(57)【要約】【課題】装置への実装の自由度が高い微細な棒状構造発光素子を製造できる棒状構造発光素子の製造方法を提供する。【解決手段】ＩＰＡ(イソプロピルアルコール)水溶液中に基板１０１を浸し、例えば数１０ＫＨｚの超音波を用いて基板１０１を基板平面に沿って振動させることにより、基板１０１上に立設する半導体コア１１の基板１０１側に近い根元を折り曲げるように、半導体コア１１および絶縁体１３に対して応力が働いて、半導体コア１１が基板１０１から切り離される。こうして、基板１０１から切り離なされた複数の微細な棒状構造発光素子１を製造することができる。【選択図】図２Ｋ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、貫通孔を有する絶縁体を形成する絶縁体形成工程と、
上記貫通孔に重なる上記基板の表面上に、上記貫通孔から突出するように棒状の第１導電型の半導体コアを形成する半導体コア形成工程と、
上記貫通孔から突出した上記半導体コアを覆うように第２導電型の半導体層を形成する半導体層形成工程と、
上記半導体コアの上記半導体層で覆われていない外周面のうち、少なくとも、上記半導体コアの上記半導体層で覆われている外周面付近の部分上に、上記絶縁体の一部が残るように、上記絶縁体をエッチングする絶縁体エッチング工程と、
上記半導体コアと、上記半導体層と、上記絶縁体エッチング工程において上記基板上に残る上記絶縁体の一部とを有する棒状構造発光素子を、上記基板から切り離す切り離し工程と
を備えたことを特徴とする棒状構造発光素子の製造方法。
【請求項２】
基板上に、第１導電型の半導体からなる下地層を形成する下地層形成工程と、
上記下地層上に、貫通孔を有する絶縁体を形成する絶縁体形成工程と、
上記貫通孔に重なる上記下地層の表面上に、上記貫通孔から突出するように棒状の第１導電型の半導体コアを形成する半導体コア形成工程と、
上記貫通孔から突出した上記半導体コアを覆うように第２導電型の半導体層を形成する半導体層形成工程と、
上記半導体コアの上記半導体層で覆われていない外周面のうち、少なくとも、上記半導体コアの上記半導体層で覆われている外周面付近の部分上に、上記絶縁体の一部が残るように、かつ、上記半導体コアの上記基板側の端に連なる上記下地層の一部が残るように、上記絶縁体および上記下地層をエッチングするエッチング工程と、
上記半導体コアと、上記半導体層と、上記エッチング工程において上記基板上に残る上記絶縁体の一部と、上記エッチング工程において上記基板上に残る上記下地層の一部とを有する棒状構造発光素子を、上記基板から切り離す切り離し工程と
を備えたことを特徴とする棒状構造発光素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の棒状構造発光素子の製造方法において、
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することを特徴とする棒状構造発光素子の製造方法。
【請求項４】
棒状の第１導電型の半導体コアと、
上記半導体コアの一端側を覆う第２導電型の半導体層と、
上記半導体コアの上記半導体層で覆われていない外周面のうち、少なくとも、上記半導体コアの上記半導体層で覆われている外周面付近の部分を覆う絶縁体と
を備えたことを特徴とする棒状構造発光素子。
【請求項５】
棒状の第１導電型の半導体コアと、
上記半導体コアの一端側を覆う第２導電型の半導体層と、
上記半導体コアの上記半導体層で覆われていない外周面のうち、少なくとも、上記半導体コアの上記半導体層で覆われている外周面付近の部分を覆う絶縁体と、
上記半導体コアの他端に連なる第１導電型の下地層と
を備え、
上記下地層の上記半導体コア側と反対側の軸方向の端面と、上記下地層の周面とが露出していることを特徴とする棒状構造発光素子。
【請求項６】
請求項４または５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７】
請求項４または５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８】
請求項４または５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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、棒状構造発光素子の製造方法、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、棒状構造発光素子の製造方法としては、基板上に平坦な第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て、さらに、それぞれが各ロッドを包む複数の第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)。このような製造方法によって、基板上に、第１極性層、ロッドおよび第２極性層からなる棒状構造発光素子を得ている。
【０００３】
上記棒状構造発光素子は基板と一体となっている。この棒状構造発光素子を発光させる場合、基板および第２極性層のそれぞれに電極を接続して、これらの電極からロッドに電子および正孔を注入する。そうすると、活性層であるロッドから光が放出される。
【０００４】
しかしながら、上記従来の棒状構造発光素子の製造方法では、棒状構造発光素子を基板と一体に形成するので、棒状構造発光素子の装置への実装の自由度が低くなってしまうという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３３２６５０号公報（図３ａ〜図３ｃ）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の課題は、装置への実装の自由度が高い微細な棒状構造発光素子を製造できる棒状構造発光素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の棒状構造発光素子の製造方法は、
基板上に、貫通孔を有する絶縁体を形成する絶縁体形成工程と、
上記貫通孔に重なる上記基板の表面上に、上記貫通孔から突出するように棒状の第１導電型の半導体コアを形成する半導体コア形成工程と、
上記貫通孔から突出した上記半導体コアを覆うように第２導電型の半導体層を形成する半導体層形成工程と、
上記半導体コアの上記半導体層で覆われていない外周面のうち、少なくとも、上記半導体コアの上記半導体層で覆われている外周面付近の部分上に、上記絶縁体の一部が残るように、上記絶縁体をエッチングする絶縁体エッチング工程と、
上記半導体コアと、上記半導体層と、上記絶縁体エッチング工程において上記基板上に残る上記絶縁体の一部とを有する棒状構造発光素子を、上記基板から切り離す切り離し工程と
を備えたことを特徴としている。
【０００８】
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。
【０００９】
上記構成によれば、上記基板上に、貫通孔を有する絶縁体を形成した後、その貫通孔から露出した基板の表面上に、貫通孔から突出するように棒状の第１導電型の半導体コアを形成する。
【００１０】
次に、上記貫通孔から突出した半導体コアを覆うように第２導電型の半導体層を形成すると共に、半導体コアの半導体層で覆われていない外周面のうち、少なくとも、半導体コアの半導体層で覆われている外周面付近の部分上に、絶縁体の一部が残るように、絶縁体をエッチングする。これにより、上記第２導電型の半導体層で半導体コアの一端側（基板側とは反対側）を覆う一方、絶縁体の一部で半導体コアの他端側（基板側）の少なくとも上記部分を覆うことができる。
【００１１】
次に、上記半導体コアと、半導体層と、基板上に残る絶縁体の一部とを有する棒状構造発光素子を、例えば超音波により基板を振動させたり切断工具を用いたりして基板から切り離す。
【００１２】
このように、上記基板から棒状構造発光素子を切り離すことによって、棒状構造発光素子の装置への実装の自由度は高くなるので、装置への実装の自由度が高い微細な棒状構造発光素子を製造できる。
【００１３】
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までの範囲内に入り、長さが１００ｎｍから２００μｍまでの範囲内に入るサイズであり、より好ましくは、直径が１００ｎｍから２μｍまでの範囲内に入って長さが１μｍから５０μｍまでの範囲内に入るサイズの素子である。
【００１４】
また、上記貫通孔に重なる基板の表面上に、貫通孔から突出するように棒状の第１導電型の半導体コアを形成するので、半導体コアの太さを一様にできる。
【００１５】
また、上記基板は、棒状構造発光素子と切り離されるので、棒状構造発光素子の発光時に用いなくてもよい。したがって、上記棒状構造発光素子の発光時に用いる基板の選択肢が増え、棒状構造発光素子を実装すべき装置の形態の自由度が高くなる。
【００１６】
また、上記基板から棒状構造発光素子を切り離すとき、第２導電型の半導体層で覆われた領域と第２導電型の半導体層で覆われない領域との境界（望まれない箇所）で半導体コアが折れやすいところが、半導体コア上に残る絶縁体により補強される。そのため、望まれる箇所、すなわち半導体コアの根元から、棒状構造発光素子を容易に切り取れる。したがって、上記棒状構造発光素子を複数製造しても、複数の棒状構造発光素子の長さを一様にできる。
【００１７】
また、上記棒状構造発光素子を形成するために用いた基板は、棒状構造発光素子を切り離した後、棒状構造発光素子の製造に再利用できるので、製造コストを低減できる。
【００１８】
また、上記棒状構造発光素子は微細にして使用する半導体の量を少なくできるので、棒状構造発光素子を実装すべき装置の薄型化と軽量化が可能となり、環境への負荷を軽減できる。
【００１９】
また、上述の製造方法によって、半導体コアの上記他端側において半導体層で覆われていない外周面のうち、少なくとも、半導体コアの上記一端側において半導体層で覆われている外周面付近の部分を、絶縁体で覆うことができる。そして、上記半導体コアの他端側において絶縁体で覆われていない部分に第１導電側の電極を接続し、半導体層に第２導電側の電極を接続して、電極間に電流を流すと、棒状構造発光素子が発光する。
【００２０】
また、上述の製造方法によって、第２導電型の半導体層で半導体コアの一端側を覆うことができるので、発光領域を広くして、発光量を増やすことができると共に、発光効率を高くすることができる。
【００２１】
また、上述の製造方法によって、半導体コアの上記他端側において半導体層で覆われていない外周面のうち、少なくとも、半導体コアの上記一端側において半導体層で覆われている外周面付近の部分を絶縁体で覆うことができるので、第１導電側の電極が第２導電側の電極に短絡するのを防ぐことができる。
【００２２】
本発明の棒状構造発光素子の製造方法は、
基板上に、第１導電型の半導体からなる下地層を形成する下地層形成工程と、
上記下地層上に、貫通孔を有する絶縁体を形成する絶縁体形成工程と、
上記貫通孔に重なる上記下地層の表面上に、上記貫通孔から突出するように棒状の第１導電型の半導体コアを形成する半導体コア形成工程と、
上記貫通孔から突出した上記半導体コアを覆うように第２導電型の半導体層を形成する半導体層形成工程と、
上記半導体コアの上記半導体層で覆われていない外周面のうち、少なくとも、上記半導体コアの上記半導体層で覆われている外周面付近の部分上に、上記絶縁体の一部が残るように、かつ、上記半導体コアの上記基板側の端に連なる上記下地層の一部が残るように、上記絶縁体および上記下地層をエッチングするエッチング工程と、
上記半導体コアと、上記半導体層と、上記エッチング工程において上記基板上に残る上記絶縁体の一部と、上記エッチング工程において上記基板上に残る上記下地層の一部とを有する棒状構造発光素子を、上記基板から切り離す切り離し工程と
を備えたことを特徴としている。
【００２３】
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。
【００２４】
上記構成によれば、上記基板上に、第１導電型の半導体からなる下地層を形成して、さらに、下地層上に、貫通孔を有する絶縁体を形成した後、その貫通孔から露出した下地層の表面上に、貫通孔から突出するように棒状の第１導電型の半導体コアを形成する。
【００２５】
次に、上記貫通孔から突出した半導体コアを覆うように第２導電型の半導体層を形成すると共に、半導体コアの半導体層で覆われていない外周面のうち、少なくとも、半導体コアの半導体層で覆われている外周面付近の部分上に、絶縁体の一部が残るように、かつ、半導体コアの基板側の端に連なる下地層の一部が残るように、絶縁体および下地層をエッチングする。これにより、上記第２導電型の半導体層で半導体コアの一端側（基板側とは反対側）を覆う一方、絶縁体の一部で半導体コアの他端側（基板側）の少なくとも上記部分を覆うことができる。また、上記下地層の一部の外周面を露出させることができる。
【００２６】
次に、上記半導体コアと、半導体層と、基板上に残る絶縁体の一部と、基板上に残る下地層の一部とを有する棒状構造発光素子を、例えば超音波により基板を振動させたり切断工具を用いたりして基板から切り離す。これにより、上記下地層の半導体コア側と反対側の軸方向の端面（基板に接触していた端面）を露出させることができる。
【００２７】
このように、上記基板から棒状構造発光素子を切り離すことによって、棒状構造発光素子の装置への実装の自由度は高くなるので、装置への実装の自由度が高い微細な棒状構造発光素子を製造できる。
【００２８】
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までの範囲内に入り、長さが１００ｎｍから２００μｍまでの範囲内に入るサイズであり、より好ましくは、直径が１００ｎｍから２μｍまでの範囲内に入って長さが１μｍから５０μｍまでの範囲内に入るサイズの素子である。
【００２９】
また、上記貫通孔に重なる基板の表面上に、貫通孔から突出するように棒状の第１導電型の半導体コアを形成するので、半導体コアの太さを一様にできる。
【００３０】
また、上記基板は、棒状構造発光素子と切り離されるので、棒状構造発光素子の発光時に用いなくてよい。したがって、上記棒状構造発光素子の発光時に用いる基板の選択肢が増え、棒状構造発光素子を実装すべき装置の形態の自由度が高くなる。
【００３１】
また、上記基板から棒状構造発光素子を切り離すとき、第２導電型の半導体層で覆われた領域と第２導電型の半導体層で覆われない領域との境界（望まれない箇所）で半導体コアが折れやすいところが、半導体コア上に残る絶縁体により補強される。そのため、望まれる箇所、すなわち半導体コアの根元から、棒状構造発光素子を容易に切り取れる。したがって、上記棒状構造発光素子を複数製造しても、複数の棒状構造発光素子の長さを一様にできる。
【００３２】
また、上記棒状構造発光素子を形成するために用いた基板は、棒状構造発光素子を切り離した後、棒状構造発光素子の製造に再利用できるので、製造コストを低減できる。
【００３３】
また、上記棒状構造発光素子は微細にして使用する半導体の量を少なくできるので、棒状構造発光素子を実装すべき装置の薄型化と軽量化が可能となり、環境への負荷を軽減できる。
【００３４】
また、上述の製造方法によって、下地層の半導体コア側と反対側の軸方向の端面と、下地層の周面とを露出させることができる。この端面および周面の少なくとも一方に第１導電側の電極を接続し、半導体層に第２導電側の電極を接続して、電極間に電流を流すと、棒状構造発光素子が発光する。
【００３５】
また、上述の製造方法によって、第２導電型の半導体層で半導体コアの一端側を覆うことができるので、発光領域を広くして、発光量を増やすことができると共に、発光効率を高くすることができる。
【００３６】
また、上述の製造方法によって、半導体コアの上記他端側において半導体層で覆われていない外周面のうち、少なくとも、半導体コアの上記一端側において半導体層で覆われている外周面付近の部分を絶縁体で覆うことができるので、第１導電側の電極が第２導電側の電極に短絡するのを防ぐことができる。
【００３７】
一実施形態の棒状構造発光素子の製造方法では、
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する。
【００３８】
上記実施形態によれば、上記半導体コアと半導体層との間に量子井戸層を形成するので、発光量をより増やすことができる。
【００３９】
本発明の棒状構造発光素子は、
棒状の第１導電型の半導体コアと、
上記半導体コアの一端側を覆う第２導電型の半導体層と、
上記半導体コアの上記半導体層で覆われていない外周面のうち、少なくとも、上記半導体コアの上記半導体層で覆われている外周面付近の部分を覆う絶縁体と
を備えたことを特徴としている。
【００４０】
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。
【００４１】
上記構成によれば、棒状の第１導電型の半導体コアと、半導体コアの一端側を覆う第２導電型の半導体層と、半導体コアの半導体層で覆われていない外周面のうち、少なくとも、半導体コアの半導体層で覆われている外周面付近の部分を覆う絶縁体とを備えているので、本発明の棒状構造発光素子の製造方法で製造することができる。
【００４２】
また、上記半導体コアの他端側において絶縁体で覆われていない部分に第１導電側の電極を接続し、半導体層に第２導電側の電極を接続して、電極間に電流を流すと、棒状構造発光素子が発光する。このとき、上記第２導電型の半導体層が半導体コアの一端側を覆っているので、発光領域が広くなる。したがって、発光量を増やすことができると共に、発光効率を高くすることができる。
【００４３】
また、上記棒状構造発光素子が微細であっても、半導体コアの他端側の端部のうち少なくとも軸方向の端面は露出しているので、この端面に第１導電側の電極を容易に接続することができる。
【００４４】
また、上記半導体コアの半導体層で覆われていない外周面のうち、少なくとも、半導体コアの半導体層で覆われている外周面付近の部分を覆う絶縁体を備えることによって、第１導電側の電極が第２導電側の電極と短絡し難くなるので、第１導電側の電極および第２導電側の電極の形成は容易となる。
【００４５】
ここで、棒状構造発光素子が微細とは、棒状構造発光素子が、例えば直径１０ｎｍから５μｍまでの範囲内に入り、長さが１００ｎｍから２００μｍまでの範囲内に入るサイズであり、より好ましくは、直径が１００ｎｍから２μｍまでの範囲内に入って長さが１μｍから５０μｍまでの範囲内に入るサイズを有することを意味する。
【００４６】
本発明の棒状構造発光素子は、
棒状の第１導電型の半導体コアと、
上記半導体コアの一端側を覆う第２導電型の半導体層と、
上記半導体コアの上記半導体層で覆われていない外周面のうち、少なくとも、上記半導体コアの上記半導体層で覆われている外周面付近の部分を覆う絶縁体と、
上記半導体コアの他端に連なる第１導電型の下地層と
を備え、
上記下地層の上記半導体コア側と反対側の軸方向の端面と、上記下地層の周面とが露出していることを特徴としている。
【００４７】
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。
【００４８】
上記構成によれば、棒状の第１導電型の半導体コアと、半導体コアの一端側を覆う第２導電型の半導体層と、半導体コアの半導体層で覆われていない外周面のうち、少なくとも、半導体コアの半導体層で覆われている外周面付近の部分を覆う絶縁体と、半導体コアの他端に連なる第１導電型の下地層とを備え、この下地層の半導体コア側と反対側の軸方向の端面と、下地層の周面とが露出しているので、本発明の棒状構造発光素子の製造方法で製造できる。
【００４９】
また、例えば、上記下地層の半導体コア側と反対側の軸方向の端面と、下地層の周面との少なくとも一方に第１導電側の電極を接続し、半導体層に第２導電側の電極を接続して、電極間に電流を流すと、棒状構造発光素子が発光する。このとき、上記第２導電型の半導体層が半導体コアの一端側を覆っているので、発光領域が広くなる。したがって、発光量を増やすことができると共に、発光効率を高くすることができる。
【００５０】
また、上記棒状構造発光素子が微細であっても、下地層の半導体コア側と反対側の軸方向の端面と、下地層の周面とが露出しているので、この軸方向の端面および周面の少なくとも一方に第１導電側の電極を容易に接続することができる。
【００５１】
また、上記半導体コアの半導体層で覆われていない外周面のうち、少なくとも、半導体コアの半導体層で覆われている外周面付近の部分を覆う絶縁体を備えることによって、第１導電側の電極が第２導電側の電極と短絡し難くなるので、第１導電側の電極および第２導電側の電極の形成は容易となる。
【００５２】
ここで、棒状構造発光素子が微細とは、例えば直径が１０ｎｍから５μｍまでの範囲内に入り、長さが１００ｎｍから２００μｍまでの範囲内に入るサイズであり、より好ましくは、直径が１００ｎｍから２μｍまでの範囲内に入って長さが１μｍから５０μｍまでの範囲内に入るサイズを有することを意味する。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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】
【００５９】
本発明の棒状構造発光素子の製造方法によれば、半導体コアと、半導体層と、基板上に残る絶縁体の一部とを有する棒状構造発光素子を、例えば超音波により基板を振動させたり切断工具を用いたりして基板から切り離すことによって、棒状構造発光素子の装置への実装の自由度は高くなるので、装置への実装の自由度が高い微細な棒状構造発光素子を製造できる。
【００６０】
また、上記貫通孔に重なる基板の表面上に、貫通孔から突出するように棒状の第１導電型の半導体コアを形成するので、半導体コアの太さを一様にできる。
【００６１】
また、上記基板は棒状構造発光素子と切り離されるので、棒状構造発光素子の発光時に用いる基板の選択肢が増え、棒状構造発光素子を実装すべき装置の形態の自由度が高くなる。
【００６２】
また、上記基板から棒状構造発光素子を切り離すとき、半導体コアの根元から棒状構造発光素子を容易に切り取れるので、棒状構造発光素子を複数製造しても、複数の棒状構造発光素子の長さを一様にできる。
【００６３】
また、上記棒状構造発光素子を形成するために用いた基板は、棒状構造発光素子を切り離した後、棒状構造発光素子の製造に再利用できるので、製造コストを低減できる。
【００６４】
また、上記棒状構造発光素子は微細にして使用する半導体の量を少なくできるので、棒状構造発光素子を実装すべき装置の薄型化と軽量化が可能となり、環境への負荷を軽減できる。
【００６５】
また、上記製造方法によって、半導体コアの他端部のうち軸方向の端面以外の部分を絶縁体で覆うことができる。
【００６６】
また、上記製造方法によって、第２導電型の半導体層で半導体コアの一端側を覆うことができるので、発光領域を広くして、発光量を増やすことができると共に、発光効率を高くすることができる。
【００６７】
また、上記製造方法によって、半導体コアの他端側において半導体層で覆われていない外周面のうち、少なくとも、半導体コアの一端側において半導体層で覆われている外周面付近の部分を、絶縁体の一部で覆うことができるので、第１導電側の電極が第２導電側の電極に短絡するのを防ぐことができる。
【００６８】
本発明の棒状構造発光素子の製造方法によれば、半導体コアと、半導体層と、基板上に残る絶縁体の一部と、基板上に残る下地層の一部とを有する棒状構造発光素子を、例えば超音波により基板を振動させたり切断工具を用いたりして基板から切り離すことによって、棒状構造発光素子の装置への実装の自由度は高くなるので、装置への実装の自由度が高い微細な棒状構造発光素子を製造できる。
【００６９】
また、上記貫通孔に重なる基板の表面上に、貫通孔から突出するように棒状の第１導電型の半導体コアを形成するので、半導体コアの太さを一様にできる。
【００７０】
また、上記基板は棒状構造発光素子と切り離されるので、棒状構造発光素子の発光時に用いる基板の選択肢が増え、棒状構造発光素子を実装すべき装置の形態の自由度が高くなる。
【００７１】
また、上記基板から棒状構造発光素子を切り離すとき、基板と下地層の接合面を含む面で棒状構造発光素子を容易に切り取れるので、棒状構造発光素子を複数製造しても、複数の棒状構造発光素子の長さを一様にできる。
【００７２】
また、上記棒状構造発光素子を形成するために用いた基板は、棒状構造発光素子を切り離した後、棒状構造発光素子の製造に再利用できるので、製造コストを低減できる。
【００７３】
また、上記棒状構造発光素子は微細にして使用する半導体の量を少なくできるので、棒状構造発光素子を実装すべき装置の薄型化と軽量化が可能となり、環境への負荷を軽減できる。
【００７４】
また、上記製造方法によって、下地層の半導体コア側と反対側の軸方向の端面と、下地層の周面とを露出させることができる。この端面および周面の少なくとも一方に第１導電側の電極を接続し、半導体層に第２導電側の電極を接続して、電極間に電流を流すと、棒状構造発光素子が発光する。
【００７５】
また、上記製造方法によって、第２導電型の半導体層で半導体コアの一端側を覆うことができるので、発光領域を広くして、発光量を増やすことができると共に、発光効率を高くすることができる。
【００７６】
また、上記製造方法によって、半導体コアの他端側において半導体層で覆われていない外周面のうち、少なくとも、半導体コアの一端側において半導体層で覆われている外周面付近の部分を、絶縁体の一部で覆うことができるので、第１導電側の電極が第２導電側の電極に短絡するのを防ぐことができる。
【００７７】
本発明の棒状構造発光素子によれば、棒状の第１導電型の半導体コアと、半導体コアの一端側を覆う第２導電型の半導体層と、半導体コアの半導体層で覆われていない外周面のうち、少なくとも、半導体コアの半導体層で覆われている外周面付近の部分を覆う絶縁体とを備えているので、本発明の棒状構造発光素子の製造方法で製造することができる。
【００７８】
また、上記半導体コアの他端側において絶縁体で覆われていない部分に第１導電側の電極を接続し、半導体層に第２導電側の電極を接続して、電極間に電流を流すと、棒状構造発光素子が発光する。このとき、上記第２導電型の半導体層が半導体コアの一端側を覆っているので、発光領域を広くでき、発光量を増やすことができる。
【００７９】
また、上記棒状構造発光素子が微細であっても、半導体コアの他端側の端部のうち少なくとも軸方向の端面は露出しているので、この端面に第１導電側の電極を容易に接続することができる。
【００８０】
また、上記半導体コアの半導体層で覆われていない外周面のうち、少なくとも、半導体コアの半導体層で覆われている外周面付近の部分を覆う絶縁体を備えることによって、第１導電側の電極が第２導電側の電極と短絡し難くなるので、第１導電側の電極および第２導電側の電極を簡単に形成できる。
【００８１】
本発明の棒状構造発光素子によれば、棒状の第１導電型の半導体コアと、半導体コアの一端側を覆う第２導電型の半導体層と、半導体コアの半導体層で覆われていない外周面のうち、少なくとも、半導体コアの半導体層で覆われている外周面付近の部分を覆う絶縁体と、半導体コアの他端に連なる第１導電型の下地層とを備え、この下地層の半導体コア側と反対側の軸方向の端面と、下地層の周面とが露出しているので、本発明の棒状構造発光素子の製造方法で製造できる。
【００８２】
また、例えば、上記下地層の半導体コア側と反対側の軸方向の端面と、下地層の周面との少なくとも一方に第１導電側の電極を接続し、半導体層に第２導電側の電極を接続して、電極間に電流を流すと、棒状構造発光素子が発光する。このとき、上記第２導電型の半導体層が半導体コアの一端側を覆っているので、発光領域を広くでき、発光量を増やすことができる。
【００８３】
また、上記棒状構造発光素子が微細であっても、下地層の半導体コア側と反対側の軸方向の端面と、下地層の周面とが露出しているので、この軸方向の端面および周面の少なくとも一方に第１導電側の電極を容易に接続することができる。
【００８４】
また、上記半導体コアの半導体層で覆われていない外周面のうち、少なくとも、半導体コアの半導体層で覆われている外周面付近の部分を覆う絶縁体とを備えることによって、第１導電側の電極が第２導電側の電極と短絡し難くなるので、第１導電側の電極および第２導電側の電極を簡単に形成できる。
【００８５】
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。
【００８６】
本発明の照明装置は、本発明の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。
【００８７】
本発明の表示装置は、本発明の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。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【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２Ｃ】図２Ｃ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２Ｄ】図２Ｄ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２Ｅ】図２Ｅ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２Ｆ】図２Ｆ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２Ｇ】図２Ｇ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２Ｈ】図２Ｈ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２Ｉ】図２Ｉ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２Ｊ】図２Ｊ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２Ｋ】図２Ｋ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３】図３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４Ａ】図４Ａ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４Ｂ】図４Ｂ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４Ｃ】図４Ｃ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４Ｄ】図４Ｄ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４Ｅ】図４Ｅ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４Ｆ】図４Ｆ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４Ｇ】図４Ｇ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４Ｈ】図４Ｈ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４Ｉ】図４Ｉ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４Ｊ】図４Ｊ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４Ｋ】図４Ｋ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４Ｌ】図４Ｌ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４Ｍ】図４Ｍ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５】図５は本発明の第３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６】図６は図５のVI−VI線矢視の模式断面図である。
【図７】図７は上記３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８】図８は上記３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９】図９は上記３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１０】図１０は上記表示装置の平面図である。
【図１１】図１１は上記表示装置の表示部の要部の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００８９】
以下、本発明を図示の実施形態により詳細に説明する。
【００９０】
〔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１の模式断面図である。
【００９１】
上記棒状構造発光素子１は、断面ほぼ円形の棒状のｎ型ＧａＮ(窒化ガリウム)からなる半導体コア１１と、この半導体コア１１の一端側の外周面および軸方向端面を覆うｐ型ＩｎＧａＮからなる量子井戸層１２と、この量子井戸層１２を覆うｐ型ＧａＮからなる半導体層１３と、半導体コア１１の他端側の端部の外周面を覆うＳｉＯ２(酸化シリコン)またはＳｉ３Ｎ４(窒化シリコン)からなる絶縁体１４とを備えている。なお、半導体コア１１は第１導電型の半導体層の一例、量子井戸層１２は量子井戸層の一例、半導体層１３は第２導電型の半導体層の一例である。
【００９２】
上記半導体コア１１の他端側の外周面は絶縁体１４で覆われているが、半導体コア１１の他端側の軸方向端面１１ａは絶縁体１４で覆われていなくて露出している。ここでは、絶縁体１４は半導体コア１１の他端側の外周面全体を覆っている。なお、絶縁体１４に換えて、図１中の二点鎖線で示すように、半導体コア１１の他端側において半導体層１３で覆われていない外周面のうち、半導体コア１１の一端側において半導体層１３で覆われた外周面付近の部分のみを覆う絶縁体１４’を形成してもよい。
【００９３】
また、上記半導体コア１１にはドナー不純物としてＳｉがドープされている一方、量子井戸層１２および半導体層１３にはアクセプタ不純物としてＭｇがドープされているが、ドナー不純物はＳｉに限られず、アクセプタ不純物もＭｇに限られない。
【００９４】
また、上記半導体層１３の外周面上には、ポリシリコンまたはＩＴＯ(錫添加酸化インジウム)からなる導電膜１５が形成されている。この導電膜１５は量子井戸層１２からの光を透過する膜である。また、導電膜１５の外周面は絶縁体１４の外周面と段差を生じることなく連続するように形成されていてもよい。つまり、導電膜１５の外周面は絶縁体１４の外周面と面一になっていてもよい。
【００９５】
以下、図２Ａ〜図２Ｋを用いて、上記棒状構造発光素子１の製造方法について説明する。
【００９６】
まず、図２Ａに示すように、ｎ型ＧａＮからなる基板１０１を用意する。この基板１０１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。
【００９７】
次に、図２Ｂに示すように、基板１０１上に、絶縁体からなるマスク層１４Ａを形成した後、公知のリソグラフィー法とドライエッチング法を用いて、図２Ｃに示すように、基板１０１上に、成長孔１６を有するマスク層１４Ｂを形成する（絶縁体形成工程）。なお、成長孔１６は貫通孔の一例であり、マスク層１４Ｂは絶縁体の一例である。
【００９８】
より詳しくは、上記マスク層１４Ａの表面にレジストを塗布した後、露光および現像を行うことにより、レジストパターン１７を形成する。このレジストパターン１７をマスクとし、基板１０１の表面の一部が露出するまでドライエッチングを行う。このようにして、基板１０１上に、成長孔１６を有するマスク層１４Ｂを形成する。このとき、マスク層１４Ａ，１４Ｂの材料には、ＳｉＯ２あるいは窒化シリコンＳｉ３Ｎ４などのように、量子井戸層１２の材料に対して選択的にエッチング可能な材料を用いる。
【００９９】
次に、ＮｉまたはＦｅの触媒金属の蒸着を行って、図２Ｄに示すように、成長孔１６から露出する基板１０１の表面上に、ＮｉまたはＦｅからなる島状の触媒金属部１８を形成する（触媒部形成工程）。これに伴い、レジストパターン１７上に、ＮｉまたはＦｅからなる触媒金属層１９が形成される。また、触媒金属部１８の体積は、触媒金属部１８の断面形状がほぼ矩形となるぐらいまで大きくする。
【０１００】
次に、図２Ｅに示すように、レジストパターン１７を除去することによって、触媒金属層１９をリフトオフした後、例えば純水で洗浄する。
【０１０１】
次に、図２Ｆに示すように、島状の触媒金属部１８が形成された基板１０１の表面上に、つまり、成長孔１６に重なる基板１０１の表面上に、ＭＯＣＶＤ(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長)装置を用いて、島状の触媒金属部１８と基板１０１との界面からｎ型のＧａＮを結晶成長させることにより、ｎ型のＧａＮからなる棒状の半導体コア１１Ａを形成する(半導体コア形成工程)。このとき、成長温度を８００℃程度に設定し、成長ガスとしてＴＭＧ（トリメチルガリウム）およびＮＨ３（アンモニア)を使用し、ｎ型不純物供給用にＳｉＨ４（シラン)を供給し、さらに、キャリアガスとしてＨ２を供給することによって、Ｓｉをドナー不純物としたｎ型ＧａＮの半導体コア１１Ａを成長させることができる。
【０１０２】
次に、上記半導体コア１１Ａの一端に島状の触媒金属部１８を保持した状態で、半導体コア１１Ａの外周面からの結晶成長、および、触媒金属部１８と半導体コア１１の界面からの結晶成長により、図２Ｇに示すように、ｐ型ＩｎＧａＮからなる量子井戸層１２Ａと、ｐ型ＧａＮからなる半導体層１３Ａとを形成する（半導体層形成工程）。このとき、成長温度を７５０℃〜８００℃の範囲内に設定し、成長ガスとしてＴＭＧ、ＮＨ３およびＴＭＩ（トリメチルインジウム）を使用し、ｐ型不純物供給用にＣｐ２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）を供給し、さらに、キャリアガスとしてＨ２を供給することによって、Ｍｇを不純物とするｐ型ＩｎＧａＮを成長させることができる。そして、成長温度を９００℃程度に設定し、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を供給し、さらに、キャリアガスとしてＨ２を供給することによって、Ｍｇを不純物とするｐ型ＧａＮを成長させることができる。また、量子井戸層１２Ａおよび半導体層１３Ａは、成長孔１６から突出した半導体コア１１を覆うように形成される。また、量子井戸層１２Ａの構造は、井戸層を１つ持つ単一量子井戸構造にしてもよいし、井戸層を複数持つ多重量子井戸構造にしてもよい。
【０１０３】
次に、図２Ｈに示すように、半導体コア１１Ａの一端に島状の触媒金属部１８を選択的にウェットエッチングで除去した後、例えば純水で洗浄する。島状の触媒金属部１８は、ドライエッチングのＲＩＥ(Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング)で除去してもよい。このとき、ＲＩＥにＳｉＣｌ４を用いることにより、ＧａＮに異方性を持ったエッチングを容易に行うことができる。
【０１０４】
次に、ｐ型ＧａＮの活性化のためのアニールを行った後、図２Ｉに示すように、半導体層１３Ａ上に、ポリシリコンまたはＩＴＯからなる導電膜１５Ａを形成して、さらに、アニール処理を行って、半導体層１３Ａと導電膜１５Ａの間の抵抗を下げる。
【０１０５】
次に、上記導電膜１５Ａ、半導体層１３Ａ、量子井戸層１２Ａおよびマスク層１４Ｂを順次非等方エッチングして、図２Ｊに示すように、半導体コア１１の一端側に、量子井戸層１２、半導体層１３および導電膜１５を残す一方、半導体コア１１の他端側に絶縁体１４を残す（絶縁体エッチング工程）。このとき、半導体層１３Ａおよび導電膜１５Ａの一部が除去されるが、量子井戸層１２Ａおよび半導体層１３Ａでは、半導体コア１１の外周面を覆う部分の径方向の厚さよりも、半導体コア１１の一端側の軸方向端面を覆う部分の軸方向の厚さが厚くなっているので、半導体コア１１の一端側の軸方向端面は露出し難い。なお、導電膜１５Ａ、半導体層１３Ａ、量子井戸層１２Ａおよびマスク層１４Ｂを順次非等方エッチングするとき、マスク層１４Ｂをエッチングする際の非等方性を小さくすることにより、図２Ｊ中の二点鎖線で示すように、半導体コア１１の他端側において半導体層１３で覆われていない外周面のうち、半導体コア１１の一端側において半導体層１３で覆われた外周面付近の部分のみを覆う絶縁体１４’を形成することができる。また、絶縁体１４，１４’は基板１０１上に残ったマスク層１４Ｂの一部である。また、図２Ｊでは、１つの棒状構造発光素子１が形成されているように図示しているが、複数の棒状構造発光素子１が形成されている。
【０１０６】
次に、ＩＰＡ(イソプロピルアルコール)水溶液中に基板１０１を浸し、例えば数１０ＫＨｚの超音波を用いて基板１０１を基板平面に沿って振動させることにより、基板１０１上に立設する半導体コア１１の基板１０１側に近い根元を折り曲げるように、半導体コア１１および絶縁体１４に対して応力が働いて、図２Ｋに示すように、半導体コア１１が基板１０１から切り離される（切り離し工程）。
【０１０７】
こうして、上記基板１０１から切り離なされた複数の微細な棒状構造発光素子１を製造することができる。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までの範囲内に入り、長さが１００ｎｍから２００μｍまでの範囲内に入るサイズであり、より好ましくは、直径が１００ｎｍから２μｍまでの範囲内に入って長さが１μｍから５０μｍまでの範囲内に入るサイズの素子である。
【０１０８】
上記構成の棒状構造発光素子の製造方法によれば、基板１０１から微細な棒状構造発光素子１を切り離すので、微細な棒状構造発光素子１の装置への実装の自由度を高くすることができる。
【０１０９】
また、上記基板１０１に重なる基板１０１の表面上に、基板１０１から突出するように棒状の第１導電型の半導体コアを形成するので、半導体コアの太さを一様にできる。
【０１１０】
また、上記基板１０１は、微細な棒状構造発光素子１と切り離されるので、微細な棒状構造発光素子１の発光時に用いなくてもよい。したがって、微細な棒状構造発光素子１の発光時に用いる基板の選択肢が増え、微細な棒状構造発光素子１を実装すべき装置の形態の自由度を高くすることができる。
【０１１１】
また、上記切り離し工程において、超音波を用いて基板平面に沿って基板１０１を振動させることにより、基板１０１上に立設する半導体コア１１の基板１０１側に近い根元を折り曲げるように、半導体コア１１および絶縁体１４に対して応力が働いて、半導体コア１１および絶縁体１４が基板１０１から切り離される。したがって、基板１０１上に設けられた複数の微細な棒状構造発光素子１を簡単な方法で容易に切り離すことができる。
【０１１２】
もし、上記棒状構造発光素子１が絶縁体１４を備えていないなら、半導体コア１１の外周面において段差が形成されている箇所に応力が集中して、この箇所付近で半導体コア１１が折れやすくなる。上記箇所で半導体コア１１が折れた場合は、素子不良となる。したがって、上記棒状構造発光素子１は絶縁体１４を備え、絶縁体１４が半導体コア１１の上記箇所付近の外周面を覆うので、上記箇所付近で半導体コア１１が折れるのを防ぐことができる。その結果、微細な棒状構造発光素子１を複数製造しても、複数の微細な棒状構造発光素子１の長さを一様にできる。なお、図１に示すように、絶縁体１４は、半導体コア１１の他端側の外周面全体を完全に覆うので、絶縁体１４’に比べて、切り離し時に半導体コア１１が途中で折れるのを防ぐ効果が高くなる結果、複数の微細な棒状構造発光素子１の長さを確実に一様にできる。
【０１１３】
また、上記基板１０１は、微細な棒状構造発光素子１を切り離した後、微細な棒状構造発光素子１の製造に再利用できるので、製造コストを低減できる。
【０１１４】
また、上記棒状構造発光素子１は微細であるので、使用する半導体の量を少なくできる。したがって、棒状構造発光素子１を実装すべき装置の薄型化と軽量化が可能となり、環境への負荷を軽減できる。
【０１１５】
また、上記触媒部形成工程において、成長孔１６内に形成する島状の触媒金属部１８の体積を、触媒金属部１８の断面形状がほぼ矩形となるように大きくするので、次の半導体コア形成工程において、棒状の半導体コア１１Ａの成長孔１６内の部分の径より、棒状の半導体コア１１Ａの成長孔１６外の部分の径が大きくなる。したがって、ｐｎ接合部を大きくして、広い発光領域を得ることができる。
【０１１６】
また、上記半導体形成工程において、島状の触媒金属部１８を除去せずに、半導体コア１１Ａの一端に島状の触媒金属部１８を保持した状態で、ｐ型ＩｎＧａＮからなる量子井戸層１２Ａと、ｐ型ＧａＮからなる半導体層１３Ａとを形成するので、半導体コア１１Ａの外周面からの結晶成長よりも、触媒金属部１８と半導体コア１１の界面からの結晶成長が促進される。つまり、触媒金属部１８と半導体コア１１の界面からの結晶成長の速度は、半導体コア１１Ａの外周面からの結晶成長の速度の１０倍〜１００倍となる。したがって、量子井戸層１２Ａおよび半導体層１３Ａにおいて、半導体コア１１の外周面を覆う部分の径方向の厚さよりも、半導体コア１１の一端側の軸方向端面を覆う部分の軸方向の厚さを容易に厚くすることができる。その結果、半導体コア１１の一端側の軸方向端面は露出し難いので、ｎ型の半導体コア１１の一端側の軸方向端面にｐ側電極が接続されるのを防ぐことができる。
【０１１７】
また、上記棒状構造発光素子の製造方法により製造された微細な棒状構造発光素子１では、絶縁体１４で覆われていない半導体コア１１の軸方向端面１１ａにｎ側電極を接続し、導電膜１５またはこの導電膜１５から露出している半導体層１３の表面にｐ側電極を接続して、ｐ型の半導体層１３からｎ型の半導体コア１１へ電流を流すことにより、量子井戸層１２で電子と正孔の再結合が起きて光が放出される。このとき、量子井戸層１２および半導体層１３が半導体コア１１の一端側の全周面および軸方向端面を覆うように形成されているので、量子井戸層１２のほぼ全部から光が放出され、発光領域が広くなる。したがって、発光量を増やすことができると共に、発光効率を高くすることができる。
【０１１８】
また、上記棒状構造発光素子１の発光効率を高くすることができるので、棒状構造発光素子１を用いて、発光効率が高く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することができる。
【０１１９】
また、上記半導体コア１１と半導体層１３との間に量子井戸層１２を形成することによって、量子井戸層１２の量子閉じ込め効果により、発光量をより増やすことができると共に、発光効率をより高くすることができる。
【０１２０】
また、上記半導体コア１１の軸方向端面１１ａは露出しているので、この軸方向端面１１ａにｎ側電極を容易に接続することができる。
【０１２１】
また、上記半導体コア１１の他端側において半導体層１３で覆われていない外周面のうち、半導体コア１１の一端側において半導体層１３で覆われた外周面付近の部分を、絶縁体１４で覆うことによって、ｎ側電極がｐ側電極と短絡し難くなるので、ｎ側電極およびｐ側電極の形成は容易である。すなわち、半導体層１３に接続すべきｐ側電極を半導体コア１１の外周面の段差付近に形成しても、ｐ側電極が半導体コア１１と接触するのを防げるので、ｎ側電極およびｐ側電極の形成は容易である。このような効果は、絶縁体１４に換えて絶縁体１４’を形成した場合でも得られる。
【０１２２】
さらに、上記棒状構造発光素子の製造方法により製造された微細な棒状構造発光素子１は、量子井戸層１２Ａおよび半導体層１３Ａが半導体コア１１Ａ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。したがって、結晶欠陥の少ない量子井戸層１２および半導体層１３で半導体コア１１の一端側を覆うことができるので、微細な棒状構造発光素子１の特性を良好にできる。
【０１２３】
また、上記棒状構造発光素子１の軸方向が基板の表面に対して平行となるように、棒状構造発光素子１を基板に配置した場合、導電膜１５の外周面は絶縁体１４の外周面と段差を生じることなく連続するように形成されているので、棒状構造発光素子１の破損を防ぐことができると共に、棒状構造発光素子１が基板の表面に対して傾いて不安定になるのを防ぐことができる。
【０１２４】
また、上記棒状構造発光素子１が基板の表面に対して傾いて配置されるのを防ぐことによって、その基板の表面に対する棒状構造発光素子１の接触面積が大きくなるので、棒状構造発光素子１の熱が上記基板へ拡散し易くなる。
【０１２５】
〔第２実施形態〕
図３は本発明の第２実施形態の棒状構造発光素子２の模式断面図である。
【０１２６】
上記棒状構造発光素子２は、断面ほぼ円形の棒状のｎ型ＧａＮ(窒化ガリウム)からなる半導体コア２１と、この半導体コア２１の一端側の外周面および軸方向端面を覆うｐ型ＩｎＧａＮからなる量子井戸層２２と、この量子井戸層２２を覆うｐ型ＧａＮからなる半導体層２３と、半導体コア２１の他端側の外周面を覆うＳｉＯ２(酸化シリコン)またはＳｉ３Ｎ４(窒化シリコン)からなる絶縁体２４と、半導体コア２１の他端に連なる下地層３０とを備えている。なお、半導体コア２１は第１導電型の半導体層の一例、量子井戸層２２は量子井戸層の一例、半導体層２３は第２導電型の半導体層の一例、下地層３０は第１導電型の下地層の一例である。
【０１２７】
上記半導体コア２１の表面は、量子井戸層２２または絶縁体２４で覆われている。ここでは、絶縁体２４は半導体コア２１の他端側の外周面全体を覆っている。なお、絶縁体２４に換えて、図３中の二点鎖線で示すように、半導体コア２１の他端側において半導体層２３で覆われていない外周面のうち、半導体コア２１の一端側において半導体層２３で覆われた外周面付近の部分のみを覆う絶縁体２４’を形成してもよい。
【０１２８】
上記下地層３０の半導体コア２１側とは反対側の軸方向端面３０ａは絶縁体２４で覆われていなくて露出している。また、下地層３０の周面３０ｂも絶縁体２４で覆われていなくて露出している。
【０１２９】
また、上記半導体コア２１にはドナー不純物としてＳｉがドープされている一方、量子井戸層２２および半導体層２３にはアクセプタ不純物としてＭｇがドープされているが、ドナー不純物はＳｉに限られず、アクセプタ不純物もＭｇに限られない。
【０１３０】
また、上記半導体層２３の外周面上には、ポリシリコンまたはＩＴＯ(錫添加酸化インジウム)からなる導電膜２５が形成されている。この導電膜２５は量子井戸層２２からの光を透過する膜である。また、また、導電膜２５の外周面は、絶縁体２４の外周面と段差を生じることなく連続するように形成されていてもよい。つまり、導電膜２５の外周面は絶縁体２４の外周面と面一になっていてもよい。
【０１３１】
以下、図４Ａ〜図４Ｍを用いて、上記棒状構造発光素子２の製造方法について説明する。
【０１３２】
まず、図４Ａに示すように、例えばＳｉからなる基板２０１を用意する。この基板２０１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。
【０１３３】
次に、図４Ｂに示すように、基板２０１上に、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、ｎ型ＧａＮからなる下地層３０Ａを形成する（下地層形成工程）。このとき、成長温度を９５０℃程度に設定し、成長ガスとしてＴＭＧおよびＮＨ３を使用し、ｎ型不純物供給用にＳｉＨ４を供給し、さらに、キャリアガスとしてＨ２を供給することによって、Ｓｉをドナー不純物としたｎ型ＧａＮの下地層３０Ａを成長させることができる。
【０１３４】
次に、図４Ｃに示すように、基板２０１上に、絶縁体からなるマスク層２４Ａを形成した後、公知のリソグラフィー法とドライエッチング法を用いて、図４Ｄに示すように、基板２０１上に、成長孔２６を有するマスク層２４Ｂを形成する（絶縁体形成工程）。なお、成長孔２６は貫通孔の一例であり、マスク層２４Ｂは絶縁体の一例である。
【０１３５】
より詳しくは、上記マスク層２４Ａの表面にレジストを塗布した後、露光および現像を行うことにより、レジストパターン２７を形成する。このレジストパターン２７をマスクとし、下地層３０Ａの表面の一部が露出するまでドライエッチングを行う。このようにして、下地層３０Ａ上に、成長孔２６を有するマスク層２４Ｂを形成する。このとき、マスク層２４Ａ，２４Ｂの材料には、ＳｉＯ２あるいは窒化シリコンＳｉ３Ｎ４などのように、量子井戸層２２の材料に対して選択的にエッチング可能な材料を用いる。
【０１３６】
次に、ＮｉまたはＦｅの触媒金属の蒸着を行って、図４Ｅに示すように、成長孔２６から露出する下地層３０Ａの表面上に、ＮｉまたはＦｅからなる島状の触媒金属部２８を形成する（触媒部形成工程）。これに伴い、レジストパターン２７上に、ＮｉまたはＦｅからなる触媒金属層２９が形成される。また、触媒金属部２８の体積は、触媒金属部２８の断面形状がほぼ矩形となるぐらいまで大きくする。
【０１３７】
次に、図４Ｆに示すように、レジストパターン２７を除去することによって、触媒金属層２９をリフトオフした後、例えば純水で洗浄する。
【０１３８】
次に、図４Ｇに示すように、島状の触媒金属部２８が形成された下地層３０Ａの表面上に、つまり、成長孔２６に重なる下地層３０Ａの表面上に、ＭＯＣＶＤ装置を用いて、島状の触媒金属部２８と下地層３０Ａとの界面からｎ型のＧａＮを結晶成長させることにより、ｎ型のＧａＮからなる棒状の半導体コア２１Ａを形成する(半導体コア形成工程)。このとき、成長温度を８００℃程度に設定し、成長ガスとしてＴＭＧおよびＮＨ３を使用し、ｎ型不純物供給用にＳｉＨ４を供給し、さらに、キャリアガスとしてＨ２を供給することによって、Ｓｉをドナー不純物としたｎ型ＧａＮの半導体コア２１Ａを成長させることができる。
【０１３９】
次に、上記半導体コア２１Ａの一端に島状の触媒金属部２８を保持した状態で、半導体コア２１Ａの外周面からの結晶成長、および、触媒金属部２８と半導体コア２１の界面からの結晶成長により、図４Ｈに示すように、ｐ型ＩｎＧａＮからなる量子井戸層２２Ａと、ｐ型ＧａＮからなる半導体層２３Ａとを形成する（半導体層形成工程）。このとき、成長温度を７５０℃〜８００℃の範囲内に設定し、成長ガスとしてＴＭＧ、ＮＨ３およびＴＭＩを使用し、ｐ型不純物供給用にＣｐ２Ｍｇを供給し、さらに、キャリアガスとしてＨ２を供給することによって、Ｍｇを不純物とするｐ型ＩｎＧａＮを成長させることができる。そして、成長温度を９００℃程度に設定し、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を供給し、さらに、キャリアガスとしてＨ２を供給することによって、Ｍｇを不純物とするｐ型ＧａＮを成長させることができる。また、量子井戸層２２Ａおよび半導体層２３Ａは、成長孔２６から突出した半導体コア２１を覆うように形成される。また、量子井戸層２２Ａの構造は、井戸層を１つ持つ単一量子井戸構造にしてもよいし、井戸層を複数持つ多重量子井戸構造にしてもよい。
【０１４０】
次に、図４Ｉに示すように、半導体コア２１Ａの一端に島状の触媒金属部２８を選択的にウェットエッチングで除去した後、例えば純水で洗浄する。島状の触媒金属部２８は、ドライエッチングのＲＩＥで除去してもよい。このとき、ＲＩＥにＳｉＣｌ４を用いることにより、ＧａＮに異方性を持ったエッチングを容易に行うことができる。
【０１４１】
次に、ｐ型ＧａＮの活性化のためのアニールを行った後、図４Ｊに示すように、半導体層２３Ａ上に、ポリシリコンまたはＩＴＯからなる導電膜２５Ａを形成して、さらに、アニール処理を行って、半導体層２３Ａと導電膜２５Ａの間の抵抗を下げる。
【０１４２】
次に、上記導電膜２５Ａ、半導体層２３Ａ、量子井戸層２２Ａおよびマスク層２４Ｂを順次非等方エッチングして、図４Ｋに示すように、半導体コア２１の一端側に、量子井戸層２２、半導体層２３および導電膜２５を残す一方、半導体コア２１の他端側に絶縁体２４を残す（絶縁体エッチング工程）。このとき、半導体層２３Ａおよび導電膜２５Ａの一部が除去されるが、量子井戸層２２Ａおよび半導体層２３Ａでは、半導体コア２１の外周面を覆う部分の径方向の厚さよりも、半導体コア２１の一端側の軸方向端面を覆う部分の軸方向の厚さが厚くなっているので、半導体コア２１の一端側の軸方向端面は露出し難い。なお、導電膜２５Ａ、半導体層２３Ａ、量子井戸層２２Ａおよびマスク層２４Ｂを順次非等方エッチングするとき、マスク層２４Ｂをエッチングする際の非等方性を小さくすることにより、図４Ｋ中の二点鎖線で示すように、半導体コア２１の他端側において半導体層２３で覆われていない外周面のうち、半導体コア２１の一端側において半導体層２３で覆われた外周面付近の部分のみを覆う絶縁体２４’を形成することができる。また、絶縁体２４，２４’は基板２０１上に残ったマスク層２４Ｂの一部である。また、図４Ｋでは、１つの棒状構造発光素子２が形成されているように図示しているが、複数の棒状構造発光素子２が形成されている。なお、上記絶縁体エッチング工程はエッチング工程の一例である。
【０１４３】
次に、上記下地層３０ＡにＲＩＥを行って、図４Ｌに示すように、半導体コア２１の他端に連なる下地層３０を形成する（下地層エッチング工程）。なお、上記下地層エッチング工程はエッチング工程の一例である。
【０１４４】
次に、ＩＰＡ水溶液中に基板２０１を浸し、例えば数１０ＫＨｚの超音波を用いて基板２０１を基板平面に沿って振動させることにより、基板２０１上に立設する半導体コア２１の基板２０１側に近い根元を折り曲げるように、半導体コア２１および絶縁体２４に対して応力が働いて、図４Ｍに示すように、下地層３０が基板２０１から切り離される（切り離し工程）。
【０１４５】
こうして、上記基板２０１から切り離なされた複数の微細な棒状構造発光素子２を製造することができる。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までの範囲内に入り、長さが１００ｎｍから２００μｍまでの範囲内に入るサイズであり、より好ましくは、直径が１００ｎｍから２μｍまでの範囲内に入って長さが１μｍから５０μｍまでの範囲内に入るサイズの素子である。
【０１４６】
上記構成の棒状構造発光素子の製造方法によれば、基板２０１から微細な棒状構造発光素子２を切り離すので、微細な棒状構造発光素子２の装置への実装の自由度を高くすることができる。
【０１４７】
また、上記基板２０１に重なる基板２０１の表面上に、基板２０１から突出するように棒状の第１導電型の半導体コアを形成するので、半導体コアの太さを一様にできる。
【０１４８】
また、上記基板２０１は、微細な棒状構造発光素子２と切り離されるので、微細な棒状構造発光素子２の発光時に用いなくてもよい。つまり、基板２０１への電極の接続は不要となる。したがって、微細な棒状構造発光素子２の発光時に用いる基板の選択肢が増え、微細な棒状構造発光素子２を実装すべき装置の形態の自由度を高くすることができる。
【０１４９】
また、上記切り離し工程において、超音波を用いて基板平面に沿って基板２０１を振動させることにより、基板２０１上に立設する半導体コア２１の基板２０１側に近い根元を折り曲げるように、半導体コア２１および絶縁体２４に対して応力が働いて、半導体コア２１および絶縁体２４が基板２０１から切り離される。したがって、基板２０１上に設けられた複数の微細な棒状構造発光素子２を簡単な方法で容易に切り離すことができる。
【０１５０】
もし、上記棒状構造発光素子２が絶縁体２４を備えていないなら、半導体コア２１の外周面において段差が形成されている箇所に応力が集中して、この箇所付近で半導体コア２１が折れやすくなる。上記箇所で半導体コア２１が折れた場合は、素子不良となる。したがって、上記棒状構造発光素子２は絶縁体２４を備え、絶縁体２４が半導体コア２１の上記箇所付近の外周面を覆うので、上記箇所付近で半導体コア２１が折れるのを防ぐことができる。その結果、微細な棒状構造発光素子２を複数製造しても、複数の微細な棒状構造発光素子２の長さを一様にできる。なお、図３に示すように、絶縁体２４が半導体コア２１の他端側の外周面全体を完全に覆うので、絶縁体２４’に比べて、切り離し時に半導体コア２１が途中で折れるのを防ぐ効果が高くなる結果、複数の微細な棒状構造発光素子２の長さを確実に一様にできる。
【０１５１】
また、上記基板２０１は、微細な棒状構造発光素子２を切り離した後、微細な棒状構造発光素子２の製造に再利用できるので、製造コストを低減できる。
【０１５２】
また、上記棒状構造発光素子２は微細であるので、使用する半導体の量を少なくできる。したがって、棒状構造発光素子２を実装すべき装置の薄型化と軽量化が可能となり、環境への負荷を軽減できる。
【０１５３】
また、上記触媒部形成工程において、成長孔２６内に形成する島状の触媒金属部２８の体積を、触媒金属部２８の断面形状がほぼ矩形となるように大きくするので、次の半導体コア形成工程において、棒状の半導体コア２１Ａの成長孔２６内の部分の径より、棒状の半導体コア２１Ａの成長孔２６外の部分の径が大きくなる。したがって、ｐｎ接合部を大きくして、広い発光領域を得ることができる。
【０１５４】
また、上記半導体コア形成工程において、ｎ型ＧａＮからなる下地層３０Ａ上に、ｎ型ＧａＮからなる半導体コア２１Ａを結晶成長させるので、半導体コア２１Ａを容易に結晶成長させることができると共に、半導体コア２１Ａの初期の結晶成長のばらつきを低減することができる。
【０１５５】
また、上記半導体形成工程において、島状の触媒金属部２８を除去せずに、半導体コア２１Ａの一端に島状の触媒金属部２８を保持した状態で、ｐ型ＩｎＧａＮからなる量子井戸層２２Ａと、ｐ型ＧａＮからなる半導体層２３Ａとを形成するので、半導体コア２１Ａの外周面からの結晶成長よりも、触媒金属部２８と半導体コア２１の界面からの結晶成長が促進される。つまり、触媒金属部２８と半導体コア２１の界面からの結晶成長の速度は、半導体コア２１Ａの外周面からの結晶成長の速度の１０倍〜１００倍となる。したがって、量子井戸層２２Ａおよび半導体層２３Ａにおいて、半導体コア２１の外周面を覆う部分の径方向の厚さよりも、半導体コア２１の一端側の軸方向端面を覆う部分の軸方向の厚さを容易に厚くすることができる。その結果、半導体コア２１の一端側の軸方向端面は露出し難いので、ｎ型の半導体コア２１の一端側の軸方向端面にｐ側電極が接続されるのを防ぐことができる。
【０１５６】
また、上記棒状構造発光素子の製造方法により製造された微細な棒状構造発光素子２では、絶縁体２４で覆われていない下地層３０の軸方向端面３０ａと、絶縁体２４で覆われていない下地層３０の周面３０ｂとの少なくとも一方にｎ側電極を接続し、導電膜２５またはこの導電膜２５から露出している半導体層２３の表面にｐ側電極を接続して、ｐ型の半導体層２３からｎ型の半導体コア２１へ電流を流すことにより、量子井戸層２２で電子と正孔の再結合が起きて光が放出される。このとき、量子井戸層２２および半導体層２３が半導体コア２１の一端側の全周面および軸方向端面を覆うように形成されているので、量子井戸層２２のほぼ全部から光が放出され、発光領域が広くなる。したがって、発光量を増やすことができると共に、発光効率を高くすることができる。
【０１５７】
また、上記棒状構造発光素子２の発光効率を高くすることができるので、棒状構造発光素子２を用いて、発光効率が高く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することができる。
【０１５８】
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、発光量をより増やすことができると共に、発光効率をより高くすることができる。
【０１５９】
また、上記下地層３０の軸方向端面３０ａおよび周面３０ｂは露出しているので、この軸方向端面３０ａおよび周面３０ｂの少なくとも一方にｎ側電極を容易に接続することができる。
【０１６０】
また、上記半導体コア２１の他端側において半導体層２３で覆われていない外周面のうち、半導体コア２１の一端側において半導体層２３で覆われた外周面付近の部分を、絶縁体２４で覆うことによって、ｎ側電極がｐ側電極と短絡し難くなるので、ｎ側電極およびｐ側電極の形成は容易である。すなわち、半導体層２３に接続すべきｐ側電極を半導体コア２１の外周面の段差付近に形成しても、ｐ側電極が半導体コア２１と接触するのを防げるので、ｎ側電極およびｐ側電極の形成は容易である。このような効果は、絶縁体２４に換えて絶縁体２４’を形成した場合でも得られる。
【０１６１】
さらに、上記棒状構造発光素子の製造方法により製造された微細な棒状構造発光素子２は、量子井戸層２２Ａおよび半導体層２３Ａが半導体コア２１Ａ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。したがって、結晶欠陥の少ない量子井戸層２２および半導体層２３で半導体コア２１の一端側を覆うことができるので、微細な棒状構造発光素子２の特性を良好にできる。
【０１６２】
また、上記棒状構造発光素子２の軸方向が基板の表面に対して平行となるように、棒状構造発光素子２を基板に配置した場合、導電膜２５の外周面は絶縁体２４の外周面と段差を生じることなく連続するように形成されているので、棒状構造発光素子２の破損を防ぐことができると共に、棒状構造発光素子２が基板の表面に対して傾いて不安定になるのを防ぐことができる。
【０１６３】
また、上記棒状構造発光素子２が基板の表面に対して傾いて配置されるのを防ぐことによって、その基板の表面に対する棒状構造発光素子２の接触面積が大きくなるので、棒状構造発光素子２の熱が上記基板へ拡散し易くなる。
【０１６４】
上記第１，第２実施形態において、ＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ，ＧａＡｓＰ，ＩｎＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＧａＰ，ＺｎＳｅ，ＡｌＧａＩｎＰなどを母材とする半導体を用いて、微細な棒状構造発光素子を製造してもよい。
【０１６５】
上記第１，第２実施形態では、ｎ型の半導体コア１１，２１、ｐ型の量子井戸層１２，２２、ｐ型の半導体層１３，２３およびｎ型の下地層３０を用いていたが、ｐ型の半導体コア、ｎ型の量子井戸層、ｎ型の半導体層およびｐ型の下地層を用いてもよい。つまり、上記第１，第２実施形態における導電型を逆にしてもよい。
【０１６６】
上記第１，第２実施形態において、半導体コア１１，２１の直径は３００ｎｍ以上かつ５０μｍ以下にすると、直径が数１０ｎｍ〜数１００ｎｍの半導体コアに比べて、半導体コア１１，２１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。
【０１６７】
上記第１，第２実施形態では、断面ほぼ円形の棒状の半導体コア１１，２１の一端側に量子井戸層１２，２２や半導体層１３，２３を被覆した棒状構造発光素子１，２について説明したが、例えば、断面ほぼ楕円の棒状の半導体コアの一端側に量子井戸層や半導体層などを被覆した棒状構造発光素子や、断面ほぼ六角形などの他の多角形の棒状の半導体コアの一端側に量子井戸層や半導体層などを被覆した棒状構造発光素子について、本発明を適用してもよい。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、ほぼ六角柱形状の半導体コアが得られる。成長方向や成長温度などの成長条件に依存するが、成長孔１６，２６の直径が数１０ｎｍから数１００ｎｍ程度と小さい場合、断面がほぼ円形に近い形状の半導体コアが形成され易い傾向があり、成長孔１６，２６の直径が０．５μｍ程度から数μｍと大きい場合、断面がほぼ六角形の形状の半導体コアが形成され易い傾向がある。
【０１６８】
上記第１，第２実施形態では、一端側の径が他端側の径よりも大きい半導体コア１１，２１を形成していたが、一端側の径が他端側の径と同じ半導体コアを形成してもよい。このような半導体コアは、成長孔１６内に形成する島状の触媒金属部の体積を、触媒金属部の断面形状がほぼ半円となるように小さくすることで容易に形成できる。
【０１６９】
上記第１，第２実施形態では、半導体コア１１Ａ，２１Ａの一端に島状の触媒金属部１８，２８を保持した状態で、ｐ型ＩｎＧａＮからなる量子井戸層１２Ａ，２２Ａと、ｐ型ＧａＮからなる半導体層１３Ａ，２３Ａとを形成していたが、半導体層のみを形成するようにしてもよい。つまり、量子井戸層１２Ａ，２２Ａを形成しないようにしてもよい。
【０１７０】
上記第１，第２実施形態では、導電膜１５，２５の外周面を絶縁体１４，２４の外周面と段差を生じることなく連続するように形成していたが、導電膜１５，２５を形成しないようにして、半導体層の外周面を絶縁体１４，２４の外周面と段差を生じることなく連続するように形成してもよい。
【０１７１】
上記第１，第２実施形態では、触媒金属部１８，２８を用いて、半導体コア１１Ａ，２１Ａ、量子井戸層１２Ａ，２２Ａおよび半導体層１３Ａ，２３Ａを形成していたが、触媒金属部１８，２８を用いずに、半導体コア、量子井戸層および半導体層を形成してもよい。
【０１７２】
上記触媒金属部１８，２８を用いないで、半導体コア、量子井戸層および半導体層を形成した場合、量子井戸層および半導体層では、半導体コアの一端側の軸方向端面を覆う部分の軸方向の厚さが、半導体コアの外周面を覆う部分の径方向の厚さとほぼ同じなる。このため、絶縁体エッチング工程において、半導体コアの一端側の軸方向端面は露出し易くなるが、半導体コアの一端側の軸方向端面は露出してもよい。
【０１７３】
上記第１，第２実施形態の切り離し工程において、切断工具を用いて導体コア１１を基板１０１から機械的に切り離してもよい。この切断工具を用いて、基板１０１上に立設する半導体コア１１の基板１０１側に近い根元を折り曲げるようにし、半導体層１３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１３に覆われた半導体コア１１が基板１０１から切り離される。この場合、簡単な方法で基板１０１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。
【０１７４】
上記第１，第２実施形態の絶縁体エッチング工程において、半導体コア１１の他端側の端部の周囲にマスク層１４Ｂ，２４Ｂの一部が残るように、マスク層１４Ｂをエッチングすることによって、導電膜１５Ａ，２５Ａ、半導体層１３Ａ，２３Ａおよび量子井戸層１２Ａ，２２Ａを一斉にリフトオフしてもよい。
【０１７５】
上記第１，第２実施形態において、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。
【０１７６】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３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３実施形態では、上記第１，第２実施形態に記載の棒状構造発光素子１，２を絶縁性基板に配列する。この棒状構造発光素子１，２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。
【０１７７】
図５は本第３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５に示すように、絶縁性基板３５０の表面に、金属電極３５１，３５２を形成している。絶縁性基板３５０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。
【０１７８】
上記金属電極３５１，３５２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。
【０１７９】
図５では省略されているが、金属電極３５１，３５２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３５１，３５２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５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。
【０１８０】
図６は図５のVI−VI線から見た模式断面図である。
【０１８１】
まず、図６に示すように、絶縁性基板３５０上に、棒状構造発光素子３６０を含んだイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）３６１を薄く塗布する。ＩＰＡ３６１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、ＩＰＡ３６１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。なお、棒状構造発光素子３６０は上記第１，第２実施形態に記載の棒状構造発光素子１，２またはその変形例である。
【０１８２】
ただし、液体を通じて金属電極３５１，３５２間に大きな電流が流れてしまうと、金属電極３５１，３５２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３５１，３５２を覆うように、絶縁性基板３５０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。
【０１８３】
上記棒状構造発光素子３６０を含むＩＰＡ３６１を塗布する厚さは、次に棒状構造発光素子３６０を配列する工程で、棒状構造発光素子３６０が配列できるよう、液体中で棒状構造発光素子３６０が移動できる厚さである。したがって、ＩＰＡ３６１を塗布する厚さは、棒状構造発光素子３６０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３６０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３６０の量は、１×１０４本／ｃｍ３〜１×１０７本／ｃｍ３が好ましい。
【０１８４】
上記棒状構造発光素子３６０を含むＩＰＡ３６１を塗布するために、棒状構造発光素子３６０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３６０を含むＩＰＡ３６１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３６０を含むＩＰＡ３６１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。
【０１８５】
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３６０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。
【０１８６】
次に、金属電極３５１，３５２間に電位差を与える。この第３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３５１，３５２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３６０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。
【０１８７】
図７は上記棒状構造発光素子３６０が金属電極３５１，３５２上に配列する原理を示している。図７に示すように、金属電極３５１に電位ＶＬを印加し、金属電極３５２に電位ＶＲ（ＶＬ＜ＶＲ）を印加すると、金属電極３５１には負電荷が誘起され、金属電極３５２には正電荷が誘起される。そこに棒状構造発光素子３６０が接近すると、棒状構造発光素子３６０において、金属電極３５１に近い側に正電荷が誘起され、金属電極３５２に近い側に負電荷が誘起される。この棒状構造発光素子３６０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３６０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３６０との間に静電力により引力が働き、棒状構造発光素子３６０は、金属電極３５１，３５２間に生じる電気力線に沿うと共に、各棒状構造発光素子３６０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１では、軸方向端面１１ａ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）。
【０１８８】
以上のように、上記棒状構造発光素子３６０が金属電極３５１，３５２間に発生した外部電場により、棒状構造発光素子３６０に電荷を発生させ、電荷の引力により金属電極３５１，３５２に棒状構造発光素子３６０を吸着させるので、棒状構造発光素子３６０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３６０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３６０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。
【０１８９】
上記棒状構造発光素子３６０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３５１，３５２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３６０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３６０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３５２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３６０の配列が非対象になる。
【０１９０】
そのような場合は、図８に示すように、金属電極３５１，３５２間にＡＣ電圧を印加することが好ましい。図８においては、金属電極３５２に基準電位を、金属電極３５１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３６０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３５２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３５１，３５２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。
【０１９１】
次に、上記金属電極３５１，３５２上に、棒状構造発光素子３６０を配列させた後、絶縁性基板３５０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３６０を金属電極３５１，３５２間の電気力線に沿って等間隔に配列させて固着させる。
【０１９２】
図９は上記棒状構造発光素子３６０を配列した絶縁性基板３５０の平面図を示している。この棒状構造発光素子３６０を配列した絶縁性基板３５０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３６０を配列した絶縁性基板３５０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。
【０１９３】
また、図１０は上記棒状構造発光素子３６０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１０に示すように、表示装置３００は、絶縁性基板３１０上に、表示部３０１、論理回路部３０２、論理回路部３０３、論理回路部３０４および論理回路部３０５を備える構成となっている。上記表示部３０１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３６０を配列している。
【０１９４】
図１１は上記表示装置３００の表示部３０１の要部の回路図を示しており、上記表示装置３００の表示部３０１は、図１１に示すように、互いに交差する複数の走査信号線ＧＬ（図１１では１本のみを示す）と複数のデータ信号線ＳＬ（図１１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３６０）とを有している。
【０１９５】
上記棒状構造発光素子３６０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３６０が交互に発光することになる。
【０１９６】
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３５１，３５２を単位とする配列領域が形成された絶縁性基板３５０を作成し、その絶縁性基板３５０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３６０を含んだ液体を塗布する。その後、２つの電極３５１，３５２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３６０を２つの電極３５１，３５２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３６０を所定の絶縁性基板３５０上に容易に配列させることができる。
【０１９７】
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３６０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。
【０１９８】
上記第３実施形態では、絶縁性基板３５０の表面に形成された２つの金属電極３５１，３５２に電位差を与えて、金属電極３５１，３５２間に棒状構造発光素子３６０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。
【０１９９】
上記第３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。
【０２００】
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３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】
【０２０１】
１，２，３６０  棒状構造発光素子
１１，１１Ａ，２１，２１Ａ  半導体コア
１２，１２Ａ，２２，２２Ａ  量子井戸層
１３，１３Ａ，２３，２３Ａ  半導体層
１４，１４’，２４，２４’  絶縁体
１６，２６  成長孔
１４Ａ，１４Ｂ，２４Ａ，２４Ｂ  マスク層
３０，３０Ａ  下地層
１０１，２０１  基板
３００  表示装置
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図２Ｈ】
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【図２Ｉ】
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【図２Ｊ】
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【図２Ｋ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図４Ｈ】
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【図４Ｉ】
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【図４Ｊ】
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【図４Ｋ】
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【図４Ｌ】
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【図４Ｍ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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