棒状構造発光素子、バックライト、照明装置および表示装置
【課題】光を効率良く取り出すことができる微細な棒状構造発光素子を提供する。
【解決手段】棒状構造発光素子は棒状の本体１を備えている。この本体１は、ｎ型ＧａＮからなる第１半導体部２と、この第１半導体部２に接触するｐ型ＧａＮからなる第２半導体部３とを有しており、この第１半導体部２と第２半導体部３との境界面が発光面４となっている。本体１の軸方向の一端面５には凹凸が形成されている。
【解決手段】棒状構造発光素子は棒状の本体１を備えている。この本体１は、ｎ型ＧａＮからなる第１半導体部２と、この第１半導体部２に接触するｐ型ＧａＮからなる第２半導体部３とを有しており、この第１半導体部２と第２半導体部３との境界面が発光面４となっている。本体１の軸方向の一端面５には凹凸が形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、棒状構造発光素子、バックライト、照明装置および表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、棒状構造発光素子としては、特開２００８−３４４８２号公報（特許文献１）に開示されたものがある。この発光素子は、基板と、この基板上に形成された棒状のＧａＮナノコラムとを備えている。このＧａＮナノコラムは、基板の上面（ＧａＮナノコラム側の表面）に対して垂直方向に延びる。また、上記ＧａＮナノコラムは、その垂直方向に並ぶｎ型ＧａＮ層、発光層およびｐ型ＧａＮ層からなっている。
【０００３】
しかしながら、上記従来の棒状構造発光素子では、発光層から出射された光がＧａＮナノコラム内に閉じ込められるので、ＧａＮナノコラムから光を効率良く取り出すことができないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３４４８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明の課題は、光を効率良く取り出すことができる微細な棒状構造発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の棒状構造発光素子は、
棒状に延びると共に、内部で光が生じる本体を備え、
上記本体の軸方向の端面には、凹部および凸部の少なくとも一方が形成されていることを特徴としている。
【０００７】
上記構成によれば、マイクロオーダーサイズやナノオーダーサイズの微細な棒状構造発光素子であっても、上記本体の軸方向の端面には、凹部および凸部の少なくとも一方が形成されているので、本体の内部で生じ、導波路効果により外部に出ずに上記端面に届いた光は、その端面を通過し、効率良く本体外に出る。
【０００８】
したがって、光を効率良く取り出すことができる微細な棒状構造発光素子を実現できる。
【０００９】
もし、上記本体の軸方向の端面が平らであったなら、本体の内部で生じた光は、本体の側面と、本体の軸方向の端面とで反射されるため、取り出し効率が低くなる。
【００１０】
ここで、微細な棒状構造発光素子とは、例えば、直径が１０ｎｍから５μｍ、より好ましくは１００ｎｍから２μｍのサイズまた長さが１００ｎｍから２００μｍ、より好ましくは１μｍから５０μｍのサイズの素子である。
【００１１】
また、上記棒状構造発光素子は、発光効率が高くて省電力なバックライト、照明装置および表示装置などを実現できる。
【００１２】
一実施形態の棒状構造発光素子では、
上記本体は基板の表面上に配置され、上記本体の軸方向が上記基板の表面とほぼ平行になっている。
【００１３】
上記実施形態によれば、上記本体は基板の表面上に配置され、本体の軸方向が基板の表面とほぼ平行になっているので、薄型化できる。
【００１４】
一実施形態の棒状構造発光素子では、
上記凹部または上記凸部の大きさは上記光の波長の１／１０以上である。
【００１５】
上記実施形態によれば、上記凹部または凸部の大きさは、本体の内部で生じる光の波長の１／１０以上であるので、その凹部または凸部が形成された端面での上記光の反射を低減できる。
【００１６】
一実施形態の棒状構造発光素子では、
上記凹部または上記凸部の大きさは上記光の波長の１／５以上である。
【００１７】
上記実施形態によれば、上記凹部または凸部の大きさは、本体の内部で生じる光の波長の１／５以上であるので、その凹部または凸部が形成された端面での上記光の反射をより低減できる。
【００１８】
一実施形態の棒状構造発光素子では、
上記凸部の材質は上記本体の他の部分の材質とは異なる。
【００１９】
上記実施形態によれば、上記凸部の材質は本体の他の部分の材質とは異なるので、本体を削ったり、本体にダメージを与えることなく、本体の軸方向の端面に凸部を形成して、その端面での反射を低減できる。
【００２０】
一実施形態の棒状構造発光素子では、
上記本体は、
第１導電型半導体と、
上記第１導電型半導体に対して上記本体の軸方向に並ぶ第２導電型半導体と
を有する。
【００２１】
ここで、第１導電型とは、Ｐ型またはＮ型を意味する。また、第２導電型とは、第１導電型がＰ型の場合はＮ型、Ｎ型の場合はＰ型を意味する。
【００２２】
上記実施形態によれば、上記第２導電型半導体が第１導電型半導体に対して本体の軸方向に並ぶので、軸方向に直交する方向の長さを低減できる。
【００２３】
一実施形態の棒状構造発光素子では、
上記第１導電型半導体と上記第２導電型半導体との間には量子井戸層が形成されている。
【００２４】
上記実施形態によれば、上記第１導電型半導体と第２導電型半導体との間には量子井戸層が形成されているので、量子井戸層の量子閉じ込め効果により発光効率をより上げることができる。
【００２５】
一実施形態の棒状構造発光素子では、
上記本体は、
第１導電型半導体と、
上記第１導電型半導体の少なくとも一部を同心軸状に覆う第２導電型半導体と
を有する。
【００２６】
ここで、第１導電型とは、Ｐ型またはＮ型を意味する。また、第２導電型とは、第１導電型がＰ型の場合はＮ型、Ｎ型の場合はＰ型を意味する。
【００２７】
上記実施形態によれば、上記第２導電型半導体は第１導電型半導体の少なくとも一部を同心軸状に覆うので、発光面積を大きくとることができる。
【００２８】
一実施形態の棒状構造発光素子では、
上記第１導電型半導体と上記第２導電型半導体との間には量子井戸層が形成されている。
【００２９】
上記実施形態によれば、上記第１導電型半導体と第２導電型半導体との間には量子井戸層が形成されているので、量子井戸層の量子閉じ込め効果により発光効率をより上げることができる。
【００３０】
本発明のバックライトは、
本発明の棒状構造発光素子を備えたことを特徴としている。
【００３１】
上記構成によれば、上記棒状構造発光素子を備えるので、発光効率が高くて省電力なバックライトを実現できる。
【００３２】
本発明の照明装置は、
本発明の棒状構造発光素子を備えたことを特徴としている。
【００３３】
上記構成によれば、上記棒状構造発光素子を備えるので、発光効率が高くて省電力な照明装置を実現できる。
【００３４】
本発明の表示装置は、
本発明の棒状構造発光素子を備えたことを特徴としている。
【００３５】
上記構成によれば、上記棒状構造発光素子を備えるので、発光効率が高くて省電力な表示装置を実現できる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の棒状構造発光素子は、マイクロオーダーサイズやナノオーダーサイズといった微細なサイズであっても、本体の軸方向の端面には少なくとも凹部または凸部が形成されているので、本体の内部で生じた光がその端面を通過し、効率良く本体外に出る。
【００３７】
したがって、光を効率良く取り出すことができる微細な棒状構造発光素子を実現できる。
【００３８】
本発明のバックライトは、上記棒状構造発光素子を備えるので、発光効率を高くでき、省電力なバックライトにできる。
【００３９】
本発明の照明装置は、上記棒状構造発光素子を備えるので、発光効率を高くでき、省電力な照明装置にできる。
【００４０】
本発明の表示装置は、上記棒状構造発光素子を備えるので、発光効率を高くでき、省電力な表示装置にできる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は本発明の第１実施形態の棒状構造発光素子の模式断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは上記第１実施形態の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは図２Ａの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは図２Ｂの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは図２Ｃの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは図２Ｄの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図３】図３は比較例の棒状構造発光素子の模式断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは上記第１実施形態の棒状構造発光素子および絶縁性基板の模式断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは上記第１実施形態の棒状構造発光素子および絶縁性基板の模式断面図である。
【図５】図５は本体の軸方向の一端面の凹凸の大きさと本体の軸方向の一端面の反射率との関係を示すグラフである。
【図６】図６は上記第１実施形態の変形例の棒状構造発光素子および絶縁性基板の模式断面図である。
【図７】図７は上記第１実施形態の他の変形例の棒状構造発光素子および絶縁性基板の模式断面図である。
【図８】図８は本発明の第２実施形態の棒状構造発光素子の模式断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは上記第２実施形態の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは図９Ａの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは図９Ｂの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図９Ｄ】図９Ｄは図９Ｃの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図９Ｅ】図９Ｅは図９Ｄの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは上記第２実施形態の棒状構造発光素子および絶縁性基板の模式断面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは上記第２実施形態の棒状構造発光素子および絶縁性基板の模式断面図である。
【図１１】図１１は本発明の第３実施形態の棒状構造発光素子の模式断面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは上記第３実施形態の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは図１２Ａの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは図１２Ｂの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図１２Ｄ】図１２Ｄは図１２Ｃの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図１２Ｅ】図１２Ｅは図１２Ｄの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは上記第３実施形態の棒状構造発光素子および絶縁性基板の模式断面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは上記第３実施形態の棒状構造発光素子および絶縁性基板の模式断面図である。
【図１４】図１４は本発明の第４実施形態の棒状構造発光素子の模式断面図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは上記第４実施形態の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは図１５Ａの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは図１５Ｂの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図１５Ｄ】図１５Ｄは図１５Ｃの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図１５Ｅ】図１５Ｅは図１５Ｄの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは上記第４実施形態の棒状構造発光素子および絶縁性基板の模式断面図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは上記第４実施形態の棒状構造発光素子および絶縁性基板の模式断面図である。
【図１７】図１７は本発明の第５実施形態の棒状構造発光素子を備えたバックライト、照明装置および表示装置に用いる絶縁性基板の平面図である。
【図１８】図１８は図１７のXVIII−XVIII線矢視の模式断面図である。
【図１９】図１９は上記５実施形態の棒状構造発光素子を配列する原理を説明するための図である。
【図２０】図２０は上記５実施形態の棒状構造発光素子を配列するときに電極に与える電位を説明するための図である。
【図２１】図２１は上記５実施形態の棒状構造発光素子を配列した絶縁性基板の平面図である。
【図２２】図２２は上記表示装置の平面図である。
【図２３】図２３は上記表示装置の表示部の要部の回路図である。
【図２４Ａ】図２４Ａは上記第１，第２実施形態の変形例の棒状構造発光素子を備える装置の製造方法の工程図である。
【図２４Ｂ】図２４Ｂは図２４Ａの次の装置の製造方法の工程図である。
【図２４Ｃ】図２４Ｃは図２４Ｂの次の装置の製造方法の工程図である。
【図２４Ｄ】図２４Ｄは図２４Ｃの次の装置の製造方法の工程図である。
【図２４Ｅ】図２４Ｅは図２４Ｄの次の装置の製造方法の工程図である。
【図２４Ｆ】図２４Ｆは図２４Ｅの次の装置の製造方法の工程図である。
【図２４Ｇ】図２４Ｇは図２４Ｆの次の装置の製造方法の工程図である。
【図２４Ｈ】図２４Ｈは図２４Ｇの次の装置の製造方法の工程図である。
【図２４Ｉ】図２４Ｉは図２４Ｈの次の装置の製造方法の工程図である。
【図２４Ｊ】図２４Ｊは図２４Ｉの次の装置の製造方法の工程図である。
【図２５Ａ】図２５Ａは上記第１〜第４実施形態の変形例の棒状構造発光素子を備える装置の製造方法の工程図である。
【図２５Ｂ】図２５Ｂは図２５Ａの次の装置の製造方法の工程図である。
【図２５Ｃ】図２５Ｃは図２５Ｂの次の装置の製造方法の工程図である。
【図２５Ｄ】図２５Ｄは図２５Ｃの次の装置の製造方法の工程図である。
【図２５Ｅ】図２５Ｅは図２５Ｄの次の装置の製造方法の工程図である。
【図２５Ｆ】図２５Ｆは図２５Ｅの次の装置の製造方法の工程図である。
【図２５Ｇ】図２５Ｇは図２５Ｆの次の装置の製造方法の工程図である。
【図２５Ｈ】図２５Ｈは図２５Ｇの次の装置の製造方法の工程図である。
【図２５Ｉ】図２５Ｉは図２５Ｈの次の装置の製造方法の工程図である。
【図２５Ｊ】図２５Ｊは図２５Ｉの次の装置の製造方法の工程図である。
【図２５Ｋ】図２５Ｋは図２５Ｊの次の装置の製造方法の工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、本発明の棒状構造発光素子、バックライト、照明装置および表示装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００４３】
〔第１実施形態〕
図１は本発明の第１実施形態の棒状構造発光素子の模式断面図である。
【００４４】
本第１実施形態の棒状構造発光素子は、断面ほぼ円形の棒状の本体１を備えている。この本体１は、ｎ型ＧａＮからなる第１半導体部２と、この第１半導体部２に接触するｐ型ＧａＮからなる第２半導体部３とを有しており、この第１半導体部２と第２半導体部３との境界面が発光面４となっている。また、本体１の軸方向の一端面５には凹凸が形成されている。一方、本体１の軸方向の他端面６はほぼ平坦な面である。また、第１半導体部２の外周面は第２半導体部３の外周面と滑らかに連続している。つまり、第１半導体部２の外周面は第２半導体部３の外周面とほぼ面一になっている。この第２半導体部３は、第１半導体部２に対して本体１の軸方向に並ぶように形成されている。なお、第１半導体部２は第１導電型半導体の一例であり、第２半導体部３は第２導電型半導体の一例である。また、第１半導体部２の外周面は第２半導体部３の外周面に対して段差を有するように形成してもよい。
【００４５】
上記棒状構造発光素子は、次のように製造する。
【００４６】
まず、図２Ａに示すように、ｎ型ＧａＮからなる基板１１上に、複数の成長穴１３，１３，…（図２Ａでは２つのみ図示）を有するマスク１２を形成する。マスク１２には、酸化シリコン（ＳｉＯ２）あるいは窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）など第１半導体部２および第２半導体部３に対して選択的にエッチング可能な材料を用いる。成長穴１３，１３，…の形成は、通常の半導体プロセスに使用する公知のリソグラフィー法とドライエッチング法が利用できる。
【００４７】
次に、上記マスク１２の成長穴１３，１３，…により露出した基板１１上に、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長）装置を用いて、ｎ型ＧａＮを結晶成長させて、図２Ｂに示すように、各成長穴１３内に第１半導体部２を形成する。より詳しくは、ＭＯＣＶＤ装置の温度を９５０℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）を使用し、ｎ型不純物供給用にシラン（ＳｉＨ３）を、さらにキャリアガスとして水素（Ｈ３）を供給することによって、Ｓｉを不純物としたｎ型ＧａＮからなる第１半導体部２を成長させる。このとき、マスク１２の成長穴１３の深さのほぼ半分まで第１半導体部２を成長させる。また、第１半導体部２の直径はマスク１２の成長穴１３の径で決めることができる。
【００４８】
次に、上記各第１半導体部２上に、ｐ型ＧａＮからなる第２半導体部３Ａを形成する。より詳しくは、ＭＯＣＶＤ装置の温度を９６０℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）を、ｐ型不純物供給用にビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いることによってマグネシウム（Ｍｇ）を不純物とするｐ型ＧａＮを成長させることができる。
【００４９】
次に、図２Ｃに示すように、マスク１２および第２半導体部３Ａ上に複数の微粒子１４を形成する。この微粒子１４の径は数十ｎｍ程度である。また、微粒子１４の材料として、例えば金などを用いることができる。
【００５０】
次に、ドライエッチングを行って、図２Ｄに示すように、棒状の本体１の軸方向の一端面５に凹凸（粗い表面、ギザギザの表面）を形成する。このとき、マスク１２ａの表面にも凹凸が形成されている。
【００５１】
次に、上記マスク１２ａの全部を除去して、図２Ｅに示すように、基板１１上に複数の本体１，１，…（図２Ｅでは２つの図示）のみ残す。マスク１２ａが酸化シリコン（ＳｉＯ２）あるいは窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）で構成されている場合、フッ酸（ＨＦ）を含んだ溶液を用いることにより、第１半導体部２および第２半導体部３に影響を与えずにマスク１２を容易にエッチングすることができる。
【００５２】
なお、上記成長穴１３，１３，…を有するマスク１２を用いないで、棒状の本体を成長させてもよい。その場合は、基板上に触媒金属（例えばＮｉ）の粒を分散させ、ＭＯＣＶＤにより触媒金属下に棒状ワイヤを成長させる。この棒状ワイヤの成長後、直径数十ｎｍのＩｎＮドットを棒状ワイヤの軸方向の一端面にＳ−Ｋ（Stranski-Krastanov）成長により形成して、さらに、ドライエッチングを行って、棒状ワイヤの軸方向の一端面に凹凸を形成する。
【００５３】
次に、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）水溶液中に基板１１を浸した後、超音波（例えば数１０ＫＨz）を用いて、基板１１を基板平面に沿って振動させる。これにより、基板１１上に立設する本体１，１，…の基板１１側に近い根元を折り曲げるように、本体１，１，…に対して応力が働いて、本体１，１，…が基板１１から分離される。
【００５４】
こうして、ｎ型ＧａＮからなる基板１１から分離された微細な棒状構造発光素子を製造することができる。
【００５５】
上記構成の棒状構造発光素子によれば、発光面４から出た光は、図１の矢印で示すように、導波効果によって本体１の軸方向の一端面５へ向かう。この一端面５には凹凸が形成されているので、マイクロオーダーサイズやナノオーダーサイズの微細な棒状構造発光素子であっても、発光面４からの光が本体１の軸方向の一端面５を通過し、効率良く本体１外に出る。
【００５６】
したがって、光を効率良く取り出すことができる微細な棒状構造発光素子を実現できる。この棒状構造発光素子は、基板１１から切り離され、基板１１と一体でないので、装置への実装の自由度が高い。
【００５７】
図３は比較例の棒状構造発光素子の模式断面図である。
【００５８】
上記比較例の棒状構造発光素子は、本体５１の軸方向の一端面５５が平坦面である点以外は本第１実施形態の棒状構造発光素子と同じ構成のものである。つまり、本体５１は、第２半導体部３とは異なる形状の第２半導体部５３を有している。
【００５９】
このような比較例の棒状構造発光素子によれば、発光面５４から出た光は、図３の矢印で示すように、導波効果によって本体５１の軸方向の一端面５５へ向かうが、この一端面５５は平坦面であるため、発光面５４からの光は本体１の軸方向の一端面５で反射され、発光面５４からの光が本体５１内に閉じ込められてしまう。
【００６０】
ここで、微細な棒状構造発光素子とは、例えば直径が１μｍで長さ１０μｍのマイクロオーダーサイズであるが、この寸法に限るものでなく、直径が１０ｎｍから５μｍ、より好ましくは１００ｎｍから２μｍである微細な棒状構造発光素子を製造してもよい。この微細な棒状構造発光素子の長さは、１００ｎｍから２００μｍ、より好ましくは１μｍから５０μｍとする。
【００６１】
また、上記棒状構造発光素子は、発光効率が高くて省電力なバックライト、照明装置および表示装置などを実現できる。
【００６２】
また、本第１実施形態の棒状構造発光素子から光を取り出す場合、例えば、図４Ａに示すように、絶縁性基板２１の表面上に本体１を配置する。このとき、本体１の軸方向が絶縁性基板２１の表面とほぼ平行となるように、本体１の配置を行う。なお、絶縁性基板２１は基板の一例である。
【００６３】
次に、図４Ｂに示すように、例えば蒸着法あるいはスパッタ法で、第１半導体部２にｎ側コンタクトメタル２２を接続し、第２半導体部３にｐ側コンタクトメタル２３を接続して、発光面４（図１参照）で電子と正孔の再結合が起きるようにｐ側コンタクトメタル２３からｎ側コンタクトメタル２２に電流を流すことにより、発光面４から光が放出される。
【００６４】
このように、上記本体１の軸方向を絶縁性基板２１の表面とほぼ平行にするので、薄型化できる。
【００６５】
図５は、上記発光面４からの光の波長に対する本体１の軸方向の一端面５の凹凸の大きさの比の変化と、本体５１の軸方向の一端面５５に対する本体１の軸方向の一端面５の反射率の比の変化との関係を示すグラフである。なお、図５において、反射率（凹凸あり）は本体１の軸方向の一端面５の反射率であり、反射率（凹凸なし）は本体５１の軸方向の一端面５５の反射率である。また、凹凸の大きさとは、本体１の一方の端面５の平均値からのずれの大きさである。つまり、凹凸の大きさとは、本体１の一方の端面５における粗さ曲線の平均線から測定曲線までの偏差の二乗を平均した値の平方根で求める二乗平均粗さを指す。
【００６６】
図５から明らかなように、上記発光面４からの光の波長に対する本体１の軸方向の一端面５の凹凸の大きさの比が０．１以上であると、本体１の軸方向の一端面５での上記光の反射が非常に少なくなるので望ましい。
【００６７】
また、上記発光面４からの光の波長に対する本体１の軸方向の一端面５の凹凸の大きさの比が０．２以上であると、本体１の軸方向の一端面５での上記光の反射が殆ど無くなるのでより望ましい。
【００６８】
本第１実施形態の変形例の棒状構造発光素子としては、図６に示す断面ほぼ円形の棒状の本体６１を備えたものがある。この本体６１は、ｎ型ＧａＮからなる第１半導体部６２と、ｐ型ＧａＮからなる第２半導体部６３と、ｐ型ＩｎＧａＮからなる量子井戸層６７とを有している。また、本体６１の軸方向の一端面６５には凹凸が形成されている。一方、本体６１の軸方向の他端面６６はほぼ平坦な面である。また、第１半導体部６２の外周面は第２半導体部６３の外周面と滑らかに連続している。つまり、第１半導体部６２の外周面は第２半導体部６３の外周面とほぼ面一になっている。この第２半導体部６３は、第１半導体部６２に対して本体６１の軸方向に並ぶように形成されている。そして、第１半導体部６２と第２半導体部６３との間には量子井戸層６７が配置されている。なお、第１半導体部６２は第１導電型半導体の一例であり、第２半導体部６３は第２導電型半導体の一例であり、量子井戸層６７は量子井戸層の一例である。また、第１半導体部６２の外周面は第２半導体部６３の外周面に対して段差を有するように形成してもよい。
【００６９】
このように、上記第１半導体部６２と第２半導体部６３との間に量子井戸層６７を配置することによって、量子井戸層６７の量子閉じ込め効果により発光効率をさらに向上できる。
【００７０】
また、上記本体６１を備える棒状構造発光素子から光を取り出す場合、例えば、絶縁性基板２１の表面上に、本体１の軸方向が絶縁性基板２１の表面とほぼ平行となるように、本体１を配置して、蒸着法あるいはスパッタ法などで、第１半導体部６２にｎ側コンタクトメタル２２を接続し、第２半導体部６３にｐ側コンタクトメタル２３を接続して、発光面４で電子と正孔の再結合が起きるようにｐ側コンタクトメタル２３からｎ側コンタクトメタル２２に電流を流せばよい。
【００７１】
また、上記本体６１を備える棒状構造発光素子は、第１半導体部２と同様に第１半導体部６２を形成した後、成長ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ３）およびトリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ３）３）を、ｐ型不純物供給用にビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃp２Ｍg）を用いて、量子井戸層６７を形成した後、第２半導体部３と同様に第２半導体部６３を形成すれば製造することができる。
【００７２】
本第１実施形態の他の変形例の棒状構造発光素子としては、図７に示す断面ほぼ円形の棒状の本体７１を備えたものがある。この本体７１は、ｎ型ＧａＮからなる第１半導体部７２と、ｐ型ＧａＮからなる第２半導体部７３とを有している。また、本体７１の軸方向の一端面７５には凹凸が形成されている。一方、本体７１の軸方向の他端面７６はほぼ平坦な面である。また、第１半導体部７２の外周面は第２半導体部７３の外周面と滑らかに連続している。つまり、第１半導体部７２の外周面は第２半導体部７３の外周面とほぼ面一になっている。また、第２半導体部７３は、第１半導体部７２の一端面７５側の外周面を覆うように形成されている。つまり、第２半導体部７３は、一部が第１半導体部７２の一端面７５側の端部を同心軸状に覆っている。また、第１半導体部７２の一端面７５側の軸方向の端面は第２半導体部７３で完全に覆われている。なお、第１半導体部７２は第１導電型半導体の一例であり、第２半導体部７３は第２導電型半導体の一例である。また、第１半導体部７２の外周面は第２半導体部７３の外周面に対して段差を有するように形成してもよい。
【００７３】
このように、上記第１半導体部７２の一端面７５側を覆うように、第２半導体部７３を形成するので、第１半導体部７２と第２半導体部７３との接触面積が増え、発光面積を大きくとることができる。
【００７４】
また、上記本体７１を備える棒状構造発光素子から光を取り出す場合、例えば、絶縁性基板２１の表面上に、本体７１の軸方向が絶縁性基板２１の表面とほぼ平行となるように、本体７１を配置して、蒸着法あるいはスパッタ法などで、第１半導体部７２にｎ側コンタクトメタル２２を接続し、第２半導体部７３にｐ側コンタクトメタル２３を接続して、発光面４で電子と正孔の再結合が起きるようにｐ側コンタクトメタル２３からｎ側コンタクトメタル２２に電流を流せばよい。
【００７５】
また、上記本体７１を備える棒状構造発光素子の製造方法は、まず、基板上に棒状のｎ型ＧａＮを形成した後、このｎ型ＧａＮの先端部の径をエッチングで小さくして、第１半導体部７２を形成する。そして、第１半導体部７２の先端部を覆うようにｐ型ＧａＮを形成した後、このｐ型ＧａＮ上に、径が数十ｎｍ程度の微粒子を形成して、さらに、ドライエッチングを行って、第２半導体部７３を形成する。
【００７６】
また、上記本体７１のような本体を備える棒状構造発光素子の製造方法としては、基板上にｎ型ＧａＮ膜を形成した後、基板上に触媒金属（例えばＮｉ）の粒を分散させ、ＭＯＣＶＤにより触媒金属下に棒状のｎ型ＧａＮワイヤを成長させる。このｎ型ＧａＮワイヤの成長後、ＭＯＣＶＤにより、ｎ型ＧａＮワイヤの上面（軸方向の一端面）および側面上と、ｎ型ＧａＮ膜上とにｐ型ＧａＮ膜を成長する。そして、直径数十ｎｍのＩｎＮドットをｐ型ＧａＮ膜の表面にＳ−Ｋ成長により形成して、さらに、ドライエッチングを行って、ｐ型ＧａＮ膜の表面に凹凸を形成する。
【００７７】
〔第２実施形態〕
図８は本発明の第２実施形態の棒状構造発光素子の模式断面図である。
【００７８】
本第２実施形態の棒状構造発光素子は、断面ほぼ円形の棒状の本体２０１を備えている。この本体２０１は、ｎ型ＧａＡｓからなる第１半導体部２０２と、この第１半導体部２０２に接触するｐ型ＧａＡｓからなる第２半導体部２０３とを有しており、この第１半導体部２０２と第２半導体部２０３との境界面が発光面２０４となっている。また、本体２０１の軸方向の一端面２０５には凸部２０８が形成されている。一方、本体２０１の軸方向の他端面２０６はほぼ平坦な面である。また、第１半導体部２０２の外周面は第２半導体部２０３の外周面と滑らかに連続している。つまり、第１半導体部２０２の外周面は第２半導体部２０３の外周面とほぼ面一になっている。この第２半導体部２０３は、第１半導体部２０２に対して本体２０１の軸方向に並ぶように形成されている。なお、第１半導体部２０２は第１導電型半導体の一例であり、第２半導体部２０３は第２導電型半導体の一例である。また、第１半導体部２０２の外周面は第２半導体部２０３の外周面に対して段差を有するように形成してもよい。
【００７９】
上記凸部２０８は第２半導体部２０３の一部であり、ｐ型ＧａＡｓからなっている。また、凸部２０８の高さＨ１は、発光面２０４から出る光の波長の１／１０以上に設定されている。なお、上記凸部２０８の高さＨ１は、発光面２０４から出る光の波長の１／５以上に設定してもよい。
【００８０】
上記棒状構造発光素子は、次のように製造する。
【００８１】
まず、図９Ａに示すように、ｎ型ＧａＡｓからなる基板２１１上に、複数の成長穴２１３，２１３，…（図９Ａでは２つのみ図示）を有するマスク２１２を形成する。マスク２１２には、酸化シリコン（ＳｉＯ２）あるいは窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）など第１半導体部２０２および第２半導体部２０３に対して選択的にエッチング可能な材料を用いる。成長穴２１３，２１３，…の形成は、通常の半導体プロセスに使用する公知のリソグラフィー法とドライエッチング法が利用できる。
【００８２】
次に、上記マスク２１２の成長穴２１３，２１３，…により露出した基板２１１上に、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、ｎ型ＧａＡｓを結晶成長させて、図９Ｂに示すように、各成長穴２１３内に第１半導体部２０２を形成する。より詳しくは、ＭＯＶＰＥ装置の温度を７５０℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）とＡｓＨ３を使用し、ｎ型不純物としてシラン（ＳｉＨ３）を供給することによりＳｉを不純物としたｎ型ＧａＡｓからなる第１半導体部２０２を成長させる。このとき、マスク２１２の成長穴２１３の深さのほぼ半分まで第１半導体部２０２を成長させる。また、第１半導体部２０２の直径はマスク２１２の成長穴２１３の径で決めることができる。
【００８３】
次に、上記各第１半導体部２０２上に、ｐ型ＧａＡｓからなる第２半導体部２０３Ａを形成する。より詳しくは、ＭＯＶＰＥ装置の温度を７５０℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）とＡｓＨ３を使用し、ｐ型不純物供給用にＴＭＺｎを用いることによってを亜鉛（Ｚｎ）を不純物とするｐ型ＧａＡｓを成長させることができる。
【００８４】
次に、上記マスク２１２の一部を除去して、図９Ｃに示すように、第２半導体部２０３の基板２１１側とは反対側の端部をマスク２１２ａから露出させる。マスク２１２ａが酸化シリコン（ＳｉＯ２）あるいは窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）で構成されている場合、フッ酸（ＨＦ）を含んだ溶液を用いることにより、第１半導体部２０２および第２半導体部２０３Ａに影響を与えずにマスク２１２の一部を容易にエッチングすることができる。
【００８５】
次に、上記第２半導体部２０３の基板２１１側とは反対側の端部に対して例えば等方性エッチングを行って、図９Ｄに示すように、凸部２０８を形成する。この等方性エッチングは、例えば、硫酸と過酸化水素水と水との混合液を用いて行える。
【００８６】
次に、上記マスク２１２ａの全部を除去して、図９Ｅに示すように、基板２１１上に複数の本体２０１，２０１，…（図９Ｅでは２つの図示）のみ残す。マスク２１２ａが酸化シリコン（ＳｉＯ２）あるいは窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）で構成されている場合、フッ酸（ＨＦ）を含んだ溶液を用いることにより、第１半導体部２０２および第２半導体部２０３に影響を与えずにマスク２１２を容易にエッチングすることができる。
【００８７】
次に、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）水溶液中に基板２１１を浸した後、超音波（例えば数１０ＫＨz）を用いて、基板２１１を基板平面に沿って振動させる。これにより、基板２１１上に立設する本体２０１，２０１，…の基板２１１側に近い根元を折り曲げるように、本体２０１，２０１，…に対して応力が働いて、本体２０１，２０１，…が基板２１１から分離される。
【００８８】
こうして、ｎ型ＧａＡｓからなる基板２１１から分離された微細な棒状構造発光素子を製造することができる。
【００８９】
上記構成の棒状構造発光素子によれば、発光面２０４から出た光は、導波効果によって本体２０１の軸方向の一端面２０５へ向かう。この一端面２０５には凸部２０８が形成されているので、マイクロオーダーサイズやナノオーダーサイズの微細な棒状構造発光素子であっても、発光面２０４からの光が本体２０１の軸方向の一端面２０５を通過し、効率良く本体２０１外に出る。
【００９０】
したがって、光を効率良く取り出すことができる微細な棒状構造発光素子を実現できる。この棒状構造発光素子は、基板と一体でないので、装置への実装の自由度が高い。
【００９１】
もし、上記本体２０１の軸方向の一端面２０５が平らであったなら、発光面２０４からの光はその一端面２０５で反射されるため、本体２０１の外部に光が殆ど出なくなる。
【００９２】
ここで、微細な棒状構造発光素子とは、例えば直径が１μｍで長さ１０μｍのマイクロオーダーサイズであるが、この寸法に限るものでなく、直径が１０ｎｍから５μｍ、より好ましくは１００ｎｍから２μｍである微細な棒状構造発光素子を製造してもよい。この微細な棒状構造発光素子の長さは、１００ｎｍから２００μｍ、より好ましくは１μｍから５０μｍとする。
【００９３】
また、上記凸部２０８の高さＨ１が発光面２０４から出る光の波長の１／１０以上であるので、凸部２０８が形成された一端面２０５での上記光の反射を非常に少なくすることができる。
【００９４】
また、本第２実施形態の棒状構造発光素子から光を取り出す場合、例えば、図１０Ａに示すように、絶縁性基板２２１の表面上に本体２０１を配置する。このとき、本体２０１の軸方向が絶縁性基板２２１の表面とほぼ平行となるように、本体２０１の配置を行う。なお、絶縁性基板２２１は基板の一例である。
【００９５】
次に、図１０Ｂに示すように、例えば蒸着法あるいはスパッタ法で、第１半導体部２０２にｎ側コンタクトメタル２２２を接続し、第２半導体部２０３にｐ側コンタクトメタル２２３を接続して、発光面２０４で電子と正孔の再結合が起きるようにｐ側コンタクトメタル２２３からｎ側コンタクトメタル２２２に電流を流すことにより、発光面２０４から光が放出される。
【００９６】
このように、上記本体２０１の軸方向を絶縁性基板２２１の表面とほぼ平行にするので、薄型化できる。
【００９７】
上記第２実施形態では、ｎ型ＧａＡｓに対してｐ型ＧａＡｓが軸方向に並ぶように微細な棒状構造発光素子を製造したが、ｎ型ＧａＡｓに対してｐ型ＧａＡｓの一部が径方向に並ぶように微細な棒状構造発光素子を製造してもよい。
【００９８】
〔第３実施形態〕
図１１は本発明の第３実施形態の棒状構造発光素子の模式断面図である。
【００９９】
本第３実施形態の棒状構造発光素子は、断面ほぼ円形の棒状の本体３０１を備えている。この本体３０１は、ｐ型ＧａＮからなる第１半導体部３０２と、この第１半導体部３０２に接触するｎ型ＧａＮからなる第２半導体部３０３とを有しており、この第１半導体部３０２と第２半導体部３０３との境界面が発光面３０４となっている。また、本体３０１の軸方向の一端面３０５には凹部３０９が形成されている。一方、本体３０１の軸方向の他端面３０６はほぼ平坦な面である。また、第１半導体部３０２の外周面は第２半導体部３０３の外周面と滑らかに連続している。つまり、第１半導体部３０２の外周面は第２半導体部３０３の外周面とほぼ面一になっている。この第２半導体部３０３は、第１半導体部３０２に対して本体３０１の軸方向に並ぶように形成されている。なお、第１半導体部３０２は第１導電型半導体の一例であり、第２半導体部３０３は第２導電型半導体の一例である。また、第１半導体部３０２の外周面は第２半導体部３０３の外周面に対して段差を有するように形成してもよい。
【０１００】
上記凹部３０９の深さＤは、発光面３０４から出る光の波長の１／１０以上に設定されている。なお、上記凹部３０９の深さＤは、発光面３０４から出る光の波長の１／５以上に設定してもよい。
【０１０１】
上記棒状構造発光素子は、次のように製造する。
【０１０２】
まず、図１２Ａに示すように、サファイアからなる基板３１１上に、複数の成長穴３１３，３１３，…（図１２Ａでは２つのみ図示）を有するマスク３１２を形成する。マスク３１２には、酸化シリコン（ＳｉＯ２）あるいは窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）など第１半導体部３０２および第２半導体部３０３に対して選択的にエッチング可能な材料を用いる。成長穴３１３，３１３，…の形成は、通常の半導体プロセスに使用する公知のリソグラフィー法とドライエッチング法が利用できる。
【０１０３】
次に、上記マスク３１２の成長穴３１３，３１３，…により露出した基板３１１上に、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、ｎ型ＧａＮを結晶成長させて、図１２Ｂに示すように、各成長穴３１３内に第２半導体部３０３Ａを形成する。より詳しくは、ＭＯＣＶＤ装置の温度を９５０℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）を使用し、ｎ型不純物供給用にシラン（ＳｉＨ３）を、さらにキャリアガスとして水素（Ｈ３）を供給することによって、Ｓｉを不純物としたｎ型ＧａＮからなる第２半導体部３０３Ａを成長させる。このとき、マスク３１２の成長穴３１３の深さのほぼ半分まで第２半導体部３０３Ａを成長させる。また、第２半導体部３０３Ａの直径はマスク３１２の成長穴３１３の径で決めることができる。
【０１０４】
次に、上記各第２半導体部３０３Ａ上に、ｐ型ＧａＮからなる第１半導体部３０２を形成する。より詳しくは、ＭＯＣＶＤ装置の温度を９６０℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）を、ｐ型不純物供給用にビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いることによってマグネシウム（Ｍｇ）を不純物とするｐ型ＧａＮを成長させることができる。
【０１０５】
次に、上記マスク３１２の全部を除去して、図１２Ｃに示す状態にする。マスク３１２ａが酸化シリコン（ＳｉＯ２）あるいは窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）で構成されている場合、フッ酸（ＨＦ）を含んだ溶液を用いることにより、第１半導体部３０２および第２半導体部３０３Ａに影響を与えずにマスク３１２の全部を容易にエッチングすることができる。
【０１０６】
次に、上記基板３１１に対して例えば等方性エッチングを行って、図１２Ｄに示す基板３１１ａを得る。この基板３１１ａは第２半導体部３０３Ａの径よりも小径の接続部を有し、第２半導体部３０３Ａはその接続部に接続されている。
【０１０７】
次に、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）水溶液中に基板３１１ａを浸した後、超音波（例えば数１０ＫＨz）を用いて、基板３１１を基板平面に沿って振動させる。これにより、第２半導体部３０３Ａ，３０３Ａ，…の基板３１１ａ側に近い根元に対して応力が働いて、第２半導体部３０３Ａ，３０３Ａ，…のそれぞれの一部を基板３１１ａの接続部に残し、第２半導体部３０３Ａ，３０３Ａ，…のそれぞれの残りが基板３１１ａから離間する。つまり、図１２Ｅに示すように、基板３１１ａから複数の本体３０１，３０１，…（図１２Ｅでは２つのみ図示）が分離する。
【０１０８】
こうして、ｎ型ＧａＮからなる基板３１１から分離された微細な棒状構造発光素子を製造することができる。
【０１０９】
上記構成の棒状構造発光素子によれば、発光面３０４から出た光は、導波効果によって本体３０１の軸方向の一端面３０５へ向かう。この一端面３０５には凹部３０９が形成されているので、マイクロオーダーサイズやナノオーダーサイズの微細な棒状構造発光素子であっても、発光面３０４からの光は、本体３０１の軸方向の一端面３０５を通過して、効率良く本体３０１外に出る。
【０１１０】
したがって、光を効率良く取り出すことができる微細な棒状構造発光素子を実現できる。この棒状構造発光素子は、基板と一体でないので、装置への実装の自由度が高い。
【０１１１】
もし、上記本体３０１の軸方向の一端面３０５が平らであったなら、発光面３０４からの光はその一端面３０５で反射されるため、本体３０１の外部に光が殆ど出なくなる。
【０１１２】
ここで、微細な棒状構造発光素子とは、例えば直径が１μｍで長さ１０μｍのマイクロオーダーサイズであるが、この寸法に限るものでなく、直径が１０ｎｍから５μｍ、より好ましくは１００ｎｍから２μｍである微細な棒状構造発光素子を製造してもよい。この微細な棒状構造発光素子の長さは、１００ｎｍから２００μｍ、より好ましくは１μｍから５０μｍとする。
【０１１３】
また、上記凹部３０９の深さＤが発光面３０４から出る光の波長の１／１０以上であるので、凹部３０９が形成された一端面３０５での上記光の反射を非常に少なくすることができる。
【０１１４】
また、本第３実施形態の棒状構造発光素子から光を取り出す場合、例えば、図１３Ａに示すように、絶縁性基板３２１の表面上に本体３０１を配置する。このとき、本体３０１の軸方向が絶縁性基板３２１の表面とほぼ平行となるように、本体３０１の配置を行う。なお、絶縁性基板３２１は基板の一例である。
【０１１５】
次に、図１３Ｂに示すように、例えば蒸着法あるいはスパッタ法で、第２半導体部３０３にｎ側コンタクトメタル３２２を接続し、第１半導体部３０２にｐ側コンタクトメタル３２３を接続して、発光面３０４で電子と正孔の再結合が起きるようにｐ側コンタクトメタル３２３からｎ側コンタクトメタル３２２に電流を流すことにより、発光面３０４から光が放出される。
【０１１６】
このように、上記本体３０１の軸方向を絶縁性基板３２１の表面とほぼ平行にするので、薄型化できる。
【０１１７】
〔第４実施形態〕
図１４は本発明の第４実施形態の棒状構造発光素子の模式断面図である。
【０１１８】
本実施形態の棒状構造発光素子は、断面ほぼ円形の棒状の本体４０１を備えている。この本体４０１は、ｐ型ＧａＮからなる第１半導体部４０２と、この第１半導体部４０２に接触するｎ型ＧａＮからなる第２半導体部４０３とを有しており、この第１半導体部４０２と第２半導体部４０３との境界面が発光面４０４となっている。また、本体４０１の軸方向の一端面４０５には凸部４０８が形成されている。一方、本体４０１の軸方向の他端面４０６はほぼ平坦な面である。また、第１半導体部４０２の外周面は第２半導体部４０３の外周面と滑らかに連続している。つまり、第１半導体部４０２の外周面は第２半導体部４０３の外周面とほぼ面一になっている。この第２半導体部４０３は、第１半導体部４０２に対して本体４０１の軸方向に並ぶように形成されている。なお、第１半導体部４０２は第１導電型半導体の一例であり、第２半導体部４０３は第２導電型半導体の一例である。また、第１半導体部４０２の外周面は第２半導体部４０３の外周面に対して段差を有するように形成してもよい。
【０１１９】
上記凸部４０８はＳｉからなっている。また、凸部４０８の高さＨ２は、発光面４０４から出る光の波長の１／１０以上に設定されている。なお、上記凸部４０８の高さＨ２は、発光面４０４から出る光の波長の１／５以上に設定してもよい。
【０１２０】
上記棒状構造発光素子は、次のように製造する。
【０１２１】
まず、図１５Ａに示すように、Ｓｉからなる基板４１１上に、複数の成長穴４１３，４１３，…（図１５Ａでは２つのみ図示）を有するマスク４１２を形成する。マスク４１２には、酸化シリコン（ＳｉＯ２）あるいは窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）など第１半導体部４０２および第２半導体部４０３に対して選択的にエッチング可能な材料を用いる。成長穴４１３，４１３，…の形成は、通常の半導体プロセスに使用する公知のリソグラフィー法とドライエッチング法が利用できる。
【０１２２】
次に、上記マスク４１２の成長穴４１３，４１３，…により露出した基板４１１上に、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、ｎ型ＧａＮを結晶成長させて、図１５Ｂに示すように、各成長穴４１３内に第２半導体部４０３を形成する。より詳しくは、ＭＯＣＶＤ装置の温度を９５０℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）を使用し、ｎ型不純物供給用にシラン（ＳｉＨ３）を、さらにキャリアガスとして水素（Ｈ３）を供給することによって、Ｓｉを不純物としたｎ型ＧａＮからなる第２半導体部４０３を成長させる。このとき、マスク４１２の成長穴４１３の深さのほぼ半分まで第２半導体部４０３を成長させる。また、第２半導体部４０３の直径はマスク４１２の成長穴４１３の径で決めることができる。
【０１２３】
次に、上記各第２半導体部４０３上に、ｐ型ＧａＮからなる第１半導体部４０２を形成する。より詳しくは、ＭＯＣＶＤ装置の温度を９６０℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）を、ｐ型不純物供給用にビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いることによってマグネシウム（Ｍｇ）を不純物とするｐ型ＧａＮを成長させることができる。
【０１２４】
次に、上記マスク４１２の全部を除去して、図１５Ｃに示す状態にする。マスク４１２ａが酸化シリコン（ＳｉＯ２）あるいは窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）で構成されている場合、フッ酸（ＨＦ）を含んだ溶液を用いることにより、第１半導体部４０２および第２半導体部４０３Ａに影響を与えずにマスク４１２の全部を容易にエッチングすることができる。
【０１２５】
次に、上記基板４１１に対して例えば等方性エッチングを行って、図１５Ｄに示す基板４１１ａを得る。この基板４１１ａは第２半導体部４０３の径よりも小径の接続部を有し、第２半導体部４０３はその接続部に接続されている。
【０１２６】
次に、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）水溶液中に基板４１１ａを浸した後、超音波（例えば数１０ＫＨz）を用いて、基板４１１を基板平面に沿って振動させる。これにより、基板４１１ａの接続部に対して応力が働いて、その接続部の大部分が第２半導体部４０３と共に基板４１１ａから離間する。つまり、基板４１１ａから、図１５Ｅに示すように、複数の本体４０１，４０１，…（図１５Ｅでは２つのみ図示）が分離する。
【０１２７】
こうして、ｎ型ＧａＮからなる基板４１１から分離された微細な棒状構造発光素子を製造することができる。
【０１２８】
上記構成の棒状構造発光素子によれば、発光面４０４から出た光は、導波効果によって本体４０１の軸方向の一端面４０５へ向かう。この一端面４０５には凸部４０８が形成されているので、マイクロオーダーサイズやナノオーダーサイズの微細な棒状構造発光素子であっても、発光面４０４からの光が本体４０１の軸方向の一端面４０５を通過し、効率良く本体４０１外に出る。
【０１２９】
したがって、光を効率良く取り出すことができる微細な棒状構造発光素子を実現できる。この棒状構造発光素子は、基板と一体でないので、装置への実装の自由度が高い。
【０１３０】
もし、上記本体４０１の軸方向の一端面４０５が平らであったなら、発光面４０４からの光はその一端面４０５で反射されるため、本体４０１の外部に光が殆ど出なくなる。
【０１３１】
ここで、微細な棒状構造発光素子とは、例えば直径が１μｍで長さ１０μｍのマイクロオーダーサイズであるが、この寸法に限るものでなく、直径が１０ｎｍから５μｍ、より好ましくは１００ｎｍから２μｍである微細な棒状構造発光素子を製造してもよい。この微細な棒状構造発光素子の長さは、１００ｎｍから２００μｍ、より好ましくは１μｍから５０μｍとする。
【０１３２】
また、上記凸部４０８の高さＨ１が発光面４０４から出る光の波長の１／１０以上であるので、凸部４０８が形成された一端面４０５での上記光の反射を非常に少なくすることができる。
【０１３３】
また、上記凸部４０８の材質が第２半導体部４０３の材質と異なるので、本体４０１を削ったり、本体４０１にダメージを与えることなく、本体４０１の軸方向の一端面４０５に凸部４０８を形成して、その一端面４０５での反射を低減できる。
【０１３４】
また、本実施形態の棒状構造発光素子から光を取り出す場合、例えば、図１６Ａに示すように、絶縁性基板４２１の表面上に本体４０１を配置する。このとき、本体４０１の軸方向が絶縁性基板４２１の表面とほぼ平行となるように、本体４０１の配置を行う。なお、絶縁性基板４２１は基板の一例である。
【０１３５】
次に、図１６Ｂに示すように、例えば蒸着法あるいはスパッタ法で、第１半導体部４０２にｐ側コンタクトメタル４２３を接続し、第２半導体部４０３にｎ側コンタクトメタル４２２を接続して、発光面４０４で電子と正孔の再結合が起きるようにｐ側コンタクトメタル４２３からｎ側コンタクトメタル４２２に電流を流すことにより、発光面４０４から光が放出される。
【０１３６】
このように、上記本体４０１の軸方向を絶縁性基板４２１の表面とほぼ平行にするので、薄型化できる。
【０１３７】
〔第５実施形態〕
次に、本発明の第５実施形態の棒状構造発光素子を備えたバックライト、照明装置および表示装置について説明する。この第５実施形態では、上記第１〜第４実施形態に記載の棒状構造発光素子を絶縁性基板に配列する。この棒状構造発光素子の配列は、本出願人が特願２００７−１０２８４８（特開２００８−２６００７３号公報）で出願した「微細構造体の配列方法及び微細構造体を配列した基板、並びに集積回路装置及び表示素子」の発明の技術を用いて行う。
【０１３８】
図２３は本第５実施形態のバックライト、照明装置および表示装置に用いる絶縁性基板の平面図を示している。図２３に示すように、絶縁性基板５５０の表面に、金属電極５５１，５５２を形成している。絶縁性基板５５０はガラス、セラミック、酸化アルミニウム、樹脂のような絶縁体、またはシリコンのような半導体表面にシリコン酸化膜を形成し、表面が絶縁性を有するような基板である。ガラス基板を用いる場合は、表面にシリコン酸化膜、シリコン窒化膜のような下地絶縁膜を形成するのが望ましい。
【０１３９】
上記金属電極５５１，５５２は、印刷技術を利用して所望の電極形状に形成している。なお、金属膜および感光体膜を一様に積層し、所望の電極パターンを露光し、エッチングして形成してもよい。
【０１４０】
図２３では省略されているが、金属電極５５１，５５２には外部から電位を与えられるように、パッドを形成している。この金属電極５５１，５５２が対向する部分（配列領域）に棒状構造発光素子を配列する。図２３では、棒状構造発光素子を配列する配列領域が２×２個配列されているが、任意の個数を配列してよい。
【０１４１】
図１８は図２３のXVIII−XVIII線から見た模式断面図である。
【０１４２】
まず、図１８に示すように、絶縁性基板５５０上に、棒状構造発光素子５６０を含んだイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）５６１を薄く塗布する。ＩＰＡ５６１の他に、エチレングリコール、プロピレングリコール、メタノール、エタノール、アセトン、またはそれらの混合物でもよい。あるいは、ＩＰＡ５６１は、他の有機物からなる液体、水などを用いることができる。
【０１４３】
ただし、液体を通じて金属電極５５１，５５２間に大きな電流が流れてしまうと、金属電極５５１，５５２間に所望の電圧差を印加できなくなってしまう。そのような場合には、金属電極５５１，５５２を覆うように、絶縁性基板５５０表面全体に、１０ｎｍ〜３０ｎｍ程度の絶縁膜をコーティングすればよい。
【０１４４】
上記棒状構造発光素子５６０を含むＩＰＡ５６１を塗布する厚さは、次に棒状構造発光素子５６０を配列する工程で、棒状構造発光素子５６０が配列できるよう、液体中で棒状構造発光素子５６０が移動できる厚さである。したがって、ＩＰＡ５６１を塗布する厚さは、棒状構造発光素子５６０の太さ以上であり、例えば、数μｍ〜数ｍｍである。塗布する厚さは薄すぎると、棒状構造発光素子５６０が移動し難くなり、厚すぎると、液体を乾燥する時間が長くなる。また、ＩＰＡの量に対して、棒状構造発光素子５６０の量は、１×１０４本／ｃｍ３〜１×１０７本／ｃｍ３が好ましい。
【０１４５】
上記棒状構造発光素子５６０を含むＩＰＡ５６１を塗布するために、棒状構造発光素子５６０を配列させる金属電極の外周囲に枠を形成し、その枠内に棒状構造発光素子５６０を含むＩＰＡ５６１を所望の厚さになるように充填してもよい。しかしながら、棒状構造発光素子５６０を含むＩＰＡ５６１が粘性を有する場合は、枠を必要とせずに、所望の厚さに塗布することが可能である。
【０１４６】
ＩＰＡやエチレングリコール、プロピレングリコール、…、またはそれらの混合物、あるいは、他の有機物からなる液体、または水などの液体は、棒状構造発光素子５６０の配列工程のためには粘性が低いほど望ましく、また加熱により蒸発しやすい方が望ましい。
【０１４７】
次に、金属電極５５１，５５２間に電位差を与える。この第５実施形態では、１Ｖの電位差とするのが適当であった。金属電極５５１，５５２の電位差は、０．１〜１０Ｖを印加することができるが、０．１Ｖ以下では棒状構造発光素子５６０の配列が悪くなり、１０Ｖ以上では金属電極間の絶縁が問題になり始める。したがって、１〜５Ｖが好ましく、更には１Ｖ程度とするのが好ましい。
【０１４８】
図１９は上記棒状構造発光素子５６０が金属電極５５１，５５２上に配列する原理を示している。図１９に示すように、金属電極５５１に電位ＶＬを印加し、金属電極５５２に電位ＶＲ（ＶＬ＜ＶＲ）を印加すると、金属電極５５１には負電荷が誘起され、金属電極５５２には正電荷が誘起される。そこに棒状構造発光素子５６０が接近すると、棒状構造発光素子５６０において、金属電極５５１に近い側に正電荷が誘起され、金属電極５５２に近い側に負電荷が誘起される。この棒状構造発光素子５６０に電荷が誘起されるのは静電誘導による。すなわち、電界中に置かれた棒状構造発光素子５６０は、内部の電界が０となるまで表面に電荷が誘起されることによる。その結果、各電極と棒状構造発光素子５６０との間に静電力により引力が働き、棒状構造発光素子５６０は、金属電極５５１，５５２間に生じる電気力線に沿うと共に、各棒状構造発光素子５６０に誘起された電荷がほぼ等しいので、電荷による反発力により、ほぼ等間隔に一定方向に規則正しく配列する。しかしながら、例えば、第１実施形態の図１に示す棒状構造発光素子では、凹凸が形成された一端面５の向きは一定にならず、ランダムになる（第１実施形態の変形例や他の実施形態の棒状構造発光素子でも同様）。
【０１４９】
以上のように、上記棒状構造発光素子５６０が金属電極５５１，５５２間に発生した外部電場により、棒状構造発光素子５６０に電荷を発生させ、電荷の引力により金属電極５５１，５５２に棒状構造発光素子５６０を吸着させるので、棒状構造発光素子５６０の大きさは、液体中で移動可能な大きさであることが必要である。したがって、棒状構造発光素子５６０の大きさは、液体の塗布量（厚さ）により変化する。液体の塗布量が少ない場合は、棒状構造発光素子５６０はナノオーダーサイズでなければならないが、液体の塗布量が多い場合は、マイクロオーダーサイズであってもかまわない。
【０１５０】
上記棒状構造発光素子５６０が電気的に中性ではなく、正または負に帯電している場合は、金属電極５５１，５５２間に静的な電位差（ＤＣ）を与えるだけでは、棒状構造発光素子５６０を安定して配列することができない。例えば、棒状構造発光素子５６０が正味として正に帯電した場合は、正電荷が誘起されている金属電極５５２との引力が相対的に弱くなる。そのため、棒状構造発光素子５６０の配列が非対象になる。
【０１５１】
そのような場合は、図２０に示すように、金属電極５５１，５５２間にＡＣ電圧を印加することが好ましい。図２０においては、金属電極５５２に基準電位を、金属電極５５１には振幅ＶＰＰＬ／２のＡＣ電圧を印加している。こうすることにより、棒状構造発光素子５６０が帯電している場合でも、配列を対象に保つことができる。なお、この場合の金属電極５５２に与える交流電圧の周波数は、１０Ｈz〜１ＭＨzとするのが好ましく、５０Ｈz〜１ｋＨzとするのが最も配列が安定し、より好ましい。さらに、金属電極５５１，５５２間に印加するＡＣ電圧は、正弦波に限らず、矩形波、三角波、ノコギリ波など、周期的に変動するものであればよい。なお、ＶＰＰＬは１Ｖ程度とするのが好ましかった。
【０１５２】
次に、上記金属電極５５１，５５２上に、棒状構造発光素子５６０を配列させた後、絶縁性基板５５０を加熱することにより、液体を蒸発させて乾燥させ、棒状構造発光素子５６０を金属電極５５１，５５２間の電気力線に沿って等間隔に配列させて固着させる。
【０１５３】
図２１は上記棒状構造発光素子５６０を配列した絶縁性基板５５０の平面図を示している。この棒状構造発光素子５６０を配列した絶縁性基板５５０を、液晶表示装置などのバックライトに用いることにより、薄型化と軽量化が可能でかつ発光効率が高く省電力なバックライトを実現することができる。また、この棒状構造発光素子５６０を配列した絶縁性基板５５０を照明装置として用いることにより、薄型化と軽量化が可能でかつ発光効率が高く省電力な照明装置を実現することができる。
【０１５４】
また、図２２は上記棒状構造発光素子５６０を配列した絶縁性基板を用いた表示装置の平面図を示している。図２２に示すように、表示装置５００は、絶縁性基板５１０上に、表示部５０１、論理回路部５０２、論理回路部５０３、論理回路部５０４および論理回路部５０５を備える構成となっている。上記表示部５０１には、マトリックス状に配置された画素に棒状構造発光素子５６０を配列している。
【０１５５】
図２３は上記表示装置５００の表示部５０１の要部の回路図を示しており、上記表示装置５００の表示部５０１は、図２３に示すように、互いに交差する複数の走査信号線ＧＬ（図２３では１本のみを示す）と複数のデータ信号線ＳＬ（図２３では１本のみを示す）とを備えており、隣接する２本の走査信号線ＧＬと隣接する２本のデータ信号線ＳＬとで包囲された部分に、画素がマトリクス状に配置されている。この画素は、ゲートが走査信号線ＧＬに接続され、ソースがデータ信号線ＳＬに接続されたスイッチング素子Ｑ１と、そのスイッチング素子Ｑ１のドレインにゲートが接続されたスイッチング素子Ｑ２と、上記スイッチング素子Ｑ２のゲートに一端が接続された画素容量Ｃと、上記スイッチング素子Ｑ２により駆動される複数の発光ダイオードＤ１〜Ｄｎ（棒状構造発光素子５６０）とを有している。
【０１５６】
上記棒状構造発光素子５６０のｐｎの極性は、一方に揃っておらず、ランダムに配列されている。このため、駆動時は交流電圧により駆動されて、異なる極性の棒状構造発光素子５６０が交互に発光することになる。
【０１５７】
また、上記表示装置の製造方法によれば、独立した電位が夫々与えられる２つの電極５５１，５５２を単位とする配列領域が形成された絶縁性基板５５０を作成し、その絶縁性基板５５０上にナノオーダーサイズまたはマイクロオーダーサイズの棒状構造発光素子５６０を含んだ液体を塗布する。その後、２つの電極５５１，５５２に独立した電圧を夫々印加して、微細な棒状構造発光素子５６０を２つの電極５５１，５５２により規定される位置に配列させる。これにより、上記棒状構造発光素子５６０を所定の絶縁性基板５５０上に容易に配列させることができる。
【０１５８】
また、上記表示装置の製造方法では、使用する半導体の量を少なくできると共に、薄型化と軽量化が可能な表示装置を製造することができる。また、棒状構造発光素子５６０は、半導体層で覆われた半導体コアの全周から光が放出されることにより発光領域が広くなるので、発光効率が高く省電力な表示装置を実現することができる。
【０１５９】
上記第１，第３，第４実施形態では、第１半導体部２，６２，７２，３０２，４０２と第２半導体部３，６３，７３，３０３，４０３とに、ＧａＮを母材とする半導体を用いたが、ＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ，ＧａＡｓＰ，ＩｎＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＧａＰ，ＺｎＳｅ，ＡｌＧａＩｎＰなどを母材とする半導体を用いた発光素子に本発明を適用してもよい。また、第１半導体部の導電型をｎ型とし、第２半導体部の導電型をｐ型とした棒状構造発光素子に本発明を適用してもよいし、第１半導体部の導電型をｐ型とし、第２半導体部の導電型をｎ型とした棒状構造発光素子に本発明を適用してもよい。
【０１６０】
また、上記第１〜第４実施形態では、断面がほぼ円形の本体１，６１，７１，２０１，３０１，４０１を備えた棒状構造発光素子について説明したが、これに限らず、本発明の棒状構造発光素子の本体の断面は、楕円、または、三角形などの他の多角形状などであってもよい。
【０１６１】
また、上記第１〜第４実施形態において、本体１，６１，７１，２０１，３０１，４０１の直径は５００ｎｍ以上かつ５０μｍ以下が好ましく、直径が数１０ｎｍ〜数１００ｎｍの本体を備える棒状構造発光素子に比べて、本体１，６１，７１，２０１，３０１，４０１の直径のばらつきを抑えることができ、発光面積すなわち発光特性のばらつきを低減でき、歩留まりを向上できる。
【０１６２】
また、上記第１〜第４実施形態において、本体１，６１，７１，２０１，３０１，４０１の軸方向の一端面５，６５，７５，２０５，３０５，４０５と同様に、本体１，６１，７１，２０１，３０１，４０１の軸方向の他端面にも凹部または凸部を形成してもよい。つまり、軸方向の両端面に凹部または凸部が形成された本体を備える棒状構造発光素子を、本発明の一実施形態の棒状構造発光素子としてもよい。
【０１６３】
また、上記第１〜第４実施形態の製造方法において、ＭＯＣＶＤ装置に換えて、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル）装置などの他の結晶成長装置を用いてもよい。また、成長穴を有するマスクを用いて第１，第２半導体部を基板上に結晶成長させたが、基板上に金属種を配置して、金属種から第１，第２半導体部を結晶成長させてもよい。
【０１６４】
また、上記第１〜第４実施形態では、超音波を用いて、第１，第２半導体部を基板から切り離したが、これに限らず、切断工具を用いて、第１，第２半導体部を基板から機械的に折り曲げることによって切り離してもよい。この場合、簡単な方法で基板上に設けられた微細な複数の棒状構造発光素子を短時間で切り離すことができる。
【０１６５】
また、上記第５実施形態では、絶縁性基板５５０の表面に形成された２つの金属電極５５１，５５２に電位差を与えて、金属電極５５１，５５２間に棒状構造発光素子５６０を配列させたが、これに限らず、絶縁性基板の表面に形成された２つの電極間に、第３の電極を形成し、３つの電極に独立した電圧を夫々印加して、棒状構造発光素子を電極により規定される位置に配列させてもよい。
【０１６６】
また、上記第５実施形態では、棒状構造発光素子を備えた表示装置について説明したが、これに限らず、本発明の棒状構造発光素子の製造方法により製造された棒状構造発光素子をバックライトや照明装置などの他の装置に適用してもよい。
【０１６７】
また、上記第２実施形態では、第１半導体部２０２と第２半導体部２０３とにＧａＡｓを母材とする半導体を用いたが、ＡｌＧａＡｓ，ＧａＡｓＰ，ＩｎＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＧａＰ，ＺｎＳｅ，ＡｌＧａＩｎＰ，ＧａＮなどを母材とする半導体を用いた発光素子に本発明を適用してもよい。また、第１半導体部の導電型をｎ型とし、第２半導体部の導電型をｐ型とした棒状構造発光素子に本発明を適用してもよいし、第１半導体部の導電型をｐ型とし、第２半導体部の導電型をｎ型とした棒状構造発光素子に本発明を適用してもよい。
【０１６８】
上記第１，第２実施形態では、基板１１，２１１から微細な棒状構造発光素子を分離した後、基板２１，２２１の表面上に、本体１，６１，７１，２０１の軸方向が基板２１，２２１と平行となるように微細な棒状構造発光素子を配置して、さらに、ｎ側コンタクトメタル２２およびｐ側コンタクトメタル２３を形成したが、基板１１，２１１から微細な棒状構造発光素子を分離させずに、コンタクトメタルを形成してもよい。
【０１６９】
以下、基板から微細な棒状構造発光素子を分離させずに、コンタクトメタルを形成する場合の一例について説明する。
【０１７０】
まず、図２４Ａに示すように、Ｓｉからなる基板１０１１を準備する。この基板１０１１には、必要に応じて、洗浄剤や純水などで基板洗浄を行ったり、マーキングなどの基板加工を行ったりしてもよい。
【０１７１】
次に、上記基板１０１１にイオン注入を行って、図２４Ｂに示すように、ｎ型Ｓｉからなる下地層１１３１を基板１１１１の表面部に形成する。
【０１７２】
次に、図２４Ｃに示すように、下地層１１３１上に、複数の成長穴１１１３，１１１３，…（図２４Ｃでは１つのみ図示）を有するマスク１１１２を形成する。マスク１１１２の材料としては、後述の第２半導体部１１０３Ａに対して選択的にエッチング可能な絶縁体を用いる。成長穴１１１３，１１１３，…の形成は、通常の半導体プロセスに使用する公知のリソグラフィー法とドライエッチング法が利用できる。
【０１７３】
次に、上記マスク１１１２の成長穴１１１３，１１１３，…により露出した下地層１１３１上に、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、ｎ型ＧａＮを結晶成長させて、図２４Ｄに示すように、各成長穴１１１３内に第１半導体部１１０２を形成する。より詳しくは、ＭＯＣＶＤ装置の温度を９５０℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）を使用し、ｎ型不純物供給用にシラン（ＳｉＨ３）を、さらにキャリアガスとして水素（Ｈ３）を供給することによって、Ｓｉを不純物としたｎ型ＧａＮからなる第１半導体部１１０２を成長させる。この第１半導体部１１０２の直径はマスク１１１２の成長穴１１１３の径で決めることができる。
【０１７４】
次に、上記各第１半導体部１１０２上に、ｐ型ＧａＮからなる第２半導体部１１０３Ａを形成する。より詳しくは、ＭＯＣＶＤ装置の温度を９６０℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）を、ｐ型不純物供給用にビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いることによってマグネシウム（Ｍｇ）を不純物とするｐ型ＧａＮを成長させることができる。
【０１７５】
次に、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学機械研）で平坦化処理を行って、図２４Ｅに示すように、マスク１１１２ａの表面を第２半導体部１１０３Ａの表面とほぼ面一にする。
【０１７６】
次に、図２４Ｆに示すように、マスク１１１２および第２半導体部１１０３Ａ上に複数の微粒子１１１４を形成する。この微粒子１１１４の径は数十ｎｍ程度である。また、微粒子１１１４の材料として、例えば金などを用いることができる。
【０１７７】
次に、ドライエッチングを行って、図２４Ｇに示すように、各第１半導体部１１０２上にｐ型ＧａＮからなる第２半導体部１１０３を形成する。これにより、基板１１１１から分離されていない微細な棒状構造発光素子が複数得られる。この微細な棒状構造発光素子の断面ほぼ円形の棒状の本体１１０１は、第１半導体部１１０２および第２半導体部１１０３で構成されている。本体１１０１の軸方向は基板１１１１の表面に対してほぼ垂直になっている。そして、本体１１０１の軸方向の一端面１１０５には１つの凹部が形成されている。また、マスク１１１２ｂの表面には凹凸が形成されている。なお、本体１１０１の軸方向の一端面１１０５に凹凸を形成してもよい。また、第１半導体部１１０２は第１導電型半導体の一例であり、第２半導体部１１０３は第２導電型半導体の一例である。
【０１７８】
次に、上記マスク１１１２ｂの表面部をウェットエッチングで除去して、図２４Ｈに示すように、マスク１１１２ｃの表面に対して第２半導体部１１０３が突出する。このとき、第２半導体部１１０３の外周面のほぼ全部が露出している。一方、第１半導体部１１０２の外周面はマスク１１１２ｃで覆われて一部も露出していない。
【０１７９】
次に、図２４Ｉに示すように、蒸着法あるいはスパッタ法で、第２半導体部１１０３を覆うようにｐ側コンタクトメタル１１３２を形成する。
【０１８０】
次に、上記ｐ側コンタクトメタル１１３２の一部を除去して、図２４Ｊに示すように、２半導体部１１０３の外周面に接続されたｐ側コンタクトメタル１１３２ａが得られる。このとき、本体１１０１の軸方向の一端面１１０５は、ｐ側コンタクトメタル１１３２ａで覆われていなくて露出している。
【０１８１】
最後に、図示しないが、下地層１１３１の表面の一部を露出させて、この表面の一部にｎ側コンタクトメタルを接続する。
【０１８２】
このように形成したｐ側コンタクトメタル１１３２ａからｎ側コンタクトメタルに電流、を流すことにより、発光面１１０４から光が放出される。そして、発光面１１０４からの光が本体１１０１の軸方向の一端面１１０５を通過し、効率良く本体１１０１外に出る。
【０１８３】
したがって、上記基板１１１１に立設した微細な棒状構造発光素子であっても、光を効率良く取り出すことができる。
【０１８４】
また、上記第１〜第４実施形態において、本体の軸方向の一端面と本体の軸方向の他端面との少なくとも一方を電極で形成すると共に、その電極に凹部および凸部の少なくとも一方を形成するようにしてもよい。この場合、上記電極は本体の一部を構成する。
【０１８５】
以下、微細な棒状構造発光素子が備える本体の軸方向の一端面を電極で形成し、この電極に凹凸を形成する場合の一例について説明する。
【０１８６】
まず、図２５Ａに示すように、Ｓｉからなる基板２０１１を準備する。この基板２０１１には、必要に応じて、洗浄剤や純水などで基板洗浄を行ったり、マーキングなどの基板加工を行ったりしてもよい。
【０１８７】
次に、上記基板２０１１にイオン注入を行って、図２５Ｂに示すように、ｎ型Ｓｉからなる下地層２１３１を基板２１１１の表面部に形成する。
【０１８８】
次に、図２５Ｃに示すように、下地層２１３１上に、複数の成長穴２１１３，２１１３，…（図２５Ｃでは１つのみ図示）を有するマスク２１１２を形成する。マスク２１１２の材料としては、下地層２１３１と後述の第１半導体部２１０２とに対して選択的にエッチング可能な絶縁体を用いる。成長穴２１１３，２１１３，…の形成は、通常の半導体プロセスに使用する公知のリソグラフィー法とドライエッチング法が利用できる。
【０１８９】
次に、上記マスク２１１２の成長穴２１１３，２１１３，…により露出した下地層２１３１上に、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、ｎ型ＧａＮを結晶成長させて、図２５Ｄに示すように、各成長穴２１１３内に第１半導体部２１０２を形成する。より詳しくは、ＭＯＣＶＤ装置の温度を９５０℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）を使用し、ｎ型不純物供給用にシラン（ＳｉＨ３）を、さらにキャリアガスとして水素（Ｈ３）を供給することによって、Ｓｉを不純物としたｎ型ＧａＮからなる第１半導体部２１０２を成長させる。この第１半導体部２１０２の直径はマスク２１１２の成長穴２１１３の径で決めることができる。
【０１９０】
次に、上記マスク２１１２を選択的に除去して、図２５Ｅに示すように、第１半導体部２１０２の外周面を露出させる。
【０１９１】
次に、図２５Ｆに示すように、第１半導体部２１０２を覆うように、ｐ型ＧａＮからなる第２半導体部２１０３を成長させる。より詳しくは、ＭＯＣＶＤ装置の温度を９６０℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）を、ｐ型不純物供給用にビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いることによってマグネシウム（Ｍｇ）を不純物とするｐ型ＧａＮを成長させることができる。
【０１９２】
次に、図２５Ｇに示すように、第２半導体部２１０３上に、ＩＴＯ(錫添加酸化インジウム)からなるｐ側コンタクトメタル２１３２を形成する。これにより、第２半導体部２１０３はｐ側コンタクトメタル２１３２によって覆われる。
【０１９３】
次に、図２５Ｈに示すように、ｐ側コンタクトメタル２１３２上に、酸化膜からなる絶縁層２１３３を形成する。
【０１９４】
次に、ＣＭＰで平坦化処理を行って、図２５Ｉに示すように、絶縁層２１３３ａの表面をｐ側コンタクトメタル２１３２の表面とほぼ面一にする。
【０１９５】
次に、図２５Ｊに示すように、絶縁層２１３３ａおよびｐ側コンタクトメタル２１３２上に複数の微粒子２１１４を形成する。この微粒子２１１４の径は数十ｎｍ程度である。また、微粒子２１１４の材料として、例えば金などを用いることができる。
【０１９６】
次に、ドライエッチングを行って、図２５Ｋに示すように、絶縁層２１３３ａおよびｐ側コンタクトメタル２１３２の表面に凹凸を形成する。これにより、基板２１１１に一体に形成された微細な棒状構造発光素子が複数得られる。この微細な棒状構造発光素子の断面ほぼ円形の棒状の本体２１０１は、第１半導体部２１０２と、第２半導体部２１０３の一部と、ｐ側コンタクトメタル２１３２の一部とで構成されている。本体２１０１の軸方向は基板２１１１の表面に対してほぼ垂直になっている。そして、本体２１０１の軸方向の一端面２１０５には凹凸が形成されている。なお、本体２１０１の軸方向の一端面２１０５に１つの凹部または１つの凸部を形成してもよい。また、第１半導体部２１０２は第１導電型半導体の一例であり、第２半導体部２１０３は第２導電型半導体の一例である。
【０１９７】
最後に、図示しないが、下地層２１３１の表面の一部を露出させて、この表面の一部にｎ側コンタクトメタルを接続する。
【０１９８】
このように形成したｐ側コンタクトメタル２１３２ａからｎ側コンタクトメタルに電流、を流すことにより、発光面２１０４から光が放出される。そして、発光面２１０４からの光が本体２１０１の軸方向の一端面２１０５を通過し、効率良く本体２１０１外に出る。
【０１９９】
本発明の具体的な実施の形態について説明したが、本発明は上記第１〜第５実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々変更して実施することができる。
【符号の説明】
【０２００】
１，６１，７１，２０１，３０１，４０１，１１０１，２１０１ 本体
２，６２，７２，２０２，３０２，４０２，１１０２，２１０２ 第１半導体部
３，６３，７３，２０３，３０３，４０３，１１０３，２１０３ 第２半導体部
５，６５，７５，２０５，３０５，４０５，１１０５，２１０５ 軸方向の一端面
２０８，４０８ 凸部
３０９ 凹部
Ｈ１，Ｈ２ 高さ
Ｄ 深さ
２１，２２１，３２１，４２１ 絶縁性基板
５００ 表示装置
５６０ 棒状構造発光素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、棒状構造発光素子、バックライト、照明装置および表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、棒状構造発光素子としては、特開２００８−３４４８２号公報（特許文献１）に開示されたものがある。この発光素子は、基板と、この基板上に形成された棒状のＧａＮナノコラムとを備えている。このＧａＮナノコラムは、基板の上面（ＧａＮナノコラム側の表面）に対して垂直方向に延びる。また、上記ＧａＮナノコラムは、その垂直方向に並ぶｎ型ＧａＮ層、発光層およびｐ型ＧａＮ層からなっている。
【０００３】
しかしながら、上記従来の棒状構造発光素子では、発光層から出射された光がＧａＮナノコラム内に閉じ込められるので、ＧａＮナノコラムから光を効率良く取り出すことができないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３４４８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明の課題は、光を効率良く取り出すことができる微細な棒状構造発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の棒状構造発光素子は、
棒状に延びると共に、内部で光が生じる本体を備え、
上記本体の軸方向の端面には、凹部および凸部の少なくとも一方が形成されていることを特徴としている。
【０００７】
上記構成によれば、マイクロオーダーサイズやナノオーダーサイズの微細な棒状構造発光素子であっても、上記本体の軸方向の端面には、凹部および凸部の少なくとも一方が形成されているので、本体の内部で生じ、導波路効果により外部に出ずに上記端面に届いた光は、その端面を通過し、効率良く本体外に出る。
【０００８】
したがって、光を効率良く取り出すことができる微細な棒状構造発光素子を実現できる。
【０００９】
もし、上記本体の軸方向の端面が平らであったなら、本体の内部で生じた光は、本体の側面と、本体の軸方向の端面とで反射されるため、取り出し効率が低くなる。
【００１０】
ここで、微細な棒状構造発光素子とは、例えば、直径が１０ｎｍから５μｍ、より好ましくは１００ｎｍから２μｍのサイズまた長さが１００ｎｍから２００μｍ、より好ましくは１μｍから５０μｍのサイズの素子である。
【００１１】
また、上記棒状構造発光素子は、発光効率が高くて省電力なバックライト、照明装置および表示装置などを実現できる。
【００１２】
一実施形態の棒状構造発光素子では、
上記本体は基板の表面上に配置され、上記本体の軸方向が上記基板の表面とほぼ平行になっている。
【００１３】
上記実施形態によれば、上記本体は基板の表面上に配置され、本体の軸方向が基板の表面とほぼ平行になっているので、薄型化できる。
【００１４】
一実施形態の棒状構造発光素子では、
上記凹部または上記凸部の大きさは上記光の波長の１／１０以上である。
【００１５】
上記実施形態によれば、上記凹部または凸部の大きさは、本体の内部で生じる光の波長の１／１０以上であるので、その凹部または凸部が形成された端面での上記光の反射を低減できる。
【００１６】
一実施形態の棒状構造発光素子では、
上記凹部または上記凸部の大きさは上記光の波長の１／５以上である。
【００１７】
上記実施形態によれば、上記凹部または凸部の大きさは、本体の内部で生じる光の波長の１／５以上であるので、その凹部または凸部が形成された端面での上記光の反射をより低減できる。
【００１８】
一実施形態の棒状構造発光素子では、
上記凸部の材質は上記本体の他の部分の材質とは異なる。
【００１９】
上記実施形態によれば、上記凸部の材質は本体の他の部分の材質とは異なるので、本体を削ったり、本体にダメージを与えることなく、本体の軸方向の端面に凸部を形成して、その端面での反射を低減できる。
【００２０】
一実施形態の棒状構造発光素子では、
上記本体は、
第１導電型半導体と、
上記第１導電型半導体に対して上記本体の軸方向に並ぶ第２導電型半導体と
を有する。
【００２１】
ここで、第１導電型とは、Ｐ型またはＮ型を意味する。また、第２導電型とは、第１導電型がＰ型の場合はＮ型、Ｎ型の場合はＰ型を意味する。
【００２２】
上記実施形態によれば、上記第２導電型半導体が第１導電型半導体に対して本体の軸方向に並ぶので、軸方向に直交する方向の長さを低減できる。
【００２３】
一実施形態の棒状構造発光素子では、
上記第１導電型半導体と上記第２導電型半導体との間には量子井戸層が形成されている。
【００２４】
上記実施形態によれば、上記第１導電型半導体と第２導電型半導体との間には量子井戸層が形成されているので、量子井戸層の量子閉じ込め効果により発光効率をより上げることができる。
【００２５】
一実施形態の棒状構造発光素子では、
上記本体は、
第１導電型半導体と、
上記第１導電型半導体の少なくとも一部を同心軸状に覆う第２導電型半導体と
を有する。
【００２６】
ここで、第１導電型とは、Ｐ型またはＮ型を意味する。また、第２導電型とは、第１導電型がＰ型の場合はＮ型、Ｎ型の場合はＰ型を意味する。
【００２７】
上記実施形態によれば、上記第２導電型半導体は第１導電型半導体の少なくとも一部を同心軸状に覆うので、発光面積を大きくとることができる。
【００２８】
一実施形態の棒状構造発光素子では、
上記第１導電型半導体と上記第２導電型半導体との間には量子井戸層が形成されている。
【００２９】
上記実施形態によれば、上記第１導電型半導体と第２導電型半導体との間には量子井戸層が形成されているので、量子井戸層の量子閉じ込め効果により発光効率をより上げることができる。
【００３０】
本発明のバックライトは、
本発明の棒状構造発光素子を備えたことを特徴としている。
【００３１】
上記構成によれば、上記棒状構造発光素子を備えるので、発光効率が高くて省電力なバックライトを実現できる。
【００３２】
本発明の照明装置は、
本発明の棒状構造発光素子を備えたことを特徴としている。
【００３３】
上記構成によれば、上記棒状構造発光素子を備えるので、発光効率が高くて省電力な照明装置を実現できる。
【００３４】
本発明の表示装置は、
本発明の棒状構造発光素子を備えたことを特徴としている。
【００３５】
上記構成によれば、上記棒状構造発光素子を備えるので、発光効率が高くて省電力な表示装置を実現できる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の棒状構造発光素子は、マイクロオーダーサイズやナノオーダーサイズといった微細なサイズであっても、本体の軸方向の端面には少なくとも凹部または凸部が形成されているので、本体の内部で生じた光がその端面を通過し、効率良く本体外に出る。
【００３７】
したがって、光を効率良く取り出すことができる微細な棒状構造発光素子を実現できる。
【００３８】
本発明のバックライトは、上記棒状構造発光素子を備えるので、発光効率を高くでき、省電力なバックライトにできる。
【００３９】
本発明の照明装置は、上記棒状構造発光素子を備えるので、発光効率を高くでき、省電力な照明装置にできる。
【００４０】
本発明の表示装置は、上記棒状構造発光素子を備えるので、発光効率を高くでき、省電力な表示装置にできる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は本発明の第１実施形態の棒状構造発光素子の模式断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは上記第１実施形態の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは図２Ａの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは図２Ｂの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは図２Ｃの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは図２Ｄの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図３】図３は比較例の棒状構造発光素子の模式断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは上記第１実施形態の棒状構造発光素子および絶縁性基板の模式断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは上記第１実施形態の棒状構造発光素子および絶縁性基板の模式断面図である。
【図５】図５は本体の軸方向の一端面の凹凸の大きさと本体の軸方向の一端面の反射率との関係を示すグラフである。
【図６】図６は上記第１実施形態の変形例の棒状構造発光素子および絶縁性基板の模式断面図である。
【図７】図７は上記第１実施形態の他の変形例の棒状構造発光素子および絶縁性基板の模式断面図である。
【図８】図８は本発明の第２実施形態の棒状構造発光素子の模式断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは上記第２実施形態の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは図９Ａの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは図９Ｂの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図９Ｄ】図９Ｄは図９Ｃの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図９Ｅ】図９Ｅは図９Ｄの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは上記第２実施形態の棒状構造発光素子および絶縁性基板の模式断面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは上記第２実施形態の棒状構造発光素子および絶縁性基板の模式断面図である。
【図１１】図１１は本発明の第３実施形態の棒状構造発光素子の模式断面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは上記第３実施形態の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは図１２Ａの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは図１２Ｂの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図１２Ｄ】図１２Ｄは図１２Ｃの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図１２Ｅ】図１２Ｅは図１２Ｄの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは上記第３実施形態の棒状構造発光素子および絶縁性基板の模式断面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは上記第３実施形態の棒状構造発光素子および絶縁性基板の模式断面図である。
【図１４】図１４は本発明の第４実施形態の棒状構造発光素子の模式断面図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは上記第４実施形態の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは図１５Ａの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは図１５Ｂの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図１５Ｄ】図１５Ｄは図１５Ｃの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図１５Ｅ】図１５Ｅは図１５Ｄの次の棒状構造発光素子の製造方法の工程図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは上記第４実施形態の棒状構造発光素子および絶縁性基板の模式断面図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは上記第４実施形態の棒状構造発光素子および絶縁性基板の模式断面図である。
【図１７】図１７は本発明の第５実施形態の棒状構造発光素子を備えたバックライト、照明装置および表示装置に用いる絶縁性基板の平面図である。
【図１８】図１８は図１７のXVIII−XVIII線矢視の模式断面図である。
【図１９】図１９は上記５実施形態の棒状構造発光素子を配列する原理を説明するための図である。
【図２０】図２０は上記５実施形態の棒状構造発光素子を配列するときに電極に与える電位を説明するための図である。
【図２１】図２１は上記５実施形態の棒状構造発光素子を配列した絶縁性基板の平面図である。
【図２２】図２２は上記表示装置の平面図である。
【図２３】図２３は上記表示装置の表示部の要部の回路図である。
【図２４Ａ】図２４Ａは上記第１，第２実施形態の変形例の棒状構造発光素子を備える装置の製造方法の工程図である。
【図２４Ｂ】図２４Ｂは図２４Ａの次の装置の製造方法の工程図である。
【図２４Ｃ】図２４Ｃは図２４Ｂの次の装置の製造方法の工程図である。
【図２４Ｄ】図２４Ｄは図２４Ｃの次の装置の製造方法の工程図である。
【図２４Ｅ】図２４Ｅは図２４Ｄの次の装置の製造方法の工程図である。
【図２４Ｆ】図２４Ｆは図２４Ｅの次の装置の製造方法の工程図である。
【図２４Ｇ】図２４Ｇは図２４Ｆの次の装置の製造方法の工程図である。
【図２４Ｈ】図２４Ｈは図２４Ｇの次の装置の製造方法の工程図である。
【図２４Ｉ】図２４Ｉは図２４Ｈの次の装置の製造方法の工程図である。
【図２４Ｊ】図２４Ｊは図２４Ｉの次の装置の製造方法の工程図である。
【図２５Ａ】図２５Ａは上記第１〜第４実施形態の変形例の棒状構造発光素子を備える装置の製造方法の工程図である。
【図２５Ｂ】図２５Ｂは図２５Ａの次の装置の製造方法の工程図である。
【図２５Ｃ】図２５Ｃは図２５Ｂの次の装置の製造方法の工程図である。
【図２５Ｄ】図２５Ｄは図２５Ｃの次の装置の製造方法の工程図である。
【図２５Ｅ】図２５Ｅは図２５Ｄの次の装置の製造方法の工程図である。
【図２５Ｆ】図２５Ｆは図２５Ｅの次の装置の製造方法の工程図である。
【図２５Ｇ】図２５Ｇは図２５Ｆの次の装置の製造方法の工程図である。
【図２５Ｈ】図２５Ｈは図２５Ｇの次の装置の製造方法の工程図である。
【図２５Ｉ】図２５Ｉは図２５Ｈの次の装置の製造方法の工程図である。
【図２５Ｊ】図２５Ｊは図２５Ｉの次の装置の製造方法の工程図である。
【図２５Ｋ】図２５Ｋは図２５Ｊの次の装置の製造方法の工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、本発明の棒状構造発光素子、バックライト、照明装置および表示装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００４３】
〔第１実施形態〕
図１は本発明の第１実施形態の棒状構造発光素子の模式断面図である。
【００４４】
本第１実施形態の棒状構造発光素子は、断面ほぼ円形の棒状の本体１を備えている。この本体１は、ｎ型ＧａＮからなる第１半導体部２と、この第１半導体部２に接触するｐ型ＧａＮからなる第２半導体部３とを有しており、この第１半導体部２と第２半導体部３との境界面が発光面４となっている。また、本体１の軸方向の一端面５には凹凸が形成されている。一方、本体１の軸方向の他端面６はほぼ平坦な面である。また、第１半導体部２の外周面は第２半導体部３の外周面と滑らかに連続している。つまり、第１半導体部２の外周面は第２半導体部３の外周面とほぼ面一になっている。この第２半導体部３は、第１半導体部２に対して本体１の軸方向に並ぶように形成されている。なお、第１半導体部２は第１導電型半導体の一例であり、第２半導体部３は第２導電型半導体の一例である。また、第１半導体部２の外周面は第２半導体部３の外周面に対して段差を有するように形成してもよい。
【００４５】
上記棒状構造発光素子は、次のように製造する。
【００４６】
まず、図２Ａに示すように、ｎ型ＧａＮからなる基板１１上に、複数の成長穴１３，１３，…（図２Ａでは２つのみ図示）を有するマスク１２を形成する。マスク１２には、酸化シリコン（ＳｉＯ２）あるいは窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）など第１半導体部２および第２半導体部３に対して選択的にエッチング可能な材料を用いる。成長穴１３，１３，…の形成は、通常の半導体プロセスに使用する公知のリソグラフィー法とドライエッチング法が利用できる。
【００４７】
次に、上記マスク１２の成長穴１３，１３，…により露出した基板１１上に、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長）装置を用いて、ｎ型ＧａＮを結晶成長させて、図２Ｂに示すように、各成長穴１３内に第１半導体部２を形成する。より詳しくは、ＭＯＣＶＤ装置の温度を９５０℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）を使用し、ｎ型不純物供給用にシラン（ＳｉＨ３）を、さらにキャリアガスとして水素（Ｈ３）を供給することによって、Ｓｉを不純物としたｎ型ＧａＮからなる第１半導体部２を成長させる。このとき、マスク１２の成長穴１３の深さのほぼ半分まで第１半導体部２を成長させる。また、第１半導体部２の直径はマスク１２の成長穴１３の径で決めることができる。
【００４８】
次に、上記各第１半導体部２上に、ｐ型ＧａＮからなる第２半導体部３Ａを形成する。より詳しくは、ＭＯＣＶＤ装置の温度を９６０℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）を、ｐ型不純物供給用にビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いることによってマグネシウム（Ｍｇ）を不純物とするｐ型ＧａＮを成長させることができる。
【００４９】
次に、図２Ｃに示すように、マスク１２および第２半導体部３Ａ上に複数の微粒子１４を形成する。この微粒子１４の径は数十ｎｍ程度である。また、微粒子１４の材料として、例えば金などを用いることができる。
【００５０】
次に、ドライエッチングを行って、図２Ｄに示すように、棒状の本体１の軸方向の一端面５に凹凸（粗い表面、ギザギザの表面）を形成する。このとき、マスク１２ａの表面にも凹凸が形成されている。
【００５１】
次に、上記マスク１２ａの全部を除去して、図２Ｅに示すように、基板１１上に複数の本体１，１，…（図２Ｅでは２つの図示）のみ残す。マスク１２ａが酸化シリコン（ＳｉＯ２）あるいは窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）で構成されている場合、フッ酸（ＨＦ）を含んだ溶液を用いることにより、第１半導体部２および第２半導体部３に影響を与えずにマスク１２を容易にエッチングすることができる。
【００５２】
なお、上記成長穴１３，１３，…を有するマスク１２を用いないで、棒状の本体を成長させてもよい。その場合は、基板上に触媒金属（例えばＮｉ）の粒を分散させ、ＭＯＣＶＤにより触媒金属下に棒状ワイヤを成長させる。この棒状ワイヤの成長後、直径数十ｎｍのＩｎＮドットを棒状ワイヤの軸方向の一端面にＳ−Ｋ（Stranski-Krastanov）成長により形成して、さらに、ドライエッチングを行って、棒状ワイヤの軸方向の一端面に凹凸を形成する。
【００５３】
次に、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）水溶液中に基板１１を浸した後、超音波（例えば数１０ＫＨz）を用いて、基板１１を基板平面に沿って振動させる。これにより、基板１１上に立設する本体１，１，…の基板１１側に近い根元を折り曲げるように、本体１，１，…に対して応力が働いて、本体１，１，…が基板１１から分離される。
【００５４】
こうして、ｎ型ＧａＮからなる基板１１から分離された微細な棒状構造発光素子を製造することができる。
【００５５】
上記構成の棒状構造発光素子によれば、発光面４から出た光は、図１の矢印で示すように、導波効果によって本体１の軸方向の一端面５へ向かう。この一端面５には凹凸が形成されているので、マイクロオーダーサイズやナノオーダーサイズの微細な棒状構造発光素子であっても、発光面４からの光が本体１の軸方向の一端面５を通過し、効率良く本体１外に出る。
【００５６】
したがって、光を効率良く取り出すことができる微細な棒状構造発光素子を実現できる。この棒状構造発光素子は、基板１１から切り離され、基板１１と一体でないので、装置への実装の自由度が高い。
【００５７】
図３は比較例の棒状構造発光素子の模式断面図である。
【００５８】
上記比較例の棒状構造発光素子は、本体５１の軸方向の一端面５５が平坦面である点以外は本第１実施形態の棒状構造発光素子と同じ構成のものである。つまり、本体５１は、第２半導体部３とは異なる形状の第２半導体部５３を有している。
【００５９】
このような比較例の棒状構造発光素子によれば、発光面５４から出た光は、図３の矢印で示すように、導波効果によって本体５１の軸方向の一端面５５へ向かうが、この一端面５５は平坦面であるため、発光面５４からの光は本体１の軸方向の一端面５で反射され、発光面５４からの光が本体５１内に閉じ込められてしまう。
【００６０】
ここで、微細な棒状構造発光素子とは、例えば直径が１μｍで長さ１０μｍのマイクロオーダーサイズであるが、この寸法に限るものでなく、直径が１０ｎｍから５μｍ、より好ましくは１００ｎｍから２μｍである微細な棒状構造発光素子を製造してもよい。この微細な棒状構造発光素子の長さは、１００ｎｍから２００μｍ、より好ましくは１μｍから５０μｍとする。
【００６１】
また、上記棒状構造発光素子は、発光効率が高くて省電力なバックライト、照明装置および表示装置などを実現できる。
【００６２】
また、本第１実施形態の棒状構造発光素子から光を取り出す場合、例えば、図４Ａに示すように、絶縁性基板２１の表面上に本体１を配置する。このとき、本体１の軸方向が絶縁性基板２１の表面とほぼ平行となるように、本体１の配置を行う。なお、絶縁性基板２１は基板の一例である。
【００６３】
次に、図４Ｂに示すように、例えば蒸着法あるいはスパッタ法で、第１半導体部２にｎ側コンタクトメタル２２を接続し、第２半導体部３にｐ側コンタクトメタル２３を接続して、発光面４（図１参照）で電子と正孔の再結合が起きるようにｐ側コンタクトメタル２３からｎ側コンタクトメタル２２に電流を流すことにより、発光面４から光が放出される。
【００６４】
このように、上記本体１の軸方向を絶縁性基板２１の表面とほぼ平行にするので、薄型化できる。
【００６５】
図５は、上記発光面４からの光の波長に対する本体１の軸方向の一端面５の凹凸の大きさの比の変化と、本体５１の軸方向の一端面５５に対する本体１の軸方向の一端面５の反射率の比の変化との関係を示すグラフである。なお、図５において、反射率（凹凸あり）は本体１の軸方向の一端面５の反射率であり、反射率（凹凸なし）は本体５１の軸方向の一端面５５の反射率である。また、凹凸の大きさとは、本体１の一方の端面５の平均値からのずれの大きさである。つまり、凹凸の大きさとは、本体１の一方の端面５における粗さ曲線の平均線から測定曲線までの偏差の二乗を平均した値の平方根で求める二乗平均粗さを指す。
【００６６】
図５から明らかなように、上記発光面４からの光の波長に対する本体１の軸方向の一端面５の凹凸の大きさの比が０．１以上であると、本体１の軸方向の一端面５での上記光の反射が非常に少なくなるので望ましい。
【００６７】
また、上記発光面４からの光の波長に対する本体１の軸方向の一端面５の凹凸の大きさの比が０．２以上であると、本体１の軸方向の一端面５での上記光の反射が殆ど無くなるのでより望ましい。
【００６８】
本第１実施形態の変形例の棒状構造発光素子としては、図６に示す断面ほぼ円形の棒状の本体６１を備えたものがある。この本体６１は、ｎ型ＧａＮからなる第１半導体部６２と、ｐ型ＧａＮからなる第２半導体部６３と、ｐ型ＩｎＧａＮからなる量子井戸層６７とを有している。また、本体６１の軸方向の一端面６５には凹凸が形成されている。一方、本体６１の軸方向の他端面６６はほぼ平坦な面である。また、第１半導体部６２の外周面は第２半導体部６３の外周面と滑らかに連続している。つまり、第１半導体部６２の外周面は第２半導体部６３の外周面とほぼ面一になっている。この第２半導体部６３は、第１半導体部６２に対して本体６１の軸方向に並ぶように形成されている。そして、第１半導体部６２と第２半導体部６３との間には量子井戸層６７が配置されている。なお、第１半導体部６２は第１導電型半導体の一例であり、第２半導体部６３は第２導電型半導体の一例であり、量子井戸層６７は量子井戸層の一例である。また、第１半導体部６２の外周面は第２半導体部６３の外周面に対して段差を有するように形成してもよい。
【００６９】
このように、上記第１半導体部６２と第２半導体部６３との間に量子井戸層６７を配置することによって、量子井戸層６７の量子閉じ込め効果により発光効率をさらに向上できる。
【００７０】
また、上記本体６１を備える棒状構造発光素子から光を取り出す場合、例えば、絶縁性基板２１の表面上に、本体１の軸方向が絶縁性基板２１の表面とほぼ平行となるように、本体１を配置して、蒸着法あるいはスパッタ法などで、第１半導体部６２にｎ側コンタクトメタル２２を接続し、第２半導体部６３にｐ側コンタクトメタル２３を接続して、発光面４で電子と正孔の再結合が起きるようにｐ側コンタクトメタル２３からｎ側コンタクトメタル２２に電流を流せばよい。
【００７１】
また、上記本体６１を備える棒状構造発光素子は、第１半導体部２と同様に第１半導体部６２を形成した後、成長ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ３）およびトリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ３）３）を、ｐ型不純物供給用にビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃp２Ｍg）を用いて、量子井戸層６７を形成した後、第２半導体部３と同様に第２半導体部６３を形成すれば製造することができる。
【００７２】
本第１実施形態の他の変形例の棒状構造発光素子としては、図７に示す断面ほぼ円形の棒状の本体７１を備えたものがある。この本体７１は、ｎ型ＧａＮからなる第１半導体部７２と、ｐ型ＧａＮからなる第２半導体部７３とを有している。また、本体７１の軸方向の一端面７５には凹凸が形成されている。一方、本体７１の軸方向の他端面７６はほぼ平坦な面である。また、第１半導体部７２の外周面は第２半導体部７３の外周面と滑らかに連続している。つまり、第１半導体部７２の外周面は第２半導体部７３の外周面とほぼ面一になっている。また、第２半導体部７３は、第１半導体部７２の一端面７５側の外周面を覆うように形成されている。つまり、第２半導体部７３は、一部が第１半導体部７２の一端面７５側の端部を同心軸状に覆っている。また、第１半導体部７２の一端面７５側の軸方向の端面は第２半導体部７３で完全に覆われている。なお、第１半導体部７２は第１導電型半導体の一例であり、第２半導体部７３は第２導電型半導体の一例である。また、第１半導体部７２の外周面は第２半導体部７３の外周面に対して段差を有するように形成してもよい。
【００７３】
このように、上記第１半導体部７２の一端面７５側を覆うように、第２半導体部７３を形成するので、第１半導体部７２と第２半導体部７３との接触面積が増え、発光面積を大きくとることができる。
【００７４】
また、上記本体７１を備える棒状構造発光素子から光を取り出す場合、例えば、絶縁性基板２１の表面上に、本体７１の軸方向が絶縁性基板２１の表面とほぼ平行となるように、本体７１を配置して、蒸着法あるいはスパッタ法などで、第１半導体部７２にｎ側コンタクトメタル２２を接続し、第２半導体部７３にｐ側コンタクトメタル２３を接続して、発光面４で電子と正孔の再結合が起きるようにｐ側コンタクトメタル２３からｎ側コンタクトメタル２２に電流を流せばよい。
【００７５】
また、上記本体７１を備える棒状構造発光素子の製造方法は、まず、基板上に棒状のｎ型ＧａＮを形成した後、このｎ型ＧａＮの先端部の径をエッチングで小さくして、第１半導体部７２を形成する。そして、第１半導体部７２の先端部を覆うようにｐ型ＧａＮを形成した後、このｐ型ＧａＮ上に、径が数十ｎｍ程度の微粒子を形成して、さらに、ドライエッチングを行って、第２半導体部７３を形成する。
【００７６】
また、上記本体７１のような本体を備える棒状構造発光素子の製造方法としては、基板上にｎ型ＧａＮ膜を形成した後、基板上に触媒金属（例えばＮｉ）の粒を分散させ、ＭＯＣＶＤにより触媒金属下に棒状のｎ型ＧａＮワイヤを成長させる。このｎ型ＧａＮワイヤの成長後、ＭＯＣＶＤにより、ｎ型ＧａＮワイヤの上面（軸方向の一端面）および側面上と、ｎ型ＧａＮ膜上とにｐ型ＧａＮ膜を成長する。そして、直径数十ｎｍのＩｎＮドットをｐ型ＧａＮ膜の表面にＳ−Ｋ成長により形成して、さらに、ドライエッチングを行って、ｐ型ＧａＮ膜の表面に凹凸を形成する。
【００７７】
〔第２実施形態〕
図８は本発明の第２実施形態の棒状構造発光素子の模式断面図である。
【００７８】
本第２実施形態の棒状構造発光素子は、断面ほぼ円形の棒状の本体２０１を備えている。この本体２０１は、ｎ型ＧａＡｓからなる第１半導体部２０２と、この第１半導体部２０２に接触するｐ型ＧａＡｓからなる第２半導体部２０３とを有しており、この第１半導体部２０２と第２半導体部２０３との境界面が発光面２０４となっている。また、本体２０１の軸方向の一端面２０５には凸部２０８が形成されている。一方、本体２０１の軸方向の他端面２０６はほぼ平坦な面である。また、第１半導体部２０２の外周面は第２半導体部２０３の外周面と滑らかに連続している。つまり、第１半導体部２０２の外周面は第２半導体部２０３の外周面とほぼ面一になっている。この第２半導体部２０３は、第１半導体部２０２に対して本体２０１の軸方向に並ぶように形成されている。なお、第１半導体部２０２は第１導電型半導体の一例であり、第２半導体部２０３は第２導電型半導体の一例である。また、第１半導体部２０２の外周面は第２半導体部２０３の外周面に対して段差を有するように形成してもよい。
【００７９】
上記凸部２０８は第２半導体部２０３の一部であり、ｐ型ＧａＡｓからなっている。また、凸部２０８の高さＨ１は、発光面２０４から出る光の波長の１／１０以上に設定されている。なお、上記凸部２０８の高さＨ１は、発光面２０４から出る光の波長の１／５以上に設定してもよい。
【００８０】
上記棒状構造発光素子は、次のように製造する。
【００８１】
まず、図９Ａに示すように、ｎ型ＧａＡｓからなる基板２１１上に、複数の成長穴２１３，２１３，…（図９Ａでは２つのみ図示）を有するマスク２１２を形成する。マスク２１２には、酸化シリコン（ＳｉＯ２）あるいは窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）など第１半導体部２０２および第２半導体部２０３に対して選択的にエッチング可能な材料を用いる。成長穴２１３，２１３，…の形成は、通常の半導体プロセスに使用する公知のリソグラフィー法とドライエッチング法が利用できる。
【００８２】
次に、上記マスク２１２の成長穴２１３，２１３，…により露出した基板２１１上に、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、ｎ型ＧａＡｓを結晶成長させて、図９Ｂに示すように、各成長穴２１３内に第１半導体部２０２を形成する。より詳しくは、ＭＯＶＰＥ装置の温度を７５０℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）とＡｓＨ３を使用し、ｎ型不純物としてシラン（ＳｉＨ３）を供給することによりＳｉを不純物としたｎ型ＧａＡｓからなる第１半導体部２０２を成長させる。このとき、マスク２１２の成長穴２１３の深さのほぼ半分まで第１半導体部２０２を成長させる。また、第１半導体部２０２の直径はマスク２１２の成長穴２１３の径で決めることができる。
【００８３】
次に、上記各第１半導体部２０２上に、ｐ型ＧａＡｓからなる第２半導体部２０３Ａを形成する。より詳しくは、ＭＯＶＰＥ装置の温度を７５０℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）とＡｓＨ３を使用し、ｐ型不純物供給用にＴＭＺｎを用いることによってを亜鉛（Ｚｎ）を不純物とするｐ型ＧａＡｓを成長させることができる。
【００８４】
次に、上記マスク２１２の一部を除去して、図９Ｃに示すように、第２半導体部２０３の基板２１１側とは反対側の端部をマスク２１２ａから露出させる。マスク２１２ａが酸化シリコン（ＳｉＯ２）あるいは窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）で構成されている場合、フッ酸（ＨＦ）を含んだ溶液を用いることにより、第１半導体部２０２および第２半導体部２０３Ａに影響を与えずにマスク２１２の一部を容易にエッチングすることができる。
【００８５】
次に、上記第２半導体部２０３の基板２１１側とは反対側の端部に対して例えば等方性エッチングを行って、図９Ｄに示すように、凸部２０８を形成する。この等方性エッチングは、例えば、硫酸と過酸化水素水と水との混合液を用いて行える。
【００８６】
次に、上記マスク２１２ａの全部を除去して、図９Ｅに示すように、基板２１１上に複数の本体２０１，２０１，…（図９Ｅでは２つの図示）のみ残す。マスク２１２ａが酸化シリコン（ＳｉＯ２）あるいは窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）で構成されている場合、フッ酸（ＨＦ）を含んだ溶液を用いることにより、第１半導体部２０２および第２半導体部２０３に影響を与えずにマスク２１２を容易にエッチングすることができる。
【００８７】
次に、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）水溶液中に基板２１１を浸した後、超音波（例えば数１０ＫＨz）を用いて、基板２１１を基板平面に沿って振動させる。これにより、基板２１１上に立設する本体２０１，２０１，…の基板２１１側に近い根元を折り曲げるように、本体２０１，２０１，…に対して応力が働いて、本体２０１，２０１，…が基板２１１から分離される。
【００８８】
こうして、ｎ型ＧａＡｓからなる基板２１１から分離された微細な棒状構造発光素子を製造することができる。
【００８９】
上記構成の棒状構造発光素子によれば、発光面２０４から出た光は、導波効果によって本体２０１の軸方向の一端面２０５へ向かう。この一端面２０５には凸部２０８が形成されているので、マイクロオーダーサイズやナノオーダーサイズの微細な棒状構造発光素子であっても、発光面２０４からの光が本体２０１の軸方向の一端面２０５を通過し、効率良く本体２０１外に出る。
【００９０】
したがって、光を効率良く取り出すことができる微細な棒状構造発光素子を実現できる。この棒状構造発光素子は、基板と一体でないので、装置への実装の自由度が高い。
【００９１】
もし、上記本体２０１の軸方向の一端面２０５が平らであったなら、発光面２０４からの光はその一端面２０５で反射されるため、本体２０１の外部に光が殆ど出なくなる。
【００９２】
ここで、微細な棒状構造発光素子とは、例えば直径が１μｍで長さ１０μｍのマイクロオーダーサイズであるが、この寸法に限るものでなく、直径が１０ｎｍから５μｍ、より好ましくは１００ｎｍから２μｍである微細な棒状構造発光素子を製造してもよい。この微細な棒状構造発光素子の長さは、１００ｎｍから２００μｍ、より好ましくは１μｍから５０μｍとする。
【００９３】
また、上記凸部２０８の高さＨ１が発光面２０４から出る光の波長の１／１０以上であるので、凸部２０８が形成された一端面２０５での上記光の反射を非常に少なくすることができる。
【００９４】
また、本第２実施形態の棒状構造発光素子から光を取り出す場合、例えば、図１０Ａに示すように、絶縁性基板２２１の表面上に本体２０１を配置する。このとき、本体２０１の軸方向が絶縁性基板２２１の表面とほぼ平行となるように、本体２０１の配置を行う。なお、絶縁性基板２２１は基板の一例である。
【００９５】
次に、図１０Ｂに示すように、例えば蒸着法あるいはスパッタ法で、第１半導体部２０２にｎ側コンタクトメタル２２２を接続し、第２半導体部２０３にｐ側コンタクトメタル２２３を接続して、発光面２０４で電子と正孔の再結合が起きるようにｐ側コンタクトメタル２２３からｎ側コンタクトメタル２２２に電流を流すことにより、発光面２０４から光が放出される。
【００９６】
このように、上記本体２０１の軸方向を絶縁性基板２２１の表面とほぼ平行にするので、薄型化できる。
【００９７】
上記第２実施形態では、ｎ型ＧａＡｓに対してｐ型ＧａＡｓが軸方向に並ぶように微細な棒状構造発光素子を製造したが、ｎ型ＧａＡｓに対してｐ型ＧａＡｓの一部が径方向に並ぶように微細な棒状構造発光素子を製造してもよい。
【００９８】
〔第３実施形態〕
図１１は本発明の第３実施形態の棒状構造発光素子の模式断面図である。
【００９９】
本第３実施形態の棒状構造発光素子は、断面ほぼ円形の棒状の本体３０１を備えている。この本体３０１は、ｐ型ＧａＮからなる第１半導体部３０２と、この第１半導体部３０２に接触するｎ型ＧａＮからなる第２半導体部３０３とを有しており、この第１半導体部３０２と第２半導体部３０３との境界面が発光面３０４となっている。また、本体３０１の軸方向の一端面３０５には凹部３０９が形成されている。一方、本体３０１の軸方向の他端面３０６はほぼ平坦な面である。また、第１半導体部３０２の外周面は第２半導体部３０３の外周面と滑らかに連続している。つまり、第１半導体部３０２の外周面は第２半導体部３０３の外周面とほぼ面一になっている。この第２半導体部３０３は、第１半導体部３０２に対して本体３０１の軸方向に並ぶように形成されている。なお、第１半導体部３０２は第１導電型半導体の一例であり、第２半導体部３０３は第２導電型半導体の一例である。また、第１半導体部３０２の外周面は第２半導体部３０３の外周面に対して段差を有するように形成してもよい。
【０１００】
上記凹部３０９の深さＤは、発光面３０４から出る光の波長の１／１０以上に設定されている。なお、上記凹部３０９の深さＤは、発光面３０４から出る光の波長の１／５以上に設定してもよい。
【０１０１】
上記棒状構造発光素子は、次のように製造する。
【０１０２】
まず、図１２Ａに示すように、サファイアからなる基板３１１上に、複数の成長穴３１３，３１３，…（図１２Ａでは２つのみ図示）を有するマスク３１２を形成する。マスク３１２には、酸化シリコン（ＳｉＯ２）あるいは窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）など第１半導体部３０２および第２半導体部３０３に対して選択的にエッチング可能な材料を用いる。成長穴３１３，３１３，…の形成は、通常の半導体プロセスに使用する公知のリソグラフィー法とドライエッチング法が利用できる。
【０１０３】
次に、上記マスク３１２の成長穴３１３，３１３，…により露出した基板３１１上に、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、ｎ型ＧａＮを結晶成長させて、図１２Ｂに示すように、各成長穴３１３内に第２半導体部３０３Ａを形成する。より詳しくは、ＭＯＣＶＤ装置の温度を９５０℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）を使用し、ｎ型不純物供給用にシラン（ＳｉＨ３）を、さらにキャリアガスとして水素（Ｈ３）を供給することによって、Ｓｉを不純物としたｎ型ＧａＮからなる第２半導体部３０３Ａを成長させる。このとき、マスク３１２の成長穴３１３の深さのほぼ半分まで第２半導体部３０３Ａを成長させる。また、第２半導体部３０３Ａの直径はマスク３１２の成長穴３１３の径で決めることができる。
【０１０４】
次に、上記各第２半導体部３０３Ａ上に、ｐ型ＧａＮからなる第１半導体部３０２を形成する。より詳しくは、ＭＯＣＶＤ装置の温度を９６０℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）を、ｐ型不純物供給用にビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いることによってマグネシウム（Ｍｇ）を不純物とするｐ型ＧａＮを成長させることができる。
【０１０５】
次に、上記マスク３１２の全部を除去して、図１２Ｃに示す状態にする。マスク３１２ａが酸化シリコン（ＳｉＯ２）あるいは窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）で構成されている場合、フッ酸（ＨＦ）を含んだ溶液を用いることにより、第１半導体部３０２および第２半導体部３０３Ａに影響を与えずにマスク３１２の全部を容易にエッチングすることができる。
【０１０６】
次に、上記基板３１１に対して例えば等方性エッチングを行って、図１２Ｄに示す基板３１１ａを得る。この基板３１１ａは第２半導体部３０３Ａの径よりも小径の接続部を有し、第２半導体部３０３Ａはその接続部に接続されている。
【０１０７】
次に、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）水溶液中に基板３１１ａを浸した後、超音波（例えば数１０ＫＨz）を用いて、基板３１１を基板平面に沿って振動させる。これにより、第２半導体部３０３Ａ，３０３Ａ，…の基板３１１ａ側に近い根元に対して応力が働いて、第２半導体部３０３Ａ，３０３Ａ，…のそれぞれの一部を基板３１１ａの接続部に残し、第２半導体部３０３Ａ，３０３Ａ，…のそれぞれの残りが基板３１１ａから離間する。つまり、図１２Ｅに示すように、基板３１１ａから複数の本体３０１，３０１，…（図１２Ｅでは２つのみ図示）が分離する。
【０１０８】
こうして、ｎ型ＧａＮからなる基板３１１から分離された微細な棒状構造発光素子を製造することができる。
【０１０９】
上記構成の棒状構造発光素子によれば、発光面３０４から出た光は、導波効果によって本体３０１の軸方向の一端面３０５へ向かう。この一端面３０５には凹部３０９が形成されているので、マイクロオーダーサイズやナノオーダーサイズの微細な棒状構造発光素子であっても、発光面３０４からの光は、本体３０１の軸方向の一端面３０５を通過して、効率良く本体３０１外に出る。
【０１１０】
したがって、光を効率良く取り出すことができる微細な棒状構造発光素子を実現できる。この棒状構造発光素子は、基板と一体でないので、装置への実装の自由度が高い。
【０１１１】
もし、上記本体３０１の軸方向の一端面３０５が平らであったなら、発光面３０４からの光はその一端面３０５で反射されるため、本体３０１の外部に光が殆ど出なくなる。
【０１１２】
ここで、微細な棒状構造発光素子とは、例えば直径が１μｍで長さ１０μｍのマイクロオーダーサイズであるが、この寸法に限るものでなく、直径が１０ｎｍから５μｍ、より好ましくは１００ｎｍから２μｍである微細な棒状構造発光素子を製造してもよい。この微細な棒状構造発光素子の長さは、１００ｎｍから２００μｍ、より好ましくは１μｍから５０μｍとする。
【０１１３】
また、上記凹部３０９の深さＤが発光面３０４から出る光の波長の１／１０以上であるので、凹部３０９が形成された一端面３０５での上記光の反射を非常に少なくすることができる。
【０１１４】
また、本第３実施形態の棒状構造発光素子から光を取り出す場合、例えば、図１３Ａに示すように、絶縁性基板３２１の表面上に本体３０１を配置する。このとき、本体３０１の軸方向が絶縁性基板３２１の表面とほぼ平行となるように、本体３０１の配置を行う。なお、絶縁性基板３２１は基板の一例である。
【０１１５】
次に、図１３Ｂに示すように、例えば蒸着法あるいはスパッタ法で、第２半導体部３０３にｎ側コンタクトメタル３２２を接続し、第１半導体部３０２にｐ側コンタクトメタル３２３を接続して、発光面３０４で電子と正孔の再結合が起きるようにｐ側コンタクトメタル３２３からｎ側コンタクトメタル３２２に電流を流すことにより、発光面３０４から光が放出される。
【０１１６】
このように、上記本体３０１の軸方向を絶縁性基板３２１の表面とほぼ平行にするので、薄型化できる。
【０１１７】
〔第４実施形態〕
図１４は本発明の第４実施形態の棒状構造発光素子の模式断面図である。
【０１１８】
本実施形態の棒状構造発光素子は、断面ほぼ円形の棒状の本体４０１を備えている。この本体４０１は、ｐ型ＧａＮからなる第１半導体部４０２と、この第１半導体部４０２に接触するｎ型ＧａＮからなる第２半導体部４０３とを有しており、この第１半導体部４０２と第２半導体部４０３との境界面が発光面４０４となっている。また、本体４０１の軸方向の一端面４０５には凸部４０８が形成されている。一方、本体４０１の軸方向の他端面４０６はほぼ平坦な面である。また、第１半導体部４０２の外周面は第２半導体部４０３の外周面と滑らかに連続している。つまり、第１半導体部４０２の外周面は第２半導体部４０３の外周面とほぼ面一になっている。この第２半導体部４０３は、第１半導体部４０２に対して本体４０１の軸方向に並ぶように形成されている。なお、第１半導体部４０２は第１導電型半導体の一例であり、第２半導体部４０３は第２導電型半導体の一例である。また、第１半導体部４０２の外周面は第２半導体部４０３の外周面に対して段差を有するように形成してもよい。
【０１１９】
上記凸部４０８はＳｉからなっている。また、凸部４０８の高さＨ２は、発光面４０４から出る光の波長の１／１０以上に設定されている。なお、上記凸部４０８の高さＨ２は、発光面４０４から出る光の波長の１／５以上に設定してもよい。
【０１２０】
上記棒状構造発光素子は、次のように製造する。
【０１２１】
まず、図１５Ａに示すように、Ｓｉからなる基板４１１上に、複数の成長穴４１３，４１３，…（図１５Ａでは２つのみ図示）を有するマスク４１２を形成する。マスク４１２には、酸化シリコン（ＳｉＯ２）あるいは窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）など第１半導体部４０２および第２半導体部４０３に対して選択的にエッチング可能な材料を用いる。成長穴４１３，４１３，…の形成は、通常の半導体プロセスに使用する公知のリソグラフィー法とドライエッチング法が利用できる。
【０１２２】
次に、上記マスク４１２の成長穴４１３，４１３，…により露出した基板４１１上に、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、ｎ型ＧａＮを結晶成長させて、図１５Ｂに示すように、各成長穴４１３内に第２半導体部４０３を形成する。より詳しくは、ＭＯＣＶＤ装置の温度を９５０℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）を使用し、ｎ型不純物供給用にシラン（ＳｉＨ３）を、さらにキャリアガスとして水素（Ｈ３）を供給することによって、Ｓｉを不純物としたｎ型ＧａＮからなる第２半導体部４０３を成長させる。このとき、マスク４１２の成長穴４１３の深さのほぼ半分まで第２半導体部４０３を成長させる。また、第２半導体部４０３の直径はマスク４１２の成長穴４１３の径で決めることができる。
【０１２３】
次に、上記各第２半導体部４０３上に、ｐ型ＧａＮからなる第１半導体部４０２を形成する。より詳しくは、ＭＯＣＶＤ装置の温度を９６０℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）を、ｐ型不純物供給用にビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いることによってマグネシウム（Ｍｇ）を不純物とするｐ型ＧａＮを成長させることができる。
【０１２４】
次に、上記マスク４１２の全部を除去して、図１５Ｃに示す状態にする。マスク４１２ａが酸化シリコン（ＳｉＯ２）あるいは窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）で構成されている場合、フッ酸（ＨＦ）を含んだ溶液を用いることにより、第１半導体部４０２および第２半導体部４０３Ａに影響を与えずにマスク４１２の全部を容易にエッチングすることができる。
【０１２５】
次に、上記基板４１１に対して例えば等方性エッチングを行って、図１５Ｄに示す基板４１１ａを得る。この基板４１１ａは第２半導体部４０３の径よりも小径の接続部を有し、第２半導体部４０３はその接続部に接続されている。
【０１２６】
次に、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）水溶液中に基板４１１ａを浸した後、超音波（例えば数１０ＫＨz）を用いて、基板４１１を基板平面に沿って振動させる。これにより、基板４１１ａの接続部に対して応力が働いて、その接続部の大部分が第２半導体部４０３と共に基板４１１ａから離間する。つまり、基板４１１ａから、図１５Ｅに示すように、複数の本体４０１，４０１，…（図１５Ｅでは２つのみ図示）が分離する。
【０１２７】
こうして、ｎ型ＧａＮからなる基板４１１から分離された微細な棒状構造発光素子を製造することができる。
【０１２８】
上記構成の棒状構造発光素子によれば、発光面４０４から出た光は、導波効果によって本体４０１の軸方向の一端面４０５へ向かう。この一端面４０５には凸部４０８が形成されているので、マイクロオーダーサイズやナノオーダーサイズの微細な棒状構造発光素子であっても、発光面４０４からの光が本体４０１の軸方向の一端面４０５を通過し、効率良く本体４０１外に出る。
【０１２９】
したがって、光を効率良く取り出すことができる微細な棒状構造発光素子を実現できる。この棒状構造発光素子は、基板と一体でないので、装置への実装の自由度が高い。
【０１３０】
もし、上記本体４０１の軸方向の一端面４０５が平らであったなら、発光面４０４からの光はその一端面４０５で反射されるため、本体４０１の外部に光が殆ど出なくなる。
【０１３１】
ここで、微細な棒状構造発光素子とは、例えば直径が１μｍで長さ１０μｍのマイクロオーダーサイズであるが、この寸法に限るものでなく、直径が１０ｎｍから５μｍ、より好ましくは１００ｎｍから２μｍである微細な棒状構造発光素子を製造してもよい。この微細な棒状構造発光素子の長さは、１００ｎｍから２００μｍ、より好ましくは１μｍから５０μｍとする。
【０１３２】
また、上記凸部４０８の高さＨ１が発光面４０４から出る光の波長の１／１０以上であるので、凸部４０８が形成された一端面４０５での上記光の反射を非常に少なくすることができる。
【０１３３】
また、上記凸部４０８の材質が第２半導体部４０３の材質と異なるので、本体４０１を削ったり、本体４０１にダメージを与えることなく、本体４０１の軸方向の一端面４０５に凸部４０８を形成して、その一端面４０５での反射を低減できる。
【０１３４】
また、本実施形態の棒状構造発光素子から光を取り出す場合、例えば、図１６Ａに示すように、絶縁性基板４２１の表面上に本体４０１を配置する。このとき、本体４０１の軸方向が絶縁性基板４２１の表面とほぼ平行となるように、本体４０１の配置を行う。なお、絶縁性基板４２１は基板の一例である。
【０１３５】
次に、図１６Ｂに示すように、例えば蒸着法あるいはスパッタ法で、第１半導体部４０２にｐ側コンタクトメタル４２３を接続し、第２半導体部４０３にｎ側コンタクトメタル４２２を接続して、発光面４０４で電子と正孔の再結合が起きるようにｐ側コンタクトメタル４２３からｎ側コンタクトメタル４２２に電流を流すことにより、発光面４０４から光が放出される。
【０１３６】
このように、上記本体４０１の軸方向を絶縁性基板４２１の表面とほぼ平行にするので、薄型化できる。
【０１３７】
〔第５実施形態〕
次に、本発明の第５実施形態の棒状構造発光素子を備えたバックライト、照明装置および表示装置について説明する。この第５実施形態では、上記第１〜第４実施形態に記載の棒状構造発光素子を絶縁性基板に配列する。この棒状構造発光素子の配列は、本出願人が特願２００７−１０２８４８（特開２００８−２６００７３号公報）で出願した「微細構造体の配列方法及び微細構造体を配列した基板、並びに集積回路装置及び表示素子」の発明の技術を用いて行う。
【０１３８】
図２３は本第５実施形態のバックライト、照明装置および表示装置に用いる絶縁性基板の平面図を示している。図２３に示すように、絶縁性基板５５０の表面に、金属電極５５１，５５２を形成している。絶縁性基板５５０はガラス、セラミック、酸化アルミニウム、樹脂のような絶縁体、またはシリコンのような半導体表面にシリコン酸化膜を形成し、表面が絶縁性を有するような基板である。ガラス基板を用いる場合は、表面にシリコン酸化膜、シリコン窒化膜のような下地絶縁膜を形成するのが望ましい。
【０１３９】
上記金属電極５５１，５５２は、印刷技術を利用して所望の電極形状に形成している。なお、金属膜および感光体膜を一様に積層し、所望の電極パターンを露光し、エッチングして形成してもよい。
【０１４０】
図２３では省略されているが、金属電極５５１，５５２には外部から電位を与えられるように、パッドを形成している。この金属電極５５１，５５２が対向する部分（配列領域）に棒状構造発光素子を配列する。図２３では、棒状構造発光素子を配列する配列領域が２×２個配列されているが、任意の個数を配列してよい。
【０１４１】
図１８は図２３のXVIII−XVIII線から見た模式断面図である。
【０１４２】
まず、図１８に示すように、絶縁性基板５５０上に、棒状構造発光素子５６０を含んだイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）５６１を薄く塗布する。ＩＰＡ５６１の他に、エチレングリコール、プロピレングリコール、メタノール、エタノール、アセトン、またはそれらの混合物でもよい。あるいは、ＩＰＡ５６１は、他の有機物からなる液体、水などを用いることができる。
【０１４３】
ただし、液体を通じて金属電極５５１，５５２間に大きな電流が流れてしまうと、金属電極５５１，５５２間に所望の電圧差を印加できなくなってしまう。そのような場合には、金属電極５５１，５５２を覆うように、絶縁性基板５５０表面全体に、１０ｎｍ〜３０ｎｍ程度の絶縁膜をコーティングすればよい。
【０１４４】
上記棒状構造発光素子５６０を含むＩＰＡ５６１を塗布する厚さは、次に棒状構造発光素子５６０を配列する工程で、棒状構造発光素子５６０が配列できるよう、液体中で棒状構造発光素子５６０が移動できる厚さである。したがって、ＩＰＡ５６１を塗布する厚さは、棒状構造発光素子５６０の太さ以上であり、例えば、数μｍ〜数ｍｍである。塗布する厚さは薄すぎると、棒状構造発光素子５６０が移動し難くなり、厚すぎると、液体を乾燥する時間が長くなる。また、ＩＰＡの量に対して、棒状構造発光素子５６０の量は、１×１０４本／ｃｍ３〜１×１０７本／ｃｍ３が好ましい。
【０１４５】
上記棒状構造発光素子５６０を含むＩＰＡ５６１を塗布するために、棒状構造発光素子５６０を配列させる金属電極の外周囲に枠を形成し、その枠内に棒状構造発光素子５６０を含むＩＰＡ５６１を所望の厚さになるように充填してもよい。しかしながら、棒状構造発光素子５６０を含むＩＰＡ５６１が粘性を有する場合は、枠を必要とせずに、所望の厚さに塗布することが可能である。
【０１４６】
ＩＰＡやエチレングリコール、プロピレングリコール、…、またはそれらの混合物、あるいは、他の有機物からなる液体、または水などの液体は、棒状構造発光素子５６０の配列工程のためには粘性が低いほど望ましく、また加熱により蒸発しやすい方が望ましい。
【０１４７】
次に、金属電極５５１，５５２間に電位差を与える。この第５実施形態では、１Ｖの電位差とするのが適当であった。金属電極５５１，５５２の電位差は、０．１〜１０Ｖを印加することができるが、０．１Ｖ以下では棒状構造発光素子５６０の配列が悪くなり、１０Ｖ以上では金属電極間の絶縁が問題になり始める。したがって、１〜５Ｖが好ましく、更には１Ｖ程度とするのが好ましい。
【０１４８】
図１９は上記棒状構造発光素子５６０が金属電極５５１，５５２上に配列する原理を示している。図１９に示すように、金属電極５５１に電位ＶＬを印加し、金属電極５５２に電位ＶＲ（ＶＬ＜ＶＲ）を印加すると、金属電極５５１には負電荷が誘起され、金属電極５５２には正電荷が誘起される。そこに棒状構造発光素子５６０が接近すると、棒状構造発光素子５６０において、金属電極５５１に近い側に正電荷が誘起され、金属電極５５２に近い側に負電荷が誘起される。この棒状構造発光素子５６０に電荷が誘起されるのは静電誘導による。すなわち、電界中に置かれた棒状構造発光素子５６０は、内部の電界が０となるまで表面に電荷が誘起されることによる。その結果、各電極と棒状構造発光素子５６０との間に静電力により引力が働き、棒状構造発光素子５６０は、金属電極５５１，５５２間に生じる電気力線に沿うと共に、各棒状構造発光素子５６０に誘起された電荷がほぼ等しいので、電荷による反発力により、ほぼ等間隔に一定方向に規則正しく配列する。しかしながら、例えば、第１実施形態の図１に示す棒状構造発光素子では、凹凸が形成された一端面５の向きは一定にならず、ランダムになる（第１実施形態の変形例や他の実施形態の棒状構造発光素子でも同様）。
【０１４９】
以上のように、上記棒状構造発光素子５６０が金属電極５５１，５５２間に発生した外部電場により、棒状構造発光素子５６０に電荷を発生させ、電荷の引力により金属電極５５１，５５２に棒状構造発光素子５６０を吸着させるので、棒状構造発光素子５６０の大きさは、液体中で移動可能な大きさであることが必要である。したがって、棒状構造発光素子５６０の大きさは、液体の塗布量（厚さ）により変化する。液体の塗布量が少ない場合は、棒状構造発光素子５６０はナノオーダーサイズでなければならないが、液体の塗布量が多い場合は、マイクロオーダーサイズであってもかまわない。
【０１５０】
上記棒状構造発光素子５６０が電気的に中性ではなく、正または負に帯電している場合は、金属電極５５１，５５２間に静的な電位差（ＤＣ）を与えるだけでは、棒状構造発光素子５６０を安定して配列することができない。例えば、棒状構造発光素子５６０が正味として正に帯電した場合は、正電荷が誘起されている金属電極５５２との引力が相対的に弱くなる。そのため、棒状構造発光素子５６０の配列が非対象になる。
【０１５１】
そのような場合は、図２０に示すように、金属電極５５１，５５２間にＡＣ電圧を印加することが好ましい。図２０においては、金属電極５５２に基準電位を、金属電極５５１には振幅ＶＰＰＬ／２のＡＣ電圧を印加している。こうすることにより、棒状構造発光素子５６０が帯電している場合でも、配列を対象に保つことができる。なお、この場合の金属電極５５２に与える交流電圧の周波数は、１０Ｈz〜１ＭＨzとするのが好ましく、５０Ｈz〜１ｋＨzとするのが最も配列が安定し、より好ましい。さらに、金属電極５５１，５５２間に印加するＡＣ電圧は、正弦波に限らず、矩形波、三角波、ノコギリ波など、周期的に変動するものであればよい。なお、ＶＰＰＬは１Ｖ程度とするのが好ましかった。
【０１５２】
次に、上記金属電極５５１，５５２上に、棒状構造発光素子５６０を配列させた後、絶縁性基板５５０を加熱することにより、液体を蒸発させて乾燥させ、棒状構造発光素子５６０を金属電極５５１，５５２間の電気力線に沿って等間隔に配列させて固着させる。
【０１５３】
図２１は上記棒状構造発光素子５６０を配列した絶縁性基板５５０の平面図を示している。この棒状構造発光素子５６０を配列した絶縁性基板５５０を、液晶表示装置などのバックライトに用いることにより、薄型化と軽量化が可能でかつ発光効率が高く省電力なバックライトを実現することができる。また、この棒状構造発光素子５６０を配列した絶縁性基板５５０を照明装置として用いることにより、薄型化と軽量化が可能でかつ発光効率が高く省電力な照明装置を実現することができる。
【０１５４】
また、図２２は上記棒状構造発光素子５６０を配列した絶縁性基板を用いた表示装置の平面図を示している。図２２に示すように、表示装置５００は、絶縁性基板５１０上に、表示部５０１、論理回路部５０２、論理回路部５０３、論理回路部５０４および論理回路部５０５を備える構成となっている。上記表示部５０１には、マトリックス状に配置された画素に棒状構造発光素子５６０を配列している。
【０１５５】
図２３は上記表示装置５００の表示部５０１の要部の回路図を示しており、上記表示装置５００の表示部５０１は、図２３に示すように、互いに交差する複数の走査信号線ＧＬ（図２３では１本のみを示す）と複数のデータ信号線ＳＬ（図２３では１本のみを示す）とを備えており、隣接する２本の走査信号線ＧＬと隣接する２本のデータ信号線ＳＬとで包囲された部分に、画素がマトリクス状に配置されている。この画素は、ゲートが走査信号線ＧＬに接続され、ソースがデータ信号線ＳＬに接続されたスイッチング素子Ｑ１と、そのスイッチング素子Ｑ１のドレインにゲートが接続されたスイッチング素子Ｑ２と、上記スイッチング素子Ｑ２のゲートに一端が接続された画素容量Ｃと、上記スイッチング素子Ｑ２により駆動される複数の発光ダイオードＤ１〜Ｄｎ（棒状構造発光素子５６０）とを有している。
【０１５６】
上記棒状構造発光素子５６０のｐｎの極性は、一方に揃っておらず、ランダムに配列されている。このため、駆動時は交流電圧により駆動されて、異なる極性の棒状構造発光素子５６０が交互に発光することになる。
【０１５７】
また、上記表示装置の製造方法によれば、独立した電位が夫々与えられる２つの電極５５１，５５２を単位とする配列領域が形成された絶縁性基板５５０を作成し、その絶縁性基板５５０上にナノオーダーサイズまたはマイクロオーダーサイズの棒状構造発光素子５６０を含んだ液体を塗布する。その後、２つの電極５５１，５５２に独立した電圧を夫々印加して、微細な棒状構造発光素子５６０を２つの電極５５１，５５２により規定される位置に配列させる。これにより、上記棒状構造発光素子５６０を所定の絶縁性基板５５０上に容易に配列させることができる。
【０１５８】
また、上記表示装置の製造方法では、使用する半導体の量を少なくできると共に、薄型化と軽量化が可能な表示装置を製造することができる。また、棒状構造発光素子５６０は、半導体層で覆われた半導体コアの全周から光が放出されることにより発光領域が広くなるので、発光効率が高く省電力な表示装置を実現することができる。
【０１５９】
上記第１，第３，第４実施形態では、第１半導体部２，６２，７２，３０２，４０２と第２半導体部３，６３，７３，３０３，４０３とに、ＧａＮを母材とする半導体を用いたが、ＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ，ＧａＡｓＰ，ＩｎＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＧａＰ，ＺｎＳｅ，ＡｌＧａＩｎＰなどを母材とする半導体を用いた発光素子に本発明を適用してもよい。また、第１半導体部の導電型をｎ型とし、第２半導体部の導電型をｐ型とした棒状構造発光素子に本発明を適用してもよいし、第１半導体部の導電型をｐ型とし、第２半導体部の導電型をｎ型とした棒状構造発光素子に本発明を適用してもよい。
【０１６０】
また、上記第１〜第４実施形態では、断面がほぼ円形の本体１，６１，７１，２０１，３０１，４０１を備えた棒状構造発光素子について説明したが、これに限らず、本発明の棒状構造発光素子の本体の断面は、楕円、または、三角形などの他の多角形状などであってもよい。
【０１６１】
また、上記第１〜第４実施形態において、本体１，６１，７１，２０１，３０１，４０１の直径は５００ｎｍ以上かつ５０μｍ以下が好ましく、直径が数１０ｎｍ〜数１００ｎｍの本体を備える棒状構造発光素子に比べて、本体１，６１，７１，２０１，３０１，４０１の直径のばらつきを抑えることができ、発光面積すなわち発光特性のばらつきを低減でき、歩留まりを向上できる。
【０１６２】
また、上記第１〜第４実施形態において、本体１，６１，７１，２０１，３０１，４０１の軸方向の一端面５，６５，７５，２０５，３０５，４０５と同様に、本体１，６１，７１，２０１，３０１，４０１の軸方向の他端面にも凹部または凸部を形成してもよい。つまり、軸方向の両端面に凹部または凸部が形成された本体を備える棒状構造発光素子を、本発明の一実施形態の棒状構造発光素子としてもよい。
【０１６３】
また、上記第１〜第４実施形態の製造方法において、ＭＯＣＶＤ装置に換えて、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル）装置などの他の結晶成長装置を用いてもよい。また、成長穴を有するマスクを用いて第１，第２半導体部を基板上に結晶成長させたが、基板上に金属種を配置して、金属種から第１，第２半導体部を結晶成長させてもよい。
【０１６４】
また、上記第１〜第４実施形態では、超音波を用いて、第１，第２半導体部を基板から切り離したが、これに限らず、切断工具を用いて、第１，第２半導体部を基板から機械的に折り曲げることによって切り離してもよい。この場合、簡単な方法で基板上に設けられた微細な複数の棒状構造発光素子を短時間で切り離すことができる。
【０１６５】
また、上記第５実施形態では、絶縁性基板５５０の表面に形成された２つの金属電極５５１，５５２に電位差を与えて、金属電極５５１，５５２間に棒状構造発光素子５６０を配列させたが、これに限らず、絶縁性基板の表面に形成された２つの電極間に、第３の電極を形成し、３つの電極に独立した電圧を夫々印加して、棒状構造発光素子を電極により規定される位置に配列させてもよい。
【０１６６】
また、上記第５実施形態では、棒状構造発光素子を備えた表示装置について説明したが、これに限らず、本発明の棒状構造発光素子の製造方法により製造された棒状構造発光素子をバックライトや照明装置などの他の装置に適用してもよい。
【０１６７】
また、上記第２実施形態では、第１半導体部２０２と第２半導体部２０３とにＧａＡｓを母材とする半導体を用いたが、ＡｌＧａＡｓ，ＧａＡｓＰ，ＩｎＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＧａＰ，ＺｎＳｅ，ＡｌＧａＩｎＰ，ＧａＮなどを母材とする半導体を用いた発光素子に本発明を適用してもよい。また、第１半導体部の導電型をｎ型とし、第２半導体部の導電型をｐ型とした棒状構造発光素子に本発明を適用してもよいし、第１半導体部の導電型をｐ型とし、第２半導体部の導電型をｎ型とした棒状構造発光素子に本発明を適用してもよい。
【０１６８】
上記第１，第２実施形態では、基板１１，２１１から微細な棒状構造発光素子を分離した後、基板２１，２２１の表面上に、本体１，６１，７１，２０１の軸方向が基板２１，２２１と平行となるように微細な棒状構造発光素子を配置して、さらに、ｎ側コンタクトメタル２２およびｐ側コンタクトメタル２３を形成したが、基板１１，２１１から微細な棒状構造発光素子を分離させずに、コンタクトメタルを形成してもよい。
【０１６９】
以下、基板から微細な棒状構造発光素子を分離させずに、コンタクトメタルを形成する場合の一例について説明する。
【０１７０】
まず、図２４Ａに示すように、Ｓｉからなる基板１０１１を準備する。この基板１０１１には、必要に応じて、洗浄剤や純水などで基板洗浄を行ったり、マーキングなどの基板加工を行ったりしてもよい。
【０１７１】
次に、上記基板１０１１にイオン注入を行って、図２４Ｂに示すように、ｎ型Ｓｉからなる下地層１１３１を基板１１１１の表面部に形成する。
【０１７２】
次に、図２４Ｃに示すように、下地層１１３１上に、複数の成長穴１１１３，１１１３，…（図２４Ｃでは１つのみ図示）を有するマスク１１１２を形成する。マスク１１１２の材料としては、後述の第２半導体部１１０３Ａに対して選択的にエッチング可能な絶縁体を用いる。成長穴１１１３，１１１３，…の形成は、通常の半導体プロセスに使用する公知のリソグラフィー法とドライエッチング法が利用できる。
【０１７３】
次に、上記マスク１１１２の成長穴１１１３，１１１３，…により露出した下地層１１３１上に、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、ｎ型ＧａＮを結晶成長させて、図２４Ｄに示すように、各成長穴１１１３内に第１半導体部１１０２を形成する。より詳しくは、ＭＯＣＶＤ装置の温度を９５０℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）を使用し、ｎ型不純物供給用にシラン（ＳｉＨ３）を、さらにキャリアガスとして水素（Ｈ３）を供給することによって、Ｓｉを不純物としたｎ型ＧａＮからなる第１半導体部１１０２を成長させる。この第１半導体部１１０２の直径はマスク１１１２の成長穴１１１３の径で決めることができる。
【０１７４】
次に、上記各第１半導体部１１０２上に、ｐ型ＧａＮからなる第２半導体部１１０３Ａを形成する。より詳しくは、ＭＯＣＶＤ装置の温度を９６０℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）を、ｐ型不純物供給用にビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いることによってマグネシウム（Ｍｇ）を不純物とするｐ型ＧａＮを成長させることができる。
【０１７５】
次に、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学機械研）で平坦化処理を行って、図２４Ｅに示すように、マスク１１１２ａの表面を第２半導体部１１０３Ａの表面とほぼ面一にする。
【０１７６】
次に、図２４Ｆに示すように、マスク１１１２および第２半導体部１１０３Ａ上に複数の微粒子１１１４を形成する。この微粒子１１１４の径は数十ｎｍ程度である。また、微粒子１１１４の材料として、例えば金などを用いることができる。
【０１７７】
次に、ドライエッチングを行って、図２４Ｇに示すように、各第１半導体部１１０２上にｐ型ＧａＮからなる第２半導体部１１０３を形成する。これにより、基板１１１１から分離されていない微細な棒状構造発光素子が複数得られる。この微細な棒状構造発光素子の断面ほぼ円形の棒状の本体１１０１は、第１半導体部１１０２および第２半導体部１１０３で構成されている。本体１１０１の軸方向は基板１１１１の表面に対してほぼ垂直になっている。そして、本体１１０１の軸方向の一端面１１０５には１つの凹部が形成されている。また、マスク１１１２ｂの表面には凹凸が形成されている。なお、本体１１０１の軸方向の一端面１１０５に凹凸を形成してもよい。また、第１半導体部１１０２は第１導電型半導体の一例であり、第２半導体部１１０３は第２導電型半導体の一例である。
【０１７８】
次に、上記マスク１１１２ｂの表面部をウェットエッチングで除去して、図２４Ｈに示すように、マスク１１１２ｃの表面に対して第２半導体部１１０３が突出する。このとき、第２半導体部１１０３の外周面のほぼ全部が露出している。一方、第１半導体部１１０２の外周面はマスク１１１２ｃで覆われて一部も露出していない。
【０１７９】
次に、図２４Ｉに示すように、蒸着法あるいはスパッタ法で、第２半導体部１１０３を覆うようにｐ側コンタクトメタル１１３２を形成する。
【０１８０】
次に、上記ｐ側コンタクトメタル１１３２の一部を除去して、図２４Ｊに示すように、２半導体部１１０３の外周面に接続されたｐ側コンタクトメタル１１３２ａが得られる。このとき、本体１１０１の軸方向の一端面１１０５は、ｐ側コンタクトメタル１１３２ａで覆われていなくて露出している。
【０１８１】
最後に、図示しないが、下地層１１３１の表面の一部を露出させて、この表面の一部にｎ側コンタクトメタルを接続する。
【０１８２】
このように形成したｐ側コンタクトメタル１１３２ａからｎ側コンタクトメタルに電流、を流すことにより、発光面１１０４から光が放出される。そして、発光面１１０４からの光が本体１１０１の軸方向の一端面１１０５を通過し、効率良く本体１１０１外に出る。
【０１８３】
したがって、上記基板１１１１に立設した微細な棒状構造発光素子であっても、光を効率良く取り出すことができる。
【０１８４】
また、上記第１〜第４実施形態において、本体の軸方向の一端面と本体の軸方向の他端面との少なくとも一方を電極で形成すると共に、その電極に凹部および凸部の少なくとも一方を形成するようにしてもよい。この場合、上記電極は本体の一部を構成する。
【０１８５】
以下、微細な棒状構造発光素子が備える本体の軸方向の一端面を電極で形成し、この電極に凹凸を形成する場合の一例について説明する。
【０１８６】
まず、図２５Ａに示すように、Ｓｉからなる基板２０１１を準備する。この基板２０１１には、必要に応じて、洗浄剤や純水などで基板洗浄を行ったり、マーキングなどの基板加工を行ったりしてもよい。
【０１８７】
次に、上記基板２０１１にイオン注入を行って、図２５Ｂに示すように、ｎ型Ｓｉからなる下地層２１３１を基板２１１１の表面部に形成する。
【０１８８】
次に、図２５Ｃに示すように、下地層２１３１上に、複数の成長穴２１１３，２１１３，…（図２５Ｃでは１つのみ図示）を有するマスク２１１２を形成する。マスク２１１２の材料としては、下地層２１３１と後述の第１半導体部２１０２とに対して選択的にエッチング可能な絶縁体を用いる。成長穴２１１３，２１１３，…の形成は、通常の半導体プロセスに使用する公知のリソグラフィー法とドライエッチング法が利用できる。
【０１８９】
次に、上記マスク２１１２の成長穴２１１３，２１１３，…により露出した下地層２１３１上に、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、ｎ型ＧａＮを結晶成長させて、図２５Ｄに示すように、各成長穴２１１３内に第１半導体部２１０２を形成する。より詳しくは、ＭＯＣＶＤ装置の温度を９５０℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）を使用し、ｎ型不純物供給用にシラン（ＳｉＨ３）を、さらにキャリアガスとして水素（Ｈ３）を供給することによって、Ｓｉを不純物としたｎ型ＧａＮからなる第１半導体部２１０２を成長させる。この第１半導体部２１０２の直径はマスク２１１２の成長穴２１１３の径で決めることができる。
【０１９０】
次に、上記マスク２１１２を選択的に除去して、図２５Ｅに示すように、第１半導体部２１０２の外周面を露出させる。
【０１９１】
次に、図２５Ｆに示すように、第１半導体部２１０２を覆うように、ｐ型ＧａＮからなる第２半導体部２１０３を成長させる。より詳しくは、ＭＯＣＶＤ装置の温度を９６０℃程度に設定し、成長ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびアンモニア（ＮＨ３）を、ｐ型不純物供給用にビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いることによってマグネシウム（Ｍｇ）を不純物とするｐ型ＧａＮを成長させることができる。
【０１９２】
次に、図２５Ｇに示すように、第２半導体部２１０３上に、ＩＴＯ(錫添加酸化インジウム)からなるｐ側コンタクトメタル２１３２を形成する。これにより、第２半導体部２１０３はｐ側コンタクトメタル２１３２によって覆われる。
【０１９３】
次に、図２５Ｈに示すように、ｐ側コンタクトメタル２１３２上に、酸化膜からなる絶縁層２１３３を形成する。
【０１９４】
次に、ＣＭＰで平坦化処理を行って、図２５Ｉに示すように、絶縁層２１３３ａの表面をｐ側コンタクトメタル２１３２の表面とほぼ面一にする。
【０１９５】
次に、図２５Ｊに示すように、絶縁層２１３３ａおよびｐ側コンタクトメタル２１３２上に複数の微粒子２１１４を形成する。この微粒子２１１４の径は数十ｎｍ程度である。また、微粒子２１１４の材料として、例えば金などを用いることができる。
【０１９６】
次に、ドライエッチングを行って、図２５Ｋに示すように、絶縁層２１３３ａおよびｐ側コンタクトメタル２１３２の表面に凹凸を形成する。これにより、基板２１１１に一体に形成された微細な棒状構造発光素子が複数得られる。この微細な棒状構造発光素子の断面ほぼ円形の棒状の本体２１０１は、第１半導体部２１０２と、第２半導体部２１０３の一部と、ｐ側コンタクトメタル２１３２の一部とで構成されている。本体２１０１の軸方向は基板２１１１の表面に対してほぼ垂直になっている。そして、本体２１０１の軸方向の一端面２１０５には凹凸が形成されている。なお、本体２１０１の軸方向の一端面２１０５に１つの凹部または１つの凸部を形成してもよい。また、第１半導体部２１０２は第１導電型半導体の一例であり、第２半導体部２１０３は第２導電型半導体の一例である。
【０１９７】
最後に、図示しないが、下地層２１３１の表面の一部を露出させて、この表面の一部にｎ側コンタクトメタルを接続する。
【０１９８】
このように形成したｐ側コンタクトメタル２１３２ａからｎ側コンタクトメタルに電流、を流すことにより、発光面２１０４から光が放出される。そして、発光面２１０４からの光が本体２１０１の軸方向の一端面２１０５を通過し、効率良く本体２１０１外に出る。
【０１９９】
本発明の具体的な実施の形態について説明したが、本発明は上記第１〜第５実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々変更して実施することができる。
【符号の説明】
【０２００】
１，６１，７１，２０１，３０１，４０１，１１０１，２１０１ 本体
２，６２，７２，２０２，３０２，４０２，１１０２，２１０２ 第１半導体部
３，６３，７３，２０３，３０３，４０３，１１０３，２１０３ 第２半導体部
５，６５，７５，２０５，３０５，４０５，１１０５，２１０５ 軸方向の一端面
２０８，４０８ 凸部
３０９ 凹部
Ｈ１，Ｈ２ 高さ
Ｄ 深さ
２１，２２１，３２１，４２１ 絶縁性基板
５００ 表示装置
５６０ 棒状構造発光素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状に延びると共に、内部で光が生じる本体を備え、
上記本体の軸方向の端面には、凹部および凸部の少なくとも一方が形成されていることを特徴とする棒状構造発光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の棒状構造発光素子において、
上記本体は基板の表面上に配置され、上記本体の軸方向が上記基板の表面とほぼ平行になっていることを特徴とする棒状構造発光素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の棒状構造発光素子において、
上記凹部または上記凸部の大きさは上記光の波長の１／１０以上であることを特徴とする棒状構造発光素子。
【請求項４】
請求項３に記載の棒状構造発光素子において、
上記凹部または上記凸部の大きさは上記光の波長の１／５以上であることを特徴とする棒状構造発光素子。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一項に記載の棒状構造発光素子において、
上記凸部の材質は上記本体の他の部分の材質とは異なることを特徴とする棒状構造発光素子。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか一項に記載の棒状構造発光素子において、
上記本体は、
第１導電型半導体と、
上記第１導電型半導体に対して上記本体の軸方向に並ぶ第２導電型半導体と
を有することを特徴とする棒状構造発光素子。
【請求項７】
請求項６に記載の棒状構造発光素子において、
上記第１導電型半導体と上記第２導電型半導体との間には量子井戸層が形成されていることを特徴とする棒状構造発光素子。
【請求項８】
請求項１から５までのいずれか一項に記載の棒状構造発光素子において、
上記本体は、
第１導電型半導体と、
上記第１導電型半導体の少なくとも一部を同心軸状に覆う第２導電型半導体と
を有することを特徴とする棒状構造発光素子。
【請求項９】
請求項８に記載の棒状構造発光素子において、
上記第１導電型半導体と上記第２導電型半導体との間には量子井戸層が形成されていることを特徴とする棒状構造発光素子。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか一項に記載の棒状構造発光素子を備えたことを特徴とするバックライト。
【請求項１１】
請求項１から９までのいずれか一項に記載の棒状構造発光素子を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項１２】
請求項１から９までのいずれか一項に記載の棒状構造発光素子を備えたことを特徴とする表示装置。
【請求項１】
棒状に延びると共に、内部で光が生じる本体を備え、
上記本体の軸方向の端面には、凹部および凸部の少なくとも一方が形成されていることを特徴とする棒状構造発光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の棒状構造発光素子において、
上記本体は基板の表面上に配置され、上記本体の軸方向が上記基板の表面とほぼ平行になっていることを特徴とする棒状構造発光素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の棒状構造発光素子において、
上記凹部または上記凸部の大きさは上記光の波長の１／１０以上であることを特徴とする棒状構造発光素子。
【請求項４】
請求項３に記載の棒状構造発光素子において、
上記凹部または上記凸部の大きさは上記光の波長の１／５以上であることを特徴とする棒状構造発光素子。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一項に記載の棒状構造発光素子において、
上記凸部の材質は上記本体の他の部分の材質とは異なることを特徴とする棒状構造発光素子。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか一項に記載の棒状構造発光素子において、
上記本体は、
第１導電型半導体と、
上記第１導電型半導体に対して上記本体の軸方向に並ぶ第２導電型半導体と
を有することを特徴とする棒状構造発光素子。
【請求項７】
請求項６に記載の棒状構造発光素子において、
上記第１導電型半導体と上記第２導電型半導体との間には量子井戸層が形成されていることを特徴とする棒状構造発光素子。
【請求項８】
請求項１から５までのいずれか一項に記載の棒状構造発光素子において、
上記本体は、
第１導電型半導体と、
上記第１導電型半導体の少なくとも一部を同心軸状に覆う第２導電型半導体と
を有することを特徴とする棒状構造発光素子。
【請求項９】
請求項８に記載の棒状構造発光素子において、
上記第１導電型半導体と上記第２導電型半導体との間には量子井戸層が形成されていることを特徴とする棒状構造発光素子。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか一項に記載の棒状構造発光素子を備えたことを特徴とするバックライト。
【請求項１１】
請求項１から９までのいずれか一項に記載の棒状構造発光素子を備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項１２】
請求項１から９までのいずれか一項に記載の棒状構造発光素子を備えたことを特徴とする表示装置。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図２Ｅ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図９Ｅ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１２Ｄ】
【図１２Ｅ】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１５Ｃ】
【図１５Ｄ】
【図１５Ｅ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４Ａ】
【図２４Ｂ】
【図２４Ｃ】
【図２４Ｄ】
【図２４Ｅ】
【図２４Ｆ】
【図２４Ｇ】
【図２４Ｈ】
【図２４Ｉ】
【図２４Ｊ】
【図２５Ａ】
【図２５Ｂ】
【図２５Ｃ】
【図２５Ｄ】
【図２５Ｅ】
【図２５Ｆ】
【図２５Ｇ】
【図２５Ｈ】
【図２５Ｉ】
【図２５Ｊ】
【図２５Ｋ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図２Ｅ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図９Ｅ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１２Ｃ】
【図１２Ｄ】
【図１２Ｅ】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１５Ｃ】
【図１５Ｄ】
【図１５Ｅ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４Ａ】
【図２４Ｂ】
【図２４Ｃ】
【図２４Ｄ】
【図２４Ｅ】
【図２４Ｆ】
【図２４Ｇ】
【図２４Ｈ】
【図２４Ｉ】
【図２４Ｊ】
【図２５Ａ】
【図２５Ｂ】
【図２５Ｃ】
【図２５Ｄ】
【図２５Ｅ】
【図２５Ｆ】
【図２５Ｇ】
【図２５Ｈ】
【図２５Ｉ】
【図２５Ｊ】
【図２５Ｋ】
【公開番号】特開２０１１−１１９５８６（Ｐ２０１１−１１９５８６Ａ）
【公開日】平成２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７７５７０（Ｐ２００９−２７７５７０）
【出願日】平成２１年１２月７日（２００９．１２．７）
【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２３年６月１６日（２０１１．６．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月７日（２００９．１２．７）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]