が大きく基板４７に熱を逃がし易くなる。よって、放熱性を向上できると共に温度の均一化も図れるので、高温集中による光電変換効率の低下を回避でき、検出性能の良い光検出器や発電効率の良い太陽電池を提供できる。なお、図４Ｃのダイオード４５は、第２のシェル３の一端部の周方向の一部が取り除かれて、第１のシェル２の一端部の周方向の一部が露出していて、この第１のシェル２の露出した部分にコンタクト電極９が形成され、上記第２のシェル３にコンタクト電極８が形成されている。
【００５３】
また、上記発光ダイオード４５の変形例として、図４Ａに示すように、ＳｉＣの棒状コア５１と、このＳｉＣの棒状コア５１を被覆するｎ型ＧａＮの第１のシェル５２と、このｎ型ＧａＮの第１のシェル５２を被覆するｐ型ＧａＮの第２のシェル５３とで構成した光電効果を有するダイオード５５を、ＳｉＣ基板５６上に或る間隔を隔てて立設された状態で複数形成してもよい。この光電効果を有するダイオード５５では、上記ＳｉＣの棒状コア５１の端部５１Ａが上記ｎ型ＧａＮの第１のシェル５２と上記ｐ型ＧａＮの第２のシェル５３とで覆われている。この場合には、熱が棒状コア５１を通じてダイオード全体に拡散し、この棒状コア５１の根元の端部５１ＢからＳｉＣ基板５６に熱を拡散できる。よって、放熱性を向上できると共に温度の均一化も図れるので、高温集中による光電変換効率の低下を回避でき、検出性能の良い光検出器や発電効率の良い太陽電池を提供できる。
【００５４】
尚、上記実施形態,変形例では、第１のシェル２,５２をｎ型のＧａＮとし、第２のシェル３,５３をｐ型のＧａＮとしたが、第１のシェル２,５２をｐ型のＧａＮとし、第２のシェル３,５３をｎ型のＧａＮとしてもよい。
【００５５】
(第２の実施の形態)
図５Ａは、この発明のダイオードの第２実施形態としての発光ダイオード６５の斜視図であり、図５Ｂは上記発光ダイオード６５の断面図である。この第２実施形態の発光ダイオード６５は、図１Ａ,図１Ｂに示した第１実施形態の発光ダイオード５のコア部としてのＳｉＣで作製された円柱形状の棒状コア１に替えて、ＳｉＯ２で作製された円柱形状の棒状コア６１を備えた点だけが、前述の第１実施形態の発光ダイオード５と異なる。よって、この第２実施形態では、前述の第１実施形態と同様の部分には同様の符号を付して、前述の第１実施形態と異なる部分を主に説明する。
【００５６】
上記ＳｉＯ２で作製された棒状コア６１は屈折率が１.４５であり、上記ｎ型ＧａＮで作製された第１のシェル２は屈折率が２.５である。この第２実施形態の発光ダイオード６５によれば、上記棒状コア６１の屈折率ｎ１(＝１.４５)が、上記第１のシェル２の屈折率ｎ２(＝２.５)よりも小さい。したがって、第１,第２のシェル２,３のｐｎ接合面で発生した光が棒状コア６１内へ入りにくいと共に、上記棒状コア６１内へ入射した光は棒状コア６１と第１のシェル２との界面で全反射が起こらない。よって、この棒状の発光ダイオード６５は、両端面６５Ａ,６５Ｂおよび側面６５Ｃ全面から光が出射されるので、面発光デバイスに適している。
【００５７】
また、この発光ダイオード６５を、図６Ｂに示すように、ＳｉＯ２基板６７上に或る間隔を隔てて立設された状態で複数形成した場合には、各棒状の発光ダイオード６５の両端面６５Ａ,６５Ｂおよび側面６５Ｃ全面から全方向に光を出射することができる。また、上記発光ダイオード６５を、図６Ｃに示すように、ＧａＮ基板７上に横倒し状態で配置した場合には、棒状コア６１が延在している方向の両端部６５Ａ,６５Ｂおよび側面６５Ｃ全面から全方向に光を出射することができる。なお、図６Ｃのダイオード６５は、第２のシェル３の一端部の周方向の一部が取り除かれて、第１のシェル２の一端部の周方向の一部が露出していて、この第１のシェル２の露出した部分にコンタクト電極９が形成され、上記第２のシェル３にコンタクト電極８が形成されている。
【００５８】
また、上記発光ダイオード６５の変形例として、図６Ａに示すように、ＳｉＯ２の棒状コア６１と、このＳｉＯ２の棒状コア６１を被覆するｎ型ＧａＮの第１のシェル６２と、このｎ型ＧａＮの第１のシェル６２を被覆するｐ型ＧａＮの第２のシェル６３とで構成した発光ダイオード７５を、ＳｉＯ２基板６７上に或る間隔を隔てて立設された状態で複数形成してもよい。この発光ダイオード７５では、上記ＳｉＯ２の棒状コア６１の端部６１Ａが上記ｎ型ＧａＮの第１のシェル６２と上記ｐ型ＧａＮの第２のシェル６３とで覆われている。この場合にも、上記棒状の発光ダイオード７５の両端部７５Ａ,７５Ｂおよび側面７５Ｃ全面から全方向に光を出射することができる。
【００５９】
尚、上記実施形態では、第１のシェル２,６２をｎ型のＧａＮとし、第２のシェル３,６３をｐ型のＧａＮとしたが、第１のシェル２,６２をｐ型のＧａＮとし、第２のシェル３,６３をｎ型のＧａＮとしてもよい。
【００６０】
(第３の実施の形態)
図７Ａは、この発明のダイオードの第３実施形態としての発光ダイオード８５の斜視図であり、図７Ｂは上記発光ダイオード８５の断面図である。
【００６１】
この第３実施形態の発光ダイオード８５は、コア部としての円柱形状の棒状コア８１とこの円柱形状の棒状コア８１を覆う第１導電型の半導体層としての円筒形状の第１のシェル８２と上記円筒形状の第１のシェル８２を覆う第２導電型の半導体層としての円筒形状の第２のシェル８３を備える。図７Ｂに示すように、上記棒状コア８１の両端部８１Ａ,８１Ｂの端面は、上記第１,第２のシェル８２,８３から露出している。また、上記第１のシェル８２は、フランジ状の一端部８２Ａを有し、この一端部８２Ａは上記第２のシェル８３から露出している。
【００６２】
上記棒状コア８１はｎ型Ｓｉで作製され、上記第１のシェル８２はｎ型のＧａＮで作製され、上記第２のシェル８３はｐ型のＧａＮで作製されている。上記ｎ型Ｓｉで作製された棒状コア８１は電気伝導率が１.０×１０５(/Ωｍ)であり、上記ｎ型ＧａＮで作製された第１のシェル８２は電気伝導率が１.０×１０４(/Ωｍ)である。
【００６３】
この実施形態の発光ダイオード８５によれば、上記棒状コア８１の電気伝導率(１.０×１０５(/Ωｍ))が、上記第１のシェル８２の電気伝導率(１.０×１０４(/Ωｍ))よりも高い。したがって、図７Ｂに矢印Ｅ１,Ｅ２,Ｅ３で示すように、上記第１のシェル８２に比べて、上記棒状コア８１を伝わって電流が流れ易く、上記棒状コア８１を通じて、上記第１のシェル８２の全域に電流が流れ易くなる。このため、損失を抑制できて、効率良く発光できる。
【００６４】
尚、上記実施形態では、発光ダイオード８５について説明したが、この発光ダイオード８５と同様の構造で光電変換素子(光検出器や太陽電池)を構成してもよい。この場合も、図７Ｃに矢印Ｆ１,Ｆ２,Ｆ３で示すように、上記第１のシェル８２に比べて、上記棒状コア８１を伝わって電流が流れ易く、上記棒状コア８１を通じて、上記第１のシェル８２の全域に電流が流れ易くなる。このため、損失を抑制でき、光検出性能の向上や発電効率の向上を達成できる。
【００６５】
また、上記発光ダイオード８５の変形例としての図８Ａに示す発光ダイオード９５を、ｎ型Ｓｉ基板９０上に或る間隔を隔てて立設された状態で複数形成してもよい。この発光ダイオード９５は、ｎ型Ｓｉで作製された棒状コア９１と、このｎ型Ｓｉ製の棒状コア９１を被覆するｎ型ＧａＮの第１のシェル９２と、このｎ型ＧａＮの第１のシェル９２を被覆するｐ型ＧａＮの第２のシェル９３とで構成している。この発光ダイオード９５では、上記ｎ型Ｓｉ製の棒状コア９１の端部９１Ａが上記ｎ型ＧａＮの第１のシェル９２と上記ｐ型ＧａＮの第２のシェル９３とで覆われている。図８Ａに示すように、上記ｎ型ＧａＮの第１のシェル９２には基板９０上に形成されたｎ型ＧａＮ延長部９２Ｚが連なり、上記ｐ型ＧａＮの第２のシェル９３には上記ｎ型ＧａＮ延長部９２Ｚ上に形成されたｐ型ＧａＮ延長部９３Ｚが連なっている。そして、上記ｐ型ＧａＮ延長部９３Ｚ上にコンタクト電極９６が形成され、上記ｎ型Ｓｉ基板９０上にコンタクト電極９７が形成されている。図８Ａに示す一例では、ｎ型Ｓｉ製の棒状コア９１やｎ型ＧａＮの第１のシェル９２にコンタクト電極を形成する必要がなく、ｎ型Ｓｉ基板９０にコンタクト電極９７を形成すればよいので、コンタクト電極の形成が容易になる。
【００６６】
また、上記発光ダイオード８５のもう１つの変形例としての図８Ｂに示す発光ダイオード１０５を、ＧａＮ基板１００上に横倒し状態で配置してもよい。図８Ｂに示す発光ダイオード１０５は、ｎ型Ｓｉ製の棒状コア１０１の一端部の周方向の一部が第１,第２のシェル１０２,１０３から露出している。第１のシェル１０２はｎ型ＧａＮで作製され、第２のシェル１０３はｐ型ＧａＮで作製されている。そして、上記第２のシェル１０３の外周面にコンタクト電極１０６が形成され、上記露出したｎ型Ｓｉ製の棒状コア９１の一端部にコンタクト電極１０７が形成されている。この図８Ｂに示す発光ダイオード１０５は、例えば、図８Ａに示されるＳｉ基板９０上に立設された状態から切り離されたものを、別基板としてのＧａＮ基板１００上に横倒し状態で配置したものである。図８Ｂに示す一例では、ｎ型ＧａＮの第１のシェル１０２にコンタクト電極を形成する必要がなく、ｐ型ＧａＮの第２のシェル１０３にコンタクト電極１０６を形成し、ｎ型Ｓｉ製の棒状コア１０１にコンタクト電極１０７を形成すればよいので、コンタクト電極の形成が容易になる。
【００６７】
尚、図８Ａ,図８Ｂでは、発光ダイオード９５,１０５について説明したが、この発光ダイオード９５,１０５と同様の構造で光電変換素子(光検出器や太陽電池)を構成してもよい。また、上記実施形態では、第１のシェル８２,９２,１０２をｎ型のＧａＮとし、第２のシェル８３,９３,１０３をｐ型のＧａＮとしたが、第１のシェル８２,９２,１０２をｐ型のＧａＮとし、第２のシェル８３,９３,１０３をｎ型のＧａＮとしてもよい。
【００６８】
(第４の実施の形態)
図９Ａは、この発明のダイオードの第４実施形態としての発光ダイオード１１５の斜視図であり、図９Ｂは上記発光ダイオード１１５がＳｉ基板１１０上に立設状態で或る間隔を隔てて複数形成されている様子を示す断面図である。
【００６９】
上記発光ダイオード１１５は、シリコンで作製されたコア１１１と、このコア１１１を覆うように形成された第１導電型の半導体層としてのｎ型ＧａＮで作製した第１のシェル１１２と、この第１のシェル１１２を覆うように形成された第２導電型の半導体層としてのｐ型ＧａＮで作製した第２のシェル１１３とを備える。
【００７０】
この実施形態の発光ダイオード１１５によれば、上記コア１１１がシリコン製であることから、コア１１１の形成プロセスが確立されている。したがって、所望の良形状の発光ダイオード１１５が得られる。また、コアが全て第１導電型の半導体で作製されている場合に比べて、第１導電型の半導体の使用量を削減でき、コスト低減を図れる。
【００７１】
なお、図９Ｂに示すように、作製用基板としてのＳｉ基板１１０上に立設状態で互いに間隔を隔てて形成された複数の発光ダイオード１１５を、エッチング等により、図１０Ａに示すように、Ｓｉ基板１１０から切り離した発光ダイオード１１７とすることで、図１０Ｂに示すように、実装用基板としてのＧａＮ基板１１８上に横倒し状態で実装することができる。すなわち、基板から切り離した発光ダイオード１１７によれば、作製用基板とは別の所望の実装用基板に発光ダイオード１１７を容易に実装できる。
【００７２】
例えば、Ｓｉ基板１１０上に立設状態で形成された発光ダイオード１１５の第１,第２のシェル１１２,１１３をＲＩＥ(反応性イオンエッチング)でエッチングし、Ｓｉ基板１１０をＣＦ４などでドライエッチングし、さらにＩＰＡ(イソプロピルアルコール)等の溶液中で超音波を印加することで、上記Ｓｉ基板１１０から発光ダイオード１１５を切り離すことができる。
【００７３】
尚、図１０Ｂの発光ダイオード１１７は、第１,第２のシェル１１２,１１３の一端部の周方向の一部が取り除かれて、コア１１１の一端部の周方向の一部が露出していて、このコア１１１の一端部の露出した部分にコンタクト電極１２２が形成され、上記第２のシェル１１３にコンタクト電極１２１が形成されている。また、上記発光ダイオード１１５,１７７と同様の構成の光電効果を有するダイオードでもって、光電変換素子である光検出器や太陽電池を構成してもよい。また、上記実施形態では、第１のシェル１１２をｎ型のＧａＮとし、第２のシェル１１３をｐ型のＧａＮとしたが、第１のシェル１１２をｐ型のＧａＮとし、第２のシェル１１３をｎ型のＧａＮとしてもよい。
【００７４】
(第５の実施の形態)
次に、図１１Ａ〜図１１Ｉを参照して、この発明の第５実施形態としてのダイオードの製造方法を説明する。図１１Ａ〜図１１Ｉは、この製造方法における各製造工程を説明する断面図である。
【００７５】
まず、図１１Ａに示すように、ｎ型Ｓｉ基板２０１を用意し、このｎ型Ｓｉ基板２０１の表面２０１ＡにＴＥＯＳ(テトラ・エチル・オルソ・シリケート)などのＳｉＯ２膜(図示せず)を数μｍの厚さに成膜する。このＳｉＯ２膜の膜厚は１μｍ以上が好ましい。
【００７６】
その後、フォトレジスト加工を施し、上記ＳｉＯ２膜(図示せず)にＲＩＥ(反応性イオンエッチング)のような異方性エッチングを行い、上記ＳｉＯ２膜からｎ型Ｓｉ基板２０１を部分的に露出させる。さらに、上記ＳｉＯ２膜から部分的に露出した上記ｎ型Ｓｉ基板２０１に対して上記ＳｉＯ２膜との選択比の高い異方性エッチングを行い、２５μｍの深さにエッチングする。この時、上記フォトレジストはエッチングされてしまうが、上記ＳｉＯ２膜がマスクとなり、ｎ型Ｓｉ基板２０１に対するエッチングを継続することができる。こうして、図１１Ｂに示すように、ｎ型Ｓｉロッドによる複数のコア２０２をｎ型Ｓｉ基板２０１上に予め定められた間隔を隔てて立設状態で形成することができる。
【００７７】
次に、上記ｎ型Ｓｉ製の複数のコア２０２が形成されたｎ型Ｓｉ基板２０１に対し、アッシングおよび洗浄を行なった後、上記複数のコア２０２が形成されたｎ型Ｓｉ基板２０１の表面に熱酸化膜を形成する。その後、ＨＦ(フッ酸)により上記熱酸化膜を剥離し、欠陥やダストの無いＳｉ表面を得る。
【００７８】
次に、上記複数のコア２０２が形成されたｎ型Ｓｉ基板２０１を、ＭＯＣＶＤ(有機金属気相成長)装置にセットし、１２００℃、水素雰囲気中で数十分間サーマルクリーニングを行ない、自然酸化膜を除去すると共にＳｉ表面を水素終端化させる。その後、基板温度を１１００℃に下げ、ＡｌＮ層(図示せず)とＡｌＸＧａ１−ＸＮ(０＜ｘ＜１)層(図示せず)を成長する。なお、このＡｌＮ層とＡｌＸＧａ１−ＸＮ(０＜ｘ＜１)層は必ずしも形成しなくてもよい。
【００７９】
次いで、図１１Ｃに示すように、ＭＯＣＶＤ(有機金属気相成長)により、ｎ型ＧａＮを成長させて第１導電型の第１のシェル２０３を形成する。次に、図１１Ｄに示すように、ＭＯＣＶＤにより、数層〜数十層のＧａ１−ＹＩｎＹＮ/Ｇａ１−ＺＩｎＺＮ(０＜Ｙ,Ｚ＜１)多重量子井戸(ＭＱＷ)構造による量子井戸層(活性層)２０４を成長させる。次に、上記量子井戸層(活性層)２０４上にｐ‐ＡｌｎＧａ１−ｎＮ(０＜ｎ＜１)層(図示せず)を成長し、さらに、図１１Ｅに示すように、ＭＯＣＶＤにより、ｐ型ＧａＮを成長させて、上記量子井戸層２０４を覆う第２導電型の第２のシェル２０５を形成する。なお、上記量子井戸層２０４とその上のｐ‐ＡｌｎＧａ１−ｎＮ(０＜ｎ＜１)層(図示せず)は必ずしも形成しなくてもよい。
【００８０】
次に、図１１Ｆに示すように、上記ｐ型ＧａＮの第２のシェル２０５上にＣＶＤ,スパッタ,またはメッキによりＩＴＯ(錫添加酸化インジウム)を形成してＩＴＯ導電膜２０６を形成する。なお、上記ＩＴＯを形成した後、窒素と酸素の混合雰囲気中で６５０℃,１０分間のアニールを行ない、ｐ型半透明電極を形成してもよい。なお、ＩＴＯ導電膜２０６に替えて、ＺｎＯ導電膜やＦＴＯ(フッ素添加酸化錫)導電膜を採用してもよい。
【００８１】
次に、上記ＩＴＯ導電膜２０６,ｐ型ＧａＮの第２のシェル２０５,量子井戸層２０４,ｎ型ＧａＮの第１のシェル２０３を、Ｃｌ２などのエッチングガスを用いてＲＩＥによりエッチングする。このエッチングにより、図１１Ｇに示すように、上記ｎ型Ｓｉの複数のコア２０２の先端面が露出されると共にｎ型Ｓｉ基板２０１の表面が部分的に露出される。
【００８２】
次に、ＣＦ４などのエッチングガスを用いて、Ｓｉを選択的にエッチングするドライエッチングを行なう。これにより、図１１Ｈに示すように、上記ｎ型Ｓｉのコア２０２の先端部がエッチングされると共に、ｎ型Ｓｉのコア２０２直下のｎ型Ｓｉ部分２０１Ｂを残すように、上記ｎ型Ｓｉ基板２０１が表面からエッチングされる。
【００８３】
次に、上記ｎ型Ｓｉ基板２０１をＩＰＡ等の溶液中に浸漬して超音波を印加することで、図１１Ｉに示すように、上記ｎ型Ｓｉのコア２０２を、上記ｎ型Ｓｉ基板２０１の部分２０１Ｂから切り離す。これにより、上記ｎ型Ｓｉ基板２０１から切り離された複数の発光ダイオード２０７が得られる。
【００８４】
尚、上記第５実施形態の製造方法において、図１１Ｆに示すＩＴＯ導電膜２０６を形成してから、このＩＴＯ導電膜２０６の表面に上記ＩＴＯ導電膜２０６よりも屈折率の低い層(例えば、ＳｉＯ２、屈折率ｎ＝１．４５)を形成すれば、コア２０２の長軸方向に光を導波することができ、一方向に強く発光する発光ダイオードを提供できる。
【００８５】
また、上記製造方法の実施形態の説明では、基板２０１がｎ型Ｓｉ基板であり、コア２０２がｎ型Ｓｉコアである場合を説明したが、基板とコアの材質を変更した場合の第１〜第３変形例を、次の(1),(2),(3)に示す。なお、第１のシェル２０３,量子井戸層２０４,第２のシェル２０５,ＩＴＯ導電膜２０６の形成については上記実施形態と同様である。
【００８６】
(1) 第１変形例では、基板２０１をＳｉＣ基板とし、コア２０２をＳｉＣとする。この場合、このＳｉＣによるコアは、ＳｉＯ２膜をマスクとするＲＩＥ(反応性イオンエッチング)等により形成する。
【００８７】
(2) 第２変形例では、基板２０１をＳｉＯ２基板とし、コア２０２をＳｉＯ２とする。この場合、このＳｉＯ２によるコアの形成は、通常の半導体プロセスに使用する公知のリソグラフィー法とドライエッチング法が利用できる。
【００８８】
(3) 第３変形例では、基板２０１をｎ型Ｓｉ基板とし、コア２０２をｎ型Ｓｉとする。この場合、このｎ型Ｓｉによるコア２０２は、ＶＬＳ(Ｖapor‐Ｌiqid‐Ｓolid)成長により形成できる。
【００８９】
尚、上記実施形態では、第１導電型の第１のシェル２０３をｎ型ＧａＮとしてＭＯＣＶＤにより形成したが、第１導電型の第１のシェル２０３の材質に応じてＣＶＤ,メッキ,スパッタ等を採用できる。また、上記実施形態では、基板２０１,コア２０２,第１のシェル２０３をｎ型とし、第２のシェル２０５をｐ型としたが、基板２０１,コア２０２,第１のシェル２０３をｐ型とし、第２のシェル２０５をｎ型としてもよい。また、上記実施形態と同様の工程で作製したダイオードで光電変換素子(光検出器や太陽電池)を構成してもよい。
【００９０】
(第６の実施の形態)
次に、図１２Ａの断面図を参照して、この発明の第６実施形態の発光ダイオードを説明する。この第６実施形態の発光ダイオード３００は、前述の発光ダイオードの製造方法の第５実施形態の図１１Ｆに示す工程まで作製したものを用いている。
【００９１】
この第６実施形態の発光ダイオード３００は、図１２Ａに示すように、導電膜２０６,ｐ型ＧａＮの第２のシェル２０５,量子井戸層２０４のうちの、上記ｎ型Ｓｉ基板２０１の表面に沿って延在している端部をＲＩＥ等のエッチングにより除去して、ｎ型ＧａＮの第１のシェル２０３の端部２０３Ｂを露出させている。そして、この露出した第１のシェル２０３の端部２０３Ｂにコンタクト電極３０２を形成し、上記導電膜２０６の端部２０６Ｂにコンタクト電極３０１を形成した。
【００９２】
この実施形態の発光ダイオード３００は、ｎ型Ｓｉ基板２０１上に間隔を隔てて立設状態で複数形成された各ｎ型Ｓｉ棒状コア２０２をｎ型ＧａＮの第１のシェル２０３,量子井戸層２０４,ｐ型ＧａＮの第２のシェル２０５で順次被覆している。したがって、この発光ダイオード３００によれば、棒状コア２０２を有さずフラットな積層膜とした場合に比べて、発光面積を増加させることができるので、低いコストで発光光量を増加させることができる。
【００９３】
また、上記発光ダイオード３００を実装した図１２Ｂに示す発光素子３０５を、図１２Ｃに示すように、支持基板３０６上に互いに間隔をあけて格子状に実装して、照明装置３０７とすることができる。この照明装置３０７はバックライト,表示装置とすることもできる。
【００９４】
尚、この実施形態では、発光ダイオード３００として、上記第５実施形態の図１１Ｆに示す工程まで作製したものを用いたが、上記第５実施形態の変形例で図１１Ｆに示す工程まで作製したものを用いてもよい。また、上記実施形態では、基板２０１,コア２０２,第１のシェル２０３をｎ型とし、第２のシェル２０５をｐ型としたが、基板２０１,コア２０２,第１のシェル２０３をｐ型とし、第２のシェル２０５をｎ型としてもよい。
【００９５】
(第７の実施の形態)
次に、図１３Ａの断面図を参照して、この発明の第７実施形態の発光ダイオードを説明する。この第７実施形態の発光ダイオード４００は、前述の発光ダイオードの製造方法の第５実施形態の図１１Ｉに示す工程まで作製した発光ダイオード２０７を用いている。
【００９６】
図１３Ａに示すように、この第７実施形態の発光ダイオード４００は、前述の第５実施形態で作製した発光ダイオード２０７の導電膜２０６,ｐ型ＧａＮの第２のシェル２０５,量子井戸層２０４のうちの、先端側の一部分をエッチングで除去してｎ型ＧａＮの第１のシェル２０３の先端側の一部分２０３Ｃを露出させている。この第１のシェル２０３の一部分２０３Ｃにコンタクト電極４０３を形成し、上記導電膜２０６にコンタクト電極４０２を形成している。そして、この発光ダイオード４００は、基板４０１上に横倒しの状態で配置されている。上記基板４０１は、例えば、フレキシブル基板またはガラス基板とすることができるが、上記基板４０１は、他の材質の絶縁基板としてもよい。
【００９７】
また、図１３Ｂに示すように、上記発光ダイオード４００を、基板４０１上に複数配列して、発光素子４１０としてもよい。この発光素子４１０は、各列の各発光ダイオード４００のコンタクト電極４０２,４０３に配線４０５,４０６を接続している。
【００９８】
また、図１３Ｃに示すように、上記発光素子４１０を、支持基板４１１上に互いに間隔をあけて格子状に複数実装して、照明装置４１２とすることができる。この照明装置３０７はバックライト,表示装置とすることもできる。
【００９９】
尚、この実施形態では、発光ダイオード４００として、上記第５実施形態で作製したものを用いたが、上記第５実施形態の変形例で作製したものを用いてもよい。
【０１００】
(第８の実施の形態)
次に、図１４Ａの断面図を参照して、この発明のダイオードの第８実施形態としての光電変換素子を説明する。この第８実施形態の光電変換素子は、光検出器や太陽電池とすることができる。この第８実施形態の光電変換素子は、前述の発光ダイオードの製造方法の第５実施形態の図１１Ｆに示す工程までのうちの図１１Ｄに示す量子井戸層２０４を形成する工程を省いた工程で作製したものを用いている。
【０１０１】
したがって、この実施形態の光電変換素子５００では、ｎ型Ｓｉ基板２０１上に間隔を隔てて複数形成されたｎ型Ｓｉ棒状コア２０２をｎ型ＧａＮの第１のシェル２０３,ｐ型ＧａＮの第２のシェル２０５,ＩＴＯ導電膜２０６で順次被覆している。また、上記ｎ型Ｓｉ基板２０１は、絶縁基板５０１上に配置される。また、この実施形態の光電変換素子５００では、図１４Ａに示すように、導電膜２０６,ｐ型ＧａＮの第２のシェル２０５のうちの、上記ｎ型Ｓｉ基板２０１の表面に沿って延在している部分２０６Ｂ,２０５Ｂの端部をＲＩＥ等のエッチングにより除去して、ｎ型ＧａＮの第１のシェル２０３の端部２０３Ｂを露出させている。そして、この露出した第１のシェル２０３の端部２０３Ｂにコンタクト電極５０３を形成し、上記第２のシェル２０５の端部２０５Ｂまたは上記導電膜２０６の端部２０６Ｂにコンタクト電極５０２を形成した。
【０１０２】
この実施形態の光電変換素子５００は、ｎ型Ｓｉ基板２０１上に間隔を隔てて立設状態で複数形成された各ｎ型Ｓｉ棒状コア２０２をｎ型ＧａＮの第１のシェル２０３,ｐ型ＧａＮの第２のシェル２０５で順次被覆している。したがって、この光電変換素子５００によれば、棒状コア２０２を有さないフラットな積層膜とした場合に比べて、基板２０１の単位面積当たりのＰＮ接合面積を大きくすることができる。よって、ＰＮ接合面積の単位面積当たりのコストの低減を図れる。また、各ｎ型Ｓｉ棒状コア２０２間の隙間へ光が入り込んで、光閉じ込め効果を得ることができるので、単位面積当たりの光電変換の効率を上げることができる。
【０１０３】
尚、この実施形態の光電変換素子５００では、上記第５実施形態で作製したダイオードを用いたが、上記第５実施形態の変形例で作製したダイオードを用いてもよい。
【０１０４】
また、上記第８実施形態の光電変換素子５００の変形例では、前述の第５実施形態の図１１Ｉに示す工程までのうちの図１１Ｄに示す量子井戸層２０４を形成する工程を省いた工程で作製したダイオードを用いて、図１４Ｂに示す光電変換素子５２０とした。
【０１０５】
この変形例の光電変換素子５２０が有するダイオード５１７は、導電膜２０６,ｐ型ＧａＮの第２のシェル２０５の先端側の部分の周方向の一部をエッチングにより除去して、ｎ型ＧａＮの第１のシェル２０３の先端側の部分の周方向の一部を露出させている。この露出したｎ型ＧａＮの第１のシェル２０３の先端側の部分にコンタクト電極５１８を形成すると共に、上記ｎ型Ｓｉ棒状コア２０２に関して上記コンタクト電極５１８の反対側で導電膜２０６にコンタクト電極５１９を形成した。
【０１０６】
この変形例の光電変換素子５２０では、図１４Ｂに示すように、ダイオード５１７は基板５２１上に上記コンタクト電極５１９が上記基板５２１側に位置するように横倒しの状態で配置されている。なお、上記基板５２１としては、フレキシブル基板や導電性基板を採用できる。
【０１０７】
また、上記第８実施形態の光電変換素子５００のもう１つの変形例では、前述の第５実施形態の図１１Ｉに示す工程までのうちの図１１Ｄに示す量子井戸層２０４を形成する工程を省いた工程で作製したダイオードを用いて、図１４Ｃに示す光電変換素子５３０とした。
【０１０８】
この変形例の光電変換素子５３０が有するダイオード５２７は、導電膜２０６,ｐ型ＧａＮの第２のシェル２０５の先端側の部分の周方向の一部をエッチングにより除去して、ｎ型ＧａＮの第１のシェル２０３の先端側の部分の周方向の一部を露出させている。この露出したｎ型ＧａＮの第１のシェル２０３の先端側の部分にコンタクト電極５２８を形成すると共に上記コンタクト電極５２８の同じ側で導電膜２０６にコンタクト電極５２９を形成した。
【０１０９】
この変形例の光電変換素子５３０では、図１４Ｃに示すように、ダイオード５２７は基板５３１の光入射面５３１Ａの裏面５３１ＢにＩＴＯ導電膜２０６が接すると共に上記コンタクト電極５２８,５２９が上記基板５３１に対して反対側に位置するように横倒しの状態で配置されている。なお、上記基板５３１としては、ガラス基板や透光性基板を採用できる。
【０１１０】
尚、この実施形態の変形例の光電変換素子５２０,５３０では、上記第５実施形態で作製したダイオードを用いたが、上記第５実施形態の変形例で作製したダイオードを用いてもよい。また、上記各実施形態では、コア部としての棒状コアを円柱形状としたが多角柱形状や楕円柱形状としてもよく、円錐形状,楕円錐形状,多角錐形状等でもよい。また、上記各実施形態では、第１,第２のシェルを円筒形状としたが上記コア部の形状に対応して多角筒形状,楕円筒形状,円錐形状,楕円錐形状,多角錐形状等としてもよい。
【符号の説明】
【０１１１】
１,１１,５１ ＳｉＣ棒状コア
２,１２,５２,６２,８２,９２,１０２,１１２,２０３ ｎ型ＧａＮ第１のシェル
３,１３,５３,６３,８３,９３,１０３,１１３,２０５ ｐ型ＧａＮ第２のシェル
５,１５,３５,６５,８５,９５,１０５,１１５,１１７,２０７,３００,４００ 発光ダイオード
６,４６ ＳｉＣ基板
７,４７,１００,１１８ ＧａＮ基板
８,９,９６,９７,１０６,１０７,４０２,４０３,５０２,５０３,５１８,５１９,５２８,５２９ コンタクト電極
３１ 第３のシェル
４５,５１７ ダイオード
５６ ＳｉＣ基板
６１ ＳｉＯ２棒状コア
６７ ＳｉＯ２基板
８１,９１ ｎ型Ｓｉ棒状コア
９０,２０１ ｎ型Ｓｉ基板
１１０ Ｓｉ基板
１１１ Ｓｉコア
２０２ ｎ型Ｓｉコア
２０４ 量子井戸層
２０６ ＩＴＯ導電膜
３０５ 発光素子
３０６ 支持基板
３０７ 照明装置
４０１,５２１,５３１ 基板
４０５,４０６ 配線
５００,５２０,５３０ 光電変換素子
５０１ 絶縁基板
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発光ダイオードや光電変換素子を構成するダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光ダイオードとしては、図１５に断面を示すものが提案されている(非特許文献１参照)。この発光ダイオードは、ｎ型ＧａＮで作製されたコア１００１と、このコア１００１の周囲を被覆するようにＩｎＧａＮ層１００２,ｉ-ＧａＮ層１００３,ｐ-ＡlＧａＮ層１００４,ｐ-ＧａＮ層１００５が順次シェル状に形成されている。上記ＩｎＧａＮ層１００２,ｉ-ＧａＮ層１００３が活性層を構成している。
【０００３】
ところで、上記従来の発光ダイオードでは、上記ｎ型のコア１００１がｎ型の電極として使用され、ｎ型の電極の機能を持つことを優先して材質が選択されているため、コア１００１の材質選択が制限されている。このため、コア１００１の材質を自由に選択してコアに所望の特性を持たせることが困難であり、上記コアに所望の特性を持たせるための製造コストの増加や製造歩留まりの低下を招いていた。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｆang Ｑian，Ｓilvija Ｇradecak，Ｙat Ｌi，Ｃheng-Ｙen Ｗen and Ｃharles Ｍ．Ｌieber、Ｃore/Ｍultishell Ｎanowire Ｈeterostructures as Ｍulticolor，Ｈigh-Ｅfficiency Ｌight-Ｅmitting Ｄiodes Ｎano letters 2005 Ｖol.５，Ｎo.１１，２２８７-２２９１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、この発明の課題は、製造コストの増加や製造歩留まりの低下を招くことなく、コアに所望の特性を持たせることができるダイオードを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、この発明のダイオードは、コア部と、
上記コア部を覆うように形成された第１導電型の半導体層と、
上記第１導電型の半導体層を覆う第２導電型の半導体層と
を備え、
上記コア部の材質と上記第１導電型の半導体層の材質とが互いに異なっていることを特徴としている。
【０００７】
この発明のダイオードによれば、ダイオードの２極の役割は、上記第１導電型の半導体層と上記第２導電型の半導体層とが担うので、上記コア部の材質として所望の材質を選択できる。したがって、製造コストの増加や製造歩留まりの低下を招くことなく、上記コア部に所望の特性(屈折率,熱伝導率,電気伝導率等)を持たせることが可能になる。
【０００８】
また、一実施形態では、上記コア部の屈折率が上記第１導電型の半導体層の屈折率よりも大きいと共に発光ダイオードである。
【０００９】
この実施形態によれば、発生した光を上記コア部へ導波して上記コア部で強く発光させることができる。
【００１０】
また、一実施形態では、上記コア部の屈折率が上記第１導電型の半導体層の屈折率よりも大きいと共に光電効果を有する。
【００１１】
この実施形態によれば、光をダイオード外部に逃がしにくく、光の取り込み効果を高めることができ、光電効果を高めることができる。
【００１２】
また、一実施形態のダイオードでは、上記コア部の屈折率が上記第１導電型の半導体層の屈折率よりも小さいと共に発光ダイオードである。
【００１３】
この実施形態によれば、発生した光が上記コア部内に入りにくく上記コア部表面で反射し易いので、上記第１導電型の半導体層から上記第２導電型の半導体層に向かって光を外部へ取り出すことができる。
【００１４】
また、一実施形態のダイオードでは、上記コア部の熱伝導率が上記第１導電型の半導体層の熱伝導率よりも大きいと共に発光ダイオードである。
【００１５】
この実施形態によれば、上記第１導電型の半導体層から上記コア部へ熱が拡散するから、放熱が容易になり、高温による発光効率の低下を回避できる。
【００１６】
また、一実施形態のダイオードでは、上記コア部の熱伝導率が上記第１導電型の半導体層の熱伝導率よりも大きいと共に光電効果を有する。
【００１７】
この実施形態によれば、上記第１導電型の半導体層から上記コア部へ熱が拡散するから、放熱が容易になり、高温による光電変換効率の低下を回避できる。
【００１８】
また、一実施形態では、上記コア部の電気伝導率が上記第１導電型の半導体層の電気伝導率よりも大きいと共に発光ダイオードである。
【００１９】
この実施形態によれば、上記コア部の電気抵抗を小さくして上記コア部から上記第１導電型の半導体層へ電流を流し易くなるので、損失を抑制できて、効率良く発光できる。
【００２０】
また、一実施形態では、上記コア部の電気伝導率が上記第１導電型の半導体層の電気伝導率よりも大きいと共に光電効果を有する。
【００２１】
この実施形態によれば、上記コア部の電気抵抗を小さくして上記第１導電型の半導体層から上記コア部へ電流を流し易くなるので、損失を抑制できて、効率良く発電できる。
【００２２】
また、一実施形態のダイオードでは、上記コア部がシリコンで作製されている。
【００２３】
この実施形態によれば、シリコン製のコア部は形成プロセスが確立されているので、所望の良形状の素子が得られる。
【００２４】
また、一実施形態のダイオードでは、基板上に上記コア部,上記第１導電型の半導体層および上記第２導電型の半導体層を形成してから、上記基板から上記コア部,上記第１導電型の半導体層および上記第２導電型の半導体層を切り離すことで作製された。
【００２５】
この実施形態のダイオードによれば、上記基板から切り離されているので、他の基板への実装が容易になる。
【００２６】
また、一実施形態のダイオードの製造方法では、基板上にコア部を形成し、
上記コア部を覆うように第１導電型の半導体層を形成し、
上記第１導電型の半導体層を覆うように第２導電型の半導体層を形成し、
上記コア部の材質と上記第１導電型の半導体層の材質とが互いに異なっている。
【００２７】
この実施形態のダイオードの製造方法によれば、上記第１導電型の半導体層と上記第２導電型の半導体層とがダイオードの２極の役割を担わせて、上記コア部の材質として所望の材質を選択でき、上記コア部に所望の特性を持たせることが可能なダイオードを製造できる。
【００２８】
また、一実施形態の照明装置では、上記実施形態の発光ダイオードを備えた。
【００２９】
この実施形態の照明装置によれば、製造コストの増加や製造歩留まりの低下を招くことなく、上記発光ダイオードのコア部の特性(屈折率,熱伝導率,電気伝導率)を所望に設定でき、照明の指向性の設定が容易になる、照明の効率向上を図れるといったメリットが得られる。
【００３０】
また、一実施形態のバックライトでは、上記実施形態の発光ダイオードを備えた。
【００３１】
この実施形態のバックライトによれば、上記発光ダイオードのコア部の特性(屈折率,熱伝導率,電気伝導率)を所望に設定でき、バックライトの指向性の設定が容易になる、バックライトの効率向上を図れるといったメリットが得られる。
【００３２】
また、一実施形態の表示装置では、上記実施形態の発光ダイオードを備えた。
【００３３】
この実施形態の表示装置によれば、上記発光ダイオードのコア部の特性(屈折率,熱伝導率,電気伝導率)を所望に設定でき、表示装置の指向性の設定が容易になる、表示装置の効率向上を図れるといったメリットが得られる。
【００３４】
また、一実施形態の光検出器では、上記実施形態の光電効果を有するダイオードを備えた。
【００３５】
この実施形態の光検出器によれば、製造コストの増加や製造歩留まりの低下を招くことなく、上記光電効果を有するダイオードのコア部の特性(屈折率,熱伝導率,電気伝導率)を所望に設定できる。したがって、光の取り込み効果の向上、放熱性の向上、損失の抑制などが可能になり、光電変換効率を高めて、光検出性能を向上できる。
【００３６】
また、一実施形態の太陽電池では、上記実施形態の光電効果を有するダイオードを備えた。
【００３７】
この実施形態の太陽電池によれば、製造コストの増加や製造歩留まりの低下を招くことなく、上記光電効果を有するダイオードのコア部の特性(屈折率,熱伝導率,電気伝導率)を所望に設定できる。したがって、光の取り込み効果の向上、放熱性の向上、損失の抑制などが可能になり、効率良く発電できる。
【発明の効果】
【００３８】
この発明のダイオードによれば、ダイオードの２極の役割は、第１導電型の半導体層と第２導電型の半導体層とが担うので、コア部の材質として所望の材質を選択できる。したがって、製造コストの増加や製造歩留まりの低下を招くことなく、上記コア部に所望の特性(屈折率,熱伝導率,電気伝導率等)を持たせることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１Ａ】この発明のダイオードの第１実施形態としての発光ダイオードの斜視図である。
【図１Ｂ】上記第１実施形態の発光ダイオードの断面図である。
【図１Ｃ】上記第１実施形態の発光ダイオードにおいて熱が伝わる様子を模式的に示す断面図である。
【図２Ａ】上記第１実施形態の変形例の発光ダイオードを基板上に立設状態で複数形成した様子を示す断面図である。
【図２Ｂ】上記第１実施形態の発光ダイオードを基板上に立設状態で複数形成した様子を示す断面図である。
【図２Ｃ】上記第１実施形態の発光ダイオードを基板上に横倒し状態で配置した様子を示す断面図である。
【図３Ａ】上記第１実施形態のもう１つの変形例の発光ダイオードの斜視図である。
【図３Ｂ】上記もう１つの変形例の発光ダイオードの断面図である。
【図４Ａ】光検出器や太陽電池をなすと共に上記第１実施形態の変形例の発光ダイオードと同様の構成であるダイオードを基板上に立設状態で複数形成した様子を示す断面図である。
【図４Ｂ】光検出器や太陽電池をなすと共に上記第１実施形態の発光ダイオードと同様の構成であるダイオードを基板上に立設状態で複数形成した様子を示す断面図である。
【図４Ｃ】光検出器や太陽電池をなすと共に上記第１実施形態の発光ダイオードと同様の構成であるダイオードを基板上に横倒し状態で配置した様子を示す断面図である。
【図５Ａ】この発明のダイオードの第２実施形態としての発光ダイオードの斜視図である。
【図５Ｂ】上記第２実施形態の発光ダイオードの断面図である。
【図６Ａ】上記第２実施形態の変形例の発光ダイオードを基板上に立設状態で複数形成した様子を示す断面図である。
【図６Ｂ】上記第２実施形態の発光ダイオードを基板上に立設状態で複数形成した様子を示す断面図である。
【図６Ｃ】上記第２実施形態の発光ダイオードを基板上に横倒し状態で配置した様子を示す断面図である。
【図７Ａ】この発明のダイオードの第３実施形態としての発光ダイオードの斜視図である。
【図７Ｂ】上記第３実施形態の発光ダイオードの電流経路を矢印で示す断面図である。
【図７Ｃ】上記第３実施形態の発光ダイオードと同様の構造で光電変換素子(光検出器や太陽電池)を構成した場合の電流経路を矢印で示す断面図である。
【図８Ａ】上記第３実施形態の変形例の発光ダイオードを基板上に立設状態で複数形成した様子を示す断面図である。
【図８Ｂ】上記第３実施形態のもう１つの変形例の発光ダイオードを基板上に横倒し状態で配置した様子を示す断面図である。
【図９Ａ】この発明のダイオードの第４実施形態としての発光ダイオードの斜視図である。
【図９Ｂ】上記第４実施形態の発光ダイオードが基板上に立設状態で複数形成されている様子を示す断面図である。
【図１０Ａ】上記第４実施形態の変形例としての作製用基板から切り離された発光ダイオードを示す断面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａの切り離された発光ダイオードを実装用基板上に横倒し状態で実装された様子を示す断面図である。
【図１１Ａ】この発明の第５実施形態としてのダイオードの製造方法の工程断面図である。
【図１１Ｂ】上記第５実施形態の工程断面図である。
【図１１Ｃ】上記第５実施形態の工程断面図である。
【図１１Ｄ】上記第５実施形態の工程断面図である。
【図１１Ｅ】上記第５実施形態の工程断面図である。
【図１１Ｆ】上記第５実施形態の工程断面図である。
【図１１Ｇ】上記第５実施形態の工程断面図である。
【図１１Ｈ】上記第５実施形態の工程断面図である。
【図１１Ｉ】上記第５実施形態の工程断面図である。
【図１２Ａ】この発明の第６実施形態の発光ダイオードの断面図である。
【図１２Ｂ】上記第６実施形態の発光ダイオードを実装した発光素子を示す図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｂの発光素子を基板上に複数実装した照明装置の平面図である。
【図１３Ａ】この発明の第７実施形態の発光ダイオードの断面図である。
【図１３Ｂ】上記第７実施形態の発光ダイオードを基板上に複数配列した発光素子の模式図である。
【図１３Ｃ】図１３Ｂの発光素子を支持基板上に複数実装した照明装置の平面図である。
【図１４Ａ】この発明のダイオードの第８実施形態としての光電変換素子の断面図である。
【図１４Ｂ】上記第８実施形態の変形例の断面図である。
【図１４Ｃ】上記第８実施形態のもう１つの変形例の断面図である。
【図１５】従来の発光ダイオードの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００４１】
(第１の実施の形態)
図１Ａは、この発明のダイオードの第１実施形態としての発光ダイオード５の斜視図であり、図１Ｂは上記発光ダイオード５の断面図である。
【００４２】
この第１実施形態の発光ダイオード５は、コア部としての円柱形状の棒状コア１とこの円柱形状の棒状コア１を覆う第１導電型の半導体層としての円筒形状の第１のシェル２と上記円筒形状の第１のシェル２を覆う第２導電型の半導体層としての円筒形状の第２のシェル３を備える。上記棒状コア１の両端部１Ａ,１Ｂの端面は、上記第１,第２のシェル２,３から露出している。また、上記第１のシェル２は、フランジ状の一端部２Ａを有し、この一端部２Ａは上記第２のシェル３から露出している。
【００４３】
上記棒状コア１はＳｉＣで作製され、上記第１のシェル２はｎ型のＧａＮで作製され、上記第２のシェル３はｐ型のＧａＮで作製されている。上記ＳｉＣで作製された棒状コア１は屈折率が３〜３.５であり、上記ｎ型ＧａＮで作製された第１のシェル２は屈折率が２.５である。また、上記ＳｉＣで作製された棒状コア１は熱伝導率が４５０(Ｗ/(ｍ・Ｋ))であり、上記ｎ型ＧａＮで作製された第１のシェル２は熱伝導率が２１０(Ｗ/(ｍ・Ｋ))である。
【００４４】
この実施形態の発光ダイオード５によれば、上記棒状コア１の屈折率ｎ１(＝３〜３.５)が、上記第１のシェル２の屈折率ｎ２(＝２.５)よりも大きい。したがって、第１,第２のシェル２,３のｐｎ接合面で発生した光が第１のシェル２から棒状コア１内へ入射し易いと共に棒状コア１内へ入射した光は、棒状コア１と第１のシェル２との界面で全反射し易い。すなわち、図１Ｂに示すように、棒状コア１と第１のシェル２との界面への入射角度θが、ｓｉｎ−１(ｎ２/ｎ１)以上(４５.６°〜５６.４°以上)であれば上記界面で全反射を起こす。したがって、上記発生した光が上記ＳｉＣ製の棒状コア１内に閉じ込められ、導波管のように棒状コア１の端部１Ａ,１Ｂから光を出射させることができる。したがって、この第１実施形態の発光ダイオード５は、指向性発光デバイスに適している。
【００４５】
また、この実施形態の発光ダイオード５は、棒状コア１の熱伝導率(４５０(Ｗ/(ｍ・Ｋ)))が上記ｎ型ＧａＮで作製された第１のシェル２の熱伝導率(２１０(Ｗ/(ｍ・Ｋ)))よりも高いので、図１Ｃに矢印Ｘ１で示すように、第１,第２のシェル２,３のｐｎ接合面で発生した熱が第１のシェル２を伝って拡散し難い一方、矢印Ｘ２で示すように、上記熱が棒状コア１を伝ってダイオード全体に拡散し易い。このため、棒状の発光ダイオード５の発光による熱を放熱し易くなる。また、上記棒状コア１を通じて熱が拡散し、棒状の発光ダイオード５の全面での温度を均一化でき、高温集中による発光効率の低下を防止できる。
【００４６】
また、この発光ダイオード５を、図２Ｂに示すように、ＳｉＣ基板６上に或る間隔を隔てて立設された状態で複数形成した場合には、棒状コア１が延在している方向の両端部１Ａ,１Ｂから上記延在方向(長軸方向)へ向けて強い発光が得られる。また、上記発光ダイオード５を、図２Ｃに示すように、ＧａＮ基板７上に横倒し状態で配置した場合には、棒状コア１が延在している方向の両端部１Ａ,１ＢからＧａＮ基板７に沿って上記延在方向(長軸方向)へ向けて強い発光が得られる。なお、図２Ｃの発光ダイオード５は、第２のシェル３の一端部の周方向の一部が取り除かれて、第１のシェル２の一端部の周方向の一部が露出していて、この第１のシェル２の露出した部分にコンタクト電極９が形成され、上記第２のシェル２にコンタクト電極８が形成されている。
【００４７】
また、上記発光ダイオード５の変形例として、図２Ａに示すように、ＳｉＣの棒状コア１１と、このＳｉＣの棒状コア１１を被覆するｎ型ＧａＮの第１のシェル１２と、このｎ型ＧａＮの第１のシェル１２を被覆するｐ型ＧａＮの第２のシェル１３とで構成した発光ダイオード１５を、ＳｉＣ基板６上に或る間隔を隔てて立設された状態で複数形成してもよい。この発光ダイオード１５では、上記ＳｉＣの棒状コア１１の端部１１Ａが上記ｎ型ＧａＮの第１のシェル１２と上記ｐ型ＧａＮの第２のシェル１３とで覆われている。この発光ダイオード１５は、上記棒状コア１１の端部１１ＢからＳｉＣ基板６を貫くように上記長軸方向に強い発光が得られる。
【００４８】
また、図１Ａ,図１Ｂで説明した第１実施形態の発光ダイオード５のもう１つの変形例として、図３Ａ,図３Ｂに示すように、上記ｐ型のＧａＮで作製された円筒形状の第２のシェル３の円周面を覆う第３のシェル３１を備えた発光ダイオード３５としてもよい。この第３のシェル３１は、上記ｐ型のＧａＮで作製された円筒形状の第２のシェル３よりも屈折率の低い材料(例えば、ＺｎＯ、屈折率ｎ４＝１.９５)で作製されている。この発光ダイオード３５は、上記第２のシェル３の外側に形成され、上記第２のシェル３の屈折率ｎ３よりも低い屈折率ｎ４である第３のシェル３１が反射膜として機能する。すなわち、図３Ｂに示されるように、上記第２のシェル３と第３のシェル３１との界面への入射角度θが、ｓｉｎ−１(ｎ４/ｎ３)以上であれば上記界面で全反射を起こす。したがって、上記第１,第２のシェル２,３のｐｎ接合面で発生した光をダイオード外部に逃がしにくく、棒状コア１の端部１Ａ,１Ｂから光を出射させることができ、より指向性が高まる。
【００４９】
尚、上記第１実施形態では、発光ダイオード５について説明したが、上記発光ダイオード５と同様の構成の円柱形状の棒状コア１と円筒形状の第１のシェル２と円筒形状の第２のシェル３を備えた光電効果を有するダイオードで光検出器を構成してもよい。この光検出器によれば、上記棒状コア１の屈折率ｎ１が上記第１のシェル２の屈折率ｎ２よりも大きいので、光をダイオード外部に逃がしにくくなり、光の取り込み効果を高めることができ、光電効果を高めることができる。また、この光検出器によれば、上記棒状コア１の熱伝導率が上記第１のシェル２の熱伝導率よりも大きいので、放熱性を向上できると共に温度を均一化でき、高温集中による光電変換効率の低下を回避できる。よって、この光検出器によれば、光検出性能を向上できる。
【００５０】
また、上記第１実施形態では、発光ダイオード５について説明したが、上記発光ダイオード５と同様の構成の円柱形状の棒状コア１と円筒形状の第１のシェル２と円筒形状の第２のシェル３を備えた光電効果を有するダイオードで太陽電池を構成してもよい。この太陽電池によれば、上記棒状コア１の屈折率ｎ１が上記第１のシェル２の屈折率ｎ２よりも大きいので、光をダイオード外部に逃がしにくくなり、光の取り込み効果を高めることができ、発電効果を高めることができる。また、この太陽電池によれば、上記棒状コア１の熱伝導率が上記第１のシェル２の熱伝導率よりも大きいので、放熱性を向上できると共に温度を均一化でき、高温集中による光電変換効率の低下を回避できる。よって、この太陽電池によれば、発電性能を向上できる。
【００５１】
また、上記光検出器や太陽電池をなす上記発光ダイオード５と同様の構成の光電効果を有するダイオード４５を、図４Ｂに示すように、ＳｉＣ基板４６上に或る間隔を隔てて立設された状態で複数形成した場合には、熱が棒状コア１を通じてダイオード全体に拡散し、この棒状コア１の根元の端部１Ｂから基板４６に熱を拡散できると共に上記棒状コア１の先端の端部１Ａからも放熱できる。よって、放熱性を向上できると共に温度の均一化も図れるので、高温集中による光電変換効率の低下を回避でき、検出性能の良い光検出器や発電効率の良い太陽電池を提供できる。
【００５２】
また、上記ダイオード４５を、図４Ｃに示すように、ＧａＮ基板４７上に横倒し状態で配置した場合には、熱が棒状コア１を通じてダイオード全体に拡散すると共に、棒状コア１の両端１Ａ,１Ｂからも放熱でき、さらに、ＧａＮ基板４７との接触面積が大きく基板４７に熱を逃がし易くなる。よって、放熱性を向上できると共に温度の均一化も図れるので、高温集中による光電変換効率の低下を回避でき、検出性能の良い光検出器や発電効率の良い太陽電池を提供できる。なお、図４Ｃのダイオード４５は、第２のシェル３の一端部の周方向の一部が取り除かれて、第１のシェル２の一端部の周方向の一部が露出していて、この第１のシェル２の露出した部分にコンタクト電極９が形成され、上記第２のシェル３にコンタクト電極８が形成されている。
【００５３】
また、上記発光ダイオード４５の変形例として、図４Ａに示すように、ＳｉＣの棒状コア５１と、このＳｉＣの棒状コア５１を被覆するｎ型ＧａＮの第１のシェル５２と、このｎ型ＧａＮの第１のシェル５２を被覆するｐ型ＧａＮの第２のシェル５３とで構成した光電効果を有するダイオード５５を、ＳｉＣ基板５６上に或る間隔を隔てて立設された状態で複数形成してもよい。この光電効果を有するダイオード５５では、上記ＳｉＣの棒状コア５１の端部５１Ａが上記ｎ型ＧａＮの第１のシェル５２と上記ｐ型ＧａＮの第２のシェル５３とで覆われている。この場合には、熱が棒状コア５１を通じてダイオード全体に拡散し、この棒状コア５１の根元の端部５１ＢからＳｉＣ基板５６に熱を拡散できる。よって、放熱性を向上できると共に温度の均一化も図れるので、高温集中による光電変換効率の低下を回避でき、検出性能の良い光検出器や発電効率の良い太陽電池を提供できる。
【００５４】
尚、上記実施形態,変形例では、第１のシェル２,５２をｎ型のＧａＮとし、第２のシェル３,５３をｐ型のＧａＮとしたが、第１のシェル２,５２をｐ型のＧａＮとし、第２のシェル３,５３をｎ型のＧａＮとしてもよい。
【００５５】
(第２の実施の形態)
図５Ａは、この発明のダイオードの第２実施形態としての発光ダイオード６５の斜視図であり、図５Ｂは上記発光ダイオード６５の断面図である。この第２実施形態の発光ダイオード６５は、図１Ａ,図１Ｂに示した第１実施形態の発光ダイオード５のコア部としてのＳｉＣで作製された円柱形状の棒状コア１に替えて、ＳｉＯ２で作製された円柱形状の棒状コア６１を備えた点だけが、前述の第１実施形態の発光ダイオード５と異なる。よって、この第２実施形態では、前述の第１実施形態と同様の部分には同様の符号を付して、前述の第１実施形態と異なる部分を主に説明する。
【００５６】
上記ＳｉＯ２で作製された棒状コア６１は屈折率が１.４５であり、上記ｎ型ＧａＮで作製された第１のシェル２は屈折率が２.５である。この第２実施形態の発光ダイオード６５によれば、上記棒状コア６１の屈折率ｎ１(＝１.４５)が、上記第１のシェル２の屈折率ｎ２(＝２.５)よりも小さい。したがって、第１,第２のシェル２,３のｐｎ接合面で発生した光が棒状コア６１内へ入りにくいと共に、上記棒状コア６１内へ入射した光は棒状コア６１と第１のシェル２との界面で全反射が起こらない。よって、この棒状の発光ダイオード６５は、両端面６５Ａ,６５Ｂおよび側面６５Ｃ全面から光が出射されるので、面発光デバイスに適している。
【００５７】
また、この発光ダイオード６５を、図６Ｂに示すように、ＳｉＯ２基板６７上に或る間隔を隔てて立設された状態で複数形成した場合には、各棒状の発光ダイオード６５の両端面６５Ａ,６５Ｂおよび側面６５Ｃ全面から全方向に光を出射することができる。また、上記発光ダイオード６５を、図６Ｃに示すように、ＧａＮ基板７上に横倒し状態で配置した場合には、棒状コア６１が延在している方向の両端部６５Ａ,６５Ｂおよび側面６５Ｃ全面から全方向に光を出射することができる。なお、図６Ｃのダイオード６５は、第２のシェル３の一端部の周方向の一部が取り除かれて、第１のシェル２の一端部の周方向の一部が露出していて、この第１のシェル２の露出した部分にコンタクト電極９が形成され、上記第２のシェル３にコンタクト電極８が形成されている。
【００５８】
また、上記発光ダイオード６５の変形例として、図６Ａに示すように、ＳｉＯ２の棒状コア６１と、このＳｉＯ２の棒状コア６１を被覆するｎ型ＧａＮの第１のシェル６２と、このｎ型ＧａＮの第１のシェル６２を被覆するｐ型ＧａＮの第２のシェル６３とで構成した発光ダイオード７５を、ＳｉＯ２基板６７上に或る間隔を隔てて立設された状態で複数形成してもよい。この発光ダイオード７５では、上記ＳｉＯ２の棒状コア６１の端部６１Ａが上記ｎ型ＧａＮの第１のシェル６２と上記ｐ型ＧａＮの第２のシェル６３とで覆われている。この場合にも、上記棒状の発光ダイオード７５の両端部７５Ａ,７５Ｂおよび側面７５Ｃ全面から全方向に光を出射することができる。
【００５９】
尚、上記実施形態では、第１のシェル２,６２をｎ型のＧａＮとし、第２のシェル３,６３をｐ型のＧａＮとしたが、第１のシェル２,６２をｐ型のＧａＮとし、第２のシェル３,６３をｎ型のＧａＮとしてもよい。
【００６０】
(第３の実施の形態)
図７Ａは、この発明のダイオードの第３実施形態としての発光ダイオード８５の斜視図であり、図７Ｂは上記発光ダイオード８５の断面図である。
【００６１】
この第３実施形態の発光ダイオード８５は、コア部としての円柱形状の棒状コア８１とこの円柱形状の棒状コア８１を覆う第１導電型の半導体層としての円筒形状の第１のシェル８２と上記円筒形状の第１のシェル８２を覆う第２導電型の半導体層としての円筒形状の第２のシェル８３を備える。図７Ｂに示すように、上記棒状コア８１の両端部８１Ａ,８１Ｂの端面は、上記第１,第２のシェル８２,８３から露出している。また、上記第１のシェル８２は、フランジ状の一端部８２Ａを有し、この一端部８２Ａは上記第２のシェル８３から露出している。
【００６２】
上記棒状コア８１はｎ型Ｓｉで作製され、上記第１のシェル８２はｎ型のＧａＮで作製され、上記第２のシェル８３はｐ型のＧａＮで作製されている。上記ｎ型Ｓｉで作製された棒状コア８１は電気伝導率が１.０×１０５(/Ωｍ)であり、上記ｎ型ＧａＮで作製された第１のシェル８２は電気伝導率が１.０×１０４(/Ωｍ)である。
【００６３】
この実施形態の発光ダイオード８５によれば、上記棒状コア８１の電気伝導率(１.０×１０５(/Ωｍ))が、上記第１のシェル８２の電気伝導率(１.０×１０４(/Ωｍ))よりも高い。したがって、図７Ｂに矢印Ｅ１,Ｅ２,Ｅ３で示すように、上記第１のシェル８２に比べて、上記棒状コア８１を伝わって電流が流れ易く、上記棒状コア８１を通じて、上記第１のシェル８２の全域に電流が流れ易くなる。このため、損失を抑制できて、効率良く発光できる。
【００６４】
尚、上記実施形態では、発光ダイオード８５について説明したが、この発光ダイオード８５と同様の構造で光電変換素子(光検出器や太陽電池)を構成してもよい。この場合も、図７Ｃに矢印Ｆ１,Ｆ２,Ｆ３で示すように、上記第１のシェル８２に比べて、上記棒状コア８１を伝わって電流が流れ易く、上記棒状コア８１を通じて、上記第１のシェル８２の全域に電流が流れ易くなる。このため、損失を抑制でき、光検出性能の向上や発電効率の向上を達成できる。
【００６５】
また、上記発光ダイオード８５の変形例としての図８Ａに示す発光ダイオード９５を、ｎ型Ｓｉ基板９０上に或る間隔を隔てて立設された状態で複数形成してもよい。この発光ダイオード９５は、ｎ型Ｓｉで作製された棒状コア９１と、このｎ型Ｓｉ製の棒状コア９１を被覆するｎ型ＧａＮの第１のシェル９２と、このｎ型ＧａＮの第１のシェル９２を被覆するｐ型ＧａＮの第２のシェル９３とで構成している。この発光ダイオード９５では、上記ｎ型Ｓｉ製の棒状コア９１の端部９１Ａが上記ｎ型ＧａＮの第１のシェル９２と上記ｐ型ＧａＮの第２のシェル９３とで覆われている。図８Ａに示すように、上記ｎ型ＧａＮの第１のシェル９２には基板９０上に形成されたｎ型ＧａＮ延長部９２Ｚが連なり、上記ｐ型ＧａＮの第２のシェル９３には上記ｎ型ＧａＮ延長部９２Ｚ上に形成されたｐ型ＧａＮ延長部９３Ｚが連なっている。そして、上記ｐ型ＧａＮ延長部９３Ｚ上にコンタクト電極９６が形成され、上記ｎ型Ｓｉ基板９０上にコンタクト電極９７が形成されている。図８Ａに示す一例では、ｎ型Ｓｉ製の棒状コア９１やｎ型ＧａＮの第１のシェル９２にコンタクト電極を形成する必要がなく、ｎ型Ｓｉ基板９０にコンタクト電極９７を形成すればよいので、コンタクト電極の形成が容易になる。
【００６６】
また、上記発光ダイオード８５のもう１つの変形例としての図８Ｂに示す発光ダイオード１０５を、ＧａＮ基板１００上に横倒し状態で配置してもよい。図８Ｂに示す発光ダイオード１０５は、ｎ型Ｓｉ製の棒状コア１０１の一端部の周方向の一部が第１,第２のシェル１０２,１０３から露出している。第１のシェル１０２はｎ型ＧａＮで作製され、第２のシェル１０３はｐ型ＧａＮで作製されている。そして、上記第２のシェル１０３の外周面にコンタクト電極１０６が形成され、上記露出したｎ型Ｓｉ製の棒状コア９１の一端部にコンタクト電極１０７が形成されている。この図８Ｂに示す発光ダイオード１０５は、例えば、図８Ａに示されるＳｉ基板９０上に立設された状態から切り離されたものを、別基板としてのＧａＮ基板１００上に横倒し状態で配置したものである。図８Ｂに示す一例では、ｎ型ＧａＮの第１のシェル１０２にコンタクト電極を形成する必要がなく、ｐ型ＧａＮの第２のシェル１０３にコンタクト電極１０６を形成し、ｎ型Ｓｉ製の棒状コア１０１にコンタクト電極１０７を形成すればよいので、コンタクト電極の形成が容易になる。
【００６７】
尚、図８Ａ,図８Ｂでは、発光ダイオード９５,１０５について説明したが、この発光ダイオード９５,１０５と同様の構造で光電変換素子(光検出器や太陽電池)を構成してもよい。また、上記実施形態では、第１のシェル８２,９２,１０２をｎ型のＧａＮとし、第２のシェル８３,９３,１０３をｐ型のＧａＮとしたが、第１のシェル８２,９２,１０２をｐ型のＧａＮとし、第２のシェル８３,９３,１０３をｎ型のＧａＮとしてもよい。
【００６８】
(第４の実施の形態)
図９Ａは、この発明のダイオードの第４実施形態としての発光ダイオード１１５の斜視図であり、図９Ｂは上記発光ダイオード１１５がＳｉ基板１１０上に立設状態で或る間隔を隔てて複数形成されている様子を示す断面図である。
【００６９】
上記発光ダイオード１１５は、シリコンで作製されたコア１１１と、このコア１１１を覆うように形成された第１導電型の半導体層としてのｎ型ＧａＮで作製した第１のシェル１１２と、この第１のシェル１１２を覆うように形成された第２導電型の半導体層としてのｐ型ＧａＮで作製した第２のシェル１１３とを備える。
【００７０】
この実施形態の発光ダイオード１１５によれば、上記コア１１１がシリコン製であることから、コア１１１の形成プロセスが確立されている。したがって、所望の良形状の発光ダイオード１１５が得られる。また、コアが全て第１導電型の半導体で作製されている場合に比べて、第１導電型の半導体の使用量を削減でき、コスト低減を図れる。
【００７１】
なお、図９Ｂに示すように、作製用基板としてのＳｉ基板１１０上に立設状態で互いに間隔を隔てて形成された複数の発光ダイオード１１５を、エッチング等により、図１０Ａに示すように、Ｓｉ基板１１０から切り離した発光ダイオード１１７とすることで、図１０Ｂに示すように、実装用基板としてのＧａＮ基板１１８上に横倒し状態で実装することができる。すなわち、基板から切り離した発光ダイオード１１７によれば、作製用基板とは別の所望の実装用基板に発光ダイオード１１７を容易に実装できる。
【００７２】
例えば、Ｓｉ基板１１０上に立設状態で形成された発光ダイオード１１５の第１,第２のシェル１１２,１１３をＲＩＥ(反応性イオンエッチング)でエッチングし、Ｓｉ基板１１０をＣＦ４などでドライエッチングし、さらにＩＰＡ(イソプロピルアルコール)等の溶液中で超音波を印加することで、上記Ｓｉ基板１１０から発光ダイオード１１５を切り離すことができる。
【００７３】
尚、図１０Ｂの発光ダイオード１１７は、第１,第２のシェル１１２,１１３の一端部の周方向の一部が取り除かれて、コア１１１の一端部の周方向の一部が露出していて、このコア１１１の一端部の露出した部分にコンタクト電極１２２が形成され、上記第２のシェル１１３にコンタクト電極１２１が形成されている。また、上記発光ダイオード１１５,１７７と同様の構成の光電効果を有するダイオードでもって、光電変換素子である光検出器や太陽電池を構成してもよい。また、上記実施形態では、第１のシェル１１２をｎ型のＧａＮとし、第２のシェル１１３をｐ型のＧａＮとしたが、第１のシェル１１２をｐ型のＧａＮとし、第２のシェル１１３をｎ型のＧａＮとしてもよい。
【００７４】
(第５の実施の形態)
次に、図１１Ａ〜図１１Ｉを参照して、この発明の第５実施形態としてのダイオードの製造方法を説明する。図１１Ａ〜図１１Ｉは、この製造方法における各製造工程を説明する断面図である。
【００７５】
まず、図１１Ａに示すように、ｎ型Ｓｉ基板２０１を用意し、このｎ型Ｓｉ基板２０１の表面２０１ＡにＴＥＯＳ(テトラ・エチル・オルソ・シリケート)などのＳｉＯ２膜(図示せず)を数μｍの厚さに成膜する。このＳｉＯ２膜の膜厚は１μｍ以上が好ましい。
【００７６】
その後、フォトレジスト加工を施し、上記ＳｉＯ２膜(図示せず)にＲＩＥ(反応性イオンエッチング)のような異方性エッチングを行い、上記ＳｉＯ２膜からｎ型Ｓｉ基板２０１を部分的に露出させる。さらに、上記ＳｉＯ２膜から部分的に露出した上記ｎ型Ｓｉ基板２０１に対して上記ＳｉＯ２膜との選択比の高い異方性エッチングを行い、２５μｍの深さにエッチングする。この時、上記フォトレジストはエッチングされてしまうが、上記ＳｉＯ２膜がマスクとなり、ｎ型Ｓｉ基板２０１に対するエッチングを継続することができる。こうして、図１１Ｂに示すように、ｎ型Ｓｉロッドによる複数のコア２０２をｎ型Ｓｉ基板２０１上に予め定められた間隔を隔てて立設状態で形成することができる。
【００７７】
次に、上記ｎ型Ｓｉ製の複数のコア２０２が形成されたｎ型Ｓｉ基板２０１に対し、アッシングおよび洗浄を行なった後、上記複数のコア２０２が形成されたｎ型Ｓｉ基板２０１の表面に熱酸化膜を形成する。その後、ＨＦ(フッ酸)により上記熱酸化膜を剥離し、欠陥やダストの無いＳｉ表面を得る。
【００７８】
次に、上記複数のコア２０２が形成されたｎ型Ｓｉ基板２０１を、ＭＯＣＶＤ(有機金属気相成長)装置にセットし、１２００℃、水素雰囲気中で数十分間サーマルクリーニングを行ない、自然酸化膜を除去すると共にＳｉ表面を水素終端化させる。その後、基板温度を１１００℃に下げ、ＡｌＮ層(図示せず)とＡｌＸＧａ１−ＸＮ(０＜ｘ＜１)層(図示せず)を成長する。なお、このＡｌＮ層とＡｌＸＧａ１−ＸＮ(０＜ｘ＜１)層は必ずしも形成しなくてもよい。
【００７９】
次いで、図１１Ｃに示すように、ＭＯＣＶＤ(有機金属気相成長)により、ｎ型ＧａＮを成長させて第１導電型の第１のシェル２０３を形成する。次に、図１１Ｄに示すように、ＭＯＣＶＤにより、数層〜数十層のＧａ１−ＹＩｎＹＮ/Ｇａ１−ＺＩｎＺＮ(０＜Ｙ,Ｚ＜１)多重量子井戸(ＭＱＷ)構造による量子井戸層(活性層)２０４を成長させる。次に、上記量子井戸層(活性層)２０４上にｐ‐ＡｌｎＧａ１−ｎＮ(０＜ｎ＜１)層(図示せず)を成長し、さらに、図１１Ｅに示すように、ＭＯＣＶＤにより、ｐ型ＧａＮを成長させて、上記量子井戸層２０４を覆う第２導電型の第２のシェル２０５を形成する。なお、上記量子井戸層２０４とその上のｐ‐ＡｌｎＧａ１−ｎＮ(０＜ｎ＜１)層(図示せず)は必ずしも形成しなくてもよい。
【００８０】
次に、図１１Ｆに示すように、上記ｐ型ＧａＮの第２のシェル２０５上にＣＶＤ,スパッタ,またはメッキによりＩＴＯ(錫添加酸化インジウム)を形成してＩＴＯ導電膜２０６を形成する。なお、上記ＩＴＯを形成した後、窒素と酸素の混合雰囲気中で６５０℃,１０分間のアニールを行ない、ｐ型半透明電極を形成してもよい。なお、ＩＴＯ導電膜２０６に替えて、ＺｎＯ導電膜やＦＴＯ(フッ素添加酸化錫)導電膜を採用してもよい。
【００８１】
次に、上記ＩＴＯ導電膜２０６,ｐ型ＧａＮの第２のシェル２０５,量子井戸層２０４,ｎ型ＧａＮの第１のシェル２０３を、Ｃｌ２などのエッチングガスを用いてＲＩＥによりエッチングする。このエッチングにより、図１１Ｇに示すように、上記ｎ型Ｓｉの複数のコア２０２の先端面が露出されると共にｎ型Ｓｉ基板２０１の表面が部分的に露出される。
【００８２】
次に、ＣＦ４などのエッチングガスを用いて、Ｓｉを選択的にエッチングするドライエッチングを行なう。これにより、図１１Ｈに示すように、上記ｎ型Ｓｉのコア２０２の先端部がエッチングされると共に、ｎ型Ｓｉのコア２０２直下のｎ型Ｓｉ部分２０１Ｂを残すように、上記ｎ型Ｓｉ基板２０１が表面からエッチングされる。
【００８３】
次に、上記ｎ型Ｓｉ基板２０１をＩＰＡ等の溶液中に浸漬して超音波を印加することで、図１１Ｉに示すように、上記ｎ型Ｓｉのコア２０２を、上記ｎ型Ｓｉ基板２０１の部分２０１Ｂから切り離す。これにより、上記ｎ型Ｓｉ基板２０１から切り離された複数の発光ダイオード２０７が得られる。
【００８４】
尚、上記第５実施形態の製造方法において、図１１Ｆに示すＩＴＯ導電膜２０６を形成してから、このＩＴＯ導電膜２０６の表面に上記ＩＴＯ導電膜２０６よりも屈折率の低い層(例えば、ＳｉＯ２、屈折率ｎ＝１．４５)を形成すれば、コア２０２の長軸方向に光を導波することができ、一方向に強く発光する発光ダイオードを提供できる。
【００８５】
また、上記製造方法の実施形態の説明では、基板２０１がｎ型Ｓｉ基板であり、コア２０２がｎ型Ｓｉコアである場合を説明したが、基板とコアの材質を変更した場合の第１〜第３変形例を、次の(1),(2),(3)に示す。なお、第１のシェル２０３,量子井戸層２０４,第２のシェル２０５,ＩＴＯ導電膜２０６の形成については上記実施形態と同様である。
【００８６】
(1) 第１変形例では、基板２０１をＳｉＣ基板とし、コア２０２をＳｉＣとする。この場合、このＳｉＣによるコアは、ＳｉＯ２膜をマスクとするＲＩＥ(反応性イオンエッチング)等により形成する。
【００８７】
(2) 第２変形例では、基板２０１をＳｉＯ２基板とし、コア２０２をＳｉＯ２とする。この場合、このＳｉＯ２によるコアの形成は、通常の半導体プロセスに使用する公知のリソグラフィー法とドライエッチング法が利用できる。
【００８８】
(3) 第３変形例では、基板２０１をｎ型Ｓｉ基板とし、コア２０２をｎ型Ｓｉとする。この場合、このｎ型Ｓｉによるコア２０２は、ＶＬＳ(Ｖapor‐Ｌiqid‐Ｓolid)成長により形成できる。
【００８９】
尚、上記実施形態では、第１導電型の第１のシェル２０３をｎ型ＧａＮとしてＭＯＣＶＤにより形成したが、第１導電型の第１のシェル２０３の材質に応じてＣＶＤ,メッキ,スパッタ等を採用できる。また、上記実施形態では、基板２０１,コア２０２,第１のシェル２０３をｎ型とし、第２のシェル２０５をｐ型としたが、基板２０１,コア２０２,第１のシェル２０３をｐ型とし、第２のシェル２０５をｎ型としてもよい。また、上記実施形態と同様の工程で作製したダイオードで光電変換素子(光検出器や太陽電池)を構成してもよい。
【００９０】
(第６の実施の形態)
次に、図１２Ａの断面図を参照して、この発明の第６実施形態の発光ダイオードを説明する。この第６実施形態の発光ダイオード３００は、前述の発光ダイオードの製造方法の第５実施形態の図１１Ｆに示す工程まで作製したものを用いている。
【００９１】
この第６実施形態の発光ダイオード３００は、図１２Ａに示すように、導電膜２０６,ｐ型ＧａＮの第２のシェル２０５,量子井戸層２０４のうちの、上記ｎ型Ｓｉ基板２０１の表面に沿って延在している端部をＲＩＥ等のエッチングにより除去して、ｎ型ＧａＮの第１のシェル２０３の端部２０３Ｂを露出させている。そして、この露出した第１のシェル２０３の端部２０３Ｂにコンタクト電極３０２を形成し、上記導電膜２０６の端部２０６Ｂにコンタクト電極３０１を形成した。
【００９２】
この実施形態の発光ダイオード３００は、ｎ型Ｓｉ基板２０１上に間隔を隔てて立設状態で複数形成された各ｎ型Ｓｉ棒状コア２０２をｎ型ＧａＮの第１のシェル２０３,量子井戸層２０４,ｐ型ＧａＮの第２のシェル２０５で順次被覆している。したがって、この発光ダイオード３００によれば、棒状コア２０２を有さずフラットな積層膜とした場合に比べて、発光面積を増加させることができるので、低いコストで発光光量を増加させることができる。
【００９３】
また、上記発光ダイオード３００を実装した図１２Ｂに示す発光素子３０５を、図１２Ｃに示すように、支持基板３０６上に互いに間隔をあけて格子状に実装して、照明装置３０７とすることができる。この照明装置３０７はバックライト,表示装置とすることもできる。
【００９４】
尚、この実施形態では、発光ダイオード３００として、上記第５実施形態の図１１Ｆに示す工程まで作製したものを用いたが、上記第５実施形態の変形例で図１１Ｆに示す工程まで作製したものを用いてもよい。また、上記実施形態では、基板２０１,コア２０２,第１のシェル２０３をｎ型とし、第２のシェル２０５をｐ型としたが、基板２０１,コア２０２,第１のシェル２０３をｐ型とし、第２のシェル２０５をｎ型としてもよい。
【００９５】
(第７の実施の形態)
次に、図１３Ａの断面図を参照して、この発明の第７実施形態の発光ダイオードを説明する。この第７実施形態の発光ダイオード４００は、前述の発光ダイオードの製造方法の第５実施形態の図１１Ｉに示す工程まで作製した発光ダイオード２０７を用いている。
【００９６】
図１３Ａに示すように、この第７実施形態の発光ダイオード４００は、前述の第５実施形態で作製した発光ダイオード２０７の導電膜２０６,ｐ型ＧａＮの第２のシェル２０５,量子井戸層２０４のうちの、先端側の一部分をエッチングで除去してｎ型ＧａＮの第１のシェル２０３の先端側の一部分２０３Ｃを露出させている。この第１のシェル２０３の一部分２０３Ｃにコンタクト電極４０３を形成し、上記導電膜２０６にコンタクト電極４０２を形成している。そして、この発光ダイオード４００は、基板４０１上に横倒しの状態で配置されている。上記基板４０１は、例えば、フレキシブル基板またはガラス基板とすることができるが、上記基板４０１は、他の材質の絶縁基板としてもよい。
【００９７】
また、図１３Ｂに示すように、上記発光ダイオード４００を、基板４０１上に複数配列して、発光素子４１０としてもよい。この発光素子４１０は、各列の各発光ダイオード４００のコンタクト電極４０２,４０３に配線４０５,４０６を接続している。
【００９８】
また、図１３Ｃに示すように、上記発光素子４１０を、支持基板４１１上に互いに間隔をあけて格子状に複数実装して、照明装置４１２とすることができる。この照明装置３０７はバックライト,表示装置とすることもできる。
【００９９】
尚、この実施形態では、発光ダイオード４００として、上記第５実施形態で作製したものを用いたが、上記第５実施形態の変形例で作製したものを用いてもよい。
【０１００】
(第８の実施の形態)
次に、図１４Ａの断面図を参照して、この発明のダイオードの第８実施形態としての光電変換素子を説明する。この第８実施形態の光電変換素子は、光検出器や太陽電池とすることができる。この第８実施形態の光電変換素子は、前述の発光ダイオードの製造方法の第５実施形態の図１１Ｆに示す工程までのうちの図１１Ｄに示す量子井戸層２０４を形成する工程を省いた工程で作製したものを用いている。
【０１０１】
したがって、この実施形態の光電変換素子５００では、ｎ型Ｓｉ基板２０１上に間隔を隔てて複数形成されたｎ型Ｓｉ棒状コア２０２をｎ型ＧａＮの第１のシェル２０３,ｐ型ＧａＮの第２のシェル２０５,ＩＴＯ導電膜２０６で順次被覆している。また、上記ｎ型Ｓｉ基板２０１は、絶縁基板５０１上に配置される。また、この実施形態の光電変換素子５００では、図１４Ａに示すように、導電膜２０６,ｐ型ＧａＮの第２のシェル２０５のうちの、上記ｎ型Ｓｉ基板２０１の表面に沿って延在している部分２０６Ｂ,２０５Ｂの端部をＲＩＥ等のエッチングにより除去して、ｎ型ＧａＮの第１のシェル２０３の端部２０３Ｂを露出させている。そして、この露出した第１のシェル２０３の端部２０３Ｂにコンタクト電極５０３を形成し、上記第２のシェル２０５の端部２０５Ｂまたは上記導電膜２０６の端部２０６Ｂにコンタクト電極５０２を形成した。
【０１０２】
この実施形態の光電変換素子５００は、ｎ型Ｓｉ基板２０１上に間隔を隔てて立設状態で複数形成された各ｎ型Ｓｉ棒状コア２０２をｎ型ＧａＮの第１のシェル２０３,ｐ型ＧａＮの第２のシェル２０５で順次被覆している。したがって、この光電変換素子５００によれば、棒状コア２０２を有さないフラットな積層膜とした場合に比べて、基板２０１の単位面積当たりのＰＮ接合面積を大きくすることができる。よって、ＰＮ接合面積の単位面積当たりのコストの低減を図れる。また、各ｎ型Ｓｉ棒状コア２０２間の隙間へ光が入り込んで、光閉じ込め効果を得ることができるので、単位面積当たりの光電変換の効率を上げることができる。
【０１０３】
尚、この実施形態の光電変換素子５００では、上記第５実施形態で作製したダイオードを用いたが、上記第５実施形態の変形例で作製したダイオードを用いてもよい。
【０１０４】
また、上記第８実施形態の光電変換素子５００の変形例では、前述の第５実施形態の図１１Ｉに示す工程までのうちの図１１Ｄに示す量子井戸層２０４を形成する工程を省いた工程で作製したダイオードを用いて、図１４Ｂに示す光電変換素子５２０とした。
【０１０５】
この変形例の光電変換素子５２０が有するダイオード５１７は、導電膜２０６,ｐ型ＧａＮの第２のシェル２０５の先端側の部分の周方向の一部をエッチングにより除去して、ｎ型ＧａＮの第１のシェル２０３の先端側の部分の周方向の一部を露出させている。この露出したｎ型ＧａＮの第１のシェル２０３の先端側の部分にコンタクト電極５１８を形成すると共に、上記ｎ型Ｓｉ棒状コア２０２に関して上記コンタクト電極５１８の反対側で導電膜２０６にコンタクト電極５１９を形成した。
【０１０６】
この変形例の光電変換素子５２０では、図１４Ｂに示すように、ダイオード５１７は基板５２１上に上記コンタクト電極５１９が上記基板５２１側に位置するように横倒しの状態で配置されている。なお、上記基板５２１としては、フレキシブル基板や導電性基板を採用できる。
【０１０７】
また、上記第８実施形態の光電変換素子５００のもう１つの変形例では、前述の第５実施形態の図１１Ｉに示す工程までのうちの図１１Ｄに示す量子井戸層２０４を形成する工程を省いた工程で作製したダイオードを用いて、図１４Ｃに示す光電変換素子５３０とした。
【０１０８】
この変形例の光電変換素子５３０が有するダイオード５２７は、導電膜２０６,ｐ型ＧａＮの第２のシェル２０５の先端側の部分の周方向の一部をエッチングにより除去して、ｎ型ＧａＮの第１のシェル２０３の先端側の部分の周方向の一部を露出させている。この露出したｎ型ＧａＮの第１のシェル２０３の先端側の部分にコンタクト電極５２８を形成すると共に上記コンタクト電極５２８の同じ側で導電膜２０６にコンタクト電極５２９を形成した。
【０１０９】
この変形例の光電変換素子５３０では、図１４Ｃに示すように、ダイオード５２７は基板５３１の光入射面５３１Ａの裏面５３１ＢにＩＴＯ導電膜２０６が接すると共に上記コンタクト電極５２８,５２９が上記基板５３１に対して反対側に位置するように横倒しの状態で配置されている。なお、上記基板５３１としては、ガラス基板や透光性基板を採用できる。
【０１１０】
尚、この実施形態の変形例の光電変換素子５２０,５３０では、上記第５実施形態で作製したダイオードを用いたが、上記第５実施形態の変形例で作製したダイオードを用いてもよい。また、上記各実施形態では、コア部としての棒状コアを円柱形状としたが多角柱形状や楕円柱形状としてもよく、円錐形状,楕円錐形状,多角錐形状等でもよい。また、上記各実施形態では、第１,第２のシェルを円筒形状としたが上記コア部の形状に対応して多角筒形状,楕円筒形状,円錐形状,楕円錐形状,多角錐形状等としてもよい。
【符号の説明】
【０１１１】
１,１１,５１ ＳｉＣ棒状コア
２,１２,５２,６２,８２,９２,１０２,１１２,２０３ ｎ型ＧａＮ第１のシェル
３,１３,５３,６３,８３,９３,１０３,１１３,２０５ ｐ型ＧａＮ第２のシェル
５,１５,３５,６５,８５,９５,１０５,１１５,１１７,２０７,３００,４００ 発光ダイオード
６,４６ ＳｉＣ基板
７,４７,１００,１１８ ＧａＮ基板
８,９,９６,９７,１０６,１０７,４０２,４０３,５０２,５０３,５１８,５１９,５２８,５２９ コンタクト電極
３１ 第３のシェル
４５,５１７ ダイオード
５６ ＳｉＣ基板
６１ ＳｉＯ２棒状コア
６７ ＳｉＯ２基板
８１,９１ ｎ型Ｓｉ棒状コア
９０,２０１ ｎ型Ｓｉ基板
１１０ Ｓｉ基板
１１１ Ｓｉコア
２０２ ｎ型Ｓｉコア
２０４ 量子井戸層
２０６ ＩＴＯ導電膜
３０５ 発光素子
３０６ 支持基板
３０７ 照明装置
４０１,５２１,５３１ 基板
４０５,４０６ 配線
５００,５２０,５３０ 光電変換素子
５０１ 絶縁基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア部と、
上記コア部を覆うように形成された第１導電型の半導体層と、
上記第１導電型の半導体層を覆う第２導電型の半導体層と
を備え、
上記コア部の材質と上記第１導電型の半導体層の材質とが互いに異なっていることを特徴とするダイオード。
【請求項２】
請求項１に記載のダイオードにおいて、
上記コア部の屈折率が上記第１導電型の半導体層の屈折率よりも大きいと共に発光ダイオードであることを特徴とするダイオード。
【請求項３】
請求項１に記載のダイオードにおいて、
上記コア部の屈折率が上記第１導電型の半導体層の屈折率よりも大きいと共に光電効果を有することを特徴とするダイオード。
【請求項４】
請求項１に記載のダイオードにおいて、
上記コア部の屈折率が上記第１導電型の半導体層の屈折率よりも小さいと共に発光ダイオードであることを特徴とするダイオード。
【請求項５】
請求項１に記載のダイオードにおいて、
上記コア部の熱伝導率が上記第１導電型の半導体層の熱伝導率よりも大きいと共に発光ダイオードであることを特徴とするダイオード。
【請求項６】
請求項１に記載のダイオードにおいて、
上記コア部の熱伝導率が上記第１導電型の半導体層の熱伝導率よりも大きいと共に光電効果を有することを特徴とするダイオード。
【請求項７】
請求項１に記載のダイオードにおいて、
上記コア部の電気伝導率が上記第１導電型の半導体層の電気伝導率よりも大きいと共に発光ダイオードであることを特徴とするダイオード。
【請求項８】
請求項１に記載のダイオードにおいて、
上記コア部の電気伝導率が上記第１導電型の半導体層の電気伝導率よりも大きいと共に光電効果を有することを特徴とするダイオード。
【請求項９】
請求項１に記載のダイオードにおいて、
上記コア部がシリコンで作製されていることを特徴とするダイオード。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１つに記載のダイオードにおいて、
基板上に上記コア部,上記第１導電型の半導体層および上記第２導電型の半導体層を形成してから、上記基板から上記コア部,上記第１導電型の半導体層および上記第２導電型の半導体層を切り離すことで作製されたことを特徴とするダイオード。
【請求項１１】
基板上にコア部を形成し、
上記コア部を覆うように第１導電型の半導体層を形成し、
上記第１導電型の半導体層を覆うように第２導電型の半導体層を形成し、
上記コア部の材質と上記第１導電型の半導体層の材質とが互いに異なっていることを特徴とするダイオードの製造方法。
【請求項１２】
請求項２、４、５、７のいずれか１つに記載の発光ダイオードを備えた照明装置。
【請求項１３】
請求項２、４、５、７のいずれか１つに記載の発光ダイオードを備えたバックライト。
【請求項１４】
請求項２、４、５、７のいずれか１つに記載の発光ダイオードを備えた表示装置。
【請求項１５】
請求項３、６、８のいずれか１つに記載の光電効果を有するダイオードを備えた光検出器。
【請求項１６】
請求項３、６、８のいずれか１つに記載の光電効果を有するダイオードを備えた太陽電池。
【請求項１】
コア部と、
上記コア部を覆うように形成された第１導電型の半導体層と、
上記第１導電型の半導体層を覆う第２導電型の半導体層と
を備え、
上記コア部の材質と上記第１導電型の半導体層の材質とが互いに異なっていることを特徴とするダイオード。
【請求項２】
請求項１に記載のダイオードにおいて、
上記コア部の屈折率が上記第１導電型の半導体層の屈折率よりも大きいと共に発光ダイオードであることを特徴とするダイオード。
【請求項３】
請求項１に記載のダイオードにおいて、
上記コア部の屈折率が上記第１導電型の半導体層の屈折率よりも大きいと共に光電効果を有することを特徴とするダイオード。
【請求項４】
請求項１に記載のダイオードにおいて、
上記コア部の屈折率が上記第１導電型の半導体層の屈折率よりも小さいと共に発光ダイオードであることを特徴とするダイオード。
【請求項５】
請求項１に記載のダイオードにおいて、
上記コア部の熱伝導率が上記第１導電型の半導体層の熱伝導率よりも大きいと共に発光ダイオードであることを特徴とするダイオード。
【請求項６】
請求項１に記載のダイオードにおいて、
上記コア部の熱伝導率が上記第１導電型の半導体層の熱伝導率よりも大きいと共に光電効果を有することを特徴とするダイオード。
【請求項７】
請求項１に記載のダイオードにおいて、
上記コア部の電気伝導率が上記第１導電型の半導体層の電気伝導率よりも大きいと共に発光ダイオードであることを特徴とするダイオード。
【請求項８】
請求項１に記載のダイオードにおいて、
上記コア部の電気伝導率が上記第１導電型の半導体層の電気伝導率よりも大きいと共に光電効果を有することを特徴とするダイオード。
【請求項９】
請求項１に記載のダイオードにおいて、
上記コア部がシリコンで作製されていることを特徴とするダイオード。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１つに記載のダイオードにおいて、
基板上に上記コア部,上記第１導電型の半導体層および上記第２導電型の半導体層を形成してから、上記基板から上記コア部,上記第１導電型の半導体層および上記第２導電型の半導体層を切り離すことで作製されたことを特徴とするダイオード。
【請求項１１】
基板上にコア部を形成し、
上記コア部を覆うように第１導電型の半導体層を形成し、
上記第１導電型の半導体層を覆うように第２導電型の半導体層を形成し、
上記コア部の材質と上記第１導電型の半導体層の材質とが互いに異なっていることを特徴とするダイオードの製造方法。
【請求項１２】
請求項２、４、５、７のいずれか１つに記載の発光ダイオードを備えた照明装置。
【請求項１３】
請求項２、４、５、７のいずれか１つに記載の発光ダイオードを備えたバックライト。
【請求項１４】
請求項２、４、５、７のいずれか１つに記載の発光ダイオードを備えた表示装置。
【請求項１５】
請求項３、６、８のいずれか１つに記載の光電効果を有するダイオードを備えた光検出器。
【請求項１６】
請求項３、６、８のいずれか１つに記載の光電効果を有するダイオードを備えた太陽電池。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１１Ｄ】
【図１１Ｅ】
【図１１Ｆ】
【図１１Ｇ】
【図１１Ｈ】
【図１１Ｉ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１４Ｃ】
【図１５】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１１Ｄ】
【図１１Ｅ】
【図１１Ｆ】
【図１１Ｇ】
【図１１Ｈ】
【図１１Ｉ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１４Ｃ】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−６４７７２（Ｐ２０１２−６４７７２Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０８０２３（Ｐ２０１０−２０８０２３）
【出願日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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