JP2011119617A - Method of manufacturing rod type light emitting device - Google Patents
Method of manufacturing rod type light emitting device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011119617A JP2011119617A JP2009277903A JP2009277903A JP2011119617A JP 2011119617 A JP2011119617 A JP 2011119617A JP 2009277903 A JP2009277903 A JP 2009277903A JP 2009277903 A JP2009277903 A JP 2009277903A JP 2011119617 A JP2011119617 A JP 2011119617A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- growth
- rod
- semiconductor core
- semiconductor
- light emitting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Led Devices (AREA)
Abstract
【課題】装置への実装の自由度が高くかつ光の取り出し効率が高い微細な棒状構造発光素子を提供する。
【解決手段】サファイア基板11上に、成長穴12aを有する成長マスク12を形成する工程と、成長マスク12の成長穴12aにより露出したサファイア基板11の露出領域上に、n型GaNからなる棒状の半導体コアを形成する工程と、半導体コアの被覆部分を覆うようにp型GaNからなる半導体層を形成する半導体層形成工程と、その半導体層形成工程の後、半導体コアの露出部分を露出するように成長マスク12をエッチングにより除去する成長マスク除去工程と、成長マスク除去工程の後に露出部分および被覆部分を含む半導体コアを、サファイア基板11から切り離す切り離し工程を備える。上記成長マスク12の成長穴12aの内周側かつサファイア基板11側に、サファイア基板11側に向かって内径が小さくなるように絞り部10を形成する。
【選択図】図1−1Provided is a fine rod-shaped light emitting element having a high degree of freedom in mounting on an apparatus and high light extraction efficiency.
A step of forming a growth mask 12 having a growth hole 12a on a sapphire substrate 11, and a rod-like shape made of n-type GaN on an exposed region of the sapphire substrate 11 exposed by the growth hole 12a of the growth mask 12. A step of forming a semiconductor core, a semiconductor layer forming step of forming a semiconductor layer made of p-type GaN so as to cover a covered portion of the semiconductor core, and an exposed portion of the semiconductor core are exposed after the semiconductor layer forming step. A growth mask removing step for removing the growth mask 12 by etching, and a separation step for separating the semiconductor core including the exposed portion and the covering portion from the sapphire substrate 11 after the growth mask removing step. On the inner peripheral side of the growth hole 12a of the growth mask 12 and on the sapphire substrate 11 side, the narrowed portion 10 is formed so that the inner diameter becomes smaller toward the sapphire substrate 11 side.
[Selection] Figure 1-1
Description
この発明は、棒状構造発光素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a rod-shaped structure light emitting device.
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。 Conventionally, as a rod-shaped structure light emitting device, a flat first polar layer is formed on a substrate, and then a plurality of nano-order-sized rods corresponding to an active layer emitting light are formed on the first polar layer. Some form a second polar layer for wrapping (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2006-332650 (Patent Document 1)). In this rod-shaped structure light emitting element, light is emitted from a plurality of rods which are active layers.
ところが、上記棒状構造発光素子は、基板上に複数のロッドが立設された状態で用いられるので、照明装置や表示装置に組み込む場合に基板の制約を受けるため、装置への実装の自由度が低いという問題がある。また、上記棒状構造発光素子は、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。 However, since the rod-shaped structure light emitting element is used in a state in which a plurality of rods are erected on a substrate, it is restricted by the substrate when incorporated in a lighting device or a display device. There is a problem that it is low. In addition, the rod-shaped structure light emitting device has a problem that the light extraction efficiency is lowered because most of the light is emitted sideways and absorbed by the adjacent rod.
そこで、この発明の課題は、装置への実装の自由度が高くかつ光の取り出し効率が高い微細な棒状構造発光素子を製造することが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。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a rod-shaped structure light-emitting element that can manufacture a fine rod-shaped structure light-emitting element that has a high degree of freedom in mounting on an apparatus and a high light extraction efficiency.
上記課題を解決するため、この発明の棒状構造発光素子の製造方法は、
基板上に、内部において棒状の第1導電型の半導体コアを成長させるための成長穴を有する成長マスクを形成する成長マスク形成工程と、
上記成長マスクの成長穴により露出した上記基板の露出領域上に、第1導電型の半導体を結晶成長させることにより上記棒状の第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、
上記半導体コアの一部である被覆部分を覆うように第2導電型の半導体層を形成する半導体層形成工程と、
上記半導体層形成工程の後、上記半導体コアの他の一部である露出部分を露出するように、上記成長マスクをエッチングにより除去する成長マスク除去工程と、
上記成長マスク除去工程の後に上記露出部分の少なくとも一部および上記被覆部分を含む半導体コアを、上記基板から切り離す切り離し工程と
を備え、
上記成長マスク形成工程において、上記成長マスクの成長穴の内周側に、上記成長穴の軸方向に対して直交する断面の形状が軸方向に沿って変化した形状変化部が形成されるように成長マスクを形成することを特徴とする。
In order to solve the above problems, a method for manufacturing a rod-shaped structure light emitting device of the present invention includes:
A growth mask forming step of forming a growth mask having a growth hole for growing a rod-shaped first conductivity type semiconductor core inside on the substrate;
A semiconductor core forming step of forming the rod-shaped first conductivity type semiconductor core by crystal growth of the first conductivity type semiconductor on the exposed region of the substrate exposed by the growth hole of the growth mask;
A semiconductor layer forming step of forming a second conductivity type semiconductor layer so as to cover a covering portion which is a part of the semiconductor core;
A growth mask removing step of removing the growth mask by etching so as to expose an exposed portion which is another part of the semiconductor core after the semiconductor layer forming step;
A separation step of separating the semiconductor core including at least a part of the exposed portion and the covering portion from the substrate after the growth mask removing step;
In the growth mask forming step, a shape changing portion in which the shape of a cross section perpendicular to the axial direction of the growth hole is changed along the axial direction is formed on the inner peripheral side of the growth hole of the growth mask. A growth mask is formed.
上記構成によれば、基板上に成長穴を有する成長マスクを形成した後、その成長マスクの成長穴により露出した基板の露出領域上に、第1導電型の半導体を結晶成長させることにより棒状の第1導電型の半導体コアを形成する。その後、半導体コアの一部である被覆部分を覆うように第2導電型の半導体層を形成する。次に、上記半導体コアの他の一部である露出部分を露出するように成長マスクをエッチングにより除去した後、露出部分の少なくとも一部および被覆部分を含む半導体コアを、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。このようにして基板から切り離なされた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接合部から光が放出される。 According to the above configuration, after the growth mask having the growth hole is formed on the substrate, the first conductivity type semiconductor is crystal-grown on the exposed region of the substrate exposed by the growth hole of the growth mask, thereby forming the rod-like shape. A semiconductor core of the first conductivity type is formed. Thereafter, a second conductivity type semiconductor layer is formed so as to cover the covering portion which is a part of the semiconductor core. Next, after removing the growth mask by etching so as to expose the exposed part which is the other part of the semiconductor core, the semiconductor core including at least a part of the exposed part and the covering part is formed on the substrate by, for example, ultrasonic waves. Separate from the substrate by vibrating or using a cutting tool. The rod-shaped structure light-emitting element thus separated from the substrate has one electrode connected to the exposed portion of the semiconductor core, the other electrode connected to the semiconductor layer, and the outer peripheral surface of the semiconductor core and the inside of the semiconductor layer. Light is emitted from the pn junction by flowing current between the electrodes so that recombination of electrons and holes occurs at the pn junction with the peripheral surface.
さらに、上記成長マスク形成工程において、成長マスクの成長穴の内周側に、成長穴の軸方向に対して直交する断面の形状が軸方向に沿って変化した形状変化部を設けることによって、半導体コアの露出部分の軸方向に対して直交する断面形状を任意の形状に変化させることが可能となり、設計の自由度が広がる。例えば、半導体コアの露出部分に基板との切り離し部(絞り)や切断部(溝など)を設けることが可能になり、棒状構造発光素子の基板からの切り離しが容易になると共に、棒状構造発光素子の長さのばらつきを低減できる。 Further, in the growth mask forming step, by providing a shape changing portion in which the shape of the cross section perpendicular to the axial direction of the growth hole is changed along the axial direction on the inner peripheral side of the growth hole of the growth mask, the semiconductor The cross-sectional shape orthogonal to the axial direction of the exposed portion of the core can be changed to an arbitrary shape, and the degree of freedom in design is increased. For example, the exposed portion of the semiconductor core can be provided with a separation part (diaphragm) and a cutting part (groove, etc.) from the substrate, and it becomes easy to separate the rod-shaped structure light emitting element from the substrate, and the rod-shaped structure light emitting element. Variation in length can be reduced.
このようにして、装置への実装の自由度が高くかつ光の取り出し効率が高い微細な棒状構造発光素子を製造できる。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で長さ100nmから200μmのサイズであり、より好ましくは直径が100nmから2μmで長さ1μmから50μmの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となると共に、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発光装置、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。 In this way, it is possible to manufacture a fine rod-shaped structure light-emitting element having a high degree of freedom for mounting on the device and a high light extraction efficiency. Here, the fine rod-shaped structure light emitting element is, for example, an element having a diameter of 10 nm to 5 μm and a length of 100 nm to 200 μm, more preferably a diameter of 100 nm to 2 μm and a length of 1 μm to 50 μm. In addition, the rod-shaped structure light emitting element can reduce the amount of semiconductor used, can reduce the thickness and weight of the device using the light emitting element, and can emit light from the entire circumference of the semiconductor core covered with the semiconductor layer. Since the emission region is widened by being emitted, a light-emitting device, a backlight, a lighting device, a display device, and the like with high emission efficiency and power saving can be realized.
また、一実施形態の棒状構造発光素子の製造方法は、
上記半導体コア形成工程では、上記成長マスクの成長穴により露出した上記基板の露出領域上に、上記成長マスクの成長穴の高さを越えるように第1導電型の半導体を結晶成長させることにより上記半導体コアを形成し、
上記半導体層形成工程では、上記成長マスク表面よりも上側に形成されて露出した上記半導体コアの上記被覆部分を覆うように上記半導体層を形成する。
In addition, a method for manufacturing a rod-shaped structure light emitting device of an embodiment is as follows:
In the semiconductor core forming step, the first conductivity type semiconductor is crystal-grown on the exposed region of the substrate exposed by the growth hole of the growth mask so as to exceed the height of the growth hole of the growth mask. Forming a semiconductor core,
In the semiconductor layer forming step, the semiconductor layer is formed so as to cover the covered portion of the semiconductor core formed and exposed above the growth mask surface.
上記実施形態によれば、基板上に成長穴を有する成長マスクを形成した後、その成長マスクの成長穴により露出した基板の露出領域上に、成長マスクの成長穴の高さを越えるように第1導電型の半導体を結晶成長させることにより棒状の第1導電型の半導体コアを形成する。その後、成長マスク表面よりも上側に形成されて露出した半導体コアの被覆部分を覆うように第2導電型の半導体層を形成する。上記半導体コア形成工程において、成長マスクの成長穴の内周側に設けられた形状変化部によって、半導体コアの基板側の表面形状を制御することが容易にできる。 According to the embodiment, after the growth mask having the growth hole is formed on the substrate, the growth mask is so formed as to exceed the height of the growth hole of the growth mask on the exposed region of the substrate exposed by the growth hole of the growth mask. A rod-shaped first-conductivity-type semiconductor core is formed by crystal growth of a one-conductivity-type semiconductor. Thereafter, a semiconductor layer of the second conductivity type is formed so as to cover the exposed coating portion of the semiconductor core formed above the growth mask surface. In the semiconductor core forming step, the surface shape of the semiconductor core on the substrate side can be easily controlled by the shape changing portion provided on the inner peripheral side of the growth hole of the growth mask.
また、一実施形態の棒状構造発光素子の製造方法は、
上記半導体コア形成工程では、上記成長マスクの成長穴により露出した上記基板の露出領域上かつ上記成長マスクの成長穴内に、第1導電型の半導体を結晶成長させることにより上記半導体コアを形成し、
上記半導体コア形成工程の後かつ上記半導体層形成工程の前に、上記成長マスクの上側部分をエッチングにより除去して、上記半導体コアの上記被覆部分を露出させる露出工程備え、
上記半導体層形成工程では、上記露出工程において露出した上記半導体コアの上記被覆部分を覆うように上記半導体層を形成する。
In addition, a method for manufacturing a rod-shaped structure light emitting device of an embodiment is as follows:
In the semiconductor core formation step, the semiconductor core is formed by crystal growth of a first conductivity type semiconductor on the exposed region of the substrate exposed by the growth hole of the growth mask and in the growth hole of the growth mask,
After the semiconductor core forming step and before the semiconductor layer forming step, an upper portion of the growth mask is removed by etching, and an exposing step is performed to expose the covering portion of the semiconductor core,
In the semiconductor layer forming step, the semiconductor layer is formed so as to cover the covered portion of the semiconductor core exposed in the exposing step.
上記実施形態によれば、基板上に成長穴を有する成長マスクを形成した後、その成長マスクの成長穴により露出した基板の露出領域上かつ成長マスクの成長穴内に、第1導電型の半導体を結晶成長させることにより棒状の第1導電型の半導体コアを形成する。その後、成長マスクの上側部分をエッチングにより除去して、半導体コアの一部を露出させ、露出した半導体コアの部分を覆うように第2導電型の半導体層を形成する。このように、成長マスクの成長穴内に半導体コアの全てを形成するので、成長マスクの形状変化部を用いて、半導体コア全体の形状を制御することが容易にできる。 According to the embodiment, after the growth mask having the growth hole is formed on the substrate, the first conductivity type semiconductor is formed on the exposed region of the substrate exposed by the growth hole of the growth mask and in the growth hole of the growth mask. By growing the crystal, a rod-shaped first conductive type semiconductor core is formed. Thereafter, the upper part of the growth mask is removed by etching, a part of the semiconductor core is exposed, and a semiconductor layer of the second conductivity type is formed so as to cover the exposed part of the semiconductor core. As described above, since all of the semiconductor core is formed in the growth hole of the growth mask, it is possible to easily control the shape of the entire semiconductor core using the shape change portion of the growth mask.
また、一実施形態の棒状構造発光素子の製造方法では、
上記基板は、基板本体とその基板本体上の第1導電型の半導体膜を含み、
上記成長マスク形成工程において、上記基板の上記半導体膜上に、上記成長穴を有する成長マスクを形成する。
Moreover, in the manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting device of one embodiment,
The substrate includes a substrate body and a first conductivity type semiconductor film on the substrate body,
In the growth mask formation step, a growth mask having the growth holes is formed on the semiconductor film of the substrate.
上記実施形態によれば、基板上に形成された半導体膜上に、成長穴を有する成長マスクを形成した後、その成長マスクの成長穴により露出した半導体膜の露出領域上に、第1導電型の半導体を結晶成長させることにより棒状の第1導電型の半導体コアを形成する。これにより、結晶欠陥の少ない半導体コアを形成できる。 According to the embodiment, after forming the growth mask having the growth hole on the semiconductor film formed on the substrate, the first conductivity type is formed on the exposed region of the semiconductor film exposed by the growth hole of the growth mask. A rod-shaped first-conductivity-type semiconductor core is formed by crystal growth of the semiconductor. Thereby, a semiconductor core with few crystal defects can be formed.
また、一実施形態の棒状構造発光素子の製造方法では、
上記半導体コア形成工程の後かつ上記半導体層形成工程の前に、上記半導体コアの表面を覆うように量子井戸層を形成する量子井戸層形成工程を備え、
次の上記半導体コア形成工程において、上記量子井戸層の表面を覆うように上記半導体層を形成する。
Moreover, in the manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting device of one embodiment,
A quantum well layer forming step of forming a quantum well layer so as to cover the surface of the semiconductor core after the semiconductor core forming step and before the semiconductor layer forming step;
In the next semiconductor core formation step, the semiconductor layer is formed so as to cover the surface of the quantum well layer.
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向上できる。 According to the embodiment, by forming the quantum well layer between the semiconductor core and the semiconductor layer, the light emission efficiency can be improved by the quantum confinement effect of the quantum well layer.
また、一実施形態の棒状構造発光素子の製造方法では、
上記成長マスクの上記形状変化部は、上記成長穴の内周側かつ基板側に、上記基板側に向かって内径が小さくなるように形成された絞り部か、または、上記成長穴の内周側かつ上記基板側から所定間隔あけた位置にくびれるように形成されたくびれ部である。
Moreover, in the manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting device of one embodiment,
The shape change portion of the growth mask is an aperture portion formed on the inner peripheral side and substrate side of the growth hole so that the inner diameter decreases toward the substrate side, or the inner peripheral side of the growth hole And a constricted portion formed so as to be constricted at a position spaced apart from the substrate side by a predetermined interval.
上記実施形態によれば、上記成長マスク形成工程において、成長マスクの成長穴の内周側かつ基板側に、基板側に向かって内径が小さくなるように設けられた形状変化部としての絞り部によって、半導体コアの基板側の端部が先細り形状になるので、切り離し工程において半導体コアを基板から容易に切り離すことが可能となり、この棒状構造発光素子の長さのばらつきを低減できる。または、上記成長マスク形成工程において、成長マスクの成長穴の内周側かつ基板側から所定間隔あけた位置にくびれるように設けられた形状変化部としてのくびれ部によって、半導体コアに環状の溝部が形成されるので、切り離し工程において、半導体コアを環状の溝部で容易に切り離すことが可能となり、この棒状構造発光素子の長さのばらつきを低減することができる。 According to the above embodiment, in the growth mask forming step, by the aperture portion as the shape changing portion provided on the inner peripheral side of the growth hole of the growth mask and on the substrate side so that the inner diameter becomes smaller toward the substrate side. Since the end of the semiconductor core on the substrate side is tapered, the semiconductor core can be easily separated from the substrate in the separation step, and variations in the length of the rod-shaped structure light emitting element can be reduced. Alternatively, in the growth mask forming step, an annular groove portion is formed in the semiconductor core by a constricted portion as a shape changing portion provided so as to be constricted at a position spaced from the inner peripheral side of the growth hole of the growth mask and from the substrate side. Since it is formed, the semiconductor core can be easily separated by the annular groove portion in the separation step, and variations in the length of the rod-shaped structure light emitting element can be reduced.
また、一実施形態の棒状構造発光素子の製造方法では、
上記成長マスク形成工程の後かつ上記半導体コア形成工程の前に、上記成長マスクの成長穴により露出した上記基板の露出領域上に触媒金属層を形成する触媒金属層形成工程を備え、
次の上記半導体コア形成工程において、上記触媒金属層と上記基板との界面から上記第1導電型の半導体を結晶成長させることにより上記半導体コアを形成する。
Moreover, in the manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting device of one embodiment,
A catalyst metal layer forming step for forming a catalyst metal layer on the exposed region of the substrate exposed by the growth hole of the growth mask after the growth mask forming step and before the semiconductor core forming step;
In the next semiconductor core forming step, the semiconductor core is formed by crystal growth of the first conductivity type semiconductor from the interface between the catalytic metal layer and the substrate.
上記実施形態によれば、成長マスク形成工程の後かつ半導体コア形成工程の前に、成長マスクの成長穴により露出した上記基板の露出領域上に触媒金属層を形成した後、触媒金属層が形成された基板上に、触媒金属層と基板との界面から第1導電型の半導体を結晶成長させることにより棒状の第1導電型の半導体コアを形成することによって、結晶欠陥の少ない半導体コアを形成できる。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。 According to the embodiment, after forming the catalytic metal layer on the exposed region of the substrate exposed by the growth hole of the growth mask after the growth mask forming step and before the semiconductor core forming step, the catalytic metal layer is formed. A semiconductor core with few crystal defects is formed by forming a rod-shaped first conductivity type semiconductor core on the formed substrate by crystal growth of the first conductivity type semiconductor from the interface between the catalytic metal layer and the substrate. it can. Therefore, it is possible to realize a rod-shaped structure light emitting device with good characteristics.
また、上記半導体コア形成工程の後、半導体コアの先端に触媒金属層を保持した状態で、半導体コアの外周面および触媒金属層と半導体コアの先端との界面からの結晶成長により半導体コアの表面を覆う第2導電型の半導体層を形成することによって、半導体コアの外周面よりも触媒金属層と半導体コアとの界面からの結晶成長が促進されるので、半導体層は、半導体コアの外周面を覆う部分の径方向の厚さよりも半導体コアの他端側の端面を覆う部分の軸方向の厚さを厚くすることが可能になる。 Further, after the semiconductor core forming step, the surface of the semiconductor core is grown by crystal growth from the outer peripheral surface of the semiconductor core and the interface between the catalytic metal layer and the tip of the semiconductor core with the catalyst metal layer held at the tip of the semiconductor core. By forming the semiconductor layer of the second conductivity type covering the semiconductor layer, crystal growth from the interface between the catalytic metal layer and the semiconductor core is promoted more than the outer peripheral surface of the semiconductor core. The thickness in the axial direction of the portion covering the end face on the other end side of the semiconductor core can be made larger than the thickness in the radial direction of the portion covering the semiconductor core.
以上より明らかなように、この発明の棒状構造発光素子の製造方法によれば、装置への実装の自由度が高くかつ光の取り出し効率が高い微細な棒状構造発光素子を実現することができる。 As is apparent from the above, according to the method for manufacturing a rod-shaped structure light emitting device of the present invention, it is possible to realize a fine rod-shaped structure light emitting device having a high degree of freedom for mounting on a device and a high light extraction efficiency.
以下、この発明の棒状構造発光素子の製造方法を図示の実施の形態により詳細に説明する。なお、この実施の形態では、第1導電型をn型とし、第2導電型をp型としたが、第1導電型をp型とし、第2導電型をn型としてもよい。また、この実施形態では、Siをドープしたn型GaNとMgをドープしたp型GaNとを用いるが、GaNにドーピングする不純物はこれに限らない。 Hereinafter, the manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting element of this invention is demonstrated in detail by embodiment of illustration. In this embodiment, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. However, the first conductivity type may be p-type and the second conductivity type may be n-type. In this embodiment, n-type GaN doped with Si and p-type GaN doped with Mg are used. However, impurities doped in GaN are not limited thereto.
〔第1実施形態〕
図1−1〜図1−4はこの発明の第1実施形態の棒状構造発光素子の製造方法の工程図を示している。
[First Embodiment]
FIGS. 1-1 to 1-4 show process drawings of the method of manufacturing the rod-shaped structure light emitting device according to the first embodiment of the present invention.
まず、図1−1に示すように、成長マスク形成工程において、サファイア基板11上に、成長穴12aを有する成長マスク12を形成する。成長マスクには、酸化シリコン(SiO2)あるいは窒化シリコン(Si3N4)など半導体コアおよび半導体層に対して選択的にエッチング可能な材料を用いることができる。成長穴12a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。この際、成長する半導体コアの径は上記成長マスクの成長穴のサイズに依存する。
First, as shown in FIG. 1A, a
この成長マスク形成工程において、成長マスク12の成長穴12aの内周側に、成長穴12aの軸方向に対して直交する断面の形状が軸方向に沿って変化した形状変化部の一例としての絞り部10を設けている。この絞り部10は、成長マスク12の成長穴12aのサファイア基板11側において、サファイア基板11側に向かって内径が小さくなるように形成されており、成長穴12a内のサファイア基板11の露出領域が、成長穴12aの絞り部10以外の部分の軸方向に対して直交する断面よりも小さくなっている。
In this growth mask formation step, a diaphragm as an example of a shape changing portion in which the shape of the cross section perpendicular to the axial direction of the
次に、図1−2に示すように、半導体コア形成工程において、成長マスク12の成長穴12aにより露出したサファイア基板11の露出領域上に、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属気相成長)装置を用いて、n型GaNを結晶成長させることにより断面がほぼ円形の棒状の半導体コア13を形成する。成長温度を800℃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(SiH4)を、さらにキャリアガスとして水素(H2)を供給することによって、Siを不純物としたn型GaNの半導体コアを成長させることができる。
Next, as shown in FIG. 1-2, MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) is formed on the exposed region of the
次に、半導体層形成工程において、棒状の半導体コア13の被覆部13b(図1−3に示す)を覆うようにサファイア基板11全面にp型GaNからなる半導体層14を形成する。形成温度を900℃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。
Next, in the semiconductor layer forming step, the
次に、図1−3に示すように、成長マスク除去工程において、リフトオフにより半導体コア13を覆う半導体層14の部分を除く領域と成長マスク12を除去して、棒状の半導体コア13のサファイア基板11側の外周面を露出させて露出部分13aを形成する。この状態で、上記半導体コア13の露出部分13aのサファイア基板11側の先端部13cは、先細り形状をしている。また、上記半導体コア13のサファイア基板11と反対の側の端面は、半導体層14aにより覆われている。成長マスクに酸化シリコン(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成長マスクをエッチングすることができ、成長マスクとともに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。この実施形態の成長マスク除去工程では、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。ドライエッチングの場合、CF4やXeF2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成長マスクをエッチングすることができ、成長マスクとともに半導体コアを覆う半導体層の部分を除く領域を除去することができる。
Next, as shown in FIG. 1C, in the growth mask removal step, the region excluding the portion of the
次に、切り離し工程において、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)を用いてサファイア基板11を基板平面に沿って振動させることにより、半導体コア13の先端部13cとサファイア基板11との界面で折り曲げるように、半導体層14aに覆われた半導体コア13に対して応力が働いて、図1−4に示すように、半導体層14aに覆われた半導体コア13がサファイア基板11から切り離される。これにより、一端側に露出部分13aを有する棒状の半導体コア13と、その半導体コア13の露出部分13a以外の被覆部分13bを覆う半導体層14aとを備えた棒状構造発光素子が得られる。
Next, in the separation step, the substrate is immersed in an aqueous solution of isopropyl alcohol (IPA), and the
このようにして、サファイア基板11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。この第1実施形態では、棒状構造発光素子の直径を1μm、長さを10μmとしている(図1−1〜図1−4では図を見やすくするために棒状構造発光素子の長さを短く描いている)。
In this way, a fine rod-shaped structure light-emitting element separated from the
なお、図1−1〜図1−4では、1つの棒状構造発光素子を示しているが、サファイア基板11に複数の棒状構造発光素子が設けられている。
1A to 1D show one bar-shaped light emitting element, a plurality of bar-shaped light emitting elements are provided on the
この棒状構造発光素子は、半導体コア13の露出部分13aに一方の電極を接続し、半導体層14aに他方の電極を接続して、p型の半導体層14aからn型の半導体コア13に電流を流すことにより、n型の半導体コア13の外周面とp型の半導体層14aの内周面とのpn接合部で電子と正孔の再結合が起きて光が放出される。上記半導体層14aで覆われた半導体コア13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、高い発光効率が得られる。
In this rod-shaped structure light emitting element, one electrode is connected to the exposed
上記構成の棒状構造発光素子の製造方法によれば、装置への実装の自由度が高くかつ光の取り出し効率が高い微細な棒状構造発光素子を製造することができる。また、上記棒状構造発光素子は、サファイア基板11から切り離された微細構造物として用いるので、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となると共に、半導体層14aで覆われた半導体コア13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発光装置、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。
According to the method for manufacturing a bar-shaped light emitting element having the above-described configuration, a fine bar-shaped light emitting element having a high degree of freedom in mounting on a device and a high light extraction efficiency can be manufactured. Further, since the rod-shaped structure light emitting element is used as a fine structure separated from the
また、上記半導体コア13の外周面の一部を露出させる成長マスク除去工程において、半導体コア13のサファイア基板11側の外周面を露出させると共に、半導体層形成工程において半導体コア13のサファイア基板11と反対の側の端面を半導体層14により覆うことによって、半導体コア13のサファイア基板11側の露出部分13aをn側電極に接続し、半導体コア13のサファイア基板11と反対の側の端面が半導体層14aに覆われていることにより、半導体コア13のサファイア基板11と反対の側を覆う半導体層14aの部分にp側電極を接続することができる。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。
Further, in the growth mask removing step of exposing a part of the outer peripheral surface of the
また、上記切り離し工程において、超音波を用いてサファイア基板11平面に沿ってサファイア基板11を振動させることにより、サファイア基板11上に立設する半導体コア13の先端部13cとサファイア基板11との界面で折り曲げるように、半導体層14aに覆われた半導体コア13に対して応力が働いて、半導体層14aに覆われた半導体コア13がサファイア基板11から切り離される。したがって、簡単な方法でサファイア基板11上に設けられた微細な複数の棒状構造発光素子を容易に切り離すことができる。
Further, in the separation step, the interface between the
なお、上記切り離し工程において、切断工具を用いて半導体コア13をサファイア基板11から機械的に切り離してもよい。切断工具を用いて、サファイア基板11上に立設する半導体コア13の先端部13cとサファイア基板11との界面で折り曲げるようにし、半導体層14aに覆われた半導体コア13に対して応力が働いて、半導体層14aに覆われた半導体コア13がサファイア基板11から切り離される。この場合、簡単な方法でサファイア基板11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。
In the separation step, the
また、上記成長マスク除去工程においてドライエッチングを用いてもよく、GaNを母材とする半導体からなる半導体コア13の外周面の一部を容易に露出させることができる。GaNを母材とする半導体は、ウェットエッチングが困難なため、半導体コア13の外周面の一部を露出させる成長マスク除去工程なしに半導体層14aで覆われた半導体コア13をサファイア基板11から切り離して微細な棒状構造発光素子を製造した場合、この微細な棒状構造発光素子を絶縁性基板上に配列させた後にウェットエッチングを用いて半導体コア13の外周面の一部を電極接続用に露出させることができない。したがって、半導体コア13と半導体層14aがGaNを母材とする半導体からなる場合、切り離し工程の前に予めドライエッチングにより半導体コア13の外周面の一部を露出させることは、実装が容易な微細な棒状構造発光素子を実現する上で特に有効である。
Further, dry etching may be used in the growth mask removing step, and a part of the outer peripheral surface of the
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棒状構造発光素子は、半導体層14aが半導体コア13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14aにより半導体コア13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。
Furthermore, in the rod-shaped structure light-emitting device manufactured by the method for manufacturing the rod-shaped structure light-emitting device, the
上記棒状構造発光素子の製造方法では、サファイア基板11上に成長穴12aを有する成長マスク12を形成した後、その成長マスク12の成長穴12aにより露出したサファイア基板11の露出領域上に、成長マスク12の成長穴12aの高さを越えるようにn型GaNを結晶成長させることにより棒状の半導体コア13を形成した後、成長マスク12表面よりも上側に形成されて露出した半導体コア13の被覆部分を覆うように半導体層14aを形成している。これにより、半導体コア形成工程において、成長マスク12の成長穴12aの内周側に設けられた形状変化部としての絞り部10によって、半導体コア13のサファイア基板11側の表面形状を制御することが容易にできる。
In the manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting device, after the
また、上記成長マスク形成工程において、成長マスク12の成長穴12aの内周側かつサファイア基板11側に、サファイア基板11側に向かって内径が小さくなるように設けられた形状変化部としての絞り部10によって、半導体コア13のサファイア基板11側の端部が先細り形状になるので、切り離し工程において半導体コア13をサファイア基板11から容易に切り離すことが可能となり、この棒状構造発光素子の長さのばらつきを低減することができる。
Further, in the growth mask forming step, a narrowing portion as a shape change portion provided on the inner peripheral side of the
なお、上記第1実施形態では、形状変化部として絞り部10を成長マスク12の成長穴12aの内周側に形成したが、成長穴の軸方向に対して直交する断面の形状が軸方向に沿って変化した他の形状変化部を設けてもよい。
In the first embodiment, the narrowed
図2−1は上記第1実施形態の棒状構造発光素子の製造方法に用いられる成長マスク12の要部断面図を示し、図2−2は図2−1の成長マスク12を用いて形成された半導体コア13の先端部の断面図を示している。
2A is a cross-sectional view of the main part of the
上記第1実施形態では、サファイア基板11上に成長マスク12を形成した後、成長マスク12にレジストパターンを用いて成長穴をサファイア基板11近傍まで形成する。その後、ウェットエッチングにより成長穴を広げて、図2−1に示す成長穴12aと絞り部10(形状変化部)を形成する。
In the first embodiment, after the
なお、成長マスクの成長穴の絞り部の形状や形成方法は、これに限らず、基板側に向かって内径が小さくなるように形成された絞り部であればよい。 In addition, the shape and the formation method of the narrowed portion of the growth hole of the growth mask are not limited to this, and any narrowed portion formed so that the inner diameter becomes smaller toward the substrate side may be used.
例えば、図3−1に示すように、サファイア基板21上に複数の成長マスクを多段に重ねて成長マスク22を形成することにより、成長穴22aのサファイア基板11側に階段状に広がる絞り部20を形成してもよい。図3−2は、図3−1の成長マスク22を用いて形成された半導体コア23の先端部23cの断面を示している。図3−2に示すように、半導体コア23の先端部23cは、階段状に先細りした形状をしている。
For example, as shown in FIG. 3A, a plurality of growth masks are stacked on a
また、図4−1に示すように、サファイア基板31上に成長マスク32を形成した後、成長マスク32にレジストパターンを用いて成長穴をサファイア基板31近傍まで形成した後、腐食性ガスなどにより成長穴を広げて、図4−1に示す成長穴32aと絞り部30(形状変化部)を形成してもよい。図4−2は、図4−1の成長マスク32を用いて形成された半導体コア33の先端部33cの断面を示している。図4−2に示すように、半導体コア33の先端部33cは、表面がとげ状の先細りした形状をしている。
Further, as shown in FIG. 4A, after forming the
上記第1実施形態では、サファイア基板11に、成長穴12aを有する成長マスク12を形成して、その成長穴12a内に半導体コア13を結晶成長させたが、基板はこれに限らず、例えばn型のGaNからなる基板を用いてもよいし、サファイア基板上にn型のGaNからなる半導体膜が形成されたものを用いてもよい。
In the first embodiment, the
〔第2実施形態〕
図5−1〜図5−4はこの発明の第2実施形態の棒状構造発光素子の製造方法の工程図を示している。この第2実施形態の棒状構造発光素子の製造方法は、半導体膜を除いて第1実施形態の棒状構造発光素子の製造方法と同一の工程を有している。
[Second Embodiment]
5-1 to 5-4 show process drawings of the method for manufacturing the rod-shaped structure light emitting device according to the second embodiment of the present invention. The manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting element of the second embodiment has the same steps as the manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting element of the first embodiment except for the semiconductor film.
まず、図5−1に示すように、半導体膜形成工程において、MOCVD装置を用いて、基板本体の一例としてのサファイア基板41上にn型GaNからなる半導体膜45を形成し、次に、成長マスク形成工程において、半導体膜45上に、成長穴42aを有する成長マスク42を形成する。成長マスクには、酸化シリコン(SiO2)あるいは窒化シリコン(Si3N4)など半導体コアおよび半導体層に対して選択的にエッチング可能な材料を用いることができる。成長穴42a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。この際、成長する半導体コアの径は上記成長マスクの成長穴のサイズに依存する。
First, as shown in FIG. 5A, in the semiconductor film formation process, a
この成長マスク形成工程において、成長マスク42の成長穴42aの内周側に、成長穴42aの軸方向に対して直交する断面の形状が軸方向に沿って変化した形状変化部の一例としての絞り部40を設けている。この絞り部40は、成長マスク42の成長穴42aの半導体膜45側において、半導体膜45側に向かって内径が小さくなるように形成されており、成長穴42a内の半導体膜45の露出領域が、成長穴42aの絞り部40以外の部分の軸方向に対して直交する断面よりも小さくなっている。
In this growth mask forming step, a diaphragm as an example of a shape change portion in which the shape of the cross section orthogonal to the axial direction of the
次に、図5−2に示すように、半導体コア形成工程において、成長マスク42の成長穴42aにより露出した半導体膜45の露出領域上に、MOCVD装置を用いて、n型GaNを結晶成長させることにより断面がほぼ円形の棒状の半導体コア43を形成する。成長温度を800℃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(SiH4)を、さらにキャリアガスとして水素(H2)を供給することによって、Siを不純物としたn型GaNの半導体コアを成長させることができる。
Next, as shown in FIG. 5B, in the semiconductor core formation step, n-type GaN is grown on the exposed region of the
次に、半導体層形成工程において、棒状の半導体コア43の被覆部43b(図5−3に示す)を覆うようにサファイア基板41全面にp型GaNからなる半導体層44を形成する。形成温度を900℃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。
Next, in the semiconductor layer forming step, the
次に、図5−3に示すように、成長マスク除去工程において、リフトオフにより半導体コア43を覆う半導体層44の部分を除く領域と成長マスク42を除去して、棒状の半導体コア43のサファイア基板41側の外周面を露出させて露出部分43aを形成する。この状態で、上記半導体コア43の露出部分43aのサファイア基板41側の先端部43cは、先細り形状をしている。上記半導体コア43のサファイア基板41と反対の側の端面は、半導体層44aにより覆われている。成長マスクに酸化シリコン(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成長マスクをエッチングすることができ、成長マスクとともに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。この実施形態の成長マスク除去工程では、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。ドライエッチングの場合、CF4やXeF2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成長マスクをエッチングすることができ、成長マスクとともに半導体コアを覆う半導体層の部分を除く領域を除去することができる。
Next, as shown in FIG. 5C, in the growth mask removing step, the region excluding the portion of the
次に、切り離し工程において、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)を用いてサファイア基板41を基板平面に沿って振動させることにより、半導体コア43の先端部43cと半導体膜45との界面で折り曲げるように、半導体層44aに覆われた半導体コア43に対して応力が働いて、図5−4に示すように、半導体層44aに覆われた半導体コア43がサファイア基板41から切り離される。これにより、一端側に露出部分43aを有する棒状の半導体コア43と、その半導体コア43の露出部分43a以外の被覆部分43bを覆う半導体層44aとを備えた棒状構造発光素子が得られる。
Next, in the separation step, the substrate is immersed in an aqueous solution of isopropyl alcohol (IPA), and the
このようにして、サファイア基板41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。この第2実施形態では、棒状構造発光素子の直径を1μm、長さを10μmとしている(図5−1〜図5−4では図を見やすくするために棒状構造発光素子の長さを短く描いている)。
In this way, a fine rod-shaped structure light emitting device separated from the
なお、図5−1〜図5−4では、1つの棒状構造発光素子を示しているが、サファイア基板41に複数の棒状構造発光素子が設けられている。
In FIG. 5A to FIG. 5D, one bar-shaped light emitting element is shown, but a plurality of bar-shaped light emitting elements are provided on the
上記第2実施形態の棒状構造発光素子の製造方法は、第1実施形態の棒状構造発光素子の製造方法と同様の効果を有する。 The manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting element of the second embodiment has the same effect as the manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting element of the first embodiment.
また、サファイア基板41上に形成された半導体膜45上に、成長穴42aを有する成長マスク42を形成した後、その成長マスク42の成長穴aにより露出した半導体膜45の露出領域上に、n型GaNを結晶成長させることにより棒状の半導体コア43を形成することにより、結晶欠陥の少ない半導体コア43を形成することができる。
Further, after forming a
〔第3実施形態〕
図6−1〜図6−6はこの発明の第3実施形態の棒状構造発光素子の製造方法の工程図を示している。
[Third Embodiment]
6-1 to 6-6 show process drawings of the method for manufacturing the rod-shaped structure light emitting device according to the third embodiment of the present invention.
まず、図6−1に示すように、成長マスク形成工程において、サファイア基板51上に、成長穴52aを有する成長マスク52を形成する。ここで、成長マスク52の成長穴52aは、後の工程で形成する半導体コア51の長さと略同一またはそれ以上の長さとなるようにしている。
First, as shown in FIG. 6A, a
上記成長マスク52には、酸化シリコン(SiO2)あるいは窒化シリコン(Si3N4)など半導体コアおよび半導体層に対して選択的にエッチング可能な材料を用いることができる。成長穴52a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。この際、成長する半導体コアの径は上記成長マスクの成長穴のサイズに依存する。
The
この成長マスク形成工程において、成長マスク52の成長穴52aの内周側に、成長穴52aの軸方向に対して直交する断面の形状が軸方向に沿って変化した形状変化部の一例としての絞り部50を設けている。この絞り部50は、成長マスク52の成長穴52aのサファイア基板51側において、サファイア基板51側に向かって内径が小さくなるように形成されており、成長穴52a内のサファイア基板51の露出領域が、成長穴52aの絞り部50以外の部分の軸方向に対して直交する断面よりも小さくなっている。
In this growth mask forming step, a diaphragm as an example of a shape changing portion in which the shape of the cross section perpendicular to the axial direction of the
次に、図6−2に示すように、半導体コア形成工程において、成長マスク52の成長穴52aにより露出したサファイア基板51の露出領域上に、MOCVD装置を用いて、n型GaNを結晶成長させることにより、成長マスク52の成長穴52a内に断面がほぼ円形の棒状の半導体コア53を形成する。成長温度を800℃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(SiH4)を、さらにキャリアガスとして水素(H2)を供給することによって、Siを不純物としたn型GaNの半導体コアを成長させることができる。
Next, as shown in FIG. 6B, in the semiconductor core forming process, n-type GaN is crystal-grown on the exposed region of the
次に、図6−3に示すように、成長マスク除去工程において、成長マスク52の上側部分をエッチングにより除去して、半導体コア53の被覆部分53b(図6−5に示す)を露出させ、成長マスク52bを残す。
Next, as shown in FIG. 6-3, in the growth mask removing step, the upper portion of the
次に、図6−4に示すように、半導体層形成工程において、棒状の半導体コア53の被覆部53b(図6−5に示す)を覆うようにサファイア基板51全面にp型GaNからなる半導体層54を形成する。形成温度を900℃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。
Next, as shown in FIG. 6-4, in the semiconductor layer forming step, the semiconductor made of p-type GaN on the entire surface of the
次に、図6−5に示すように、成長マスク除去工程において、リフトオフにより半導体コア53を覆う半導体層54の部分を除く領域と成長マスク52を除去して、棒状の半導体コア53のサファイア基板51側の外周面を露出させて露出部分53aを形成する。この状態で、上記半導体コア53の露出部分53aのサファイア基板51側の先端部53cは、先細り形状をしている。上記半導体コア53のサファイア基板51と反対の側の端面は、半導体層54aにより覆われている。成長マスクに酸化シリコン(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成長マスクをエッチングすることができ、成長マスクとともに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。この実施形態の成長マスク除去工程では、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。ドライエッチングの場合、CF4やXeF2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成長マスクをエッチングすることができ、成長マスクとともに半導体コアを覆う半導体層の部分を除く領域を除去することができる。
Next, as shown in FIG. 6-5, in the growth mask removing step, the region excluding the portion of the
次に、切り離し工程において、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)を用いてサファイア基板51を基板平面に沿って振動させることにより、半導体コア53の先端部53cとサファイア基板51との界面で折り曲げるように、半導体層54aに覆われた半導体コア53に対して応力が働いて、図6−6に示すように、半導体層54aに覆われた半導体コア53がサファイア基板51から切り離される。これにより、一端側に露出部分53aを有する棒状の半導体コア53と、その半導体コア53の露出部分53a以外の被覆部分53bを覆う半導体層54aとを備えた棒状構造発光素子が得られる。
Next, in the separation step, the substrate is dipped in an isopropyl alcohol (IPA) aqueous solution, and the
このようにして、サファイア基板51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。この第3実施形態では、棒状構造発光素子の直径を1μm、長さを10μmとしている(図6−1〜図6−6では図を見やすくするために棒状構造発光素子の長さを短く描いている)。
In this way, a fine rod-shaped structure light emitting element separated from the
上記第3実施形態の棒状構造発光素子の製造方法は、第1実施形態の棒状構造発光素子の製造方法と同様の効果を有する。 The manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting element of the third embodiment has the same effect as the manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting element of the first embodiment.
また、上記第3実施形態では、成長マスク52の成長穴52a内に半導体コア53の全てを形成するので、半導体コア53全体の形状を制御することが容易にできる。
In the third embodiment, since all of the
〔第4実施形態〕
図7−1〜図7−4はこの発明の第4実施形態の棒状構造発光素子の製造方法の工程図を示している。
[Fourth Embodiment]
7-1 to 7-4 show process drawings of the method for manufacturing the rod-shaped structure light emitting device of the fourth embodiment of the present invention.
まず、図7−1に示すように、半導体膜形成工程において、基板本体の一例としてのサファイア基板61上にn型GaNからなる半導体膜66を形成し、次に、成長マスク形成工程において、半導体膜66上に、成長穴62aを有する成長マスク62を形成する。成長マスクには、酸化シリコン(SiO2)あるいは窒化シリコン(Si3N4)など半導体コアおよび半導体層に対して選択的にエッチング可能な材料を用いることができる。成長穴62a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。この際、成長する半導体コアの径は上記成長マスクの成長穴のサイズに依存する。
First, as shown in FIG. 7A, in the semiconductor film forming step, a
この成長マスク形成工程において、成長マスク62の成長穴62aの内周側に、成長穴62aの軸方向に対して直交する断面の形状が軸方向に沿って変化した形状変化部の一例としてのくびれ部60を設けている。このくびれ部60は、成長マスク62のサファイア基板61側から所定間隔あけた位置に形成されている(くびれ部の形成方法は第8実施形態を参照)。
In this growth mask formation step, a constriction as an example of a shape change portion in which the shape of the cross section perpendicular to the axial direction of the
次に、図7−2に示すように、半導体コア形成工程において、成長マスク62の成長穴62aにより露出した半導体膜66の露出領域上に、MOCVD装置を用いて、n型GaNを結晶成長させることにより断面がほぼ円形の棒状の半導体コア63を形成する。成長温度を800℃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(SiH4)を、さらにキャリアガスとして水素(H2)を供給することによって、Siを不純物としたn型GaNの半導体コアを成長させることができる。
Next, as shown in FIG. 7B, in the semiconductor core formation step, n-type GaN is grown on the exposed region of the
次に、半導体層形成工程において、棒状の半導体コア63の被覆部63b(図7−3に示す)を覆うようにサファイア基板61全面にp型GaNからなる半導体層64を形成する。形成温度を900℃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。
Next, in the semiconductor layer forming step, a
次に、図7−3に示すように、成長マスク除去工程において、リフトオフにより半導体コア63を覆う半導体層64の部分を除く領域と成長マスク62を除去して、棒状の半導体コア63のサファイア基板61側の外周面を露出させて露出部分63aを形成する。この状態で、上記半導体コア63の露出部分63aに環状の溝部65が形成されている。また、上記半導体コア63のサファイア基板61と反対の側の端面は、半導体層64aにより覆われている。
Next, as shown in FIG. 7C, in the growth mask removing step, the region excluding the portion of the
成長マスクに酸化シリコン(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成長マスクをエッチングすることができ、成長マスクとともに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。この実施形態の成長マスク除去工程では、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。ドライエッチングの場合、CF4やXeF2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成長マスクをエッチングすることができ、成長マスクとともに半導体コアを覆う半導体層の部分を除く領域を除去することができる。 When the growth mask is composed of silicon oxide (SiO 2 ) or silicon nitride (Si 3 N 4 ), a semiconductor layer and a semiconductor layer that easily covers the semiconductor core can be obtained by using a solution containing hydrofluoric acid (HF). The growth mask can be etched without affecting the portion, and the region excluding the portion of the semiconductor layer covering the semiconductor core together with the growth mask can be removed by lift-off. In the growth mask removing process of this embodiment, lift-off is used, but a part of the semiconductor core may be exposed by etching. In the case of dry etching, by using CF 4 or XeF 2 , the growth mask can be easily etched without affecting the semiconductor core and the semiconductor layer portion covering the semiconductor core, and the semiconductor covering the semiconductor core together with the growth mask. Regions other than the layer portions can be removed.
次に、切り離し工程において、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)を用いてサファイア基板61を基板平面に沿って振動させることにより、半導体コア63の溝部65で折り曲げるように、半導体層64aに覆われた半導体コア63に対して応力が働いて、図7−4に示すように、半導体層64aに覆われた半導体コア63が溝部65で切り離され、サファイア基板61側に切断後のコア残存部63cが残る。これにより、一端側に露出部分63aを有する棒状の半導体コア63と、その半導体コア63の露出部分63a以外の被覆部分63bを覆う半導体層64aとを備えた棒状構造発光素子が得られる。
Next, in the separation step, the substrate is immersed in an isopropyl alcohol (IPA) aqueous solution, and the
このようにして、サファイア基板61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。この第2実施形態では、棒状構造発光素子の直径を1μm、長さを10μmとしている(図7−1〜図7−4では図を見やすくするために棒状構造発光素子の長さを短く描いている)。
In this way, a fine rod-shaped structure light emitting device separated from the
上記第4実施形態の棒状構造発光素子の製造方法は、第1実施形態の棒状構造発光素子の製造方法と同様の効果を有する。 The manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting element of the fourth embodiment has the same effect as the manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting element of the first embodiment.
また、サファイア基板61上に形成された半導体膜66上に、成長穴62aを有する成長マスク62を形成した後、その成長マスク62の成長穴aにより露出した半導体膜66の露出領域上に、n型GaNを結晶成長させることにより棒状の半導体コア63を形成することにより、結晶欠陥の少ない半導体コア63を形成することができる。
Further, after forming a
また、上記第4実施形態の棒状構造発光素子の製造方法によれば、成長マスク形成工程において、成長マスク62の成長穴62aの内周側かつサファイア基板61側から所定間隔あけた位置にくびれるように設けられた形状変化部としてのくびれ部60によって、半導体コア63に環状の溝部65が形成されるので、切り離し工程において、半導体コア63を環状の溝部65で容易に切り離すことが可能となり、この棒状構造発光素子の長さのばらつきを低減することができる。
Moreover, according to the manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting device of the fourth embodiment, in the growth mask formation step, the neck is formed at a position spaced from the inner circumference side of the
〔第5実施形態〕
図8−1〜図8−15はこの発明の第5実施形態の棒状構造発光素子の製造方法の工程図を示している。
[Fifth Embodiment]
FIGS. 8-1 to FIGS. 8-15 show process drawings of the method for manufacturing the rod-shaped structure light emitting device of the fifth embodiment of the present invention.
まず、図8−1に示すように、サファイア基板71を用意する。このサファイア基板71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。
First, as shown in FIG. 8A, a
次に、成長マスク形成工程において、サファイア基板71上に、SiO2またはSi3N4を堆積させて成長マスク72を形成し、さらにその成長マスク72上にメタルリフトオフ層73を形成する。
Next, in a growth mask formation step, SiO 2 or Si 3 N 4 is deposited on the
次に、図8−2に示すように、メタルリフトオフ層73上に穴74aを有するレジストパターン74を形成する。
Next, as illustrated in FIG. 8B, a resist
次に、図8−3に示すように、レジストパターン74をマスクにして、ドライエッチングにより、メタルリフトオフ層73を貫通しかつ成長マスク72にサファイア基板71近傍まで延びた穴75を形成する。ここで、穴75の底部に成長マスク72の一部を残して、サファイア基板71までドライエッチングしないので、サファイア基板71表面にダメージが生じない。
Next, as shown in FIG. 8C, using the resist
次に、図8−4に示すように、ウェットエッチングにより、成長マスク72にレジストパターン74の穴74aよりも拡径の成長穴72aを形成する。
Next, as shown in FIG. 8D, a
このとき、成長マスク72の成長穴72aの内周側に、成長穴72aの軸方向に対して直交する断面の形状が軸方向に沿って変化した形状変化部の一例としての絞り部70を設けている。この絞り部70は、成長マスク72の成長穴72aのサファイア基板71側において、サファイア基板71側に向かって内径が小さくなるように形成されており、成長穴72a内のサファイア基板71の露出領域が、成長穴72aの絞り部10以外の部分の軸方向に対して直交する断面よりも小さくなっている。
At this time, an
次に、図8−5に示すように、リフトオフによりレジストパターン74(図8−4に示す)を除去した後、基板を洗浄する。 Next, as shown in FIG. 8-5, after removing the resist pattern 74 (shown in FIG. 8-4) by lift-off, the substrate is cleaned.
次に、図8−6に示すように、半導体コア形成工程において、成長マスク72の成長穴72aにより露出したサファイア基板71の露出領域上に、MOCVD装置を用いて、n型GaNを結晶成長させることにより初期成長部76を形成する。
Next, as shown in FIG. 8-6, in the semiconductor core formation process, n-type GaN is crystal-grown on the exposed region of the
次に、図8−7に示すように、触媒金属層形成工程において、初期成長部76上に触媒金属を蒸着させて触媒金属層77を形成する。この触媒金属層には、Ga,N,In,Alなどの化合物半導体材料並びにSi,Mgなどの不純物材に対して、これらを溶解して取り込み、かつ自身とは化合物を形成しにくいNi,Fe,Auなどの材料が使用できる。このとき、メタルリフトオフ層73上にも金属層78が同時に形成されている。
Next, as shown in FIG. 8-7, in the catalyst metal layer forming step, the catalyst metal is deposited on the
次に、図8−8に示すように、リフトオフによりメタルリフトオフ層73(図8−7に示す)を金属層78(図8−7に示す)と共に除去して、基板を洗浄する。 Next, as shown in FIG. 8-8, the metal lift-off layer 73 (shown in FIG. 8-7) is removed together with the metal layer 78 (shown in FIG. 8-7) by lift-off, and the substrate is cleaned.
次に、図8−9に示すように、MOCVD装置を用いて、初期成長部76と触媒金属層77との界面でn型GaNを結晶成長させることにより断面がほぼ円形の棒状の半導体コア81を形成する。
Next, as shown in FIG. 8-9, a rod-shaped
ここで、成長する半導体コア81の直径は、成長マスク72の成長穴72a内では、触媒金属層77の直径が成長穴72aの内径以上に広がらないために成長穴72aの内径によって決まる。そして、半導体コア81の直径は、成長する半導体コア81の高さが成長マスク72の高さ(成長穴72aの深さ)を越えてからは、島状に凝集する触媒金属層の直径で決まる。したがって、成長する半導体コア81の高さが成長マスク72の高さ(成長穴72aの深さ)を越えても、成長穴72aとほぼ同じ直径で島状に凝集するように、適切な膜厚で触媒金属層77を形成することによって、成長マスク72の高さ(成長穴72aの深さ)を越えても直径が同じ半導体コア81を成長させることができる。
Here, the diameter of the
なお、成長する半導体コア81の高さが成長マスク72の高さ(成長穴72aの深さ)を越えたときに、成長穴72aよりも大きな直径で島状に凝集するように、触媒金属層77の膜厚を制御することによって、成長穴72a内の半導体コア81の露出部分の直径よりも大きな直径で半導体コア81の被覆部分を成長させることができる。
When the height of the growing
次に、図8−10に示すように、量子井戸層形成工程において、半導体コア81の先端に島状の触媒金属層77を保持したままの状態で、半導体コア81を覆うように基板71全面にMQW(Multiple Quantum Well:多重量子井戸)層82を形成する。
Next, as shown in FIG. 8-10, in the quantum well layer forming step, the entire surface of the
ここで、MQW層82は、MOCVD装置内で前述のようにn型GaNの半導体コア81を成長させた後、n型GaNの半導体コア81上にp型GaNからなる障壁層とp型InGaNからなる量子井戸層とを交互に繰り返すことにより形成する。なお、このMQW層82の代わりに、p型InGaNの量子井戸層が一層であってもよいし、p型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。
Here, the
次に、半導体層形成工程において、MQW層82で覆われた半導体コア81の先端に島状の触媒金属層77を保持したままの状態で、MQW層82を覆うように基板全面にp型GaNからなる半導体層83を形成する。MOCVD装置の温度を900℃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。
Next, in the semiconductor layer forming step, the p-type GaN is applied to the entire surface of the substrate so as to cover the
上記量子井戸層形成工程では、触媒金属層77と半導体コア81の端面との間の界面でのMQW層82の成長速度は、半導体コア81の側面側の成長速度よりも10〜100倍大きくなるため、半導体コア81の端面側の膜厚が側面側よりも厚くなる。また、同様に、上記半導体層形成工程では、触媒金属層77とMQW層82で覆われた半導体コア81の端面側との間の界面での半導体層83の成長速度は、MQW層82で覆われた半導体コア81の側面側の成長速度よりも10〜100倍大きくなるため、MQW層82で覆われた半導体コア81の端面側の膜厚が側面側よりも厚くなる。
In the quantum well layer forming step, the growth rate of the
次に、図8−11に示すように、エッチングにより触媒金属層77(図8−10に示す)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。そして、p型GaNの活性化のためのアニールを行う。なお、触媒金属層77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。
Next, as shown in FIGS. 8-11, the catalyst metal layer 77 (shown in FIGS. 8-10) is selectively removed by wet etching, and then washed with pure water, for example. Then, annealing for activating the p-type GaN is performed. The
次に、図8−12に示すように、半導体層83上に、ポリシリコンまたはITOからなる導電膜84を形成して、さらに、アニール処理を行って、半導体層83と導電膜84の間の抵抗を下げる。
Next, as shown in FIG. 8-12, a
次に、図8−13に示すように、導電膜84,半導体層83,MQW層82を順次エッチングして、半導体コア81の一端側に、導電膜84a,半導体層83a,MQW層82aを残す一方、半導体コア81の他端側に成長マスク72を残す。このとき、導電膜84の上側は除去されると共に、半導体層83の上側の一部が除去されるが、エッチング前の半導体層83では、半導体コア81の外周面を覆う部分の径方向の厚さよりも、半導体コア81の上側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81の上側端面は露出し難い。
Next, as shown in FIG. 8-13, the
次に、図8−14に示すように、エッチングにより成長マスク72(図8−13に示す)を除去する。この状態で、上記半導体コア81の露出部分81aのサファイア基板71側の先端部81cは、先細り形状をしている。
Next, as shown in FIG. 8-14, the growth mask 72 (shown in FIG. 8-13) is removed by etching. In this state, the
次に、切り離し工程において、IPA(イソプロピルアルコール)水溶液中にサファイア基板71を浸し、例えば数10KHzの超音波を用いてサファイア基板71を基板平面に沿って振動させることにより、サファイア基板71上に立設する半導体コア81の先端部81cとサファイア基板71との界面で折り曲げるように、半導体コア81に対して応力が働いて、図8−15に示すように、半導体コア81がサファイア基板71から切り離される。
Next, in the separation step, the
上記棒状構造発光素子の製造方法によって、図9に示すように、一端側に露出部分81aを有する棒状の半導体コア81と、その半導体コア81の露出部分81a以外の被覆部分81bを覆うMQW層82a(図8−15に示す),半導体層83a(図8−15に示す),導電層84aを備えた棒状構造発光素子が得られる。
9, the
上記第5実施形態の棒状構造発光素子の製造方法は、第1実施形態の棒状構造発光素子の製造方法と同様の効果を有する。 The manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting element of the fifth embodiment has the same effect as the manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting element of the first embodiment.
また、上記半導体コア81と半導体層83aとの間にMQW層82aを形成することによって、MQW層82aの量子閉じ込め効果により発光効率を向上できる。
Further, by forming the
また、上記棒状構造発光素子の製造方法では、成長マスク形成工程の後かつ半導体コア形成工程の前に、成長マスク72の成長穴72aにより露出したサファイア基板71の露出領域上に触媒金属層77を形成した後、触媒金属層77とサファイア基板71との界面からn型GaNを結晶成長させることにより棒状の半導体コア81を形成することによって、結晶欠陥の少ない半導体コア81を形成することができる。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。
Further, in the method for manufacturing the rod-shaped structure light emitting element, the
また、上記半導体コア形成工程の後、半導体コア81の先端に触媒金属層77を保持した状態で、半導体コア81の外周面および触媒金属層77と半導体コア81の先端との界面からの結晶成長により半導体コア81の表面を覆うMQW層82,半導体層83を形成することによって、半導体コア81の外周面よりも触媒金属層77と半導体コア81との界面からの結晶成長が促進されるので、MQW層82,半導体層83は、半導体コア81の外周面を覆う部分の径方向の厚さよりも半導体コア81の他端側の端面を覆う部分の軸方向の厚さを厚くすることが可能になる。
Further, after the semiconductor core formation step, crystal growth from the outer peripheral surface of the
上記棒状構造発光素子の製造方法では、半導体コア81の端部のMQW層82a,半導体層83aが厚くなり、図8−13におけるエッチング工程において、半導体コア81までエッチングされことがなく、半導体コア81の終端にショート保護用のp型GaNからなるキャップ層を必要としない。
In the manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting element, the
また、上記半導体コア形成工程において、成長マスク72の成長穴72aにより露出したサファイア基板71の露出領域上に、n型GaNからなる初期成長部76を形成するので、サファイア基板71上にn型GaNからなる半導体膜を必要とせず、数μmのn型GaN膜の成膜がなくなるので、処理時間を短縮でき、成長コストを低減できる。また、n型GaNのエッチングの必要が無いので、無駄になるGaNの使用量を少なくできる。
In the semiconductor core formation step, since the
また、上記半導体コア81のサファイア基板71側の表面形状を成長マスクの成長穴の形状により変化させることによって、光取り出し効率の向上できる。
Further, the light extraction efficiency can be improved by changing the surface shape of the
また、ドライエッチングを用いずに成長マスクの成長穴の形状制御することにより、半導体コア81のサファイア基板71側の先端部を先細り形状にするので、工程が単純化できると共に、半導体コア81の長さバラツキを低減できる。さらに、半導体コア81の切り離し前の下地n型GaNのエッチングやサファイア基板のエッチングを必要とせず、導電膜や半導体コア81表面へのダメージを少なくできる。
Further, by controlling the shape of the growth hole of the growth mask without using dry etching, the tip of the
また、上記棒状構造発光素子の製造方法では、サファイア基板71にドライエッチングを行わないため、サファイア基板71表面のダメージがなく、ダメージ層の除去工程が必要ない。
Moreover, in the manufacturing method of the said rod-shaped structure light emitting element, since dry etching is not performed to the
なお、サファイア基板71上に下地となるn型GaNからなる初期成長部76を形成することによって、初期成長でのバラツキを抑制できるので、成長後の長さバラツキを少なくできる。
Note that, by forming the
〔第6実施形態〕
図10−1〜図10−13はこの発明の第6実施形態の棒状構造発光素子の製造方法の工程図を示している。
[Sixth Embodiment]
10-1 to 10-13 show process drawings of the method for manufacturing the rod-shaped structure light emitting device according to the sixth embodiment of the present invention.
まず、図10−1に示すように、サファイア基板91を用意する。このサファイア基板91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。
First, as shown in FIG. 10A, a
次に、成長マスク形成工程において、サファイア基板91上に、SiO2またはSi3N4を堆積させて成長マスク92を形成する。
Next, in the growth mask formation step, SiO 2 or Si 3 N 4 is deposited on the
次に、図10−2に示すように、成長マスク92上に、穴93aを有するレジストパターン93を形成する。
Next, as illustrated in FIG. 10B, a resist
次に、図10−3に示すように、レジストパターン93をマスクにして、ドライエッチングにより、成長マスク92にサファイア基板91近傍まで延びた穴94を形成する。ここで、穴94の底部に成長マスク92の一部を残して、サファイア基板91までドライエッチングしないので、サファイア基板91表面にダメージが生じない。
Next, as shown in FIG. 10-3, a
次に、図10−4に示すように、ウェットエッチングにより、成長マスク92にレジストパターン93の穴93aよりも拡径の成長穴92aを形成する。
Next, as shown in FIG. 10-4, a
このとき、成長マスク92の成長穴92aの内周側に、成長穴92aの軸方向に対して直交する断面の形状が軸方向に沿って変化した形状変化部の一例としての絞り部90を設けている。この絞り部90は、成長マスク92の成長穴92aのサファイア基板91側において、サファイア基板91側に向かって内径が小さくなるように形成されており、成長穴92a内のサファイア基板91の露出領域が、成長穴92aの絞り部90以外の部分の軸方向に対して直交する断面よりも小さくなっている。
At this time, an
次に、図10−5に示すように、触媒金属層形成工程において、成長穴92aの底部に触媒金属を蒸着させて触媒金属層97を形成する。この触媒金属層には、Ga,N,In,Alなどの化合物半導体材料並びにSi,Mgなどの不純物材に対して、これらを溶解して取り込み、かつ自身とは化合物を形成しにくいNi,Fe,Auなどの材料が使用できる。このとき、レジストパターン93上にも金属層98が同時に形成されている。
Next, as shown in FIG. 10-5, in the catalyst metal layer forming step, the
次に、図10−6に示すように、リフトオフによりレジストパターン93(図10−5に示す)を金属層98(図10−5に示す)と共に除去して、基板を洗浄する。 Next, as shown in FIG. 10-6, the resist pattern 93 (shown in FIG. 10-5) is removed together with the metal layer 98 (shown in FIG. 10-5) by lift-off, and the substrate is cleaned.
次に、図10−7に示すように、半導体コア形成工程において、成長マスク92の成長穴92aにより露出したサファイア基板91の露出領域上に、MOCVD装置を用いて、n型GaNを結晶成長させることにより断面がほぼ円形の棒状の半導体コア101を形成する。
Next, as shown in FIG. 10-7, in the semiconductor core formation step, n-type GaN is grown on the exposed region of the
ここで、成長する半導体コア101の直径は、成長マスク92の成長穴92a内では、触媒金属層97の直径が成長穴92aの内径以上に広がらないために成長穴92aの内径によって決まる。そして、半導体コア101の直径は、成長する半導体コア101の高さが成長マスク92の高さ(成長穴92aの深さ)を越えてからは、島状に凝集する触媒金属層の直径で決まる。したがって、成長する半導体コア101の高さが成長マスク92の高さ(成長穴92aの深さ)を越えても、成長穴92aとほぼ同じ直径で島状に凝集するように、適切な膜厚で触媒金属層97を形成することによって、成長マスク92の高さ(成長穴92aの深さ)を越えても直径が同じ半導体コア101を成長させることができる。
Here, the diameter of the
なお、成長する半導体コア101の高さが成長マスク92の高さ(成長穴92aの深さ)を越えたときに、成長穴92aよりも大きな直径で島状に凝集するように、触媒金属層97の膜厚を制御することによって、成長穴92a内の半導体コア101の露出部分の直径よりも大きな直径で半導体コア101の被覆部分を成長させることができる。
When the height of the growing
次に、図10−8に示すように、量子井戸層形成工程において、半導体コア101の先端に島状の触媒金属層97を保持したままの状態で、半導体コア101を覆うように基板91全面にMQW(Multiple Quantum Well:多重量子井戸)層102を形成する。
Next, as shown in FIG. 10-8, in the quantum well layer forming step, the entire surface of the
ここで、MQW層102は、MOCVD装置内で前述のようにn型GaNの半導体コア101を成長させた後、p型GaNからなる障壁層とp型InGaNからなる量子井戸層とを交互に繰り返すことにより形成する。なお、このMQW層102の代わりに、p型InGaNの量子井戸層が一層であってもよいし、p型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。
Here, the
次に、半導体層形成工程において、MQW層102で覆われた半導体コア101の先端に島状の触媒金属層97を保持したままの状態で、MQW層102を覆うように基板全面にp型GaNからなる半導体層103を形成する。MOCVD装置の温度を900℃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。
Next, in the semiconductor layer formation step, the p-type GaN is applied to the entire surface of the substrate so as to cover the
上記量子井戸層形成工程では、触媒金属層97と半導体コア101の端面との間の界面でのMQW層102の成長速度は、半導体コア101の側面側の成長速度よりも10〜100倍大きくなるため、半導体コア101の端面側の膜厚が側面側よりも厚くなる。また、同様に、上記半導体層形成工程では、触媒金属層97とMQW層102で覆われた半導体コア101の端面側との間の界面での半導体層103の成長速度は、MQW層102で覆われた半導体コア101の側面側の成長速度よりも10〜100倍大きくなるため、MQW層102で覆われた半導体コア101の端面側の膜厚が側面側よりも厚くなる。
In the quantum well layer forming step, the growth rate of the
次に、図10−9に示すように、エッチングにより触媒金属層97(図10−8に示す)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。そして、p型GaNの活性化のためのアニールを行う。なお、触媒金属層97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。
Next, as shown in FIG. 10-9, the catalyst metal layer 97 (shown in FIG. 10-8) is selectively removed by wet etching, and then washed with pure water, for example. Then, annealing for activating the p-type GaN is performed. The
次に、図10−10に示すように、半導体層103上に、ポリシリコンまたはITOからなる導電膜104を形成して、さらに、アニール処理を行って、半導体層103と導電膜104の間の抵抗を下げる。
Next, as shown in FIG. 10-10, a
次に、図10−11に示すように、導電膜104,半導体層103,MQW層102を順次エッチングして、半導体コア101の一端側に、導電膜104a,半導体層103a,MQW層102aを残す一方、半導体コア101の他端側に成長マスク92を残す。このとき、導電膜104の上側は除去されると共に、半導体層103の上側の一部が除去されるが、エッチング前の半導体層103では、半導体コア101の外周面を覆う部分の径方向の厚さよりも、半導体コア101の上側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101の上側端面は露出し難い。
Next, as shown in FIGS. 10-11, the
次に、図10−12に示すように、エッチングにより成長マスク92(図10−13に示す)を除去する。この状態で、上記半導体コア101の露出部分101aのサファイア基板91側の先端部101cは、先細り形状をしている。
Next, as shown in FIG. 10-12, the growth mask 92 (shown in FIG. 10-13) is removed by etching. In this state, the
次に、切り離し工程において、IPA(イソプロピルアルコール)水溶液中にサファイア基板91を浸し、例えば数10KHzの超音波を用いてサファイア基板91を基板平面に沿って振動させることにより、サファイア基板91上に立設する半導体コア101の先端部101cとサファイア基板91との界面で折り曲げるように、半導体コア101に対して応力が働いて、図10−13に示すように、半導体コア101がサファイア基板91から切り離される。
Next, in the separation step, the
上記第6実施形態の棒状構造発光素子の製造方法は、初期成長部の効果を除いて第5実施形態の棒状構造発光素子の製造方法と同様の効果を有する。 The manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting element of the sixth embodiment has the same effects as the manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting element of the fifth embodiment except for the effect of the initial growth portion.
〔第7実施形態〕
図11−1〜図11−14はこの発明の第7実施形態の棒状構造発光素子の製造方法の工程図を示している。
[Seventh Embodiment]
11-1 to 11-14 show process drawings of the method for manufacturing the rod-shaped structure light emitting device according to the seventh embodiment of the present invention.
まず、図11−1に示すように、サファイア基板111を用意する。このサファイア基板111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。
First, as shown in FIG. 11A, a
次に、成長マスク形成工程において、サファイア基板111上に、SiO2またはSi3N4を堆積させて成長マスク112を形成する。ここで、成長マスク112の膜厚は、後工程で形成する半導体コアの長さと同じに設定する。
Next, in the growth mask formation step, SiO 2 or Si 3 N 4 is deposited on the
次に、図11−2に示すように、成長マスク112上に、穴113aを有するレジストパターン113を形成する。
Next, as illustrated in FIG. 11B, a resist
次に、図11−3に示すように、レジストパターン113をマスクにして、ドライエッチングにより、成長マスク112にサファイア基板111近傍まで延びた穴114を形成する。ここで、穴114の底部に成長マスク112の一部を残して、サファイア基板111までドライエッチングしないので、サファイア基板111表面にダメージが生じない。
Next, as shown in FIG. 11C, a
次に、図11−4に示すように、ウェットエッチングにより、成長マスク112にレジストパターン113の穴113aよりも拡径の成長穴112aを形成する。
Next, as shown in FIG. 11-4, a
このとき、成長マスク112の成長穴112aの内周側に、成長穴112aの軸方向に対して直交する断面の形状が軸方向に沿って変化した形状変化部の一例としての絞り部110を設けている。この絞り部110は、成長マスク112の成長穴112aのサファイア基板111側において、サファイア基板111側に向かって内径が小さくなるように形成されており、成長穴112a内のサファイア基板111の露出領域が、成長穴112aの絞り部110以外の部分の軸方向に対して直交する断面よりも小さくなっている。
At this time, the narrowed
次に、図11−5に示すように、触媒金属層形成工程において、成長穴112aの底部に触媒金属を蒸着させて触媒金属層117を形成する。この触媒金属層には、Ga,N,In,Alなどの化合物半導体材料並びにSi,Mgなどの不純物材に対して、これらを溶解して取り込み、かつ自身とは化合物を形成しにくいNi,Fe,Auなどの材料が使用できる。このとき、レジストパターン113上にも金属層118が同時に形成されている。
Next, as shown in FIG. 11-5, in the catalyst metal layer forming step, the
次に、図11−6に示すように、リフトオフによりレジストパターン113(図11−5に示す)を金属層118(図11−5に示す)と共に除去して、基板を洗浄する。 Next, as shown in FIG. 11-6, the resist pattern 113 (shown in FIG. 11-5) is removed together with the metal layer 118 (shown in FIG. 11-5) by lift-off, and the substrate is cleaned.
次に、図11−7に示すように、半導体コア形成工程において、成長マスク112の成長穴112aにより露出したサファイア基板111の露出領域上に、MOCVD装置を用いて、n型GaNを結晶成長させることにより成長穴112a内に断面がほぼ円形の棒状の半導体コア121を形成する。
Next, as shown in FIG. 11-7, in the semiconductor core formation process, n-type GaN is grown on the exposed region of the
ここで、成長する半導体コア121の直径は、成長マスク112の成長穴112a内では、触媒金属層117の直径が成長穴112aの内径以上に広がらないために成長穴112aの内径によって決まる。
Here, the diameter of the growing
次に、図11−8に示すように、ドライエッチングにより成長マスク112の上側を除去して、後工程で露出する半導体コア121の露出部分を覆う成長マスク112aを残す。
Next, as shown in FIG. 11-8, the upper side of the
次に、図11−9に示すように、量子井戸層形成工程において、半導体コア121の先端に島状の触媒金属層117を保持したままの状態で、半導体コア121を覆うように基板111全面にMQW(Multiple Quantum Well:多重量子井戸)層122を形成する。
Next, as shown in FIG. 11-9, in the quantum well layer formation step, the entire surface of the
ここで、MQW層122は、MOCVD装置内で前述のようにn型GaNの半導体コア121を成長させた後、p型GaNからなる障壁層とp型InGaNからなる量子井戸層とを交互に繰り返すことにより形成する。なお、このMQW層122の代わりに、p型InGaNの量子井戸層が一層であってもよいし、p型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。
Here, the
次に、半導体層形成工程において、MQW層122で覆われた半導体コア121の先端に島状の触媒金属層117を保持したままの状態で、MQW層122を覆うように基板全面にp型GaNからなる半導体層123を形成する。MOCVD装置の温度を900℃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。
Next, in the semiconductor layer forming step, the p-type GaN is applied to the entire surface of the substrate so as to cover the
上記量子井戸層形成工程では、触媒金属層117と半導体コア121の端面との間の界面でのMQW層122の成長速度は、半導体コア121の側面側の成長速度よりも10〜100倍大きくなるため、半導体コア121の端面側の膜厚が側面側よりも厚くなる。また、同様に、上記半導体層形成工程では、触媒金属層117とMQW層122で覆われた半導体コア121の端面側との間の界面での半導体層123の成長速度は、MQW層122で覆われた半導体コア121の側面側の成長速度よりも10〜100倍大きくなるため、MQW層122で覆われた半導体コア121の端面側の膜厚が側面側よりも厚くなる。
In the quantum well layer forming step, the growth rate of the
次に、図11−10に示すように、エッチングにより触媒金属層117(図11−9に示す)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。そして、p型GaNの活性化のためのアニールを行う。なお、触媒金属層117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。
Next, as shown in FIG. 11-10, the catalyst metal layer 117 (shown in FIG. 11-9) is selectively removed by wet etching, and then washed with pure water, for example. Then, annealing for activating the p-type GaN is performed. The
次に、図11−11に示すように、半導体層123上に、ポリシリコンまたはITOからなる導電膜124を形成して、さらに、アニール処理を行って、半導体層123と導電膜124の間の抵抗を下げる。
Next, as illustrated in FIGS. 11 to 11, a
次に、図11−12に示すように、導電膜124,半導体層123,MQW層122を順次エッチングして、半導体コア121の一端側に、導電膜124a,半導体層123a,MQW層122aを残す一方、半導体コア121の他端側に成長マスク112を残す。このとき、導電膜124の上側は除去されると共に、半導体層123の上側の一部が除去されるが、エッチング前の半導体層123では、半導体コア121の外周面を覆う部分の径方向の厚さよりも、半導体コア121の上側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121の上側端面は露出し難い。
Next, as shown in FIG. 11-12, the
次に、図11−12に示すように、エッチングにより成長マスク112a(図11−13に示す)を除去する。この状態で、上記半導体コア121の露出部分121aのサファイア基板111側の先端部121cは、先細り形状をしている。
Next, as shown in FIGS. 11-12, the
次に、切り離し工程において、IPA(イソプロピルアルコール)水溶液中にサファイア基板111を浸し、例えば数10KHzの超音波を用いてサファイア基板111を基板平面に沿って振動させることにより、サファイア基板111上に立設する半導体コア121の先端部121cとサファイア基板111との界面で折り曲げるように、半導体コア121に対して応力が働いて、図11−13に示すように、半導体コア121がサファイア基板111から切り離される。
Next, in the separation step, the
上記第7実施形態の棒状構造発光素子の製造方法は、初期成長部の効果を除いて第5実施形態の棒状構造発光素子の製造方法と同様の効果を有する。 The manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting device of the seventh embodiment has the same effects as the manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting device of the fifth embodiment except for the effect of the initial growth portion.
〔第8実施形態〕
図12−1〜図12−7はこの発明の第8実施形態の棒状構造発光素子の製造方法の工程図を示している。この第8実施形態では、成長マスクの成長穴の内周側かつ基板側から所定間隔あけた位置にくびれ部を形成する具体的に例を説明する。
[Eighth Embodiment]
12-1 to 12-7 show process drawings of the method for manufacturing the rod-shaped structure light emitting device of the eighth embodiment of the present invention. In the eighth embodiment, a specific example will be described in which a constricted portion is formed at a position spaced a predetermined distance from the inner peripheral side of the growth hole of the growth mask and the substrate side.
まず、図12−1に示すように、成長マスク形成工程において、サファイア基板131上に、SiO2またはSi3N4を堆積させて成長マスク132を形成する。
First, as shown in FIG. 12A, in the growth mask formation step, SiO 2 or Si 3 N 4 is deposited on the
次に、図12−2に示すように、成長マスク132上に、穴133aを有するレジストパターン133を形成する。
Next, as illustrated in FIG. 12B, a resist
次に、図12−3に示すように、レジストパターン133をマスクにして、ドライエッチングにより、成長マスク132にサファイア基板131側へ延びた穴134を形成する。ここで、穴134は、後工程でくびれ部を形成する箇所が底部となるように、成長マスク132の膜厚方向の途中まで形成する。
Next, as shown in FIG. 12C, a
次に、図12−4に示すように、ウェットエッチングにより、成長マスク132にレジストパターン133の穴133aよりも拡径の成長穴132aを形成する。
Next, as shown in FIG. 12-4, a
次に、図12−5に示すように、穴134を一旦レジストで埋めた後、ドライエッチングによりレジストパターン135と成長マスク132にサファイア基板131まで貫通する穴134を形成する。これにより、図12−4で形成された成長穴132aの穴は、縮径する。
Next, as shown in FIG. 12-5, after the
次に、図12−6に示すように、ウェットエッチングにより、成長マスク132の下側にレジストパターン133の穴134よりも拡径の成長穴132bを形成する。
Next, as shown in FIG. 12-6, a
次に、図12−7に示すように、レジスト135を除去した後、基板を洗浄する。 Next, as shown in FIG. 12-7, after removing the resist 135, the substrate is washed.
こうして、上記第8実施形態の棒状構造発光素子の製造方法によれば、成長マスク132内にくびれ部130を容易に形成することができる。
Thus, according to the method for manufacturing the rod-shaped structure light emitting device of the eighth embodiment, the
上記第8実施形態の棒状構造発光素子の製造方法によれば、成長マスク形成工程において、成長マスク132の成長穴132aの内周側かつサファイア基板131側から所定間隔あけた位置にくびれるように設けられた形状変化部としてのくびれ部130によって、後の半導体コア形成工程において、半導体コアに環状の溝部が形成されるので、切り離し工程において、半導体コア63を環状の溝部65で容易に切り離すことが可能となり、この棒状構造発光素子の長さのばらつきを低減することができる。
According to the method for manufacturing the rod-shaped structure light emitting device of the eighth embodiment, in the growth mask forming step, the rod is provided so as to be constricted at a position spaced from the inner peripheral side of the
〔第9実施形態〕
次に、この発明の第9実施形態の棒状構造発光素子を備えた発光装置、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9実施形態では、上記第1〜第8実施形態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。
[Ninth Embodiment]
Next, a light emitting device, a backlight, a lighting device, and a display device each including a rod-shaped structure light emitting element according to a ninth embodiment of the invention will be described. In the ninth embodiment, the rod-shaped structure light emitting elements of the first to eighth embodiments are arranged on an insulating substrate. The arrangement of the rod-shaped structure light-emitting elements is the same as that disclosed in Japanese Patent Application No. 2007-102848 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-260073), “Microstructure Arrangement Method, Substrate Arranged with Fine Structure, and Integrated Circuit Device” And display device ".
図13はこの第9実施形態の発光装置、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13に示すように、絶縁性基板300の表面に、金属電極301,302を形成している。絶縁性基板300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。
FIG. 13 shows a plan view of an insulating substrate used in the light emitting device, backlight, illumination device and display device of the ninth embodiment. As shown in FIG. 13,
上記金属電極301,302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。
The
図13では省略されているが、金属電極301,302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301,302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13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。
Although not shown in FIG. 13, pads are formed on the
図14は図13のXIV−XIV線から見た断面模式図である。 FIG. 14 is a schematic sectional view taken along line XIV-XIV in FIG.
まず、図14に示すように、絶縁性基板300上に、棒状構造発光素子310を含んだイソプロピルアルコール(IPA)311を薄く塗布する。IPA311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、IPA311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。
First, as shown in FIG. 14, isopropyl alcohol (IPA) 311 including a rod-shaped structure
ただし、液体を通じて金属電極301,302間に大きな電流が流れてしまうと、金属電極301,302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301,302を覆うように、絶縁性基板300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。
However, if a large current flows between the
棒状構造発光素子310を含むIPA311を塗布する厚さは、次に棒状構造発光素子310を配列する工程で、棒状構造発光素子310が配列できるよう、液体中で棒状構造発光素子310が移動できる厚さである。したがって、IPA311を塗布する厚さは、棒状構造発光素子310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310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310の量は、1×104本/cm3〜1×107本/cm3が好ましい。
The thickness of applying the
棒状構造発光素子310を含むIPA311を塗布するために、棒状構造発光素子310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310を含むIPA311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310を含むIPA311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。
In order to apply the
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310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。
A liquid made of IPA, ethylene glycol, propylene glycol,..., Or a mixture thereof, or other organic substances, or a liquid such as water is desirable for the arrangement process of the rod-shaped structure
次に、金属電極301,302間に電位差を与える。この第9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301,302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310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。
Next, a potential difference is applied between the
図15は上記棒状構造発光素子310が金属電極301,302上に配列する原理を示している。図15に示すように、金属電極301に電位VLを印加し、金属電極302に電位VR(VL<VR)を印加すると、金属電極301には負電荷が誘起され、金属電極302には正電荷が誘起される。そこに棒状構造発光素子310が接近すると、棒状構造発光素子310において、金属電極301に近い側に正電荷が誘起され、金属電極302に近い側に負電荷が誘起される。この棒状構造発光素子310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310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310との間に静電力により引力が働き、棒状構造発光素子310は、金属電極301,302間に生じる電気力線に沿うと共に、各棒状構造発光素子310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1−4に示す棒状構造発光素子では、半導体層14aに覆われた半導体コア13の露出部分13a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)。
FIG. 15 shows the principle that the rod-shaped structure
以上のように、棒状構造発光素子310が金属電極301,302間に発生した外部電場により、棒状構造発光素子310に電荷を発生させ、電荷の引力により金属電極301,302に棒状構造発光素子310を吸着させるので、棒状構造発光素子310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310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310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。
As described above, an electric field generated between the
棒状構造発光素子310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301,302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310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310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302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310の配列が非対象になる。
When the rod-shaped structure light-emitting
そのような場合は、図16に示すように、金属電極301,302間にAC電圧を印加することが好ましい。図16においては、金属電極302に基準電位を、金属電極301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310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302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301,302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。
In such a case, it is preferable to apply an AC voltage between the
次に、金属電極301,302上に、棒状構造発光素子310を配列させた後、絶縁性基板300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310を金属電極301,302間の電気力線に沿って等間隔に配列させて固着させる。
Next, after the rod-shaped structure
図17は上記棒状構造発光素子310を配列した絶縁性基板300の平面図を示している。この棒状構造発光素子310を配列した絶縁性基板300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310を配列した絶縁性基板300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。
FIG. 17 is a plan view of an insulating
また、図18は上記棒状構造発光素子310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18に示すように、表示装置400は、絶縁性基板410上に、表示部401、論理回路部402、論理回路部403、論理回路部404および論理回路部405を備える構成となっている。上記表示部401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310を配列している。
FIG. 18 is a plan view of a display device using an insulating substrate on which the rod-shaped structure
図19は上記表示装置400の表示部401の要部の回路図を示しており、上記表示装置400の表示部401は、図19に示すように、互いに交差する複数の走査信号線GL(図19では1本のみを示す)と複数のデータ信号線SL(図19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310)とを有している。
FIG. 19 is a circuit diagram of a main part of the
上記棒状構造発光素子310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310が交互に発光することになる。
The pn polarities of the rod-shaped structure
また、上記表示装置によれば、上記棒状構造発光素子を用いることによって、薄型化と軽量化が可能でかつ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。 Further, according to the display device, by using the rod-shaped structure light emitting element, it is possible to realize a display device that can be reduced in thickness and weight, has high luminous efficiency, and saves power.
また、上記発光装置、バックライト、照明装置および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つの金属電極301,302を単位とする配列領域が形成された絶縁性基板300を作成し、その絶縁性基板300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310を含んだ液体を塗布する。その後、2つの金属電極301,302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310を2つの金属電極301,302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310を所定の絶縁性基板300上に容易に配列させることができる。
In addition, according to the method for manufacturing the light emitting device, the backlight, the lighting device, and the display device, the insulating
また、上記発光装置、バックライト、照明装置および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発光装置、バックライト、照明装置および表示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310は、半導体層で覆われた半導体コアの側面全体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発光装置、バックライト、照明装置および表示装置を実現することができる。
Moreover, in the manufacturing method of the light emitting device, the backlight, the lighting device, and the display device, the light emitting device, the backlight, the lighting device, and the display device that can reduce the amount of semiconductors used and can be reduced in thickness and weight are manufactured. can do. In addition, the
また、上記第1〜第9実施形態では、半導体コアおよび半導体層に、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。また、断面が円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、断面が楕円の棒状であってもよいし、断面が六角形など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。 In the first to ninth embodiments, a semiconductor having GaN as a base material is used for the semiconductor core and the semiconductor layer. The present invention may be applied to a light emitting element using a semiconductor. Further, although the semiconductor core is n-type and the semiconductor layer is p-type, the present invention may be applied to a rod-shaped structure light-emitting element having a reverse conductivity type. Moreover, although the rod-shaped structure light emitting element having a rod-shaped semiconductor core with a circular cross section has been described, the present invention is not limited to this, and the bar may have an elliptical cross section, or a bar-shaped semiconductor having a polygonal cross section such as a hexagon. You may apply this invention to the rod-shaped structure light emitting element which has a core.
また、上記第1〜第9実施形態では、棒状構造発光素子の直径を1μmとし長さを10μm〜30μm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100μm以下が好ましく、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。 In the first to ninth embodiments, the diameter of the rod-shaped structure light emitting element is 1 μm and the length is micro order size of 10 μm to 30 μm. However, at least the diameter or length of the nano order is less than 1 μm. A size element may be used. The diameter of the semiconductor core of the rod-shaped structure light emitting element is preferably 500 nm or more and 100 μm or less, and variation in the diameter of the semiconductor core can be suppressed as compared with the rod-shaped structure light emitting element of several tens nm to several hundred nm, and the light emission area, that is, the light emission characteristics. Variation can be reduced and yield can be improved.
また、上記第1〜第9実施形態では、MOCVD装置を用いて半導体コアやキャップ層を結晶成長させているが、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やキャップ層を形成してもよい。 In the first to ninth embodiments, the semiconductor core and the cap layer are grown using the MOCVD apparatus. However, the semiconductor core and the cap layer are grown using another crystal growth apparatus such as an MBE (molecular beam epitaxial) apparatus. A cap layer may be formed.
この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記の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。 Although specific embodiments of the present invention have been described, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the present invention.
10,20,30,40,50,70,90,110…絞り部
11,21,31,41,51,61,71,91,111,131…サファイア基板
12,22,32,42,52,52b,62,72,92,112,132…成長マスク
12a,22a,32a,42a,52a,62a,72a,92a,112a,132a…成長穴
13,23,33,43,53,63,81,101,121…半導体コア
13a,43a,53a,63a,81a,101a,121a…露出部分
13b,43b,53b,63b,81b,101b,121b…被覆部分
13c,23c,33c,43c,53c,81c,101c,121c…先端部
14,14a,44,44a,54,54a,64,64a…半導体層
45,66…半導体膜
60,130…くびれ部
65…溝部
73…メタルリフトオフ層
74,93,113,133…レジストパターン
76…初期成長部
77,97,117…触媒金属層
82,82a,102,1102a,122,122a…MQW層
83,83a,103,103a,123,123a…量子井戸層
84,84a,104,104a,124,124a…導電層
300…絶縁性基板
301,302…金属電極
310…棒状構造発光素子
311…IPA
400…表示装置
401…表示部
402,403,404,405…論理回路部
410…絶縁性基板
10, 20, 30, 40, 50, 70, 90, 110 ...
400 ...
Claims (7)
上記成長マスクの成長穴により露出した上記基板の露出領域上に、第1導電型の半導体を結晶成長させることにより上記棒状の第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、
上記半導体コアの一部である被覆部分を覆うように第2導電型の半導体層を形成する半導体層形成工程と、
上記半導体層形成工程の後、上記半導体コアの他の一部である露出部分を露出するように、上記成長マスクをエッチングにより除去する成長マスク除去工程と、
上記成長マスク除去工程の後に上記露出部分の少なくとも一部および上記被覆部分を含む半導体コアを、上記基板から切り離す切り離し工程と
を備え、
上記成長マスク形成工程において、上記成長マスクの成長穴の内周側に、上記成長穴の軸方向に対して直交する断面の形状が軸方向に沿って変化した形状変化部が形成されるように成長マスク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。 A growth mask forming step of forming a growth mask having a growth hole for growing a rod-shaped first conductivity type semiconductor core inside on the substrate;
A semiconductor core forming step of forming the rod-shaped first conductivity type semiconductor core by crystal growth of the first conductivity type semiconductor on the exposed region of the substrate exposed by the growth hole of the growth mask;
A semiconductor layer forming step of forming a second conductivity type semiconductor layer so as to cover a covering portion which is a part of the semiconductor core;
A growth mask removing step of removing the growth mask by etching so as to expose an exposed portion which is another part of the semiconductor core after the semiconductor layer forming step;
A separation step of separating the semiconductor core including at least a part of the exposed portion and the covering portion from the substrate after the growth mask removing step;
In the growth mask forming step, a shape changing portion in which the shape of a cross section perpendicular to the axial direction of the growth hole is changed along the axial direction is formed on the inner peripheral side of the growth hole of the growth mask. A method of manufacturing a rod-shaped structure light emitting device, comprising forming a growth mask.
上記半導体コア形成工程では、上記成長マスクの成長穴により露出した上記基板の露出領域上に、上記成長マスクの成長穴の高さを越えるように第1導電型の半導体を結晶成長させることにより上記半導体コアを形成し、
上記半導体層形成工程では、上記成長マスク表面よりも上側に形成されて露出した上記半導体コアの上記被覆部分を覆うように上記半導体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。 In the manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting element according to claim 1,
In the semiconductor core forming step, the first conductivity type semiconductor is crystal-grown on the exposed region of the substrate exposed by the growth hole of the growth mask so as to exceed the height of the growth hole of the growth mask. Forming a semiconductor core,
In the semiconductor layer forming step, the semiconductor layer is formed so as to cover the covered portion of the semiconductor core formed and exposed above the growth mask surface.
上記半導体コア形成工程では、上記成長マスクの成長穴により露出した上記基板の露出領域上かつ上記成長マスクの成長穴内に、第1導電型の半導体を結晶成長させることにより上記半導体コアを形成し、
上記半導体コア形成工程の後かつ上記半導体層形成工程の前に、上記成長マスクの上側部分をエッチングにより除去して、上記半導体コアの上記被覆部分を露出させる露出工程を備え、
上記半導体層形成工程では、上記露出工程において露出した上記半導体コアの上記被覆部分を覆うように上記半導体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。 In the manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting element according to claim 1,
In the semiconductor core formation step, the semiconductor core is formed by crystal growth of a first conductivity type semiconductor on the exposed region of the substrate exposed by the growth hole of the growth mask and in the growth hole of the growth mask,
After the semiconductor core forming step and before the semiconductor layer forming step, an upper portion of the growth mask is removed by etching, and an exposure step is performed to expose the covering portion of the semiconductor core,
In the semiconductor layer forming step, the semiconductor layer is formed so as to cover the covered portion of the semiconductor core exposed in the exposing step.
上記基板は、基板本体とその基板本体上の第1導電型の半導体膜を含み、
上記成長マスク形成工程において、上記基板の上記半導体膜上に、上記成長穴を有する成長マスク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。 In the manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting element as described in any one of Claim 1 to 3,
The substrate includes a substrate body and a first conductivity type semiconductor film on the substrate body,
In the growth mask formation step, a growth mask having the growth holes is formed on the semiconductor film of the substrate, and the method for manufacturing a rod-shaped structure light emitting element is characterized in that:
上記半導体コア形成工程の後かつ上記半導体層形成工程の前に、上記半導体コアの表面を覆うように量子井戸層を形成する量子井戸層形成工程を備え、
次の上記半導体コア形成工程において、上記量子井戸層の表面を覆うように上記半導体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。 In the manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting element as described in any one of Claim 1 to 4,
A quantum well layer forming step of forming a quantum well layer so as to cover the surface of the semiconductor core after the semiconductor core forming step and before the semiconductor layer forming step;
In the next semiconductor core formation step, the semiconductor layer is formed so as to cover the surface of the quantum well layer.
上記成長マスクの上記形状変化部は、上記成長穴の内周側かつ基板側に、上記基板側に向かって内径が小さくなるように形成された絞り部か、または、上記成長穴の内周側かつ上記基板側から所定間隔あけた位置にくびれるように形成されたくびれ部であることを特徴とする棒状構造発光素子の製造方法。 In the manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting element as described in any one of Claim 1-5,
The shape change portion of the growth mask is an aperture portion formed on the inner peripheral side and substrate side of the growth hole so that the inner diameter decreases toward the substrate side, or the inner peripheral side of the growth hole And the manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting element characterized by being the constriction part formed so that it may be constricted in the position spaced apart from the said board | substrate side by predetermined spacing.
上記成長マスク形成工程の後かつ上記半導体コア形成工程の前に、上記成長マスクの成長穴により露出した上記基板の露出領域上に触媒金属層を形成する触媒金属層形成工程を備え、
次の上記半導体コア形成工程において、上記触媒金属層と上記基板との界面から上記第1導電型の半導体を結晶成長させることにより上記半導体コア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。 In the manufacturing method of the rod-shaped structure light emitting element as described in any one of Claim 1-6,
A catalyst metal layer forming step for forming a catalyst metal layer on the exposed region of the substrate exposed by the growth hole of the growth mask after the growth mask forming step and before the semiconductor core forming step;
In the next step of forming the semiconductor core, the semiconductor core is formed by crystal growth of the first conductivity type semiconductor from the interface between the catalytic metal layer and the substrate. Method.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009277903A JP2011119617A (en) | 2009-12-07 | 2009-12-07 | Method of manufacturing rod type light emitting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009277903A JP2011119617A (en) | 2009-12-07 | 2009-12-07 | Method of manufacturing rod type light emitting device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2011119617A true JP2011119617A (en) | 2011-06-16 |
Family
ID=44284570
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009277903A Pending JP2011119617A (en) | 2009-12-07 | 2009-12-07 | Method of manufacturing rod type light emitting device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2011119617A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8956936B2 (en) | 2011-10-31 | 2015-02-17 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of forming group III-V material layer, semiconductor device including the group III-V material layer, and method of manufacturing the semiconductor layer |
| US9190590B2 (en) | 2010-09-01 | 2015-11-17 | Sharp Kabushiki Kaisha | Light emitting element and production method for same, production method for light-emitting device, illumination device, backlight, display device, and diode |
| US9329433B2 (en) | 2010-03-12 | 2016-05-03 | Sharp Kabushiki Kaisha | Light-emitting device manufacturing method, light-emitting device, lighting device, backlight, liquid-crystal panel, display device, display device manufacturing method, display device drive method and liquid-crystal display device |
| CN113169249A (en) * | 2018-10-30 | 2021-07-23 | 三星显示有限公司 | Light emitting diode structure and light emitting diode manufacturing method |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006332650A (en) * | 2005-05-24 | 2006-12-07 | Lg Electronics Inc | Rod type light emitting device and manufacturing method thereof |
| JP2007501525A (en) * | 2003-08-04 | 2007-01-25 | ナノシス・インコーポレイテッド | Nanowire composites and systems and methods for making electronic substrates derived therefrom |
| JP2007216369A (en) * | 2006-02-20 | 2007-08-30 | Univ Of Tsukuba | Method for producing silicon nanocrystal material and silicon nanocrystal material produced by the production method |
| JP2008235444A (en) * | 2007-03-19 | 2008-10-02 | Matsushita Electric Works Ltd | Semiconductor light emitting device, illumination device using the same, and method for manufacturing semiconductor light emitting device |
| JP2009542560A (en) * | 2006-03-10 | 2009-12-03 | エステイーシー.ユーエヌエム | Pulsed growth and application of GaN nanowires in group III nitride semiconductor substrate materials and devices |
-
2009
- 2009-12-07 JP JP2009277903A patent/JP2011119617A/en active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007501525A (en) * | 2003-08-04 | 2007-01-25 | ナノシス・インコーポレイテッド | Nanowire composites and systems and methods for making electronic substrates derived therefrom |
| JP2006332650A (en) * | 2005-05-24 | 2006-12-07 | Lg Electronics Inc | Rod type light emitting device and manufacturing method thereof |
| JP2007216369A (en) * | 2006-02-20 | 2007-08-30 | Univ Of Tsukuba | Method for producing silicon nanocrystal material and silicon nanocrystal material produced by the production method |
| JP2009542560A (en) * | 2006-03-10 | 2009-12-03 | エステイーシー.ユーエヌエム | Pulsed growth and application of GaN nanowires in group III nitride semiconductor substrate materials and devices |
| JP2008235444A (en) * | 2007-03-19 | 2008-10-02 | Matsushita Electric Works Ltd | Semiconductor light emitting device, illumination device using the same, and method for manufacturing semiconductor light emitting device |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9329433B2 (en) | 2010-03-12 | 2016-05-03 | Sharp Kabushiki Kaisha | Light-emitting device manufacturing method, light-emitting device, lighting device, backlight, liquid-crystal panel, display device, display device manufacturing method, display device drive method and liquid-crystal display device |
| US9190590B2 (en) | 2010-09-01 | 2015-11-17 | Sharp Kabushiki Kaisha | Light emitting element and production method for same, production method for light-emitting device, illumination device, backlight, display device, and diode |
| US8956936B2 (en) | 2011-10-31 | 2015-02-17 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of forming group III-V material layer, semiconductor device including the group III-V material layer, and method of manufacturing the semiconductor layer |
| CN113169249A (en) * | 2018-10-30 | 2021-07-23 | 三星显示有限公司 | Light emitting diode structure and light emitting diode manufacturing method |
| CN113169249B (en) * | 2018-10-30 | 2024-05-07 | 三星显示有限公司 | Light emitting element structure and method for manufacturing light emitting element |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8872214B2 (en) | Rod-like light-emitting device, method of manufacturing rod-like light-emitting device, backlight, illuminating device, and display device | |
| US9287242B2 (en) | Light emitting device, method for manufacturing light emitting device, illuminating device, and backlight | |
| JP5409707B2 (en) | Semiconductor element, method for manufacturing semiconductor element, light emitting diode, photoelectric conversion element, solar cell, lighting device, backlight and display device | |
| JP5066164B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
| CN102257645B (en) | A nanostructured device | |
| US8030664B2 (en) | Light emitting device | |
| JP4887414B2 (en) | LIGHT EMITTING DEVICE, BACKLIGHT, LIGHTING DEVICE, AND DISPLAY DEVICE | |
| US20110089850A1 (en) | Light emitting device and manufacturing method therefor | |
| CN104995741B (en) | Recessed contacts to semiconductor nanowires | |
| JP5492822B2 (en) | LIGHT EMITTING DEVICE, LIGHTING DEVICE, AND BACKLIGHT | |
| JP4996660B2 (en) | Light emitting device and manufacturing method thereof | |
| KR20150098246A (en) | Light emitting element and production method for same, production method for light-emitting device, illumination device, backlight, display device, and diode | |
| KR20110043461A (en) | Rod structure light emitting device, manufacturing method of rod structure light emitting device, backlight, lighting device and display device | |
| JP5014477B2 (en) | Method for manufacturing rod-shaped structure light emitting device and method for manufacturing display device | |
| JP2011119617A (en) | Method of manufacturing rod type light emitting device | |
| CN106229394B (en) | Micro- light emitting diode and its manufacturing method and display | |
| JP4848464B2 (en) | Method for manufacturing light emitting device | |
| JP2011119618A (en) | Method of manufacturing rod type light emitting device, rod type light emitting device, backlight, lighting device, and display device | |
| JP5422712B2 (en) | Bar-shaped structure light emitting device, backlight, illumination device and display device | |
| JP5014403B2 (en) | BAR-LIKE STRUCTURE LIGHT EMITTING DEVICE, LIGHT EMITTING DEVICE, LIGHT EMITTING DEVICE MANUFACTURING METHOD, BACKLIGHT, LIGHTING DEVICE, AND DISPLAY DEVICE | |
| JP4897034B2 (en) | BAR-LIKE STRUCTURE LIGHT EMITTING DEVICE, LIGHT EMITTING DEVICE, LIGHT EMITTING DEVICE MANUFACTURING METHOD, BACKLIGHT, LIGHTING DEVICE, AND DISPLAY DEVICE | |
| JP5031313B2 (en) | External environment nanowire sensor and method of manufacturing external environment nanowire sensor | |
| JP5378184B2 (en) | Bar-shaped structure light emitting device, backlight, illumination device and display device | |
| JP2011198697A (en) | Light-emitting device, manufacturing method of light-emitting device, illumination device, and backlight | |
| JP5242764B2 (en) | LIGHT EMITTING DEVICE, BACKLIGHT, LIGHTING DEVICE AND DISPLAY DEVICE |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120223 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130116 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130205 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20130604 |