発光装置、バックライト、照明装置および表示装置
【課題】光の取り出し効率が高くかつ放熱性のよい発光装置を提供することにある。
【解決手段】棒状のｎ型ＧaＮからなる半導体コア１１と、上記半導体コア１１の一部を覆うように形成されたｐ型ＧaＮからなる半導体層１２とを有すると共に、半導体コア１１の一部の外周面が露出した棒状構造発光素子１０と、棒状構造発光素子１０の長手方向が実装面に平行になるように棒状構造発光素子１０が実装された絶縁性基板１６とを備える。
【解決手段】棒状のｎ型ＧaＮからなる半導体コア１１と、上記半導体コア１１の一部を覆うように形成されたｐ型ＧaＮからなる半導体層１２とを有すると共に、半導体コア１１の一部の外周面が露出した棒状構造発光素子１０と、棒状構造発光素子１０の長手方向が実装面に平行になるように棒状構造発光素子１０が実装された絶縁性基板１６とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発光装置、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、基板上部に平坦な第１極性層を形成した後、第１極性層上に発光する活性層に相当するナノオーダーサイズの複数のロッドを形成し、さらにロッドを包む第２極性層を形成するものがある(例えば、特開２００６−３３２６５０号公報(特許文献１)参照)。この棒状構造発光素子は、活性層である複数のロッドから光が放出される。
【０００３】
ところが、上記棒状構造発光素子を備えた発光装置は、基板上に複数のロッドが立設された状態では、ほとんどの光が側方に放射されて、隣接するロッドに吸収されてしまうため、光の取り出し効率が低下するという問題がある。また、上記棒状構造発光素子では、複数のロッドが基板上に立設されているため、放熱効率が悪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２００６−３３２６５０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、この発明の課題は、光の取り出し効率が高くかつ放熱性のよい発光装置を提供することにある。
【０００６】
また、この発明の課題は、上記発光装置を用いることにより発光効率が高く省電力な放熱性のよいバックライトを提供することにある。
【０００７】
また、この発明の課題は、上記発光装置を用いることにより発光効率が高く省電力な放熱性のよい照明装置を提供することにある。
【０００８】
また、この発明の課題は、上記発光装置を用いることにより発光効率が高く省電力な放熱性のよい表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、この発明の発光装置は、
棒状の第１導電型の半導体コアと、上記半導体コアを覆うように形成された第２導電型の半導体層とを有すると共に、上記半導体コアの長手方向の一部において上記半導体コアの外周面が露出した棒状構造発光素子と、
上記棒状構造発光素子の長手方向が実装面に平行になるように上記棒状構造発光素子が実装された基板と
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、棒状の第１導電型の半導体コアと、半導体コアを覆うように形成された第２導電型の半導体層とを有すると共に、半導体コアの一部の外周面が露出した棒状構造発光素子を、その棒状構造発光素子の長手方向が基板の実装面に平行になるように基板に実装する。この棒状構造発光素子は、半導体コアの露出部分に一方の電極を接続し、半導体層に他方の電極を接続して、半導体コアの外周面と半導体層の内周面とのｐｎ接合部で電子と正孔の再結合が起きるように電極間に電流を流すことにより、ｐｎ接合部すなわち半導体コアの全周から光が放出される。これにより、上記棒状構造発光素子は、発光領域が広くなるので、発光効率が高い。また、上記棒状構造発光素子の長手方向が基板の実装面に平行になるように基板に実装された棒状構造発光素子は、半導体層の外周面と基板の実装面とが接触するので、棒状構造発光素子で発生した熱を半導体層から基板に効率よく放熱することができる。したがって、発光効率が高くかつ放熱性のよい発光装置を実現できる。また、上記発光装置では、基板上に棒状構造発光素子を横倒しに配置しているので、基板を含めた厚さを薄くできる。上記発光装置において、例えば直径が１μｍで長さ１０μｍのマイクロオーダーサイズや、直径または長さのうちの少なくとも直径が１μｍ未満のナノオーダーサイズの微細な棒状構造発光素子を用いることにより、使用する半導体の量を少なくでき、この発光装置を用いて薄型化と軽量化が可能なバックライト,照明装置および表示装置などを実現することができる。
【００１１】
また、一実施形態の発光装置では、
上記基板上に所定の間隔をあけて電極が形成され、
上記基板上の上記一方の電極に上記棒状構造発光素子の上記半導体コアの露出部分が接続されると共に、上記基板上の上記他方の電極に上記棒状構造発光素子の上記半導体層が接続されている。
【００１２】
また、一実施形態の発光装置では、
上記棒状構造発光素子は、上記半導体層と電気的に接続され、上記半導体層を覆うように形成された透明電極をさらに有する。
【００１３】
上記実施形態によれば、半導体層を覆うように透明電極を形成することによって、半導体層を透明電極を介して電極に接続することにより、電極接続部分に電流が集中して偏ることがなく、透明電極を介した広い電流経路を形成して、素子全体を発光させることができ、発光効率がさらに向上する。
【００１４】
また、一実施形態の発光装置では、
上記半導体コアの一端側の外周面が露出している。
【００１５】
上記実施形態によれば、半導体コアの一端側の外周面が露出していることによって、半導体コアの一端側の外周面の露出部分に一方の電極を接続し、半導体コアの他端側の半導体層に電極を接続することが可能となり、両端に電極を離して接続でき、半導体層に接続する電極と半導体コアの露出部分が短絡するのを容易に防止できる。
【００１６】
また、一実施形態の発光装置では、
上記半導体コアの他端側の端面を上記半導体層により覆っている。
【００１７】
上記実施形態によれば、半導体コアの他端側の端面を半導体層により覆っていることにより、半導体コアの露出領域と反対の側の端面を覆う半導体層の部分に、半導体コアと短絡させることなく電極を容易に接続できる。これにより、微細な棒状構造発光素子の両端に電極を容易に接続することが可能となる。
【００１８】
また、一実施形態の発光装置では、
上記半導体コアの露出領域の外周面が、上記半導体層に覆われた領域の最外周面の延長面と略一致している。
【００１９】
上記実施形態によれば、半導体コアの露出領域の外周面が、半導体層に覆われた領域の最外周面の延長面と略一致していることによって、微細な棒状構造発光素子を、電極が形成された絶縁性基板上に基板平面に対して長手方向が平行になるように実装するとき、半導体層の外周面と半導体コアの外周面の露出部分との間に段差がないので、半導体コアの露出部分と電極とを確実かつ容易に接続することが可能となる。
【００２０】
また、一実施形態の発光装置では、
上記棒状構造発光素子の上記半導体コアと上記半導体層との間に量子井戸層を形成した。
【００２１】
上記実施形態によれば、半導体コアと半導体層との間に量子井戸層を形成することによって、量子井戸層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。
【００２２】
また、一実施形態の発光装置では、
上記棒状構造発光素子の上記透明電極上かつ上記基板側に金属層を形成した。
【００２３】
上記実施形態によれば、透明電極上かつ基板側に形成された金属層によって、棒状構造発光素子から基板側に放射された光を金属層により反射するので、光の取り出し効率が向上する。
【００２４】
また、一実施形態の発光装置では、
上記基板上の上記電極間かつ上記棒状構造発光素子の下側に金属部を形成した。
【００２５】
上記実施形態によれば、基板上に所定の間隔をあけて形成された電極間に棒状構造発光素子の一端側の露出部分と他端側の半導体層を接続し、基板上の電極間かつ棒状構造発光素子の下側に金属部を形成することによって、両端が電極に接続された棒状構造発光素子の中央側を金属部の表面に接触させて支えるので、両持ちの棒状構造発光素子が撓むことなく、金属部により支持されると共に、棒状構造発光素子で発生した熱を半導体層から金属部を介して基板に効率よく放熱することができる。
【００２６】
また、この発明のバックライトでは、
上記のいずれか１つの発光装置を備えたことを特徴とする。
【００２７】
上記構成によれば、上記発光装置を用いることにより発光効率が高く省電力な放熱性のよいバックライトを実現できる。また、上記発光装置に微細な棒状構造発光素子を用いることにより、使用する半導体の量を少なくでき、薄型化と軽量化を実現できる。
【００２８】
また、この発明の照明装置では、
上記のいずれか１つの発光装置を備えたことを特徴とする。
【００２９】
上記構成によれば、上記発光装置を用いることにより発光効率が高く省電力な放熱性のよい照明装置を実現できる。また、上記発光装置に微細な棒状構造発光素子を用いることにより、使用する半導体の量を少なくでき、薄型化と軽量化を実現できる。
【００３０】
また、この発明の表示装置では、
上記のいずれか１つの発光装置を備えたことを特徴とする。
【００３１】
上記構成によれば、上記発光装置を用いることにより発光効率が高く省電力な放熱性のよい表示装置を実現できる。また、上記発光装置に微細な棒状構造発光素子を用いることにより、使用する半導体の量を少なくでき、薄型化と軽量化を実現できる。
【発明の効果】
【００３２】
以上より明らかなように、この発明の発光装置によれば、光の取り出し効率が高くかつ放熱性のよい発光装置を実現することができる。
【００３３】
また、この発明のバックライトによれば、発光効率が高く省電力な放熱性のよいバックライトを実現することができる。
【００３４】
また、この発明の照明装置によれば、発光効率が高く省電力な放熱性のよい照明装置を実現することができる。
【００３５】
また、この発明の表示装置によれば、発光効率が高く省電力な放熱性のよい表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１はこの発明の第１実施形態の発光装置の斜視図である。
【図２】図２はこの発明の第２実施形態の発光装置の斜視図である。
【図３】図３はこの発明の第３実施形態の発光装置の斜視図である。
【図４】図４はこの発明の第４実施形態の発光装置の斜視図である。
【図５】図５はこの発明の第５実施形態の発光装置の側面図である。
【図６】図６はこの発明の第６実施形態の発光装置の側面図である。
【図７】図７は上記発光装置の断面図である。
【図８】図８は上記発光装置の他の例の断面図である。
【図９】図９は上記発光装置の他の例の断面図である。
【図１０】図１０はこの発明の第７実施形態の発光装置の側面図である。
【図１１】図１１は上記発光装置の斜視図である。
【図１２】図１２はバックライト、照明装置および表示装置に用いる発光装置の絶縁性基板の平面図である。
【図１３】図１３は図１２のXIII−XIII線から見た断面模式図である。
【図１４】図１４は上記棒状構造発光素子を配列する原理を説明する図である。
【図１５】図１５は上記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図である。
【図１６】図１６は上記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１７】図１７は上記表示装置の平面図である。
【図１８】図１８は上記表示装置の表示部の要部の回路図である。
【図１９】図１９はこの発明の第８実施形態の発光装置の平面図である。
【図２０】図２０は上記発光装置の斜視図である。
【図２１】図２１は上記発光装置において、隣接する棒状構造発光素子が逆向きの状態の要部の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、この発明の発光装置、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。
【００３８】
〔第１実施形態〕
図１はこの発明の第１実施形態の発光装置の斜視図を示している。この第１実施形態の発光装置は、図１に示すように、絶縁性基板１６と、絶縁性基板１６上に長手方向が絶縁性基板１６の実装面に平行になるように実装された棒状構造発光素子１０とを備えている。上記棒状構造発光素子１０は、断面がほぼ六角形の棒状のｎ型ＧaＮからなる半導体コア１１と、上記半導体コア１１の一部を覆うように形成されたｐ型ＧaＮからなる半導体層１２とを有する。上記半導体コア１１は、一端側の外周面が露出する露出部分１１aが形成されている。また、半導体コア１１の他端側の端面は、半導体層１２に覆われている。
【００３９】
上記棒状構造発光素子１０の長手方向が絶縁性基板１６の実装面に平行になるように絶縁性基板１６に実装された棒状構造発光素子１０は、半導体層１２の外周面と絶縁性基板１６の実装面とが接触しているので、棒状構造発光素子１０で発生した熱を半導体層１２から絶縁性基板１６に効率よく放熱することができる。したがって、複数配置しても隣接する棒状発光素子に吸収されにくく、立設された従来技術に比べ光の取り出し効率が高くかつ放熱性のよい発光装置を実現することができる。また、上記発光装置では、絶縁性基板１６上に棒状構造発光素子１０を横倒しに配置しているので、絶縁性基板１６を含めた厚さを薄くできる。
【００４０】
上記棒状構造発光素子１０は、次のように製造する。
【００４１】
まず、ｎ型ＧaＮからなる基板上に、成長穴を有するマスクを形成する。マスクには、酸化シリコン(ＳiＯ2)あるいは窒化シリコン(Ｓi3Ｎ4)など半導体コア１１および半導体層１２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。
【００４２】
次に、マスクの成長穴により露出した基板上に、ＭＯＣＶＤ(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長)装置を用いて、ｎ型ＧaＮを結晶成長させて棒状の半導体コア１１を形成する。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(Ｈ2)を供給することによって、Ｓｉを不純物としたｎ型ＧaＮの半導体コアを成長させることができる。この際、成長する半導体コア１１の直径は、上記マスクの成長穴の径で決めることができる。成長したｎ型ＧaＮは、六方晶系の結晶成長となり、基板表面に対して垂直方向をｃ軸方向にして成長させることにより、六角柱形状の半導体コアが得られる。
【００４３】
次に、棒状の半導体コア１１を覆うように基板全面にｐ型ＧaＮからなる半導体層を形成する。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。
【００４４】
次に、リフトオフにより半導体コアを覆う半導体層の部分を除く領域とマスクを除去して、棒状の半導体コア１１の基板側の外周面を露出させて露出部分１１aを形成する。この状態で、上記半導体コア１１の基板と反対の側の端面は、半導体層１２により覆われている。マスクが酸化シリコン(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、容易に半導体コアおよび半導体コアを覆う半導体層部分に影響を与えずにマスクをエッチングすることができ、マスクとともにマスク上の半導体コアを覆う半導体層の部分を除く領域をリフトオフにより除去することができる。この実施形態においては、除去されたマスクの膜厚によって、半導体コア１１の露出部分１１aの長さが決まる。この実施形態の露出工程では、リフトオフを用いたがエッチングにより半導体コアの一部を露出させてもよい。
【００４５】
次に、イソプロピルアルコール(ＩＰＡ)水溶液中に基板を浸し、超音波(例えば数１０ＫＨz)を用いて基板を基板平面に沿って振動させることにより、基板上に立設する半導体コア１１の基板側に近い根元を折り曲げるように、半導体層１２に覆われた半導体コア１１に対して応力が働いて、半導体層１２に覆われた半導体コア１１が基板から切り離される。
【００４６】
こうして、ｎ型ＧaＮからなる基板から切り離な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。ｎ型ＧaＮからなる基板から切り離なされた棒状構造発光素子はＩＰＡ水溶液中に分散した状態で得られるので、この分散液を絶縁性基板１６の実装面に塗布して、乾燥させることで、絶縁性基板１６の実装面に平行になるように配置することができる。
【００４７】
さらに、上記棒状構造発光素子は、半導体層１２が半導体コア１１の外周面から半径方向外向に結晶成長し、径方向の成長距離が短くかつ欠陥が外向に逃げるため、結晶欠陥の少ない半導体層１２により半導体コア１１を覆うことができる。したがって、特性の良好な棒状構造発光素子を実現することができる。
【００４８】
上記構成の棒状構造発光素子によれば、棒状のｎ型ＧaＮからなる半導体コア１１を覆うように、かつ、半導体コア１１の一部の外周面が露出するようにｐ型ＧaＮからなる半導体層１２を形成することによって、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、半導体コア１１の露出部分１１aをｎ側電極に接続し、半導体コア１１を覆う半導体層１２の部分にｐ側電極を接続することが可能となる。この棒状構造発光素子は、半導体コア１１の露出部分１１aにｎ側電極を接続し、半導体層１２にｐ側電極を接続して、半導体コア１１の外周面と半導体層１２の内周面とのｐｎ接合部で電子と正孔の再結合が起きるようにｐ側電極からｎ側電極に電流を流すことにより、ｐｎ接合部から光が放出される。この棒状構造発光素子では、半導体層１２で覆われた半導体コア１１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、発光効率が高い。したがって、簡単な構成で電極接続が容易にできる発光効率の高い微細な棒状構造発光素子を実現することができる。また、上記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。
【００４９】
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２０μｍのマイクロオーダーサイズや、直径または長さのうちの少なくとも直径が１μｍ未満のナノオーダーサイズの素子である。また、上記棒状構造発光素子は、使用する半導体の量を少なくでき、発光素子を用いた装置の薄型化と軽量化が可能なバックライト,照明装置および表示装置などを実現することができる。
【００５０】
また、上記半導体コア１１の半導体層１２に覆われた領域の外周面と半導体コア１１の露出領域の外周面とが連続していることによって、半導体コア１１の露出領域が半導体層１２の外径よりも細くなっているので、製造工程において基板上に立設するように形成された半導体コア１１の露出領域の基板側で折れやすくなり、製造が容易になる。
【００５１】
また、上記半導体コア１１の一端側の外周面が、例えば５μｍ程度露出していることによって、リフトオフ法やナノインプリント法など通常の加工精度を有する公知の半導体プロセスを用いて、容易に半導体コア１１の一端側の外周面の露出部分１１aに一方の電極(配線)を接続し、半導体コア１１の他端側の半導体層１２に電極(配線)を接続することが可能となり、両端に電極を離して接続でき、半導体層１２に接続する電極と半導体コア１１の露出部分が短絡するのを容易に防止することができる。
【００５２】
また、上記半導体コア１１の他端側の端面を半導体層１２により覆っていることにより、半導体コア１１の露出部分１１aと反対の側の端面を覆う半導体層１２の部分に、半導体コア１１と短絡させることなく電極を容易に接続できる。これにより、微細な棒状構造発光素子の両端に電極を容易に接続することが可能となる。
【００５３】
また、上記半導体コア１１の半導体層１２に覆われた領域の外周面と半導体コア１１の露出領域の外周面とが連続していることによって、半導体コア１１の露出領域が半導体層１２の外径よりも細くなっているので、製造工程において基板上に立設するように形成された半導体コア１１の露出領域の基板側で折れやすくなり、製造が容易になる。
【００５４】
〔第２実施形態〕
図２はこの発明の第２実施形態の発光装置の斜視図を示している。この第２実施形態の発光装置は、図２に示すように、絶縁性基板２６と、絶縁性基板２６上に長手方向が絶縁性基板２６の実装面に平行になるように実装された棒状構造発光素子２０とを備えている。上記棒状構造発光素子２０は、断面がほぼ六角形の棒状のｎ型ＧaＮからなる半導体コア２１と、上記半導体コア２１の一部を覆うように形成されたｐ型ＩnＧaＮからなる量子井戸層２２と、上記量子井戸層２２を覆うように形成されたｐ型ＧaＮからなる半導体層２３とを有する。上記半導体コア２１は、一端側の外周面が露出する露出部分２１aが形成されている。また、半導体コア２１の他端側の端面は、量子井戸層２２と半導体層２３に覆われている。
【００５５】
上記第２実施形態の発光装置では、第１実施形態の発光装置の棒状構造発光素子と同様に、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、ｎ型ＧaＮからなる基板上にｎ型ＧaＮを結晶成長させて棒状の半導体コア２１を形成する。
【００５６】
上記第２実施形態の発光装置は、第１実施形態の発光装置と同様の効果を有する。
【００５７】
また、上記半導体コア２１と半導体層２３との間に量子井戸層２２を形成することによって、量子井戸層２２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。ＭＯＣＶＤ装置内で前述のようにｎ型ＧａＮの半導体コア２１を成長させた後、発光波長に応じて設定温度を６００℃から８００℃に変更し、キャリアガスに窒素(Ｎ2)、成長ガスにＴＭＧおよびＮＨ3、トリメチルインジウム(ＴＭＩ)を供給することで、ｎ型ＧaＮの半導体コア２１上にＩnＧaＮ量子井戸層２２を形成することができる。その後、さらに設定温度を９６０℃にし、前述のように、成長ガスとしてＴＭＧおよびＮＨ3を使用し、ｐ型不純物供給用にＣp2Ｍgを用いることによってｐ型ＧaＮからなる半導体層２３を形成することができる。なお、この量子井戸層は、ＩnＧaＮ層とｐ型ＧaＮ層の間に電子ブロック層としてｐ型ＡlＧaＮ層を入れてもよい、また、ＧaＮの障壁層とＩnＧaＮの量子井戸層を積層した多重量子井戸構造であってもよい。
【００５８】
〔第３実施形態〕
図３はこの発明の第３実施形態の発光装置の斜視図を示している。この第３実施形態の発光装置は、図３に示すように、絶縁性基板３６と、絶縁性基板３６上に長手方向が絶縁性基板３６の実装面に平行になるように実装された棒状構造発光素子３０とを備えている。上記棒状構造発光素子３０は、断面がほぼ六角形の棒状のｎ型ＧaＮからなる半導体コア３１と、上記半導体コア３１の一部を覆うように形成されたｐ型ＧaＮからなる半導体層３２と、上記半導体層３２を覆うように形成された透明電極３３とを備えている。上記半導体コア３１は、一端側の外周面が露出する露出部分３１aが形成されている。また、半導体コア３１の他端側の端面は、半導体層３２と透明電極３３に覆われている。上記透明電極３３は、膜厚２００ｎｍのＩＴＯ(錫添加酸化インジウム)により形成されている。ＭＯＣＶＤ装置でｐ型ＧaＮからなる半導体層３２まで形成した後、ｎ型ＧaＮからなる基板ごとＭＯＣＶＤ装置から蒸着装置、あるいはスパッタ装置に移して半導体層３２を覆うようにＩＴＯを成膜する。ＩＴＯ膜の成膜後、５００℃から６００℃で熱処理を行うことにより、ｐ型ＧaＮからなる半導体層３２とＩＴＯからなる透明電極３３間の抵抗を下げることができる。なお、透明電極は、これに限らず、例えば厚さ５ｎｍのＡg／Ｎiの積層金属膜などを用いてもよい。Ａg／Ｎiの積層金属膜の成膜には蒸着法あるいはスパッタ法を用いることができる。より電極層の抵抗を下げるために、上記ＩＴＯを成膜後にＡg／Ｎiの積層金属膜を積層してもよい。
【００５９】
上記透明電極３４の半導体コア３１の露出部分３１aと反対の側の端に電極(または配線)を接続することにより、その電極と半導体コア３１とが短絡するのを容易に防止できると共に、透明電極３４に接続される電極(または配線)を太くできるので、電極(または配線)を介して熱を効率よく放熱できる。
【００６０】
また、上記棒状構造発光素子３０は、半導体コア３１の露出部分３１aにｎ側電極(図示せず)を接続し、他端側の透明電極３４にｐ側電極(図示せず)を接続している。ｐ側電極が透明電極３４の端に接続されているので、発光領域を電極で遮る面積を最小限にでき、光の取り出し効率を高めることができる。
【００６１】
上記第３実施形態の棒状構造発光素子では、第１実施形態の発光装置の棒状構造発光素子と同様に、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、ｎ型ＧaＮからなる基板上にｎ型ＧaＮを結晶成長させて棒状の半導体コア３１を形成する。
【００６２】
上記第３実施形態の発光装置は、第１実施形態の発光装置と同様の効果を有する。
【００６３】
また、上記半導体層３２を覆うように透明電極３３を形成することによって、半導体層３２を透明電極３３を介して電極に接続することにより、電極接続部分に電流が集中して偏ることがなく、広い電流経路を形成して、素子全体を発光させることができ、発光効率がさらに向上する。特に、ｎ型半導体からなる半導体コアとｐ型半導体からなる半導体層の構成では、ｐ型半導体からなる半導体層が不純物濃度を上げにくく抵抗が大きいため電極接続部分に電流が集中しやすいが、透明電極により広い電流経路を形成して、素子全体を発光させることができ、発光効率がさらに向上する。
【００６４】
〔第４実施形態〕
図４はこの発明の第４実施形態の発光装置の斜視図を示している。この第４実施形態の発光装置は、図４に示すように、絶縁性基板４６と、絶縁性基板４６上に長手方向が絶縁性基板４６の実装面に平行になるように実装された棒状構造発光素子４０とを備えている。上記棒状構造発光素子４０は、断面がほぼ六角形の棒状のｎ型ＧaＮからなる半導体コア４１と、上記半導体コア４１の一部を覆うように形成されたｐ型ＩnＧaＮからなる量子井戸層４２と、上記量子井戸層４２を覆うように形成されたｐ型ＧaＮからなる半導体層４３と、上記半導体層４３を覆うように形成された透明電極４４とを備えている。上記半導体コア４１は、一端側の外周面が露出する露出部分４１aが形成されている。また、半導体コア４１の他端側の端面は、量子井戸層４２と半導体層４３と透明電極４４に覆われている。上記透明電極４３は、ＩＴＯ(錫添加酸化インジウム)により形成されている。なお、透明電極は、これに限らず、例えば厚さ５ｎｍのＡg／Ｎiの積層金属膜などを用いてもよい。
【００６５】
上記透明電極４４の半導体コア４１の露出部分４１aと反対の側の端に電極(または配線)を接続することにより、その電極が半導体コア４１側と短絡するのを容易に防止できると共に、透明電極４４に接続される電極(または配線)を太く、あるいは断面積を大きくできるので、電極(または配線)を介して熱を効率よく放熱できる。
【００６６】
また、上記棒状構造発光素子４０は、半導体コア４１の露出部分４１aにｎ側電極(図示せず)を接続し、他端側の透明電極４４にｐ側電極(図示せず)を接続している。ｐ側電極が透明電極の端に接続されているので、発光領域を電極で遮る面積を最小限にでき、光の取り出し効率を高めることができる。
【００６７】
上記第４実施形態の棒状構造発光素子では、第１実施形態の発光装置の棒状構造発光素子と同様に、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、ｎ型ＧaＮからなる基板上にｎ型ＧaＮを結晶成長させて棒状の半導体コア２１を形成する。
【００６８】
上記第４実施形態の発光装置は、第２実施形態の発光装置と同様の効果を有する。
【００６９】
また、上記半導体層４３を覆うように透明電極４４を形成することによって、半導体層４３を透明電極４４を介してｐ側電極に接続することにより、電極接続部分に電流が集中して偏ることがなく、広い電流経路を形成して、素子全体を発光させることができ、発光効率がさらに向上する。特に、ｎ型半導体からなる半導体コアとｐ型半導体からなる半導体層の構成では、ｐ型半導体からなる半導体層が不純物濃度を上げにくく抵抗が大きいため電極接続部分に電流が集中しやすいが、透明電極により広い電流経路を形成して、素子全体を発光させることができ、発光効率がさらに向上する。
【００７０】
〔第５実施形態〕
図５はこの発明の第５実施形態の発光装置の側面図を示している。この第５実施形態の発光装置は、図５に示すように、絶縁性基板５６と、絶縁性基板５６上に長手方向が絶縁性基板５６の実装面に平行になるように実装された棒状構造発光素子５０とを備えている。上記棒状構造発光素子５０は、断面がほぼ六角形の棒状のｎ型ＧaＮからなる半導体コア５１と、上記半導体コア５１の一部を覆うように形成されたｐ型ＧaＮからなる半導体層５２と、上記半導体層５２を覆うように形成された透明電極５３とを備えている。上記半導体コア５１は、一端側の外周面が露出する露出部分５１aが形成されている。上記透明電極５３上かつ絶縁性基板５６側にＡlからなる金属層５４を形成している。上記金属層５４は、透明電極５３の外周面の下側略半分を覆っている。また、半導体コア５１の他端側の端面は、半導体層５２と透明電極５３に覆われている。上記透明電極５３は、ＩＴＯにより形成されている。なお、透明電極は、これに限らず、例えば厚さ５ｎｍのＡg／Ｎiの積層金属膜などを用いてもよい。また、金属層５４は、Ａｌに限らず、Ｃu,Ｗ,Ａg,Ａuなどを用いてもよい。上記第５実施形態の棒状構造発光素子では、第３実施形態の発光装置の棒状構造発光素子と同様に、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、ｎ型ＧaＮからなる基板上にｎ型ＧaＮを結晶成長させて棒状の半導体コア５１を形成し、同ＭＯＣＶＤ装置内でｐ型ＧaＮからなる半導体層５２まで形成した後、蒸着装置に移して半導体層５２を覆うようにＩＴＯからなる透明電極５３を形成する。ＩＴＯ膜の成膜後の５００℃から６００℃で熱処理を行った後、蒸着装置に移し、透明電極５３を覆うようにＡlを成膜する。次いで、上記第１実施形態と同様に、リフトオフにより半導体コアを覆う半導体層、透明電極、およびＡl層、並びにマスクを取り除き、半導体コア５１の一部を露出させた後、超音波を利用してｎ型ＧaＮからなる基板から棒状構造発光素子を切り離す。そして、絶縁性基板５６の実装面に棒状構造発光素子の長手方向が平行に配置する。さらに、異方性ドライエッチングにより、上記Ａlからなる金属層のうち、透明電極５３上かつ絶縁性基板５６側ではない部分をエッチバックすることで、透明電極５３の外周面の下側略半分を覆う金属層５４を形成することができる。Ａlからなる金属層のエッチバックは、半導体プロセスで使用する公知のＡlのドライエッチング方法を使用することができる。
【００７１】
上記第５実施形態の発光装置は、第３実施形態の発光装置と同様の効果を有する。
【００７２】
上記透明電極５３上かつ絶縁性基板５６側に形成された金属層５４によって、棒状構造発光素子５０から絶縁性基板５６側に放射された光を金属層５４により反射するので、光の取り出し効率が向上する。
【００７３】
〔第６実施形態〕
図６はこの発明の第６実施形態の発光装置の側面図を示している。この第６実施形態の発光装置は、図６に示すように、絶縁性基板６６と、絶縁性基板６６上に長手方向が絶縁性基板６６の実装面に平行になるように実装された棒状構造発光素子６０とを備えている。上記棒状構造発光素子６０は、断面がほぼ六角形の棒状のｎ型ＧaＮからなる半導体コア６１と、上記半導体コア６１の一部を覆うように形成されたｐ型ＩnＧaＮからなる量子井戸層６２と、上記量子井戸層６２を覆うように形成されたｐ型ＧaＮからなる半導体層６３と、上記半導体層６３を覆うように形成された透明電極６４とを備えている。上記半導体コア６１は、一端側の外周面が露出する露出部分６１aが形成されている。上記透明電極６４上かつ絶縁性基板６６側にＡlからなる金属層６５を形成している。上記金属層６５は、透明電極６４の外周面の下側略半分を覆っている。上記透明電極６４は、ＩＴＯにより形成されている。なお、透明電極は、これに限らず、例えば厚さ５ｎｍのＡg／Ｎiの積層金属膜などを用いてもよい。また、金属層６５は、Ａｌに限らず、Ｃu,Ｗ,Ａg,Ａuなどを用いてもよい。
【００７４】
また、図７は上記発光装置の断面図を示しており、半導体コア６１の他端側の端面は、量子井戸層６２と半導体層６３と透明電極６４に覆われている。
【００７５】
上記第６実施形態の発光装置は、第４実施形態の発光装置と同様の効果を有する。
【００７６】
上記透明電極６４上かつ絶縁性基板６６側に形成された金属層６５によって、棒状構造発光素子６０から絶縁性基板６６側に放射された光を金属層６５により反射するので、光の取り出し効率が向上する。
【００７７】
上記第１〜第６実施形態では、Ｓiをドープしたｎ型ＧaＮとＭgをドープしたｐ型ＧaＮとを用いたが、ＧaＮにドーピングする不純物はこれに限らない。ｎ型ではＧe、ｐ型ではＺnなどを用いることができる。
【００７８】
また、上記第１〜第６実施形態では、断面がほぼ六角形の棒状の半導体コアを有する棒状構造発光素子について説明したが、これに限らず、断面が円形または楕円の棒状であってもよいし、断面が三角形などの他の多角形状の棒状の半導体コアを有する棒状構造発光素子にこの発明を適用してもよい。成長方向や成長温度などの成長条件に依存するが、成長させる半導体コアの直径が数１０ｎｍから数１００ｎｍ程度の小さい場合に断面がほぼ円形に近い形状になりやすい傾向があり、直径が０．５μｍ程度から数μｍに大きくなると断面がほぼ六角形で成長させることが容易になる傾向がある。
【００７９】
例えば、図８に示すように、棒状構造発光素子７０は、断面がほぼ円形の棒状のｎ型ＧaＮからなる半導体コア７１と、上記半導体コア７１の一部を覆うように形成されたｐ型ＧaＮからなる半導体層７２と、上記半導体層７２を覆うように形成された透明電極７３とを備えている。上記半導体コア７１は、一端側の外周面が露出する露出部分７１aが形成されている。上記透明電極７３上かつ基板７６側にＡlからなる金属層７４を形成している。また、半導体コア７１の他端側の端面は、半導体層７２と透明電極７３に覆われている。
【００８０】
また、図９に示すように、棒状構造発光素子８０は、断面がほぼ円形の棒状のｎ型ＧaＮからなる半導体コア８１と、上記半導体コア８１の一部を覆うように形成されたｐ型ＩnＧaＮからなる量子井戸層８２と、上記量子井戸層８２を覆うように形成されたｐ型ＧaＮからなる半導体層８３と、上記半導体層８３を覆うように形成された透明電極８４とを備えている。上記半導体コア８１は、一端側の外周面が露出する露出部分８１aが形成されている。上記透明電極８４上かつ基板８６側にＡlからなる金属層８５を形成している。また、半導体コア８１の他端側の端面は、量子井戸層８２と半導体層８３と透明電極８４に覆われている。
【００８１】
〔第７実施形態〕
図１０はこの発明の第７実施形態の発光装置の側面図を示し、図１１は上記発光装置の斜視図を示している。この第７実施形態では、上記第１〜第６実施形態の発光装置の棒状構造発光素子のいずれか１つを用いる。図１１では、第２実施形態の発光装置の棒状構造発光素子と同一の構成の棒状構造発光素子を示している。
【００８２】
この第７実施形態の発光装置は、図１０,図１１に示すように、実装面に金属電極１５１,１５２が形成された絶縁性基板１５０と、上記絶縁性基板１５０上に長手方向が絶縁性基板１５０の実装面に平行になるように実装された棒状構造発光素子１６０とを備えている。
【００８３】
上記棒状構造発光素子１６０は、図１１に示すように、断面がほぼ六角形の棒状のｎ型ＧaＮからなる半導体コア１７１と、上記半導体コア１７１の一部を覆うように形成されたｐ型ＩnＧaＮからなる量子井戸層１７２と、上記量子井戸層１７２を覆うように形成されたｐ型ＧaＮからなる半導体層１７３とを有する。上記半導体コア１７１は、一端側の外周面が露出する露出部分１７１aが形成されている。また、半導体コア１７１の他端側の端面は、量子井戸層１７２と半導体層１７３に覆われている。
【００８４】
図１０,図１１に示すように、棒状構造発光素子１６０の一端側の露出部分１７１aが金属電極１５１に接続され、棒状構造発光素子１６０の他端側の半導体層１７３が金属電極１５２に接続されている。ここで、棒状構造発光素子１６０は、ＩＰＡ水溶液の乾燥時に、基板表面と棒状構造発光素子の隙間の液滴が蒸発により縮小する際に発生するスティクションにより中央部分が撓んで絶縁性基板１５０上に接している。
【００８５】
次に、上記棒状構造発光素子１６０を絶縁性基板１５０に配列させた発光装置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。この棒状構造発光素子１６０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。
【００８６】
図１２はこの第７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発光装置の絶縁性基板の平面図を示している。図１２に示すように、絶縁性基板１５０の表面に、金属電極１５１,１５２を形成している。絶縁性基板１５０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。
【００８７】
上記金属電極１５１,１５２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。
【００８８】
図１２では省略されているが、金属電極１５１,１５２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１５１,１５２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１２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。
【００８９】
図１３は図１２のXIII−XIII線から見た断面模式図である。
【００９０】
まず、図１３に示すように、絶縁性基板１５０上に、棒状構造発光素子１６０を含んだイソプロピルアルコール(ＩＰＡ)１６１を薄く塗布する。ＩＰＡ１６１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、ＩＰＡ１６１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。
【００９１】
ただし、液体を通じて金属電極１５１,１５２間に大きな電流が流れてしまうと、金属電極１５１,１５２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１５１,１５２を覆うように、絶縁性基板１５０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。
【００９２】
棒状構造発光素子１６０を含むＩＰＡ１６１を塗布する厚さは、次に棒状構造発光素子１６０を配列する工程で、棒状構造発光素子１６０が配列できるよう、液体中で棒状構造発光素子１６０が移動できる厚さである。したがって、ＩＰＡ１６１を塗布する厚さは、棒状構造発光素子１６０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１６０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１６０の量は、１×１０4本／ｃｍ3〜１×１０7本／ｃｍ3が好ましい。
【００９３】
棒状構造発光素子１６０を含むＩＰＡ１６１を塗布するために、棒状構造発光素子１６０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１６０を含むＩＰＡ１６１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１６０を含むＩＰＡ１６１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。
【００９４】
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１６０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。
【００９５】
次に、金属電極１５１,１５２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１５１,１５２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１６０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。
【００９６】
図１４は上記棒状構造発光素子１６０が金属電極１５１,１５２上に配列する原理を示している。図１４に示すように、金属電極１５１に電位ＶLを印加し、金属電極１５２に電位ＶR(ＶL＜ＶR)を印加すると、金属電極１５１には負電荷が誘起され、金属電極１５２には正電荷が誘起される。そこに棒状構造発光素子１６０が接近すると、棒状構造発光素子１６０において、金属電極１５１に近い側に正電荷が誘起され、金属電極１５２に近い側に負電荷が誘起される。この棒状構造発光素子１６０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１６０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１６０との間に静電力により引力が働き、棒状構造発光素子１６０は、金属電極１５１,１５２間に生じる電気力線に沿うと共に、各棒状構造発光素子１６０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、半導体層１２に覆われた半導体コア１１の露出部分１１a側の向きは一定にならず、ランダムになる(他の実施形態の棒状構造発光素子でも同様)。
【００９７】
以上のように、棒状構造発光素子１６０が金属電極１５１,１５２間に発生した外部電場により、棒状構造発光素子１６０に電荷を発生させ、電荷の引力により金属電極１５１,１５２に棒状構造発光素子１６０を吸着させるので、棒状構造発光素子１６０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１６０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１６０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。
【００９８】
棒状構造発光素子１６０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１５１,１５２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１６０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１６０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１５２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１６０の配列が非対象になる。
【００９９】
そのような場合は、図１５に示すように、金属電極１５１,１５２間にＡＣ電圧を印加することが好ましい。図１５においては、金属電極５1に基準電位を、金属電極１５２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１６０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１５２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１５１,１５２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。
【０１００】
次に、金属電極１５１,１５２上に、棒状構造発光素子１６０を配列させた後、絶縁性基板１５０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１６０を金属電極１５１,１５２間の電気力線に沿って等間隔に配列させて固着させる。
【０１０１】
上記発光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１５１,１５２を単位とする配列領域が形成された絶縁性基板１５０を作成し、その絶縁性基板１５０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１６０を含んだ液体を塗布する。その後、２つの電極１５１,１５２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１６０を２つの電極１５１,１５２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１６０を所定の絶縁性基板１５０上に容易に配列させることができる。
【０１０２】
また、上記発光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発光装置を製造することができる。また、上記棒状構造発光素子１６０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放熱性のよい発光装置を実現することができる。
【０１０３】
図１６は上記棒状構造発光素子１６０を配列した絶縁性基板１５０の平面図を示している。この棒状構造発光素子１６０を配列した絶縁性基板１５０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放熱性のよい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１６０を配列した絶縁性基板１５０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放熱性のよい照明装置を実現することができる。
【０１０４】
また、図１７は上記棒状構造発光素子１６０を配列した絶縁性基板を用いた発光装置を備えた表示装置の平面図を示している。図１７に示すように、表示装置２００は、絶縁性基板２１０上に、表示部２０１、論理回路部２０２、論理回路部２０３、論理回路部２０４および論理回路部２０５を備える構成となっている。上記表示部２０１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２６０を配列している。
【０１０５】
図１８は上記表示装置２００の表示部２０１の要部の回路図を示しており、上記表示装置２００の表示部２０１は、図１８に示すように、互いに交差する複数の走査信号線ＧＬ(図１８では１本のみを示す)と複数のデータ信号線ＳＬ(図１８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１６０)とを有している。
【０１０６】
上記棒状構造発光素子１６０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１６０が交互に発光することになる。
【０１０７】
〔第８実施形態〕
図１９はこの発明の第８実施形態の発光装置の側面図を示し、図２０は上記発光装置の斜視図を示している。この第８実施形態では、上記第１〜第７実施形態の発光装置の棒状構造発光素子のいずれか１つを用いる。図２０では、第２実施形態の発光装置の棒状構造発光素子と同一の構成の棒状構造発光素子を示している。
【０１０８】
この第８実施形態の発光装置は、図１９,図２０に示すように、実装面に金属電極１６１,１６２が形成された絶縁性基板１５０と、上記絶縁性基板１５０上に長手方向が絶縁性基板１５０の実装面に平行になるように実装された棒状構造発光素子１６０とを備えている。上記絶縁性基板１５０には、絶縁性基板１５０上の金属電極１６１,１６２間かつ棒状構造発光素子１６０の下側に金属部の一例としての第３の金属電極１６３を形成している。図２０では、金属電極１６１,１６２,１６３の一部のみを示している。
【０１０９】
上記棒状構造発光素子１６０は、図２０に示すように、断面がほぼ六角形の棒状のｎ型ＧaＮからなる半導体コア１７１と、上記半導体コア１７１の一部を覆うように形成されたｐ型ＩnＧaＮからなる量子井戸層１７２と、上記量子井戸層１７２を覆うように形成されたｐ型ＧaＮからなる半導体層１７３とを有する。上記半導体コア１７１は、一端側の外周面が露出する露出部分１７１aが形成されている。また、半導体コア１７１の他端側の端面は、量子井戸層１７２と半導体層１７３に覆われている。
【０１１０】
図１９,図２０に示すように、棒状構造発光素子１６０の一端側の露出部分１７１aが金属電極１６１に接続され、棒状構造発光素子１６０の他端側の半導体層１７３が金属電極１６２に接続されている。ここで、棒状構造発光素子１６０の中央部分が金属電極１６３に接続されている。
【０１１１】
また、絶縁性基板１５０上に所定の間隔をあけて形成された金属電極１６１,１６２間に棒状構造発光素子１６０の両端を接続し、絶縁性基板１５０上の金属電極１６１,１６２間かつ棒状構造発光素子１６０の下側に金属部を形成することによって、両端が金属電極１６１,１６２に接続された棒状構造発光素子１６０の中央側を第３の金属電極１６３の表面に接触させて支えるので、両持ちの棒状構造発光素子１６０が撓むことなく、金属電極１６３により支持されると共に、棒状構造発光素子１６０で発生した熱を半導体層１７３から金属電極１６３を介して絶縁性基板１５０に効率よく放熱することができる。
【０１１２】
なお、図２１に示すように、金属電極１６１と金属電極１６２夫々は、互いに所定の間隔をあけて略並行な基部１６１a,１６２aと、基部１６１a,１６２aの対向する位置から基部１６１a,１６２a間に延びる複数の電極部１６１b,１６２bを有する。金属電極１６１の電極部１６１bとされに対向する金属電極１６２の電極部１６２bに１つの棒状構造発光素子１６０が配列される。この金属電極１６１の電極部１６１bとそれに対向する金属電極１６２の電極部１６２bの間に、中央部分が狭くなった蝶形状の第３の金属電極１６３を絶縁性基板１５０上に形成している。
【０１１３】
上記互いに隣接する第３の金属電極１６３同士は、電気的に切り離されており、図２１に示すように、互いに隣接する棒状構造発光素子１６０の向きが逆になっても、金属電極１６３を介して金属電極１６１と金属電極１６２が短絡するのを防止できる。
【０１１４】
上記第１〜第８実施形態では、半導体コア１１,２１,３１,４１,５１,６１,７１,８１,１７１の一端側の外周面が露出した露出部分１１a,２１a,３１a,４１a,５１a,６１a,７１a,８１a,１７１aを有する棒状構造発光素子について説明したが、これに限らず、半導体コアの両端の外周面が露出した露出部分を有するものでもよいし、半導体コアの中央部分の外周面が露出した露出部分を有するものでもよい。
【０１１５】
また、上記第１〜第８実施形態では、半導体コア１１,２１,３１,４１,５１,６１,７１,８１,１７１と半導体層１２,２３,３２,４３,５２,６３,７２,８３,１７３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この発明を適用してもよい。また、半導体コアをｎ型とし、半導体層をｐ型としたが、導電型が逆の棒状構造発光素子にこの発明を適用してもよい。
【０１１６】
また、上記第１〜第４実施形態では、棒状構造発光素子の直径を１μｍとし長さを２０μｍのマイクロオーダーサイズとしたが、直径または長さのうちの少なくとも直径が１μｍ未満のナノオーダーサイズの素子でもよい。上記棒状構造発光素子の半導体コアの直径は５００ｎｍ以上かつ５０μｍ以下が好ましく、半導体コアの直径が数１０ｎｍ〜数１００ｎｍの棒状構造発光素子に比べて半導体コア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。
【０１１７】
また、上記第１〜第８実施形態では、ＭＯＣＶＤ装置を用いて半導体コア１１,２１,３１,４１,５１,６１,７１,８１,１７１を結晶成長させたが、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半導体コアを形成してもよい。また、成長穴を有するマスクを用いて半導体コア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、金属種から半導体コアを結晶成長させてもよい。
【０１１８】
また、上記第１〜第８実施形態の棒状構造発光素子１０,２０,３０,４０,５０,６０,７０,８０,１６０は、半導体層１２,２３,３２,４３,５２,６３,７２,８３,１７３に覆われた半導体コア１１,２１,３１,４１,５１,６１,７１,８１,１７１を、超音波を用いて基板から切り離したが、これに限らず、切断工具を用いて半導体コア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。
【０１１９】
また、上記第７実施形態では、絶縁性基板１５０の表面に形成された２つの金属電極１５１,１５２に電位差を与えて、金属電極１５１,１５２間に棒状構造発光素子１６０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８実施形態のような第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。
【０１２０】
また、上記第７実施形態では、発光装置を備えたバックライトと照明装置および表示装置について説明したが、これに限らず、他の装置に適用してもよい。
【０１２１】
この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記第１〜第８実施形態に限定されるものではなく、この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】
【０１２２】
１１,２１,３１,４１,５１,６１,７１,８１,１７１…半導体コア
１１a,２１a,３１a,４１a,５１a,６１a,７１a,８１a,１７１a…露出部分
１２,２３,３２,４３,５２,６３,７２,８３,１７３…半導体層
２２,４２,６２,８２,１７２…量子井戸層
３３,４４,５３,６４,７３,８４…透明電極
１６,２６,３６,４６,５６,６６,１５０…絶縁性基板
１５１,１５２,１６１,１６２,１６３…金属電極
１０,２０,３０,４０,５０,６０,７０,８０,１６０…棒状構造発光素子
２００…表示装置
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発光装置、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、基板上部に平坦な第１極性層を形成した後、第１極性層上に発光する活性層に相当するナノオーダーサイズの複数のロッドを形成し、さらにロッドを包む第２極性層を形成するものがある(例えば、特開２００６−３３２６５０号公報(特許文献１)参照)。この棒状構造発光素子は、活性層である複数のロッドから光が放出される。
【０００３】
ところが、上記棒状構造発光素子を備えた発光装置は、基板上に複数のロッドが立設された状態では、ほとんどの光が側方に放射されて、隣接するロッドに吸収されてしまうため、光の取り出し効率が低下するという問題がある。また、上記棒状構造発光素子では、複数のロッドが基板上に立設されているため、放熱効率が悪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２００６−３３２６５０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、この発明の課題は、光の取り出し効率が高くかつ放熱性のよい発光装置を提供することにある。
【０００６】
また、この発明の課題は、上記発光装置を用いることにより発光効率が高く省電力な放熱性のよいバックライトを提供することにある。
【０００７】
また、この発明の課題は、上記発光装置を用いることにより発光効率が高く省電力な放熱性のよい照明装置を提供することにある。
【０００８】
また、この発明の課題は、上記発光装置を用いることにより発光効率が高く省電力な放熱性のよい表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、この発明の発光装置は、
棒状の第１導電型の半導体コアと、上記半導体コアを覆うように形成された第２導電型の半導体層とを有すると共に、上記半導体コアの長手方向の一部において上記半導体コアの外周面が露出した棒状構造発光素子と、
上記棒状構造発光素子の長手方向が実装面に平行になるように上記棒状構造発光素子が実装された基板と
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、棒状の第１導電型の半導体コアと、半導体コアを覆うように形成された第２導電型の半導体層とを有すると共に、半導体コアの一部の外周面が露出した棒状構造発光素子を、その棒状構造発光素子の長手方向が基板の実装面に平行になるように基板に実装する。この棒状構造発光素子は、半導体コアの露出部分に一方の電極を接続し、半導体層に他方の電極を接続して、半導体コアの外周面と半導体層の内周面とのｐｎ接合部で電子と正孔の再結合が起きるように電極間に電流を流すことにより、ｐｎ接合部すなわち半導体コアの全周から光が放出される。これにより、上記棒状構造発光素子は、発光領域が広くなるので、発光効率が高い。また、上記棒状構造発光素子の長手方向が基板の実装面に平行になるように基板に実装された棒状構造発光素子は、半導体層の外周面と基板の実装面とが接触するので、棒状構造発光素子で発生した熱を半導体層から基板に効率よく放熱することができる。したがって、発光効率が高くかつ放熱性のよい発光装置を実現できる。また、上記発光装置では、基板上に棒状構造発光素子を横倒しに配置しているので、基板を含めた厚さを薄くできる。上記発光装置において、例えば直径が１μｍで長さ１０μｍのマイクロオーダーサイズや、直径または長さのうちの少なくとも直径が１μｍ未満のナノオーダーサイズの微細な棒状構造発光素子を用いることにより、使用する半導体の量を少なくでき、この発光装置を用いて薄型化と軽量化が可能なバックライト,照明装置および表示装置などを実現することができる。
【００１１】
また、一実施形態の発光装置では、
上記基板上に所定の間隔をあけて電極が形成され、
上記基板上の上記一方の電極に上記棒状構造発光素子の上記半導体コアの露出部分が接続されると共に、上記基板上の上記他方の電極に上記棒状構造発光素子の上記半導体層が接続されている。
【００１２】
また、一実施形態の発光装置では、
上記棒状構造発光素子は、上記半導体層と電気的に接続され、上記半導体層を覆うように形成された透明電極をさらに有する。
【００１３】
上記実施形態によれば、半導体層を覆うように透明電極を形成することによって、半導体層を透明電極を介して電極に接続することにより、電極接続部分に電流が集中して偏ることがなく、透明電極を介した広い電流経路を形成して、素子全体を発光させることができ、発光効率がさらに向上する。
【００１４】
また、一実施形態の発光装置では、
上記半導体コアの一端側の外周面が露出している。
【００１５】
上記実施形態によれば、半導体コアの一端側の外周面が露出していることによって、半導体コアの一端側の外周面の露出部分に一方の電極を接続し、半導体コアの他端側の半導体層に電極を接続することが可能となり、両端に電極を離して接続でき、半導体層に接続する電極と半導体コアの露出部分が短絡するのを容易に防止できる。
【００１６】
また、一実施形態の発光装置では、
上記半導体コアの他端側の端面を上記半導体層により覆っている。
【００１７】
上記実施形態によれば、半導体コアの他端側の端面を半導体層により覆っていることにより、半導体コアの露出領域と反対の側の端面を覆う半導体層の部分に、半導体コアと短絡させることなく電極を容易に接続できる。これにより、微細な棒状構造発光素子の両端に電極を容易に接続することが可能となる。
【００１８】
また、一実施形態の発光装置では、
上記半導体コアの露出領域の外周面が、上記半導体層に覆われた領域の最外周面の延長面と略一致している。
【００１９】
上記実施形態によれば、半導体コアの露出領域の外周面が、半導体層に覆われた領域の最外周面の延長面と略一致していることによって、微細な棒状構造発光素子を、電極が形成された絶縁性基板上に基板平面に対して長手方向が平行になるように実装するとき、半導体層の外周面と半導体コアの外周面の露出部分との間に段差がないので、半導体コアの露出部分と電極とを確実かつ容易に接続することが可能となる。
【００２０】
また、一実施形態の発光装置では、
上記棒状構造発光素子の上記半導体コアと上記半導体層との間に量子井戸層を形成した。
【００２１】
上記実施形態によれば、半導体コアと半導体層との間に量子井戸層を形成することによって、量子井戸層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。
【００２２】
また、一実施形態の発光装置では、
上記棒状構造発光素子の上記透明電極上かつ上記基板側に金属層を形成した。
【００２３】
上記実施形態によれば、透明電極上かつ基板側に形成された金属層によって、棒状構造発光素子から基板側に放射された光を金属層により反射するので、光の取り出し効率が向上する。
【００２４】
また、一実施形態の発光装置では、
上記基板上の上記電極間かつ上記棒状構造発光素子の下側に金属部を形成した。
【００２５】
上記実施形態によれば、基板上に所定の間隔をあけて形成された電極間に棒状構造発光素子の一端側の露出部分と他端側の半導体層を接続し、基板上の電極間かつ棒状構造発光素子の下側に金属部を形成することによって、両端が電極に接続された棒状構造発光素子の中央側を金属部の表面に接触させて支えるので、両持ちの棒状構造発光素子が撓むことなく、金属部により支持されると共に、棒状構造発光素子で発生した熱を半導体層から金属部を介して基板に効率よく放熱することができる。
【００２６】
また、この発明のバックライトでは、
上記のいずれか１つの発光装置を備えたことを特徴とする。
【００２７】
上記構成によれば、上記発光装置を用いることにより発光効率が高く省電力な放熱性のよいバックライトを実現できる。また、上記発光装置に微細な棒状構造発光素子を用いることにより、使用する半導体の量を少なくでき、薄型化と軽量化を実現できる。
【００２８】
また、この発明の照明装置では、
上記のいずれか１つの発光装置を備えたことを特徴とする。
【００２９】
上記構成によれば、上記発光装置を用いることにより発光効率が高く省電力な放熱性のよい照明装置を実現できる。また、上記発光装置に微細な棒状構造発光素子を用いることにより、使用する半導体の量を少なくでき、薄型化と軽量化を実現できる。
【００３０】
また、この発明の表示装置では、
上記のいずれか１つの発光装置を備えたことを特徴とする。
【００３１】
上記構成によれば、上記発光装置を用いることにより発光効率が高く省電力な放熱性のよい表示装置を実現できる。また、上記発光装置に微細な棒状構造発光素子を用いることにより、使用する半導体の量を少なくでき、薄型化と軽量化を実現できる。
【発明の効果】
【００３２】
以上より明らかなように、この発明の発光装置によれば、光の取り出し効率が高くかつ放熱性のよい発光装置を実現することができる。
【００３３】
また、この発明のバックライトによれば、発光効率が高く省電力な放熱性のよいバックライトを実現することができる。
【００３４】
また、この発明の照明装置によれば、発光効率が高く省電力な放熱性のよい照明装置を実現することができる。
【００３５】
また、この発明の表示装置によれば、発光効率が高く省電力な放熱性のよい表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１はこの発明の第１実施形態の発光装置の斜視図である。
【図２】図２はこの発明の第２実施形態の発光装置の斜視図である。
【図３】図３はこの発明の第３実施形態の発光装置の斜視図である。
【図４】図４はこの発明の第４実施形態の発光装置の斜視図である。
【図５】図５はこの発明の第５実施形態の発光装置の側面図である。
【図６】図６はこの発明の第６実施形態の発光装置の側面図である。
【図７】図７は上記発光装置の断面図である。
【図８】図８は上記発光装置の他の例の断面図である。
【図９】図９は上記発光装置の他の例の断面図である。
【図１０】図１０はこの発明の第７実施形態の発光装置の側面図である。
【図１１】図１１は上記発光装置の斜視図である。
【図１２】図１２はバックライト、照明装置および表示装置に用いる発光装置の絶縁性基板の平面図である。
【図１３】図１３は図１２のXIII−XIII線から見た断面模式図である。
【図１４】図１４は上記棒状構造発光素子を配列する原理を説明する図である。
【図１５】図１５は上記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図である。
【図１６】図１６は上記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１７】図１７は上記表示装置の平面図である。
【図１８】図１８は上記表示装置の表示部の要部の回路図である。
【図１９】図１９はこの発明の第８実施形態の発光装置の平面図である。
【図２０】図２０は上記発光装置の斜視図である。
【図２１】図２１は上記発光装置において、隣接する棒状構造発光素子が逆向きの状態の要部の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、この発明の発光装置、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。
【００３８】
〔第１実施形態〕
図１はこの発明の第１実施形態の発光装置の斜視図を示している。この第１実施形態の発光装置は、図１に示すように、絶縁性基板１６と、絶縁性基板１６上に長手方向が絶縁性基板１６の実装面に平行になるように実装された棒状構造発光素子１０とを備えている。上記棒状構造発光素子１０は、断面がほぼ六角形の棒状のｎ型ＧaＮからなる半導体コア１１と、上記半導体コア１１の一部を覆うように形成されたｐ型ＧaＮからなる半導体層１２とを有する。上記半導体コア１１は、一端側の外周面が露出する露出部分１１aが形成されている。また、半導体コア１１の他端側の端面は、半導体層１２に覆われている。
【００３９】
上記棒状構造発光素子１０の長手方向が絶縁性基板１６の実装面に平行になるように絶縁性基板１６に実装された棒状構造発光素子１０は、半導体層１２の外周面と絶縁性基板１６の実装面とが接触しているので、棒状構造発光素子１０で発生した熱を半導体層１２から絶縁性基板１６に効率よく放熱することができる。したがって、複数配置しても隣接する棒状発光素子に吸収されにくく、立設された従来技術に比べ光の取り出し効率が高くかつ放熱性のよい発光装置を実現することができる。また、上記発光装置では、絶縁性基板１６上に棒状構造発光素子１０を横倒しに配置しているので、絶縁性基板１６を含めた厚さを薄くできる。
【００４０】
上記棒状構造発光素子１０は、次のように製造する。
【００４１】
まず、ｎ型ＧaＮからなる基板上に、成長穴を有するマスクを形成する。マスクには、酸化シリコン(ＳiＯ2)あるいは窒化シリコン(Ｓi3Ｎ4)など半導体コア１１および半導体層１２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。
【００４２】
次に、マスクの成長穴により露出した基板上に、ＭＯＣＶＤ(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長)装置を用いて、ｎ型ＧaＮを結晶成長させて棒状の半導体コア１１を形成する。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(Ｈ2)を供給することによって、Ｓｉを不純物としたｎ型ＧaＮの半導体コアを成長させることができる。この際、成長する半導体コア１１の直径は、上記マスクの成長穴の径で決めることができる。成長したｎ型ＧaＮは、六方晶系の結晶成長となり、基板表面に対して垂直方向をｃ軸方向にして成長させることにより、六角柱形状の半導体コアが得られる。
【００４３】
次に、棒状の半導体コア１１を覆うように基板全面にｐ型ＧaＮからなる半導体層を形成する。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。
【００４４】
次に、リフトオフにより半導体コアを覆う半導体層の部分を除く領域とマスクを除去して、棒状の半導体コア１１の基板側の外周面を露出させて露出部分１１aを形成する。この状態で、上記半導体コア１１の基板と反対の側の端面は、半導体層１２により覆われている。マスクが酸化シリコン(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、容易に半導体コアおよび半導体コアを覆う半導体層部分に影響を与えずにマスクをエッチングすることができ、マスクとともにマスク上の半導体コアを覆う半導体層の部分を除く領域をリフトオフにより除去することができる。この実施形態においては、除去されたマスクの膜厚によって、半導体コア１１の露出部分１１aの長さが決まる。この実施形態の露出工程では、リフトオフを用いたがエッチングにより半導体コアの一部を露出させてもよい。
【００４５】
次に、イソプロピルアルコール(ＩＰＡ)水溶液中に基板を浸し、超音波(例えば数１０ＫＨz)を用いて基板を基板平面に沿って振動させることにより、基板上に立設する半導体コア１１の基板側に近い根元を折り曲げるように、半導体層１２に覆われた半導体コア１１に対して応力が働いて、半導体層１２に覆われた半導体コア１１が基板から切り離される。
【００４６】
こうして、ｎ型ＧaＮからなる基板から切り離な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。ｎ型ＧaＮからなる基板から切り離なされた棒状構造発光素子はＩＰＡ水溶液中に分散した状態で得られるので、この分散液を絶縁性基板１６の実装面に塗布して、乾燥させることで、絶縁性基板１６の実装面に平行になるように配置することができる。
【００４７】
さらに、上記棒状構造発光素子は、半導体層１２が半導体コア１１の外周面から半径方向外向に結晶成長し、径方向の成長距離が短くかつ欠陥が外向に逃げるため、結晶欠陥の少ない半導体層１２により半導体コア１１を覆うことができる。したがって、特性の良好な棒状構造発光素子を実現することができる。
【００４８】
上記構成の棒状構造発光素子によれば、棒状のｎ型ＧaＮからなる半導体コア１１を覆うように、かつ、半導体コア１１の一部の外周面が露出するようにｐ型ＧaＮからなる半導体層１２を形成することによって、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、半導体コア１１の露出部分１１aをｎ側電極に接続し、半導体コア１１を覆う半導体層１２の部分にｐ側電極を接続することが可能となる。この棒状構造発光素子は、半導体コア１１の露出部分１１aにｎ側電極を接続し、半導体層１２にｐ側電極を接続して、半導体コア１１の外周面と半導体層１２の内周面とのｐｎ接合部で電子と正孔の再結合が起きるようにｐ側電極からｎ側電極に電流を流すことにより、ｐｎ接合部から光が放出される。この棒状構造発光素子では、半導体層１２で覆われた半導体コア１１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、発光効率が高い。したがって、簡単な構成で電極接続が容易にできる発光効率の高い微細な棒状構造発光素子を実現することができる。また、上記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。
【００４９】
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２０μｍのマイクロオーダーサイズや、直径または長さのうちの少なくとも直径が１μｍ未満のナノオーダーサイズの素子である。また、上記棒状構造発光素子は、使用する半導体の量を少なくでき、発光素子を用いた装置の薄型化と軽量化が可能なバックライト,照明装置および表示装置などを実現することができる。
【００５０】
また、上記半導体コア１１の半導体層１２に覆われた領域の外周面と半導体コア１１の露出領域の外周面とが連続していることによって、半導体コア１１の露出領域が半導体層１２の外径よりも細くなっているので、製造工程において基板上に立設するように形成された半導体コア１１の露出領域の基板側で折れやすくなり、製造が容易になる。
【００５１】
また、上記半導体コア１１の一端側の外周面が、例えば５μｍ程度露出していることによって、リフトオフ法やナノインプリント法など通常の加工精度を有する公知の半導体プロセスを用いて、容易に半導体コア１１の一端側の外周面の露出部分１１aに一方の電極(配線)を接続し、半導体コア１１の他端側の半導体層１２に電極(配線)を接続することが可能となり、両端に電極を離して接続でき、半導体層１２に接続する電極と半導体コア１１の露出部分が短絡するのを容易に防止することができる。
【００５２】
また、上記半導体コア１１の他端側の端面を半導体層１２により覆っていることにより、半導体コア１１の露出部分１１aと反対の側の端面を覆う半導体層１２の部分に、半導体コア１１と短絡させることなく電極を容易に接続できる。これにより、微細な棒状構造発光素子の両端に電極を容易に接続することが可能となる。
【００５３】
また、上記半導体コア１１の半導体層１２に覆われた領域の外周面と半導体コア１１の露出領域の外周面とが連続していることによって、半導体コア１１の露出領域が半導体層１２の外径よりも細くなっているので、製造工程において基板上に立設するように形成された半導体コア１１の露出領域の基板側で折れやすくなり、製造が容易になる。
【００５４】
〔第２実施形態〕
図２はこの発明の第２実施形態の発光装置の斜視図を示している。この第２実施形態の発光装置は、図２に示すように、絶縁性基板２６と、絶縁性基板２６上に長手方向が絶縁性基板２６の実装面に平行になるように実装された棒状構造発光素子２０とを備えている。上記棒状構造発光素子２０は、断面がほぼ六角形の棒状のｎ型ＧaＮからなる半導体コア２１と、上記半導体コア２１の一部を覆うように形成されたｐ型ＩnＧaＮからなる量子井戸層２２と、上記量子井戸層２２を覆うように形成されたｐ型ＧaＮからなる半導体層２３とを有する。上記半導体コア２１は、一端側の外周面が露出する露出部分２１aが形成されている。また、半導体コア２１の他端側の端面は、量子井戸層２２と半導体層２３に覆われている。
【００５５】
上記第２実施形態の発光装置では、第１実施形態の発光装置の棒状構造発光素子と同様に、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、ｎ型ＧaＮからなる基板上にｎ型ＧaＮを結晶成長させて棒状の半導体コア２１を形成する。
【００５６】
上記第２実施形態の発光装置は、第１実施形態の発光装置と同様の効果を有する。
【００５７】
また、上記半導体コア２１と半導体層２３との間に量子井戸層２２を形成することによって、量子井戸層２２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。ＭＯＣＶＤ装置内で前述のようにｎ型ＧａＮの半導体コア２１を成長させた後、発光波長に応じて設定温度を６００℃から８００℃に変更し、キャリアガスに窒素(Ｎ2)、成長ガスにＴＭＧおよびＮＨ3、トリメチルインジウム(ＴＭＩ)を供給することで、ｎ型ＧaＮの半導体コア２１上にＩnＧaＮ量子井戸層２２を形成することができる。その後、さらに設定温度を９６０℃にし、前述のように、成長ガスとしてＴＭＧおよびＮＨ3を使用し、ｐ型不純物供給用にＣp2Ｍgを用いることによってｐ型ＧaＮからなる半導体層２３を形成することができる。なお、この量子井戸層は、ＩnＧaＮ層とｐ型ＧaＮ層の間に電子ブロック層としてｐ型ＡlＧaＮ層を入れてもよい、また、ＧaＮの障壁層とＩnＧaＮの量子井戸層を積層した多重量子井戸構造であってもよい。
【００５８】
〔第３実施形態〕
図３はこの発明の第３実施形態の発光装置の斜視図を示している。この第３実施形態の発光装置は、図３に示すように、絶縁性基板３６と、絶縁性基板３６上に長手方向が絶縁性基板３６の実装面に平行になるように実装された棒状構造発光素子３０とを備えている。上記棒状構造発光素子３０は、断面がほぼ六角形の棒状のｎ型ＧaＮからなる半導体コア３１と、上記半導体コア３１の一部を覆うように形成されたｐ型ＧaＮからなる半導体層３２と、上記半導体層３２を覆うように形成された透明電極３３とを備えている。上記半導体コア３１は、一端側の外周面が露出する露出部分３１aが形成されている。また、半導体コア３１の他端側の端面は、半導体層３２と透明電極３３に覆われている。上記透明電極３３は、膜厚２００ｎｍのＩＴＯ(錫添加酸化インジウム)により形成されている。ＭＯＣＶＤ装置でｐ型ＧaＮからなる半導体層３２まで形成した後、ｎ型ＧaＮからなる基板ごとＭＯＣＶＤ装置から蒸着装置、あるいはスパッタ装置に移して半導体層３２を覆うようにＩＴＯを成膜する。ＩＴＯ膜の成膜後、５００℃から６００℃で熱処理を行うことにより、ｐ型ＧaＮからなる半導体層３２とＩＴＯからなる透明電極３３間の抵抗を下げることができる。なお、透明電極は、これに限らず、例えば厚さ５ｎｍのＡg／Ｎiの積層金属膜などを用いてもよい。Ａg／Ｎiの積層金属膜の成膜には蒸着法あるいはスパッタ法を用いることができる。より電極層の抵抗を下げるために、上記ＩＴＯを成膜後にＡg／Ｎiの積層金属膜を積層してもよい。
【００５９】
上記透明電極３４の半導体コア３１の露出部分３１aと反対の側の端に電極(または配線)を接続することにより、その電極と半導体コア３１とが短絡するのを容易に防止できると共に、透明電極３４に接続される電極(または配線)を太くできるので、電極(または配線)を介して熱を効率よく放熱できる。
【００６０】
また、上記棒状構造発光素子３０は、半導体コア３１の露出部分３１aにｎ側電極(図示せず)を接続し、他端側の透明電極３４にｐ側電極(図示せず)を接続している。ｐ側電極が透明電極３４の端に接続されているので、発光領域を電極で遮る面積を最小限にでき、光の取り出し効率を高めることができる。
【００６１】
上記第３実施形態の棒状構造発光素子では、第１実施形態の発光装置の棒状構造発光素子と同様に、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、ｎ型ＧaＮからなる基板上にｎ型ＧaＮを結晶成長させて棒状の半導体コア３１を形成する。
【００６２】
上記第３実施形態の発光装置は、第１実施形態の発光装置と同様の効果を有する。
【００６３】
また、上記半導体層３２を覆うように透明電極３３を形成することによって、半導体層３２を透明電極３３を介して電極に接続することにより、電極接続部分に電流が集中して偏ることがなく、広い電流経路を形成して、素子全体を発光させることができ、発光効率がさらに向上する。特に、ｎ型半導体からなる半導体コアとｐ型半導体からなる半導体層の構成では、ｐ型半導体からなる半導体層が不純物濃度を上げにくく抵抗が大きいため電極接続部分に電流が集中しやすいが、透明電極により広い電流経路を形成して、素子全体を発光させることができ、発光効率がさらに向上する。
【００６４】
〔第４実施形態〕
図４はこの発明の第４実施形態の発光装置の斜視図を示している。この第４実施形態の発光装置は、図４に示すように、絶縁性基板４６と、絶縁性基板４６上に長手方向が絶縁性基板４６の実装面に平行になるように実装された棒状構造発光素子４０とを備えている。上記棒状構造発光素子４０は、断面がほぼ六角形の棒状のｎ型ＧaＮからなる半導体コア４１と、上記半導体コア４１の一部を覆うように形成されたｐ型ＩnＧaＮからなる量子井戸層４２と、上記量子井戸層４２を覆うように形成されたｐ型ＧaＮからなる半導体層４３と、上記半導体層４３を覆うように形成された透明電極４４とを備えている。上記半導体コア４１は、一端側の外周面が露出する露出部分４１aが形成されている。また、半導体コア４１の他端側の端面は、量子井戸層４２と半導体層４３と透明電極４４に覆われている。上記透明電極４３は、ＩＴＯ(錫添加酸化インジウム)により形成されている。なお、透明電極は、これに限らず、例えば厚さ５ｎｍのＡg／Ｎiの積層金属膜などを用いてもよい。
【００６５】
上記透明電極４４の半導体コア４１の露出部分４１aと反対の側の端に電極(または配線)を接続することにより、その電極が半導体コア４１側と短絡するのを容易に防止できると共に、透明電極４４に接続される電極(または配線)を太く、あるいは断面積を大きくできるので、電極(または配線)を介して熱を効率よく放熱できる。
【００６６】
また、上記棒状構造発光素子４０は、半導体コア４１の露出部分４１aにｎ側電極(図示せず)を接続し、他端側の透明電極４４にｐ側電極(図示せず)を接続している。ｐ側電極が透明電極の端に接続されているので、発光領域を電極で遮る面積を最小限にでき、光の取り出し効率を高めることができる。
【００６７】
上記第４実施形態の棒状構造発光素子では、第１実施形態の発光装置の棒状構造発光素子と同様に、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、ｎ型ＧaＮからなる基板上にｎ型ＧaＮを結晶成長させて棒状の半導体コア２１を形成する。
【００６８】
上記第４実施形態の発光装置は、第２実施形態の発光装置と同様の効果を有する。
【００６９】
また、上記半導体層４３を覆うように透明電極４４を形成することによって、半導体層４３を透明電極４４を介してｐ側電極に接続することにより、電極接続部分に電流が集中して偏ることがなく、広い電流経路を形成して、素子全体を発光させることができ、発光効率がさらに向上する。特に、ｎ型半導体からなる半導体コアとｐ型半導体からなる半導体層の構成では、ｐ型半導体からなる半導体層が不純物濃度を上げにくく抵抗が大きいため電極接続部分に電流が集中しやすいが、透明電極により広い電流経路を形成して、素子全体を発光させることができ、発光効率がさらに向上する。
【００７０】
〔第５実施形態〕
図５はこの発明の第５実施形態の発光装置の側面図を示している。この第５実施形態の発光装置は、図５に示すように、絶縁性基板５６と、絶縁性基板５６上に長手方向が絶縁性基板５６の実装面に平行になるように実装された棒状構造発光素子５０とを備えている。上記棒状構造発光素子５０は、断面がほぼ六角形の棒状のｎ型ＧaＮからなる半導体コア５１と、上記半導体コア５１の一部を覆うように形成されたｐ型ＧaＮからなる半導体層５２と、上記半導体層５２を覆うように形成された透明電極５３とを備えている。上記半導体コア５１は、一端側の外周面が露出する露出部分５１aが形成されている。上記透明電極５３上かつ絶縁性基板５６側にＡlからなる金属層５４を形成している。上記金属層５４は、透明電極５３の外周面の下側略半分を覆っている。また、半導体コア５１の他端側の端面は、半導体層５２と透明電極５３に覆われている。上記透明電極５３は、ＩＴＯにより形成されている。なお、透明電極は、これに限らず、例えば厚さ５ｎｍのＡg／Ｎiの積層金属膜などを用いてもよい。また、金属層５４は、Ａｌに限らず、Ｃu,Ｗ,Ａg,Ａuなどを用いてもよい。上記第５実施形態の棒状構造発光素子では、第３実施形態の発光装置の棒状構造発光素子と同様に、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、ｎ型ＧaＮからなる基板上にｎ型ＧaＮを結晶成長させて棒状の半導体コア５１を形成し、同ＭＯＣＶＤ装置内でｐ型ＧaＮからなる半導体層５２まで形成した後、蒸着装置に移して半導体層５２を覆うようにＩＴＯからなる透明電極５３を形成する。ＩＴＯ膜の成膜後の５００℃から６００℃で熱処理を行った後、蒸着装置に移し、透明電極５３を覆うようにＡlを成膜する。次いで、上記第１実施形態と同様に、リフトオフにより半導体コアを覆う半導体層、透明電極、およびＡl層、並びにマスクを取り除き、半導体コア５１の一部を露出させた後、超音波を利用してｎ型ＧaＮからなる基板から棒状構造発光素子を切り離す。そして、絶縁性基板５６の実装面に棒状構造発光素子の長手方向が平行に配置する。さらに、異方性ドライエッチングにより、上記Ａlからなる金属層のうち、透明電極５３上かつ絶縁性基板５６側ではない部分をエッチバックすることで、透明電極５３の外周面の下側略半分を覆う金属層５４を形成することができる。Ａlからなる金属層のエッチバックは、半導体プロセスで使用する公知のＡlのドライエッチング方法を使用することができる。
【００７１】
上記第５実施形態の発光装置は、第３実施形態の発光装置と同様の効果を有する。
【００７２】
上記透明電極５３上かつ絶縁性基板５６側に形成された金属層５４によって、棒状構造発光素子５０から絶縁性基板５６側に放射された光を金属層５４により反射するので、光の取り出し効率が向上する。
【００７３】
〔第６実施形態〕
図６はこの発明の第６実施形態の発光装置の側面図を示している。この第６実施形態の発光装置は、図６に示すように、絶縁性基板６６と、絶縁性基板６６上に長手方向が絶縁性基板６６の実装面に平行になるように実装された棒状構造発光素子６０とを備えている。上記棒状構造発光素子６０は、断面がほぼ六角形の棒状のｎ型ＧaＮからなる半導体コア６１と、上記半導体コア６１の一部を覆うように形成されたｐ型ＩnＧaＮからなる量子井戸層６２と、上記量子井戸層６２を覆うように形成されたｐ型ＧaＮからなる半導体層６３と、上記半導体層６３を覆うように形成された透明電極６４とを備えている。上記半導体コア６１は、一端側の外周面が露出する露出部分６１aが形成されている。上記透明電極６４上かつ絶縁性基板６６側にＡlからなる金属層６５を形成している。上記金属層６５は、透明電極６４の外周面の下側略半分を覆っている。上記透明電極６４は、ＩＴＯにより形成されている。なお、透明電極は、これに限らず、例えば厚さ５ｎｍのＡg／Ｎiの積層金属膜などを用いてもよい。また、金属層６５は、Ａｌに限らず、Ｃu,Ｗ,Ａg,Ａuなどを用いてもよい。
【００７４】
また、図７は上記発光装置の断面図を示しており、半導体コア６１の他端側の端面は、量子井戸層６２と半導体層６３と透明電極６４に覆われている。
【００７５】
上記第６実施形態の発光装置は、第４実施形態の発光装置と同様の効果を有する。
【００７６】
上記透明電極６４上かつ絶縁性基板６６側に形成された金属層６５によって、棒状構造発光素子６０から絶縁性基板６６側に放射された光を金属層６５により反射するので、光の取り出し効率が向上する。
【００７７】
上記第１〜第６実施形態では、Ｓiをドープしたｎ型ＧaＮとＭgをドープしたｐ型ＧaＮとを用いたが、ＧaＮにドーピングする不純物はこれに限らない。ｎ型ではＧe、ｐ型ではＺnなどを用いることができる。
【００７８】
また、上記第１〜第６実施形態では、断面がほぼ六角形の棒状の半導体コアを有する棒状構造発光素子について説明したが、これに限らず、断面が円形または楕円の棒状であってもよいし、断面が三角形などの他の多角形状の棒状の半導体コアを有する棒状構造発光素子にこの発明を適用してもよい。成長方向や成長温度などの成長条件に依存するが、成長させる半導体コアの直径が数１０ｎｍから数１００ｎｍ程度の小さい場合に断面がほぼ円形に近い形状になりやすい傾向があり、直径が０．５μｍ程度から数μｍに大きくなると断面がほぼ六角形で成長させることが容易になる傾向がある。
【００７９】
例えば、図８に示すように、棒状構造発光素子７０は、断面がほぼ円形の棒状のｎ型ＧaＮからなる半導体コア７１と、上記半導体コア７１の一部を覆うように形成されたｐ型ＧaＮからなる半導体層７２と、上記半導体層７２を覆うように形成された透明電極７３とを備えている。上記半導体コア７１は、一端側の外周面が露出する露出部分７１aが形成されている。上記透明電極７３上かつ基板７６側にＡlからなる金属層７４を形成している。また、半導体コア７１の他端側の端面は、半導体層７２と透明電極７３に覆われている。
【００８０】
また、図９に示すように、棒状構造発光素子８０は、断面がほぼ円形の棒状のｎ型ＧaＮからなる半導体コア８１と、上記半導体コア８１の一部を覆うように形成されたｐ型ＩnＧaＮからなる量子井戸層８２と、上記量子井戸層８２を覆うように形成されたｐ型ＧaＮからなる半導体層８３と、上記半導体層８３を覆うように形成された透明電極８４とを備えている。上記半導体コア８１は、一端側の外周面が露出する露出部分８１aが形成されている。上記透明電極８４上かつ基板８６側にＡlからなる金属層８５を形成している。また、半導体コア８１の他端側の端面は、量子井戸層８２と半導体層８３と透明電極８４に覆われている。
【００８１】
〔第７実施形態〕
図１０はこの発明の第７実施形態の発光装置の側面図を示し、図１１は上記発光装置の斜視図を示している。この第７実施形態では、上記第１〜第６実施形態の発光装置の棒状構造発光素子のいずれか１つを用いる。図１１では、第２実施形態の発光装置の棒状構造発光素子と同一の構成の棒状構造発光素子を示している。
【００８２】
この第７実施形態の発光装置は、図１０,図１１に示すように、実装面に金属電極１５１,１５２が形成された絶縁性基板１５０と、上記絶縁性基板１５０上に長手方向が絶縁性基板１５０の実装面に平行になるように実装された棒状構造発光素子１６０とを備えている。
【００８３】
上記棒状構造発光素子１６０は、図１１に示すように、断面がほぼ六角形の棒状のｎ型ＧaＮからなる半導体コア１７１と、上記半導体コア１７１の一部を覆うように形成されたｐ型ＩnＧaＮからなる量子井戸層１７２と、上記量子井戸層１７２を覆うように形成されたｐ型ＧaＮからなる半導体層１７３とを有する。上記半導体コア１７１は、一端側の外周面が露出する露出部分１７１aが形成されている。また、半導体コア１７１の他端側の端面は、量子井戸層１７２と半導体層１７３に覆われている。
【００８４】
図１０,図１１に示すように、棒状構造発光素子１６０の一端側の露出部分１７１aが金属電極１５１に接続され、棒状構造発光素子１６０の他端側の半導体層１７３が金属電極１５２に接続されている。ここで、棒状構造発光素子１６０は、ＩＰＡ水溶液の乾燥時に、基板表面と棒状構造発光素子の隙間の液滴が蒸発により縮小する際に発生するスティクションにより中央部分が撓んで絶縁性基板１５０上に接している。
【００８５】
次に、上記棒状構造発光素子１６０を絶縁性基板１５０に配列させた発光装置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。この棒状構造発光素子１６０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。
【００８６】
図１２はこの第７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発光装置の絶縁性基板の平面図を示している。図１２に示すように、絶縁性基板１５０の表面に、金属電極１５１,１５２を形成している。絶縁性基板１５０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。
【００８７】
上記金属電極１５１,１５２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。
【００８８】
図１２では省略されているが、金属電極１５１,１５２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１５１,１５２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１２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。
【００８９】
図１３は図１２のXIII−XIII線から見た断面模式図である。
【００９０】
まず、図１３に示すように、絶縁性基板１５０上に、棒状構造発光素子１６０を含んだイソプロピルアルコール(ＩＰＡ)１６１を薄く塗布する。ＩＰＡ１６１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、ＩＰＡ１６１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。
【００９１】
ただし、液体を通じて金属電極１５１,１５２間に大きな電流が流れてしまうと、金属電極１５１,１５２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１５１,１５２を覆うように、絶縁性基板１５０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。
【００９２】
棒状構造発光素子１６０を含むＩＰＡ１６１を塗布する厚さは、次に棒状構造発光素子１６０を配列する工程で、棒状構造発光素子１６０が配列できるよう、液体中で棒状構造発光素子１６０が移動できる厚さである。したがって、ＩＰＡ１６１を塗布する厚さは、棒状構造発光素子１６０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１６０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１６０の量は、１×１０4本／ｃｍ3〜１×１０7本／ｃｍ3が好ましい。
【００９３】
棒状構造発光素子１６０を含むＩＰＡ１６１を塗布するために、棒状構造発光素子１６０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１６０を含むＩＰＡ１６１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１６０を含むＩＰＡ１６１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。
【００９４】
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１６０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。
【００９５】
次に、金属電極１５１,１５２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１５１,１５２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１６０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。
【００９６】
図１４は上記棒状構造発光素子１６０が金属電極１５１,１５２上に配列する原理を示している。図１４に示すように、金属電極１５１に電位ＶLを印加し、金属電極１５２に電位ＶR(ＶL＜ＶR)を印加すると、金属電極１５１には負電荷が誘起され、金属電極１５２には正電荷が誘起される。そこに棒状構造発光素子１６０が接近すると、棒状構造発光素子１６０において、金属電極１５１に近い側に正電荷が誘起され、金属電極１５２に近い側に負電荷が誘起される。この棒状構造発光素子１６０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１６０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１６０との間に静電力により引力が働き、棒状構造発光素子１６０は、金属電極１５１,１５２間に生じる電気力線に沿うと共に、各棒状構造発光素子１６０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、半導体層１２に覆われた半導体コア１１の露出部分１１a側の向きは一定にならず、ランダムになる(他の実施形態の棒状構造発光素子でも同様)。
【００９７】
以上のように、棒状構造発光素子１６０が金属電極１５１,１５２間に発生した外部電場により、棒状構造発光素子１６０に電荷を発生させ、電荷の引力により金属電極１５１,１５２に棒状構造発光素子１６０を吸着させるので、棒状構造発光素子１６０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１６０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１６０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。
【００９８】
棒状構造発光素子１６０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１５１,１５２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１６０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１６０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１５２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１６０の配列が非対象になる。
【００９９】
そのような場合は、図１５に示すように、金属電極１５１,１５２間にＡＣ電圧を印加することが好ましい。図１５においては、金属電極５1に基準電位を、金属電極１５２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１６０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１５２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１５１,１５２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。
【０１００】
次に、金属電極１５１,１５２上に、棒状構造発光素子１６０を配列させた後、絶縁性基板１５０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１６０を金属電極１５１,１５２間の電気力線に沿って等間隔に配列させて固着させる。
【０１０１】
上記発光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１５１,１５２を単位とする配列領域が形成された絶縁性基板１５０を作成し、その絶縁性基板１５０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１６０を含んだ液体を塗布する。その後、２つの電極１５１,１５２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１６０を２つの電極１５１,１５２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１６０を所定の絶縁性基板１５０上に容易に配列させることができる。
【０１０２】
また、上記発光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発光装置を製造することができる。また、上記棒状構造発光素子１６０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放熱性のよい発光装置を実現することができる。
【０１０３】
図１６は上記棒状構造発光素子１６０を配列した絶縁性基板１５０の平面図を示している。この棒状構造発光素子１６０を配列した絶縁性基板１５０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放熱性のよい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１６０を配列した絶縁性基板１５０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放熱性のよい照明装置を実現することができる。
【０１０４】
また、図１７は上記棒状構造発光素子１６０を配列した絶縁性基板を用いた発光装置を備えた表示装置の平面図を示している。図１７に示すように、表示装置２００は、絶縁性基板２１０上に、表示部２０１、論理回路部２０２、論理回路部２０３、論理回路部２０４および論理回路部２０５を備える構成となっている。上記表示部２０１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２６０を配列している。
【０１０５】
図１８は上記表示装置２００の表示部２０１の要部の回路図を示しており、上記表示装置２００の表示部２０１は、図１８に示すように、互いに交差する複数の走査信号線ＧＬ(図１８では１本のみを示す)と複数のデータ信号線ＳＬ(図１８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１６０)とを有している。
【０１０６】
上記棒状構造発光素子１６０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１６０が交互に発光することになる。
【０１０７】
〔第８実施形態〕
図１９はこの発明の第８実施形態の発光装置の側面図を示し、図２０は上記発光装置の斜視図を示している。この第８実施形態では、上記第１〜第７実施形態の発光装置の棒状構造発光素子のいずれか１つを用いる。図２０では、第２実施形態の発光装置の棒状構造発光素子と同一の構成の棒状構造発光素子を示している。
【０１０８】
この第８実施形態の発光装置は、図１９,図２０に示すように、実装面に金属電極１６１,１６２が形成された絶縁性基板１５０と、上記絶縁性基板１５０上に長手方向が絶縁性基板１５０の実装面に平行になるように実装された棒状構造発光素子１６０とを備えている。上記絶縁性基板１５０には、絶縁性基板１５０上の金属電極１６１,１６２間かつ棒状構造発光素子１６０の下側に金属部の一例としての第３の金属電極１６３を形成している。図２０では、金属電極１６１,１６２,１６３の一部のみを示している。
【０１０９】
上記棒状構造発光素子１６０は、図２０に示すように、断面がほぼ六角形の棒状のｎ型ＧaＮからなる半導体コア１７１と、上記半導体コア１７１の一部を覆うように形成されたｐ型ＩnＧaＮからなる量子井戸層１７２と、上記量子井戸層１７２を覆うように形成されたｐ型ＧaＮからなる半導体層１７３とを有する。上記半導体コア１７１は、一端側の外周面が露出する露出部分１７１aが形成されている。また、半導体コア１７１の他端側の端面は、量子井戸層１７２と半導体層１７３に覆われている。
【０１１０】
図１９,図２０に示すように、棒状構造発光素子１６０の一端側の露出部分１７１aが金属電極１６１に接続され、棒状構造発光素子１６０の他端側の半導体層１７３が金属電極１６２に接続されている。ここで、棒状構造発光素子１６０の中央部分が金属電極１６３に接続されている。
【０１１１】
また、絶縁性基板１５０上に所定の間隔をあけて形成された金属電極１６１,１６２間に棒状構造発光素子１６０の両端を接続し、絶縁性基板１５０上の金属電極１６１,１６２間かつ棒状構造発光素子１６０の下側に金属部を形成することによって、両端が金属電極１６１,１６２に接続された棒状構造発光素子１６０の中央側を第３の金属電極１６３の表面に接触させて支えるので、両持ちの棒状構造発光素子１６０が撓むことなく、金属電極１６３により支持されると共に、棒状構造発光素子１６０で発生した熱を半導体層１７３から金属電極１６３を介して絶縁性基板１５０に効率よく放熱することができる。
【０１１２】
なお、図２１に示すように、金属電極１６１と金属電極１６２夫々は、互いに所定の間隔をあけて略並行な基部１６１a,１６２aと、基部１６１a,１６２aの対向する位置から基部１６１a,１６２a間に延びる複数の電極部１６１b,１６２bを有する。金属電極１６１の電極部１６１bとされに対向する金属電極１６２の電極部１６２bに１つの棒状構造発光素子１６０が配列される。この金属電極１６１の電極部１６１bとそれに対向する金属電極１６２の電極部１６２bの間に、中央部分が狭くなった蝶形状の第３の金属電極１６３を絶縁性基板１５０上に形成している。
【０１１３】
上記互いに隣接する第３の金属電極１６３同士は、電気的に切り離されており、図２１に示すように、互いに隣接する棒状構造発光素子１６０の向きが逆になっても、金属電極１６３を介して金属電極１６１と金属電極１６２が短絡するのを防止できる。
【０１１４】
上記第１〜第８実施形態では、半導体コア１１,２１,３１,４１,５１,６１,７１,８１,１７１の一端側の外周面が露出した露出部分１１a,２１a,３１a,４１a,５１a,６１a,７１a,８１a,１７１aを有する棒状構造発光素子について説明したが、これに限らず、半導体コアの両端の外周面が露出した露出部分を有するものでもよいし、半導体コアの中央部分の外周面が露出した露出部分を有するものでもよい。
【０１１５】
また、上記第１〜第８実施形態では、半導体コア１１,２１,３１,４１,５１,６１,７１,８１,１７１と半導体層１２,２３,３２,４３,５２,６３,７２,８３,１７３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この発明を適用してもよい。また、半導体コアをｎ型とし、半導体層をｐ型としたが、導電型が逆の棒状構造発光素子にこの発明を適用してもよい。
【０１１６】
また、上記第１〜第４実施形態では、棒状構造発光素子の直径を１μｍとし長さを２０μｍのマイクロオーダーサイズとしたが、直径または長さのうちの少なくとも直径が１μｍ未満のナノオーダーサイズの素子でもよい。上記棒状構造発光素子の半導体コアの直径は５００ｎｍ以上かつ５０μｍ以下が好ましく、半導体コアの直径が数１０ｎｍ〜数１００ｎｍの棒状構造発光素子に比べて半導体コア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。
【０１１７】
また、上記第１〜第８実施形態では、ＭＯＣＶＤ装置を用いて半導体コア１１,２１,３１,４１,５１,６１,７１,８１,１７１を結晶成長させたが、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半導体コアを形成してもよい。また、成長穴を有するマスクを用いて半導体コア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、金属種から半導体コアを結晶成長させてもよい。
【０１１８】
また、上記第１〜第８実施形態の棒状構造発光素子１０,２０,３０,４０,５０,６０,７０,８０,１６０は、半導体層１２,２３,３２,４３,５２,６３,７２,８３,１７３に覆われた半導体コア１１,２１,３１,４１,５１,６１,７１,８１,１７１を、超音波を用いて基板から切り離したが、これに限らず、切断工具を用いて半導体コア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。
【０１１９】
また、上記第７実施形態では、絶縁性基板１５０の表面に形成された２つの金属電極１５１,１５２に電位差を与えて、金属電極１５１,１５２間に棒状構造発光素子１６０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８実施形態のような第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。
【０１２０】
また、上記第７実施形態では、発光装置を備えたバックライトと照明装置および表示装置について説明したが、これに限らず、他の装置に適用してもよい。
【０１２１】
この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記第１〜第８実施形態に限定されるものではなく、この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】
【０１２２】
１１,２１,３１,４１,５１,６１,７１,８１,１７１…半導体コア
１１a,２１a,３１a,４１a,５１a,６１a,７１a,８１a,１７１a…露出部分
１２,２３,３２,４３,５２,６３,７２,８３,１７３…半導体層
２２,４２,６２,８２,１７２…量子井戸層
３３,４４,５３,６４,７３,８４…透明電極
１６,２６,３６,４６,５６,６６,１５０…絶縁性基板
１５１,１５２,１６１,１６２,１６３…金属電極
１０,２０,３０,４０,５０,６０,７０,８０,１６０…棒状構造発光素子
２００…表示装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状の第１導電型の半導体コアと、上記半導体コアを覆うように形成された第２導電型の半導体層とを有すると共に、上記半導体コアの長手方向の一部において上記半導体コアの外周面が露出した棒状構造発光素子と、
上記棒状構造発光素子の長手方向が実装面に平行になるように上記棒状構造発光素子が実装された基板と
を備えたことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発光装置において、
上記基板上に所定の間隔をあけて電極が形成され、
上記基板上の上記一方の電極に上記棒状構造発光素子の上記半導体コアの露出部分が接続されると共に、上記基板上の上記他方の電極に上記棒状構造発光素子の上記半導体層が接続されていることを特徴とする発光装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の発光装置において、
上記棒状構造発光素子は、上記半導体層と電気的に接続され、上記半導体層を覆うように形成された透明電極をさらに有することを特徴とする発光装置。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１つに記載の発光装置において、
上記半導体コアの一端側の外周面が露出していることを特徴とする発光装置。
【請求項５】
請求項４に記載の発光装置において、
上記半導体コアの他端側の端面を上記半導体層により覆っていることを特徴とする発光装置。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１つに記載の発光装置において、
上記半導体コアの露出領域の外周面が、上記半導体層に覆われた領域の最外周面の延長面と略一致していることを特徴とする発光装置。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１つに記載の発光装置において、
上記棒状構造発光素子の上記半導体コアと上記半導体層との間に量子井戸層を形成したことを特徴とする発光装置。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１つに記載の発光装置において、
上記棒状構造発光素子の上記透明電極上かつ上記基板側に金属層を形成したことを特徴とする発光装置。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１つに記載の発光装置において、
上記基板上の上記電極間かつ上記棒状構造発光素子の下側に金属部を形成したことを特徴とする発光装置。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか１つに記載の発光装置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１つに記載の発光装置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１つに記載の発光装置を備えたことを特徴とする表示装置。
【請求項１】
棒状の第１導電型の半導体コアと、上記半導体コアを覆うように形成された第２導電型の半導体層とを有すると共に、上記半導体コアの長手方向の一部において上記半導体コアの外周面が露出した棒状構造発光素子と、
上記棒状構造発光素子の長手方向が実装面に平行になるように上記棒状構造発光素子が実装された基板と
を備えたことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発光装置において、
上記基板上に所定の間隔をあけて電極が形成され、
上記基板上の上記一方の電極に上記棒状構造発光素子の上記半導体コアの露出部分が接続されると共に、上記基板上の上記他方の電極に上記棒状構造発光素子の上記半導体層が接続されていることを特徴とする発光装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の発光装置において、
上記棒状構造発光素子は、上記半導体層と電気的に接続され、上記半導体層を覆うように形成された透明電極をさらに有することを特徴とする発光装置。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１つに記載の発光装置において、
上記半導体コアの一端側の外周面が露出していることを特徴とする発光装置。
【請求項５】
請求項４に記載の発光装置において、
上記半導体コアの他端側の端面を上記半導体層により覆っていることを特徴とする発光装置。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１つに記載の発光装置において、
上記半導体コアの露出領域の外周面が、上記半導体層に覆われた領域の最外周面の延長面と略一致していることを特徴とする発光装置。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１つに記載の発光装置において、
上記棒状構造発光素子の上記半導体コアと上記半導体層との間に量子井戸層を形成したことを特徴とする発光装置。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１つに記載の発光装置において、
上記棒状構造発光素子の上記透明電極上かつ上記基板側に金属層を形成したことを特徴とする発光装置。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１つに記載の発光装置において、
上記基板上の上記電極間かつ上記棒状構造発光素子の下側に金属部を形成したことを特徴とする発光装置。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか１つに記載の発光装置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１つに記載の発光装置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１つに記載の発光装置を備えたことを特徴とする表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２０１２−９４８８５（Ｐ２０１２−９４８８５Ａ）
【公開日】平成２４年５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２７０４２７（Ｐ２０１１−２７０４２７）
【出願日】平成２３年１２月９日（２０１１．１２．９）
【分割の表示】特願２００９−２４０４０７（Ｐ２００９−２４０４０７）の分割
【原出願日】平成２１年１０月１９日（２００９．１０．１９）
【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５月１７日（２０１２．５．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月９日（２０１１．１２．９）
【分割の表示】特願２００９−２４０４０７（Ｐ２００９−２４０４０７）の分割
【原出願日】平成２１年１０月１９日（２００９．１０．１９）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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