積層体および発光素子
【課題】半導体基板上に形成されたエピタキシャル成長層に直接かつ全面にわたって安定的に密着される接着型半導体基板および半導体発光素子を提供する。
【解決手段】ＧａＡｓ基板１２上に組成式Ｉｎx（Ｇａ1-yＡｌy）1-xＰで表される化合物半導体の混晶をエピタキシャル成長させ、Ｎ型クラッド層１４（０．４５＜ｘ＜０．５０，０≦ｙ≦１）と活性層１５とＰ型クラッド層１６とカバー層１７とを有するエピウェーハを形成する工程と、カバー層１７をエッチングにて除去してＰ型クラッド層１６の表面を露出させる工程と、Ｐ型クラッド層１６の上に、鏡面加工されたＧａＰ基板１１を、被鏡面加工面がＰ型クラッド層１６に接するように載置して室温にて一体的に接合させる工程と、熱処理をする工程と、ＧａＡｓ基板１２側からエッチング処理を行いＮ型クラッド層１４を露出させる工程と、Ｎ型クラッド層１４の表面とＧａＰ基板１１の裏面に電極１９をそれぞれ形成する工程とを備える。
【解決手段】ＧａＡｓ基板１２上に組成式Ｉｎx（Ｇａ1-yＡｌy）1-xＰで表される化合物半導体の混晶をエピタキシャル成長させ、Ｎ型クラッド層１４（０．４５＜ｘ＜０．５０，０≦ｙ≦１）と活性層１５とＰ型クラッド層１６とカバー層１７とを有するエピウェーハを形成する工程と、カバー層１７をエッチングにて除去してＰ型クラッド層１６の表面を露出させる工程と、Ｐ型クラッド層１６の上に、鏡面加工されたＧａＰ基板１１を、被鏡面加工面がＰ型クラッド層１６に接するように載置して室温にて一体的に接合させる工程と、熱処理をする工程と、ＧａＡｓ基板１２側からエッチング処理を行いＮ型クラッド層１４を露出させる工程と、Ｎ型クラッド層１４の表面とＧａＰ基板１１の裏面に電極１９をそれぞれ形成する工程とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層体および発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術による発光素子について図面を参照しながら説明する。図１８は、従来の技術によるＩｎＧａＡｌＰ可視光ＬＥＤの一例を示す。
【０００３】
図１８に示すＬＥＤ１００は、Ｎ型ＧａＡｓ基板８２の上に、発光に寄与するＩｎＧａＡｌＰエピタキシャル成長層８４，８５，８６が形成されている。同図には示されていないが、良質な発光層を得るために、要求仕様に応じて基板とエピタキシャル成長層との間にバッファ層が設けられることもある。
【０００４】
エピタキシャル成長層８６の上面と基板８２の下面には電流を供給するための電極８９がそれぞれ設けられている。同図には示されていないが、上側電極８９とエピタキシャル成長層８６との間に、電流を拡散するための層や、電気的なコンタクトを取るための層を設けることも多い。エピタキシャル成長層８４，８５，８６のうち、キャリアが再結合して発光するのは活性層８５である。活性層８５の上下に形成されたエピタキシャル成長層８４，８６は、キャリアを閉じこめて発光効率を上げるために活性層よりも広いバンドギャップを有するクラッド層８４，８６である。
【０００５】
これらのエピタキシャル成長層８４，８５，８６は、発光波長の調整やキャリアの閉じ込めのために、バンドギャップを設計に応じて最適に選ぶ必要がある。また、良好なエピタキシャル成長のためには、エピタキシャル成長層の格子定数が基板８２の格子定数と整合していることが望ましい。３−５族化合物であるＩｎＧａＡｌＰは、３族成分としてＩｎ，Ｇａ，Ａｌの３種を含むため、これらの組成比を選ぶことでバンドギャップと格子定数を独立して設計することができる。
【０００６】
例えば、エピタキシャル成長層の組成を次式
１ｎx（Ｇａ1-yＡ１y）1-xＰ・・・・・・・１）で表した場合、Ｉｎ組成比ｘを０．５にすることでＧａＡｓ基板と格子定数がほぼ整合し、ｘ＝０．５のままでＡ１とＧａの組成比ｙを調整することでバンドギャップを制御することができる。
【０００７】
例えば、波長６４４ｎｍの赤色発光ＬＥＤを得る場合には、活性層８５の組成比をｘ＝０．５，ｙ＝０．０４３にし、クラッド層８４，８６の組成をｘ＝０．５，ｙ＝０．７にすればよい。また、波長５６２ｎｍの緑色発光ＬＥＤを得る場合には、活性層８５の組成比をｘ＝０．５，ｙ＝０，４５４にし、クラッド層８４，８６の組成をｘ＝０．５，ｙ＝１．００、即ち、ＩｎＡｌＰにすればよい。
【０００８】
以上説明したように、ＩｎＧａＡ１Ｐ系エピタキシャル成長層は、可視光領域内で発光波長を選ぶことができる。また、化合物半導体基板として最も一般的なＧａＡｓ基板に格子整合したエピタキシャル成長が可能であるため、基板の入手やエピタキシャル成長が比較的容易であるという利点がある。
【０００９】
しかし、この反面、ＧａＡｓ基板には可視光領域の光を吸収するという欠点がある。このため、ＩｎＧａＡ１Ｐエピタキシャル成長層で発光した光の一部がＧａＡｓ基板に吸収されるので、ＬＥＤの輝度の低下が避けられない。輝度低下を避けるためには、可視光領域に対し透明な材料を基板に使用すればよい。一般的な透明材料としてはＧａＰがあるが、ＧａＰ基板はＩｎＧａＡ１Ｐ系と格子整合がとれないため良好なエピタキシャル成長が難しい。この問題を解決するために、ＩｎＧａＡ１Ｐエピタキシャル成長層とＧａＰ基板とをウェーハ接着（Wafer Bonding）する方法が、１９９３年出願のＵＳＰ５，３７６，５８０に提案され ている。この提案はエピタキシャル成長層からＧａＡｓ基板を取り除き、代わりにＧａＰ基板を密着させて、圧力をかけながら熱処理をし、一体化する方法である。この方法によりＬＥＤの輝度増加が図れるが、ＧａＡｓ基板を除去した後のエピタキシャル成長層が薄いため取り扱いが難しく、また圧力を印加しながら熱処理をするので特殊な装置を用いる必要があり、ウェーハ接着工程の安定性や生産性に問題があった。
【００１０】
次に、ウェーハ接着について説明する。２種のウェーハを接合一体化できれば、格子定数に関わらず自由に異種材料による積層構造が得られたり、ＳＯＩ（Silicon on Insulater）に代表されるように内部に異種物質を埋め込むことができる。このため古くから種々のウェーハ接着技術が提案されてきた。例えば、上述した２枚のウェーハを押しつけながら熱処理する接着方法は、１９７０年出願の特許第７６５８９２号に記載されている。ウェーハ接着は古くから求められていた技術であったが、ウェーハの全面に渡って一体化することが困難であるため、長らく実用化されなかった。
【００１１】
本発明者らは、実用に耐える技術として「直接接着」あるい「直接接合」と呼ばれる技術を開発した。例えば、Ｓｉウェーハ同士の直接接着は特許文献１に記載されている。また、化合物半導体ウェーハの直接接着は特許文献２に記載されている。
【００１２】
直接接着技術は、表面を鏡面とした２枚の基板同士を、実質的に異物がない雰囲気下において、室温で自力密着させ、その後熱処理で接合一体化するものである。熱処理の前から全面が密着しているため、未接着部を残すことなく全面を接合でき、また熱処理中に圧力をかける必要がないので、特殊な装置や器具を必要としない利点がある。Ｓｉウェーハ同士の直接接着の機構は次のように考えられている。
【００１３】
即ち、まず始めに洗浄や水洗によりウェーハの表面にＯＨ基を形成させる。そこでウェーハ表面同士を接触させると、ＯＨ基同士が水素結合により引き合い、室温でウェーハが密着する。密着力は強く、通常のウェーハの反りであれば、これを矯正して全面が密着する。熱処理中には、１００℃を上回る温度において脱水縮合反応（Ｓｉ−ＯＨ：ＨＯ−Ｓｉ→Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ＋Ｈ2Ｏ）が起こり、酸 素原子を介してウェーハ同士が結合し接着強度が上がっていく。さらに高温になると接着界面近傍の原子の拡散と再配列が起こり、強度的にも電気的にもウェーハが一体化する。化合物半導体の接着機構も同様と考えられている。
【００１４】
次に、直接接着を利用してＧａＰ基板に密着されたＩｎＧａＡｌＰ系エピタキシャル成長層を備えるＬＥＤの製造方法の一例を図１９を参照しながら説明する。
【００１５】
まず、図１９（ａ）に示すように、Ｎ型ＧａＡｓ基板９２の上にＮ型クラッド層９４、活性層９５，Ｐ型クラッド層９６を成長させる。次いで、図１９（ｂ）に示すように、エピタキシャル成長層９６の表面にＧａＰ基板９１を直接接着する。さらに、図１９（ｃ）に示すように、研磨やエッチングなどによりＧａＡｓ基板９２を除去し、上下を逆にしてＮ型クラッド層９４の上面とＧａＰ基板９１の下面に電極９９を設けると、図１９（ｄ）に示すように、ＧａＰを基板９１としたＩｎＧａＡ１Ｐ系ＬＥＤが得られる。
【００１６】
このように異種材料同士を直接接着する場合、特にエピタキシャル成長層の表面を直接接着する場合には、例えばＳｉ同士やＧａＡｓ同士の同種のウェーハ同士の直接接着に比べ、以下に述べる問題がある。
【００１７】
第一に、エピタキシャル成長層の表面はウェーハ表面に比べて、パーティクル（ゴミなどの異物）の付着が多い。このため室温での貼り合わせに支障をきたし、熱処理後も全面が接合せず、ボイドと呼ばれる未接着部分が発生する問題がある。一般に、ウェーハ表面は清浄に保たれており、エピタキシャル成長用の基板にも清浄なウェーハを使用するが、エピタキシャル成長中に反応物が堆積したり、エピタキシャル成長工程の前処理工程や後処理工程で異物が付着するなど、エピタキシャル成長層表面へのパーティクル付着は、現状ではある程度避けられない。
【００１８】
第二に、エピタキシャル成長によりウェーハが反るため、ウェーハ全面を室温密着ができない問題がある。
【００１９】
第三に、異種材料間に熱膨張差があるため熱処理中に熱応力が発生し、応力により接着した基板が破壊する問題がある。
【００２０】
第四に、異種材料間に熱膨張差があるために、接着した基板の破壊が生じない場合であっても、接着のための熱処理中に接着界面に「ずれ」が生じ、この「ずれ」によって基板全面を均一に接着できない問題がある。
【００２１】
第五に、接着界面に電気抵抗が生ずるという問題がある。すなわち、本発明者の独自の検討の結果、ウェーハ同士を接着すると、接着界面に電気的な抵抗成分が生ずることが判明した。このような接着基板を用いて、例えばＬＥＤを形成した場合には、接着界面の電気抵抗はＬＥＤの動作電圧を上昇させ、発光不良や発熱などの問題を生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特許第１４２０１０９号公報
【特許文献２】特許第２０４０６３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明は、互いに接着される第１および第２の化合物半導体層の接着界面の結晶性を改善し、電気的な抵抗成分を大幅に低減できる積層体および発光素子を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の一態様によれば、第１の化合物半導体層と、
前記第１の化合物半導体層と一体的に接着された第２の化合物半導体層と、を備え、
前記第１の化合物半導体層の（１１１）Ａ面と（１１１）Ｂ面とのいずれか一方が優先的に出現した面と、前記第２化合物半導体層の（１１１）Ａ面と（１１１）Ｂ面とのいずれか他方が優先的に出現した面と、が接着されてなることを特徴とする積層体が提供される。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、互いに接着される第１および第２の化合物半導体層の接着界面の結晶性を改善し、電気的な抵抗成分を大幅に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明にかかる接着型半導体基板の実施の一形態を示す略示断面図である。
【図２】本発明にかかる接着型半導体基板の製造方法の第１の実施例と第２の実施例を説明する略示断面図である。
【図３】本発明にかかる接着型半導体基板の製造方法に用いるＩｎＧａＡｌＰ材料の構成比と格子定数とバンドギャップを示す表である。
【図４】本発明にかかる接着型半導体基板の製造方法の第３の実施例を説明する略示断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態にかかる基板の接着方法を説明するための概念図である。
【図６】２つの異なるインゴットからスライスされた半導体基板を接着する様子を表した概念図である。
【図７】接着面のキャリア濃度と界面抵抗との関係を表すグラフ図である。
【図８】本発明の第４実施形態を説明するための概念図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第７実施例の製造方法を具体的に説明する略示断面図である。
【図１０】図１０（ａ）は、本発明の第５実施形態に係るＬＥＤの断面構成を表す概念図であり、同図（ｂ）は、比較例としての従来のＬＥＤの断面構成を表す概念図である。
【図１１】図１０に例示したような透明基板を有するＩｎＧａＡｌＰ系ＬＥＤにおいて、チップ面積に対する発光層の面積の比率と、外部発光強度との関係を表すグラフ図である。
【図１２】本発明の第５実施形態の半導体発光素子の製造方法の要部を表す工程断面図である。
【図１３】本発明の第５実施形態の半導体発光素子の製造方法の要部を表す工程断面図である。
【図１４】ウェーハ接着に先だって発光層の面積を小さくする製造方法の要部を表す工程断面図である。
【図１５】発光層としての積層体１０を上側電極１９Ａと略同一の面積まで小さくした半導体発光素子を表す概念図である。
【図１６】図１５に表した半導体発光素子の製造方法の要部を表す工程断面図である。
【図１７】透明基板１１の側面に段差ＳＴが設けられた半導体発光素子の構成を表す概念図である。
【図１８】従来の技術によるＩｎＧａＡｌＰ可視光ＬＥＤの一例を示す略示断面図である。
【図１９】図１８に示すＬＥＤの従来の技術による製造方法を示す略示断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態のいくつかについて図面を参照しながら説明する。
【００２８】
（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態について説明する。本実施形態は、本発明にかかる接着型半導体基板をＩｎＧａＡｌＰ系ＬＥＤに適用した形態である。
【００２９】
図１は、本実施形態のＩｎＧａＡｌＰ系ＬＥＤを示す略示断面図である。同図に示すＬＥＤ１は、活性層１５と、この活性層１５を介在させて積層形成されたＮ型クラッド層１４，Ｐ型クラッド層１６でなる積層体１０と、この積層体の下面に一体的に接合されたＧａＰ基板１１と、Ｎ型クラッド層１４の上面側とＧａＰ基板１１の下面にそれぞれ形成された電極１９と、を備えている。
【００３０】
積層体１０は、図示しないＧａＡｓ基板を成長用基板として化合物半導体の混晶をエピタキシャル成長させることにより形成されたものである。ＧａＰ基板１１は、Ｐ型クラッド層１６との接合面を主面とすると、この主面が鏡面加工され、積層体１０が成長用基板上に形成されたままで室温にて直接密着接合されている。成長用基板は、密着接合後に除去されている。
【００３１】
活性層１５および２つのクラッド層１４，１６はいずれも前述した組成式１）で表わすことができ、後述するように、各組成を好適に選択することにより特に室温で成長用基板と格子整合されているので、成長用基板の反りが大幅に低減され、この結果ＧａＰ基板１１の積層体１０への全面接合が可能となっている。
【００３２】
本実施形態において、ＧａＰ基板１１は、Ｐ型で直径が２インチ、厚さが２５０μｍであり、Ｐ型クラッド層１６は０．６μｍの厚さを有し、その組成比は前述の１）式を用いて表すとｘ＝０．５，ｙ＝１．０である。また、活性層１５は、厚さ０．６μｍで組成比がｘ＝０．５，ｙ＝０．２８である。さらに、Ｎ型クラッド層１４は、厚さ０．６μmmであり、その組成比は、ｘ＝０．５，ｙ＝１．０である。
【００３３】
このように、本実施形態のＬＥＤ１は、可視光領域の光を吸収しないＧａＰ基板１１上に形成されているため、高い輝度で発光させることができる。このＬＥＤ１の発光特性を評価したところ、図１８に示した従来のＧａＡｓを基板とするＬＥＤ１００の２倍以上の明るさを有することが確認された。
【００３４】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態として、接着型半導体基板の製造方法の実施の形態について図面を参照しながら説明する。以下の説明においては、ＩｎＧａＡｌＰ系ＬＥＤの製造に適用した具体例として説明し、より具体的には図１に示すＬＥＤ１の製造方法の実施例のいくつかを示す。
【００３５】
（第１の実施例）
まず、本発明にかかる接着型半導体基板の製造方法の第１の実施例について図２を参照しながら説明する。本実施例は、第１の半導体基板上に形成されたエピタキシャル成長層の表面へのパーティクル付着を解決するものであり、その特徴は、エピウェーハの表面にカバー層を形成し、第２の半導体基板をエピウェーハに直接接着する前に、エピウェーハに付着したパーティクルをカバー層とともに除去する点にある。
【００３６】
図２（ａ）〜（ｄ）は、本実施例の製造方法を具体的に説明する略示断面図である。なお、図２は、図１の上下を逆にした記載となっている。
【００３７】
図２（ａ）に示すように、直接接着に供するエピウェーハには、Ｎ型ＧａＡｓ基板１２上にバッファ層１８，Ｎ型クラッド層１４、活性層１５，Ｐ型クラッド層１６、および表面カバー層１７が順次積層されて形成されている。これらのエピタキシャル成長層は、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により形成される。
【００３８】
Ｎ型ＧａＡｓ基板１２は、サイズが直径２インチ、厚さ２５０μｍであり、不純物としてＳｉが約１Ｅ１８／cm3のキャリア濃度でドープされており、さらにその主面は鏡面仕上げとなっている。バッファー層１８はＧａＡｓで、厚さは０．５μｍである。最上層の表面カバー層１７は、ＧａＡｓで形成され、その厚さは０．１μｍである。
【００３９】
次に、エピウェーハを界面活性剤で洗浄した後、容積比で硫酸８、過酸化水素水１、水１の混合液にエピウェーハを浸漬してエッチングを行い、図２（ｂ）に示すように、表面カバー層１７を除去した。この混合液は、ＧａＡｓカバー層を選択的にエッチングするもので、数秒で表面カバー層１７が除去されたことが観察できたが、１分間侵漬を続けてＰクラッド層１６の表面を完全に表出させた。
【００４０】
次いで、表面カバー層１７を除去したエピウェーハとＧａＰ基板１１との直接接着を行い、図２（ｃ）に示す被接着体を得た。以下、直接接着の工程をより詳細に説明する。
【００４１】
直接接着の前処理として、ＧａＰ基板１１を界面活性剤で洗浄し、希弗酸に浸漬して表面の自然酸化膜を除去し、水洗をした後にスピナで乾燥させた。また、エピウェーハは上述した方法で表面カバー層１７を除去した後、ＧａＰ基板１１と同様にして酸化膜除去のため希弗酸処理を行い、水洗とスピナ乾燥を行なった。これらの前処理は、すべてクリーンルーム内の清浄な雰囲気下で行った。
【００４２】
次に、前処理を終えたエピウェーハをエピタキシャル成長層が上方になるように載置し、その上にＧａＰ基板１１を、鏡面が下向きになるように載置し、室温で密着させた。ＧａＰは透明であるため密着状態を目視にて観察できる。ＧａＰ基板１１をエピウェーハに載置すると、エピウェーハが正面視で凸形状をなすように反っているため、ＧａＰ基板１１の中央部が最初に密着した。そのまま放置するだけで密着部が自然にＧａＰ基板１１の周辺部へ向って広がり、１分以内にＧａＰ基板１１の周縁の面取り部分を除いて全面が密着した。同様の操作を繰り返し、計１０組の室温密着を行ない、そのすべてが全面密着した。本実施例との比較のため、カバー層１７を設けなかったエピウェーハを準備してカバー層に対するエッチング以外は本実施例と同様の工程を経て室温密着を試みた。その結果、カバー層１７を設けなかったエピウェーハは、１０組のうち６組にボイドが発生し、１組は室温での密着ができなかった。
【００４３】
直接接着の最終工程として、室温で密着している被接着体を石英ボートに立てて並べ、拡散炉内に入れて熱処理を行った。被接着体を５組ずつに分け、片方を８００℃で、もう片方を４００℃で熱処理した。いずれも処理時間は１時間で、雰囲気は水素を１０％含むアルゴンである。熱処理工程後、８００℃の被接着体は、５組中３組が割れるか、またはエピウェーハ側にクラックが入っていた。この一方、４００℃で熱処理した５組については、割れたりクラックが入ったりしたものはなかった。熱処理工程における温度に応じたこのような相違は、ＧａＡｓを基板とするエピウェーハとＧａＰ基板１１とは熱膨張係数が異なるため、室温被接着体を高温で熱処理する際に熱応力が発生し、この結果被接着体が破壊されるためである。熱処理温度が低い場合は、温度にほぼ比例して昇温時の熱膨張差と降温時の熱収縮差が小さくなるため、４００℃の熱処理では破壊が起こらなかった。
【００４４】
次に、図２（ｄ）に示すように、エピウェーハのＧａＡｓ基板１２を除去した。このＧａＡｓ基板１２の除去工程は、被接着体をアンモニアと過酸化水素水の混合液に浸漬し、ＧａＡｓを選択的にエッチングすることにより処理した。このエッチングによりＧａＡｓバッファ層１８も同時に除去された。
【００４５】
最後に、ＧａＰ基板１１とＮ型クラッド層１４に電極１９を設け、図１に示すＬＥＤ１を得た。
【００４６】
以上、ＩｎＧａＡｌＰエピタキシャル成長層上のＧａＡｓカバー層を選択エッチングで除去してから接着する工程を中心に本発明にかかる半導体発光素子の第１の実施例を説明した。但し、カバー層は必ずしもすべて除去する必要はなく、同様の効果が得られる範囲内で表面からその一部を除去してもよい。また、カバー層を設けずに、接着するエピタキシャル成長層の表面部分を除去してもよい。
【００４７】
本実施例においては、直接接着するクラッド層が発光に寄与する層であるため、厚さを精密に制御するために、カバー層を設けた上でこれを選択エッチングで完全に除去したものである。
【００４８】
本実施例の表面パーティクル除去方法は、上述したＩｎＧａＡ１Ｐ系エピタキシャル成長層とＧａＰ基板との直接接着に限らず、エピタキシャル成長層にウェーハ接着する場合に有効である。また接着法も上述した直接接着に限らず、荷重をかけながら熱処理する方法、電圧をかけて接着する方法、さらに接着層や接着材料を使用して接着する方法においても、接着表面のパーティクルは接着の障害になるため、本実施例の表面パーティクル除去方法は適用可能である。
【００４９】
（第２の実施例）
次に、本発明にかかる密着型半導体基板の製造方法の第２の実施例について説明する。
本実施例は、エピウェーハの反りが大きい場合に、ＩｎＧａＡ１Ｐ系材料の格子定数を調整することにより、直接接着工程の室温密着が不完全となる問題を解決するものである。
その他の製造方法は、前述した第１の実施例と略同一である。本実施例についても図１に示すＬＥＤ１の製造方法に適用した具体例として図２の略示断面図を用いて説明する。
【００５０】
上述した第１の実施例では、厚さの合計が１．８μｍのＩｎＧａＡｌＰ系エピタキシャル成長層を有するエピウェーハと、厚さ２５０μｍのＧａＰ基板とを使用し全面密着が可能であった。このエピウェーハには１１μｍ〜１８μｍの反りがあったが、室温密着カがエピウェーハの反りを矯正した結果、また、ＧａＰ基板をエピウェーハに合わせて凹に反らした結果、全面が密着した。
【００５１】
これに対して、ＩｎＧａＡｌＰ系エピタキシャル成長層の厚さ合計が３．６μｍのエピウェーハと、厚さ３５０μｍのＧａＰ基板を使用して、同様の直接接着を試みた。エピウェーハは、基板と各エピタキシャル成長層の組成を第１の実施例と同一にし、厚さは、活性層１５とバッファー層１８とカバー層１７については同一だが、Ｎ型クラッド層１４とＰ型クラッド層１６はそれぞれ１．５μｍと厚くしてある。この結果、エピウェーハの反りは２４〜３６μｍと、ほぼＩｎＧａＡ１Ｐ系エピタキシャル成長層の厚さ合計に比例して大きくなっていた。
【００５２】
この場合、エピウェーハの中央領域は室温で密着したが、全面の密着はできなかった。
ここで、エピウェーハを平坦な真空チャックに吸着させると全面密着が可能であった。このことから、全面接着できない原因は、エピウェーハの反りが大きいことと、さらに、ＧａＰ基板が厚く変形しにくいことにより、室温密着カがウェーハの反りを矯正できなくなった点にあることが分る。
【００５３】
本実施例の特徴は、ＩｎＧａＡ１Ｐ系材料の特性を利用して、バンドギャップなどの発光に影響する特性を変えることなく、格子定数を調整して、エピウェーハの反りを減らすことにある。１ｎＧａＡｌＰ系材料は、ＩｎＰ，ＧａＰ，Ａ１Ｐの混晶である。一般にベガード則と呼ばれる法則によれば、混晶の格子定数やバンドギャップは、混晶を構成する物質の格子定数とバンドギャップとを構成比に応じて平均化した値となる。いくつかの１ｎＧａＡｌＰ材料について、１）式の組成比ｘ，ｙと、これらｘおよびｙから換算したＩｎＰ，ＧａＰ，ＡｌＰの構成比と、この構成比からベカード則より計算した格子定数およびバンドギャップとを図３に示す。格子定数についてはＧａＡｓの格子定数０．５６５３３ｎｍとの比を合わせて示した。同図中、番号１，２，３は、対応する組成比から分るようにそれぞれ１ｎＰ，ＡｌＰ，ＧａＰ単体の場合であり、格子定数とバンドギャップとの計算にはこの欄の値を使用した。
【００５４】
本発明にかかる接着型半導体基板の製造方法の第１の実施例で説明した、室温で全面密着ができなかったエピウェーハの組成は、番号４と５の欄に示し、また、従来の技術で説明した従来の赤色ＬＥＤと緑色ＬＥＤの組成は番号６〜９の欄に示している。従来の赤色と緑色ＬＥＤについては、いずれの格子定数もＧａＡｓより大きく、これがエピウェーハが反る原因となっている。
【００５５】
従来、エピタキシャル成長層の格子定数は、エピタキシャル成長を行う高温において基板の格子定数との間で整合が取られていた。これは、成長中の格子歪みを減らし高品質のエピタキシャル成長層を得ることを目的としている。しかしながら、高温で格子定数が合っていても、エピタキシャル成長層の熱膨張係数と基板の熱膨張係数は一般に異なるため、接着工程で室温にまで低下すると格子定数が合わなくなり、これが反りの発生原因となっている。
【００５６】
本実施例の特徴は、直接接着を実現するために室温における格子整合を重視し、エピウェーハの反りを減らしたことにある。その具体的手段は、以下の通りである。
【００５７】
図３において、番号１０〜１９の欄には、室温で全面密着ができなかったエピウェーハ（番号５）を元にクラッド層のＩｎ組成ｘを減らしていった場合の格子定数の変化を示している。ｘが０．４７で格子定数はＧａＡｓと同じになり、０．４７を下回ると、格子定数は逆にＧａＡｓよりも小さくなり、この結果エピウェーハを凹に反らせる応力が働く。
そこで、クラッド層の組成だけを変えてエピウェーハを試作し直接接着試験を行った。ｘの値を減らすとエピウェーハの反りは減少し、ｘ＝０．４７で反りは６〜１２μｍと小さくなり、室温での全面密着が可能であった。ｘ＝０．４８またはｘ＝０．４９でも全面接着できるＧａＰ基板があった。ｘを０．４５にすると成長中の格子不整合が大きくなり、結晶欠陥が増えた。ｘの値の許容範囲は、エピタキシャル成長層の厚さや、接着するＧａＰ基板の厚さにも依存するため、一概には規定できないが、従来の０．５より小さければ反り低減の効果があり、０．４５以下になるとエピタキシャル成長に不都合が生じる。なお、Ｉｎ組成を減らすことによりバンドギャップが大きくなるが、クラッド層はキャリアを閉じこめる機能を有し、直接発光しないため、発光波長に影響することは少ない。本実施例では、発光波長の変化を避けるために、活性層の組成を変えなかった。また、ウェーハの反りは方法の如何を問わずウェーハ接着の障害となるため、本実施例は、ＩｎＧａＡ１Ｐ系エピタキシャル成長層とＧａＰウェーハとの直接接着に限らず、他のウェーハ接着に適用しても同様の効果を有する。
【００５８】
（第３の実施例）
次に、本発明にかかる接着型半導体基板の製造方法の第３の実施例について図面を参照しながら説明する。本実施例は、直接接着するウェーハ間の熱膨張差による破壊の問題を解決する方法を示すものである。
【００５９】
前述した第１の実施例では、熱処理温度を４００℃まで下げることにより直接接着熱処理による基板破壊を免れた。熱膨張量は熱処理温度にほぼ比例するため、熱処理温度の低下は基板破壊の防止に寄与する。この一方、熱処理温度を下げると、接着界面での原子の移動と再配列が不十分となるため、接合が不完全になるおそれがある。本実施例は接着型半導体基板の製造方法をＬＥＤ製造に応用するものであるため、接合強度がＬＥＤ製造プロセスに耐えることと、接着界面を横切って電流を流せることが求められる。第１の実施例では、接合強度に関しては４００℃の熱処理でも本発明にかかるＬＥＤの製造に十分な強度が得られた。直接接着界面の電気抵抗を評価するために、一定電流２０mmＡを順方向に流したときの電圧ＶＦを測定した。この際、電極のコンタクト抵抗を減らすために、図４のエッチング停止層を利用して、クラッド層と電極との間にＧａＡｓコンタクト層を設けた。第１の実施例のＬＥＤのうち、８００℃で接着熱処理をしたもののＶＦは平均２．０Ｖ、最大２．ｌＶで、従来のＬＥＤのＶＦと同じであった。これに対して４００℃で接着熱処理をしたＬＥＤのＶＦは、平均は２．ｌＶで同程度であるのに対し、最大が３．２Ｖと大きく、直接接着が不完全な部分があることを示している。この測定結果は、熱処理温度低下によるウェーハ熱膨張差の減少が接着の完全性と両立しない場合があることを示唆している。
【００６０】
本実施例の接着型半導体基板の製造方法を図４を参照しながら説明する。図４（ａ）は本実施例の製造方法に用いるエピウェーハを示す。同図に示すエピウェーハは、ＧａＡｓバッファー層３８とＧａＡｓ基板３２の問にエッチング停止層３３を形成した点が図２（ａ）に示すエピウェーハと異なり、その他の点は実質的に同一である。エッチング停止層３３は厚さ０．２μｍのＩｎＡｌＰである。後述するＧａＰウェーハ３１も第１の実施例と実質的に同一のものを使用した。
【００６１】
まず、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、直接接着工程のうち室温貼り合わせまでの工程を第１の実施例と同様に行なった。
【００６２】
次に、熱処理をする前にＧａＡｓ基板３２を除去する。この点が本実施例の特徴である。図４（ｃ）に示す室温被密着体をアンモニアと過酸化水素水の混合液に浸漬し、ＧａＡｓ基板３２をエッチングにより取り除いた。このエッチング液はＩｎＡｌＰをエッチングしないので、エッチング後は、図４（ｄ）に示すように、エッチング停止層３３が表面に残っている。
【００６３】
ＧａＡｓ基板３２を取り除いた後、第１の実施例と同様に熱処理をした。処理温度は第１の実施例で用いた２つの温度のうち、高い方の８００℃とした。
【００６４】
次に、図４（ｅ）に示すように、熱処理後、リン酸と過酸化水素水と水の混合液でエッチング停止層３３をエッチングにより除去し、また、硫酸と過酸化水素水と水の混合液でバッファー層３８を一部残してエッチングにより取り除き、さらに第１の実施例と同様にＮ型クラッド層３４の上側のバッファ層を残した部分とＧａＰ基板３１の下面に電極３９を設けて、図４（ｆ）に示すＬＥＤ２を得た。残したバッファ層は、コンタクト層の役割を果たす。
【００６５】
８００℃で熱処理をすると、第１の実施例では５組中３組の被接着体が破壊したが、本実施例では５組すべてが割れずクラックも見られなかった。また本実施例のＬＥＤ２の特性は、輝度およびＶＦとも、第１の実施例の被接着体のうち、８００℃の熱処理で破壊されなかった被接着体から製造したものと同じであった。
【００６６】
熱処理をする前にエピウェーハのＧａＡｓ基板３２を除去することで、熱処理による被接着体の破壊を免れた理由は次のとおりである。即ち、被接着体の破壊は、エピウェーハの熱膨張係数とＧａＰ基板３１の熱膨張係数との差異に基づく。エピウェーハの容積のほとんどはＧａＡｓ基板３２で構成されるので、エピウェーハの平均熱膨張係数はほぼＧａＡｓに等しい。ＧａＡｓはＧａＰより熱膨張係数が大きいため、エピウェーハの平均熱膨張係数もＧａＰ基板３１より大きい。この一方、エピタキシャル成長層の格子定数はＧａＡｓ基板３２に適合させているにもかかわらず、エピウェーハはエピタキシャル成長層側が凸に反っている。このことは、エピタキシャル成長層の熱膨張係数がＧａＡｓ基板３２の熱膨張係数よりも小さいことを示している。従って、エピウェーハからＧａＡｓ基板３２を除去すれば、エピウェーハの平均熱膨張係数はエピタキシャル成長層の熱膨張係数となり、ＧａＰ基板３１に近くなる。この結果、熱処理をしても被接着体の破壊が起こらなくなる。従って、ＧａＡｓ基板３２のすべてを熱処理前に除去しなくても、その一部を除去することでもエピウエーハの平均熱膨張係数がＧａＰ基板３１に近づき、熱処理中の被接着体の破壊を防止する効果がある。
【００６７】
また、本実施例ではエッチング停止層３３を利用して、Ｎ型クラッド層３４が熱処理中に露出しないようにした。これは、ＩｎＧａＡｌＰ系材料を高温で加熱すると蒸気圧が高いＰ（リン）が蒸発し、いわゆるリン抜けを起こす可能性があるため、これを防止するのが目的である。このように、活性層やクラッド層などの発光に直接関与するエピタキシャル成長層は、熱処理中に露出させないことが望ましい。
【００６８】
異種材料同士の直接接着に関しては、特許第２８０１６７２号で、低温で熱処理をした後に一方のウェーハを薄くして高温で熱処理をする方法が本発明者らにより提案されている。この方法は、一方のウェーハを薄くすることで、他方のウェーハへ印加される熱応力を減らすもので、本実施例のようにエピウェーハ全体の平均熱膨張係数を変えて熱応力を減らすものではない。
【００６９】
本発明にかかる接着型基板の製造方法でも、低温で熱処理をして所定の接着強度を得てからエピウェーハの基板を除去し、その後所定の高温で熱処理をすることも可能である。
ただし、本実施例のように接着面の電気的特性が問題となる場合には、低温熱処理を１００〜３００℃以下の低い温度で行うことが望ましい。この理由は次のとおりである。即ち、脱水縮合反応の進行で接着強度は増加するが、同時に脱離する水分も増える。そのまま温度を上げて接着反応を完結させればよいが、一度熱処理を止めると水分が接着界面に固定され、再度高温に昇温しても電気特性に悪影響を与える可能性が高いためである。
【００７０】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施形態は、２枚のウェーハを接着する際に、結晶学的にみて、一方のウェーハの「裏」と他方のウェーハの「表」とが接合されるように向きを揃える点に特徴を有する。
【００７１】
図５は、本実施形態にかかる基板の接着方法を説明するための概念図である。
【００７２】
すなわち、半導体基板は、通常は、図５（ａ）に例示したような単結晶インゴットから所定の結晶方位にスライスされることにより得られる。
【００７３】
そして、従来は、図５（ｂ）に例示したように、このようなインゴットＩＧからスライスされたウェーハ１１１、１１２の表面１１１Ａ、１１２Ａをそれぞれ鏡面研磨し、必要に応じてその表面に図示しないエピタキシャル層などを形成し、しかる後に、表面１１１Ａと１１２Ａとが向き合う向きに対向させて接着していた。
【００７４】
ここで、接着界面の抵抗に関しては、シリコン（Si）同士の接着と、化合物の接着では差異がある。すなわち、シリコン（Si）同士では、接着するウェーハの結晶方位に関わらず、接着面のキャリア濃度を高くして、接着熱処理温度を適切な範囲に選べば、界面に電気抵抗は発生しない。例えば、（１００）面に（１１１）面を接着しても、（１００）面同士のウェーハを互いに４５度回転させて界面抵抗はない。
【００７５】
これに対して化合物、特にLED用ウェーハなどの接着の場合は、キャリア濃度を高くするだけでなく、接着するウェーハ間の面方位を整合させないと、界面に抵抗が発生する。
この現象に従って、界面抵抗を減らすために、結晶の方向に対して同じ角度の傾きを持つウェーハ同士を、相互に回転させずに結晶の回転方向の向きを合わせて接着する方法が、米国特許（USP）第 5,661,316号で提案されている。
【００７６】
これに対して、本発明者は、種々の結晶方向を組み合わせて接着を試みた結果、ウェーハの傾きと回転方向を合わせるだけでは不十分で、特に結晶に対して傾いた面を持つウェーハでは、一方のウェーハの「表」面に、他方のウェーハの「裏」面を接着することが、界面抵抗を減らす上で大きな効果があることを見いだした。
【００７７】
すなわち、本実施形態においては、図５（ｃ）に表したように、ウェーハ１１１の裏面１１１Ｂとウェーハ１１２の表面１１２Ａとが向き合う向きに対向させて接着する。本発明者は、後に詳述するように、このように接着すると接着界面の結晶性を改善し、電気的な抵抗成分を大幅に低減できることを見いだした。
【００７８】
例えば、閃亜鉛型構造を有するIII-V族化合物半導体を例に挙げると、図５（ａ）に表したように、［１００］方向に成長させた単結晶インゴットＩＧには、その成長軸に対して傾斜して（１１１）Ａ面が表れる方向と、（１１１）Ｂ面が表れる方向とが存在する。
ここで、（１１１）Ａ面は、例えば、III属元素が表面に優勢に表れる原子面であり、（１１１）Ｂ面は、V属元素が表面に優勢に表れる原子面である。
【００７９】
そして、このような単結晶インゴットから（１１１）Ａ面に所定の角度をもって傾けた方向にスライスして得られた半導体基板１１１、１１２の表面は、（１１１）Ａ面の物性が優勢に表れる表面１１１Ａ、１１２Ａを有する。これに対して、これらの半導体基板１１１、１１２の裏面１１１Ｂ、１１２Ｂは、（１１１）Ｂ面の物性が優勢に表れる面となる。
【００８０】
結晶を傾けてスライスするのは、いわゆる「ジャスト」方位の基板よりも、傾いた表面方位を有する基板の方がエピタキシャル成長に都合がよいためで、一般に（１００）面を（１１１）面方向に傾ける。ところが、GaAsやGaPのような化合物半導体の場合は、上述したように、（１１１）面には２種類有り、一方は表面がIII族のGaで覆われ、他方はV族のAsやＰで覆われる。そして（１１１）面が表面になるように結晶を加工してウェーハを作ると、その表面と裏面は互いに異なる面になることが知られている。
【００８１】
図５の場合、例えば、表面側が（１１１）III族面に傾くようにスライスすると、裏面は（１１１）V族面に傾く。従って、図５（ｃ）に表したように２枚の半導体基板の表面と裏面とを接着することは、（１１１）III族面に傾いた面と（１１１）V族面に傾いた面とを接着することにほかならない。
【００８２】
（１００）面を（１１１）III族面に傾けた面は、（１００）面と（１１１）面が混在し、III族原子の比率が高い。逆に（１１１）V族面に傾いた面はV族原子の比率が高い。
両者を組み合わせると、接着界面でIII族とV族の比が保たれ、電気特性に悪影響を与えるダングリングボンドが減り、電気抵抗を減らすことができる。
【００８３】
従って、接着する半導体基板の材料が同一である場合には、表面の傾斜角度は２枚の基板の間で相互に近いことが望ましい。この場合に、最もIII族原子とV族原子のバランスが良好になるからである。
【００８４】
一方、異なる材料の半導体基板同士を接着する場合には、両者の物性に合わせて、表面の傾斜角度も調節することが望ましい。材料が異なる場合には傾斜角度に対するIII族原子やV族原子の比率も異なる場合があるからである。
【００８５】
また、異方性が出現する方向（例えば、ＧａＡｓやＧａＰにおける＜１１１＞方向）の傾斜角（オフアングル）が小さい表面を有する半導体基板の場合には、表面同士を組み合わせてもダングリングボンドの数が少なく、界面抵抗の上昇は比較的小さい傾向がある。
これに対して、傾斜角が１０度以上の場合は、裏面と表面を組み合わせると顕著な効果が得られる。
【００８６】
一方、本発明者の検討の結果によれば、表面の傾斜角が小さい場合、例えば傾斜角が０度の（１００）ジャスト面を表面に有する基板を接着する場合でも、裏面と表面とを接着すると効果が見られる。従来は、（１００）面は裏面も表面も電気的に等価と考えられていた。しかし、GaAsやGaPのようなIII-V族化合物半導体は閃亜鉛構造を有し、III族原子とV族原子がそれぞれ別の面心立格子位置に配置し、これらの格子が互いに対角線方向に格子定数の１／４だけずれている。従って、（１００）面は、III族原子かV族原子の一方が最表面に出て、他方は１／４格子分だけ内部にあると推測される。この場合、基板の裏面においては、電気的中性を保つために表面と逆の原子が最表面に出ることとなる。このような理由により、（１００）ジャスト面でも、表面と裏面とを組み合わせて接着する方が、ダングリングボンドの数が少なく、界面抵抗の上昇が小さくなるものと考えられる。
【００８７】
本実施形態は、異なるインゴットからスライスされた２枚の半導体基板を接着する場合にも同様にも顕著な効果を奏する。
【００８８】
図６は、２つの異なるインゴットからスライスされた半導体基板を接着する様子を表した概念図である。例えば、同図（ａ）に表したように、［１００］方向に成長したGaP単結晶インゴットから（１１１）方向に傾斜させたオフアングルを有する半導体基板１１をスライスする。半導体基板１１は、（１１１）Ａ面の成分が強く表れる表面１１Ａと、（１１１）Ｂ面の成分が強く表れる裏面１１Ｂとを有する。同様に、図６（ｂ）に表したように、GaAsインゴットからオフアングルを付けてスライスした半導体基板１２も、（１１１）Ａ面の成分が強く表れる表面１２Ａと、（１１１）Ｂ面の成分が強く表れる裏面１２Ｂとを有する。
【００８９】
これら２枚の基板を接着する際には、裏面１１Ｂと表面１２Ａとを接着する。または、表面１１Ａと裏面１２Ｂとを接着する。このように表面と裏面とを接着することにより、界面でのIII族原子とV族原子とのバランスを良好なものとし、ダングリングボンドや結晶欠陥を低減して、電気抵抗も大幅に低下させることができる。
【００９０】
なお、異なる単結晶インゴットからそれぞれスライスした半導体基板の「表」と「裏」の判断は、インゴットの成長方向すなわち種結晶に対する向きにより決定することができる。すなわち、通常はインゴットを成長する際に、種結晶の結晶方位を一定にする。従って、異なるインゴットであっても、その（１１１）Ａ面あるいは（１１１）Ｂ面の方位は、成長方向に対して一定の関係を有する。つまり、異なるインゴットからそれぞれスライスされた半導体基板のいずれにおいても、種結晶に近い側を「表」面とし、反対側の面を「裏」面と定義して、「表」面と「裏」面とを接着すれば良い。
【００９１】
一般に市販されている化合物半導体のウェーハの場合には、（１１１）Ａ面とＢ面とを区別する目的で、「インデックス・フラット（IF）」などと称される直線状切断部がウェーハの一部に設けられていることも多い。このような場合には、ウェーハの「表」と「裏」を容易に識別できる。
【００９２】
また、異なるインゴットからスライスした半導体基板の「表」と「裏」の判断は、メサエッチングにより行うこともできる。すなわち、GaAsやGaPウェーハにメサエッチングを行うと、メサの互いに直交する断面形状が順メサと逆メサを呈する。また、同じウェーハの表面と裏面では、順メサの方向が互いに直交する。これらの順メサと逆メサの方向は、それぞれ結晶の（１１１）Ａ面と（１１１）Ｂ面の方位に対応して出現する。従って、この順メサと逆メサの方向によって半導体基板の表面側と裏面側とを区別することができる。
【００９３】
２枚の半導体基板の表面と裏面とを接着すると、接着された面同士の順メサ方向は互いに直交し、接着された面と反対側の面同士、すなわち２枚のウェーハが接着により１枚になった新たなウェーハの一方の面と他方の面の順メサ方向は互いに直交する。
【００９４】
次に、本実施形態の具体例として第４〜第６実施例について説明する。
【００９５】
（第４の実施例）
まず、第４の実施例として、接着ウェーハの界面抵抗を測定した具体例について説明する。
【００９６】
図５に表したように［１００］方向に成長させたGaP単結晶インゴットから、（１１１）方向に１５度傾斜させてGaPウェーハ１１１、１１２を切り出した。切り出したウェーハ１１１、１１２をそれぞれ２つに分け、一組は図５（ｂ）に表したようにいずれも上面（表面）１１１Ａ、１１２Ａを研磨して鏡面を形成し、他の一組は図５（ｃ）に表したように、ウェーハ１１１の下面（裏面）１１１Ｂと、ウェーハ１１２の上面（表面）１１２Ａを鏡面研磨した。表面を研磨したウェーハは、研磨面が（１１１）Ga面方向に、裏側を研磨したウェーハは（１１１）Ｐ面方向に傾いている。
【００９７】
この２組のウェーハを使用して、表面同士と、表面と裏面の組合せで接着し、界面の電気抵抗を比較した。
【００９８】
接着の方法は、後に詳述する方法と同じであり、熱処理は８００℃で行った。GaPの接着面にはキャリア濃度を変えたGaPエピタキシャル層を成長させ、接着界面のキャリア濃度を種々の値に調節した。接着したウェーハは両面に電極を設けて接着面まで２５０μｍ□の大きさになるようにハーフダイシングを行い、I-V特性を測定し、GaP基板のバルク抵抗を差し引いて接着界面の抵抗を求めた。
【００９９】
図７は、接着面のキャリア濃度と界面抵抗との関係を表すグラフ図である。同図において、黒丸は表面同士を接着したものを表し、白三角は表面と裏面とを接着したものを表す。表面同士の接着（黒丸）では、キャリア濃度を上げると界面抵抗が下がるがゼロにはならない。これに対して本発明の裏面と表面の組合せ（白三角）では、キャリア濃度が低い場合にも、界面抵抗は非常に低く、キャリア濃度が２×１０１８ｃｍ−３程度まで上昇すると、界面抵抗を実質的にゼロにすることができた。
【０１００】
なお、キャリア濃度と界面抵抗との関係は、表面エピ層がなくても同様で、キャリア濃度が高い基板を利用すれば、エピ層がなくても界面抵抗を下げることができる。
【０１０１】
（第５の実施例）
次に、第５の実施例として、図２と同様の工程によりＬＥＤを試作評価した結果について説明する。
【０１０２】
まず、（１１１）Ga面方向に１５度傾斜させたGaAsウェーハ１２を用意し、その上に図２（ａ）に表したように、InGaAlPからなるLED構造１８〜１７をエピタキシャル成長した。このようにして得られた４元エピタキシャル・ウェーハの接着面（ｐ型クラッド層１６の表面）は、基板と同様に（１１１）Ga面方向に１５度傾斜している。
【０１０３】
次に、GaPウェーハ１１として、（１１１）Ga面方向に１５度傾斜させた２枚のGaPウェーハを用意し、一方は表面側、他方は裏面側を鏡面に研磨した。
【０１０４】
しかる後に、図２（ｃ）に表したように、GaPウェーハの研磨面をクラッド層１６に接着した。
【０１０５】
さらに、図２（ｄ）に表したようにGaAs基板１２を除去し、得られたLEDの動作電圧を調べた。
【０１０６】
その結果、GaPウェーハ１１の接着面がGaAs基板１２と同じく（１１１）Ga面に傾斜したLEDの２０mA通電時の動作電圧は４．５Vであった。これに対して、本実施形態に従ってGaPウェーハ１１の接着面が（１１１）P面に傾斜したLEDの２０mA通電時の動作電圧は２Vと顕著に低下し、明らかに界面抵抗が減少したことが分かった。
【０１０７】
（第６の実施例）
次に、第６の実施例として、（１００）ジャストの表面方位を有するウェーハ同士を接着した具体例を説明する。
【０１０８】
まず、GaPの単結晶インゴットから（１００）ジャストの表面方位をもつウェーハを切り出し、インゴットの種結晶に近い面と表面と定義した。次に、これらのウェーハの表面側あるいは裏面側を鏡面に加工し、０．２μｍの層厚でキャリア濃度１×１０１８ｃｍ−３のＧａＰ層をその鏡面上にエピタキシャル成長した。ここでエピタキシャルＧａＰ層のキャリア濃度を比較的低くしたのは、図７に関して前述したように、キャリア濃度が低い方が、界面抵抗に対する接着面の組合せの影響が大きく、比較が容易なためである。
【０１０９】
このようにしてエピタキシャル層を挟んで、ウェーハの表面同士、あるいは表面と裏面とをそれぞれ接着し、界面抵抗を測定した。
【０１１０】
その結果、表面同士を接着したものでは界面の電流電圧特性はオーミックにならず、２０ｍＡ通電時に界面付近において約２．２Ｖの電圧が発生した。これに対して、表面と裏面とを接着したものでは、電流電圧特性は直線状でオーミック性を示し、２０ｍＡ通電時の抵抗も０．８Ｖと小さかった。
【０１１１】
表面同士を接着したものにおいて大きい抵抗が発生するのは、ダングリングボンドがキャリアをトラップして、接着面のキャリア濃度が低下したためであると考えられる。つまり、（１００）ジャスト基板の場合においても、インゴットの成長方向に対応して、ウェーハの「表」と「裏」が存在し、「表」と「裏」とを接着することにより界面抵抗を有意に低下できることが分かった。
【０１１２】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。本実施形態は、２枚のウェーハを接着する際に、ウェーハの全体ではなく、一部のみを加圧することにより熱膨張に伴う「ずれ」を緩和する点に特徴を有する。
【０１１３】
図８は、本実施形態を説明するための概念図である。すなわち、前述したいずれかの実施形態に基づいて２枚のウェーハＡ及びＢを接着する際に、本発明者は、これらのウェーハをどのように保持加圧すべきかについて独自の検討を行った。
【０１１４】
図８（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係る加圧保持方法を表すものであり、同図（ｃ）及び（ｄ）は、比較例としての加圧保持方法を表す。
【０１１５】
まず、比較例から説明すると、図８（ｃ）に表した例においては、２枚のウェーハＡ及びＢは、重ねた状態で十分に広いジグＪ３の上に載置されており、上方から荷重は印加されない。このような方法によると、ウェーハＡ及びＢは面内方向Ｓに自由に伸縮できるので、熱膨張率の差などに起因する割れなどの問題は生じないが、接着が不十分となる場合が多い。
【０１１６】
また、図８（ｄ）に表した例においては、２枚のウェーハＡ及びＢは、十分に広いジグＪ３及びＪ４によって保持され、荷重Ｐにより加圧される。この場合は、加圧は施されるものの、ウェーハＡ及びＢが面内方向に伸縮することが困難となり、熱膨張率の差などの「ずれ」を吸収緩和することができずにウェーハが割れることがある。
【０１１７】
これに対して、本実施形態においては、図８（ａ）に表したように、２枚のウェーハＡ及びＢの全面を加圧せずに、その一部のみを対向配置されたジグＪ１及びＪ２により加重Ｐで加圧する。ウェーハＡ及びＢが異なる材料からなる場合には、加熱に伴って熱膨張率の差による「ずれ」が生ずる。これに対して、本実施形態によれば、ウェーハの一部のみを保持加圧することにより、加圧部以外の部分は、面内方向Ｓに容易に伸縮することができる。その結果として、熱膨張の差に伴う「ずれ」を許容しつつ、接着することができる。
【０１１８】
ウェーハの一部のみを加圧するためには、図８（ｂ）に表したように、一方のジグＪ１の接触面積のみをウェーハよりも小さくしても良い。この場合にも、ウェーハＢは、全体がジグＪ３により保持されているが、荷重Ｐは、ウェーハＡの上のジグＪ１から部分的にのみ印加される。その結果として、ウェーハＡ及びＢは、面内方向Ｓに伸縮することが可能であり、熱膨張率の差に起因する「ずれ」などを吸収緩和することができる。
【０１１９】
以下、本実施形態の実施例について説明する。
【０１２０】
（第７の実施例）
図９（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態の製造方法を具体的に説明する略示断面図である。
【０１２１】
まず、図９（ａ）に表したように、直接接着に供するエピウェーハには、ｎ型ＧａＡｓ基板１２上にバッファ層１８，ｎ型クラッド層１４、活性層１５，ｐ型クラッド層１６、および表面カバー層１７が順次積層されて形成されている。これらのエピタキシャル成長層は、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により形成される。
【０１２２】
ｎ型ＧａＡｓ基板１２は、サイズが直径２インチ、厚さ２５０μｍであり、不純物としてＳｉが約１Ｅ１８／cm３のキャリア濃度でドープされており、さらにその主面は鏡面仕上げとなっている。バッファー層１８はＧａＡｓで、厚さは０．５μｍである。最上層の表面カバー層１７は２層構造で、下側が０．１μmのGaAs層１７Ａ、上側が０．２μmのInGaAlP層１７Ｂである。
【０１２３】
次に、エピウェーハをアンモニアと過酸化水素水の混合液に侵漬して裏側の堆積物を除去し、次に、エピウェーハを界面活性剤で洗浄した後、７０℃のリン酸でInGaAlPカバー層１７Ｂをエッチングした。このエッチングは下のGaAs層１７Ａで選択的に止まる。次いで、容積比でアンモニア１、過酸化水素水１５、混合液にエピウェーハを浸漬してエッチングを行い、図９（ｂ）に示すように、下側のGaAsカバー層１７Ａを除去した。この混合液は、ＧａＡｓカバー層１７Ａを選択的にエッチングするもので、数秒で表面カバー層１７Ａが除去されたことが観察できたが、１分間侵漬を続けてｐ型クラッド層１６の表面を完全に表出させた。
【０１２４】
次いで、表面カバー層１７を除去したエピウェーハと、表面に厚さ0.2μm、キャリア濃度２×１０１８ｃｍ−３の高濃度GaP層を成長させたＧａＰ基板１１との直接接着を行い、図９（ｃ）に示す被接着体を得た。以下、直接接着の工程をより詳細に説明する。
【０１２５】
直接接着の前処理として、ＧａＰ基板１１を界面活性剤で洗浄し、希弗酸に浸漬して表面の自然酸化膜を除去し、水洗をした後にスピナで乾燥させた。また、エピウェーハは上述した方法で表面カバー層１７を除去した後、ＧａＰ基板１１と同様にして酸化膜除去のため希弗酸処理を行い、水洗とスピナ乾燥を行なった。これらの前処理は、すべてクリーンルーム内の清浄な雰囲気下で行った。
【０１２６】
なお、第３実施形態に関して前述したように、本実施例においても、エピウェーハとＧａＰ基板１１とをそれらの表面と裏面を接着するように結晶方位を調節しても良いことはいうまでもない。
【０１２７】
次に、前処理を終えたエピウェーハをエピタキシャル成長層が上方になるように載置し、その上にＧａＰ基板１１を、鏡面が下向きになるように載置し、室温で密着させた。ＧａＰは透明であるため密着状態を目視にて観察できる。ＧａＰ基板１１をエピウェーハに載置すると、エピウェーハが正面視で凸形状をなすように反っているため、ＧａＰ基板１１の中央部が最初に密着した。そのまま放置するだけで密着部が自然にＧａＰ基板１１の周辺部へ向って広がり、１分以内にＧａＰ基板１１の周縁の面取り部分を除いて全面が密着した。同様の操作を繰り返し、計１５組の室温密着を行なった。
【０１２８】
直接接着の最終工程として、室温で密着している被接着体を拡散炉内に入れて８００℃で熱処理を行った。雰囲気は水素を１０％含むアルゴンである。
【０１２９】
被接着体は５組ずつに３つに分け、同時に異なる熱処理ジグを使用して比較した。
【０１３０】
本発明の実施例としては、図８（ａ）に例示したように、中央に５φの円形突起が付いたカーボン板で密着した基板を上下から挟み、上に120gのカーボン製の重りを乗せて、ウェーハの中央部だけを押さえた。このジグでは５枚ともウェーハ全面が接着でき、ウェーハの割れはなかった。
【０１３１】
比較例として、図８（ｃ）に例示したように、ウェーハを平らなカーボン板に置き、上にはなにも乗せずに無荷重状態で熱処理をした。この方法では５枚のうち２枚に面積にして３０%を越す大きな剥がれ部分が生じた。ウェーハの割れはなかった。
【０１３２】
もう一つの比較例として、図８（ｄ）に例示したように、ウェーハを平らなカーボン板で挟み、重りを乗せて全面に荷重をかけて熱処理した。この場合、５枚中２枚が割れ、残る３枚も全面接着には至らなかった。割れたウェーハも含めて、ウェーハの周辺部が接着し中央部が剥がれたことから、ウェーハの厚さバラツキで厚くなっていた周辺部分が先に接着してしまい、熱膨張による界面のズレを吸収できなかったのが原因であったと考えられる。
【０１３３】
以上説明したように、本実施形態によれば、ウェーハを部分的に保持加圧するこにより、接着工程を高い歩留まりで実施できることが確認された。
【０１３４】
（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態として、発光層からの光に対して透光性のある基板を有する半導体発光素子について説明する。すなわち、本実施形態に係る半導体発光素子は、典型的には、第１乃至第４の実施形態に関して前述した基板の接着技術を用いて形成することができる発光素子である。
【０１３５】
まず、本実施形態に係る半導体発光素子として、発光に寄与する発光層の面積を、透明基板の面積に対して小さくして、発光の輝度を向上させた例を説明する。 図１０（ａ）は、本実施形態に係るＬＥＤの断面構成を表す概念図であり、同図（ｂ）は、比較例としての従来のＬＥＤの断面構成を表す概念図である。
【０１３６】
すなわち、いずれも透明基板であるGaP基板１１上に、クラッド層１４、活性層１５、クラッド層１６を持ち、上下に電極１９Ａと１９Ｂを設けたLEDである。但し、図１０は、概念図であり、実際には、これらの他に、コンタクト層や電流狭窄層あるいは電流拡散層などの各種の要素が設けられていても良い。
【０１３７】
従来のＬＥＤは、図１０（ｂ）に表したように、活性層１５と透明基板１１の大きさは等しく、上方から見た面積は同じであった。このような従来のＬＥＤは、例えば、多数のＬＥＤ構造を作り込んだウェーハを、ダイシングにより切ったり劈開するなどして、多数のＬＥＤチップに切り分けて製造することができる。
【０１３８】
これに対して、本実施形態においては、活性層１５を含む積層体１０の面積が、透明基板１１より小さい。そして、このように活性層１５の面積を小さくすると、ＬＥＤの発光輝度が向上する。以下、このように活性層の面積が小さくなるとＬＥＤの輝度が上がる機構を説明する。
【０１３９】
LEDは電流を流すことで注入されたキャリアが再結合して発光する。図１０（ａ）及び（ｂ）に表したLEDの場合、注入されたキャリアはクラッド層１４及び１６に挟まれた活性層１５に閉じこめられ、そこで再結合する。しかし、キャリアの再結合には、発光を伴うものだけではなく、発光を伴わない非発光再結合も混在する。例えば、結晶欠陥準位や界面準位を介して再結合した場合は非発光で再結合が生ずる。
【０１４０】
非発光再結合は発光再結合よりも速度が速いため、注入されたキャリアは優先的に非発光再結合を起こす傾向がある。一方、欠陥準位や界面準位は結晶中での密度が限られているため、非発光再結合がある一定の電流で飽和すると、それを越える電流が発光再結合に費やされて発光を生ずるようになる。従って、同じ量の電流をLEDに流す場合、狭い面積に流した方が、非発光再結合に消費される電流成分を減らすことができ、注入電流に対する発光再結合の割合、すなわち発光効率を高めることができる。つまり、活性層１５の面積を小さくすることにより、ＬＥＤの輝度を上げることができる。
【０１４１】
しかし、発光層の面積を小さくすると、発光が電極１９Ａにより遮られて光の取り出し効率が低下するという問題がある。これに対して、基板が透明であると有利である。
【０１４２】
すなわち、LEDの発光層は基板に比べて薄いため、基板が不透明なLEDでは発光層から基板側に放出された光は基板によって吸収され、外部に取り出すことはできない。つまり、不透明基板を用いたLEDの場合には、発光層から上方に放出された光のみを、外部に取り出し得る。しかし、このような不透明基板LEDで発光層を小さくすると、発光効率の上昇よりも上側電極１９Ａの遮光による取り出し効率の低下の方が大きくなり、LEDの輝度は低下する。
【０１４３】
同様の理由で、透明基板LEDであっても、発光層だけでなく基板の面積を同時に小さくすることも好ましくない。透明基板LEDでは、図１０（ａ）に表したように、発光層から基板側に放出された光は、基板１１を透過し、下側電極１９Ｂにより反射される。発光層としての積層体１０の両側に透明基板１１の上面Ｓが露出していると、下側電極１９Ｂにより反射された光を、この露出部分Ｓから取り出すことができる。このため、発光層としての積層体１０を小さくしても基板１１の面積を小さくしなければ、取り出し効率は下がらない。
【０１４４】
図１１は、図１０に例示したような透明基板を有するＩｎＧａＡｌＰ系ＬＥＤにおいて、チップ面積に対する発光層の面積の比率と、外部発光強度との関係を表すグラフ図である。すなわち、同図は、ＧａＰ基板を接着して形成したＩｎＧａＡｌＰ系ＬＥＤのデータであり、チップサイズは３００μｍ角で、上側電極サイズは１２０μφである。
【０１４５】
同図に表したように、発光層の面積を小さくするにつれて発光強度は増大し、面積の比率が０．３になると、発光強度は比率１の場合の約１．２倍まで増加する。このように、透明基板を用いたLEDにおいて、発光層を基板よりも小さく形成すると、活性層１５での発光効率を改善しつつ、光の取り出し効率の低下も抑制することができる。
【０１４６】
次に、本実施形態の発光素子の製造方法の具体例について説明する。
【０１４７】
図１２及び図１３は、本実施形態の半導体発光素子の製造方法の要部を表す工程断面図である。
【０１４８】
直接接着に供するエピウェーハの構造は、図１２（ａ）に示したとおりで、ＧａＡｓ基板１２の上に、ＭＯＣＶＤ法でエピ層９３から９８２までを成長させたものである。ここで、ｎ型ＧａＡｓ基板１２は、直径２インチ、厚さ２５０μｍ、Ｓｉドープでキャリア濃度は約１ｅ１８／ｃｍ３で、鏡面仕上げが施されている。エッチング停止層９３は、ＩｎＡｌＰで、厚さ０．２μｍ。ＧａＡｓコンタクト層９４は、厚さ０．０２μｍで、キャリア濃度は１ｅ１８／ｃｍ３である。ＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層９５は、Ａｌ組成０．３のＩｎＧａＡｌＰで、厚さ１．５μｍであり、Ｎ型クラッド層１４は、Ａｌ組成０．６のＩｎＧａＡｌＰで、厚さ０．６μｍである。活性層１５は、Ａｌ組成０．１３のＩｎＧａＡｌＰで、厚さ０．４μｍである。Ｐ型クラッド層１６は、Ａｌ組成０．６のＩｎＧａＡｌＰで、厚さ０．６μｍである。ＩｎＧａＰ接着層９７は、厚さ０．１μｍであり、ＧａＡｓカバー層９８１は、厚さ０．１μｍ、ＩｎＡｌＰカバー層９８２は厚さ０．１５μｍである。
【０１４９】
次に、このエピウェーハを界面活性剤で洗浄し、容積比でアンモニア１、過酸化水素水１５の混合液に侵漬し、ＧａＡｓ基板１２の下側をエッチングして、エピウェーハの裏面に付着したエピ反応生成物などを除去する。この際、エピウェーハの表側（図の上側）はＩｎＡｌＰカバー層９８２で覆われているので、エッチングされない。
【０１５０】
次に、エピウェーハを再度界面活性剤で洗浄した後、リン酸で表面のＩｎＡｌＰカバー層９８２を除去する。引き続き、容積比で硫酸８、過酸化水素水１、水１の混合液でＧａＡｓカバー層９８１を除去する。この混合液は選択的にＧａＡｓカバー層をエッチングするもので、エッチングの後エピウェーハの表面にはＩｎＧａＰ接着層が表出する。
【０１５１】
次いで、表面カバー層を除去したエピウェーハとＧａＰウェーハ１１の直接接着を行い、図１２（ｂ）に表した接着体を得た。以下、直接接着の工程を詳しく説明する。
【０１５２】
ＧａＰウェーハは、直径２インチ、厚さ２５０μｍ、ｐ型の鏡面仕上げのものを使用した。接着界面の電気抵抗を下げるために、ＧａＰ表面に高濃度層をエピ成長させる場合もある。
【０１５３】
ここで、第３実施形態に関して前述したように、エピ層とＧａＰ層の接着面が「表」と「裏」の関係になるように両者の結晶方位を調節することが望ましい。
【０１５４】
さて、直接接着の前処理として、ＧａＰウェーハは界面活性剤で洗浄し、希弗酸に侵漬して表面の自然酸化膜を除去し、水洗をした後スピナで乾燥させた。またエピウェーハは表面カバー層を除去した後、ＧａＰ基板と同じく酸化膜除去のため希弗酸処理を行い、水洗とスピナ乾燥を行なった。これらの前処理は、すべてクリンルーム内の清浄な雰囲気下で行った。
【０１５５】
次に、前処理を終えたエピウェーハを上向きに置き、その上にＧａＰウェーハ１１を、鏡面が下向きになるように乗せ、室温で密着させた。ＧａＰウェーハ１１は透明なため密着状態を観察できる。ウェーハを重ねると、エピウェーハが凸に反っているため、ウェーハの中央部が最初に密着した。そのまま放置するだけで密着部が自然に広がり、ウェーハの縁の面取り部分を除いて全面が密着した。
【０１５６】
この工程においても、第４実施形態に関して前述したように、ウェーハの一部のみを加圧することにより、割れを抑制して確実に接着することができる。
【０１５７】
さて、直接接着の最終工程として、室温で密着しているウェーハを石英ボートに立てて並べ、拡散炉内に入れ熱処理を行った。熱処理温度は８００℃、時間は１時間、雰囲気は水素を１０％含むアルゴンである。
【０１５８】
次に、エピウェーハのＧａＡｓ基板１２を除去した。まず、接着体をアンモニアと過酸化水素水の混合液に侵漬し、ＧａＡｓを選択的にエッチングした。このエッチングはＩｎＡｌＰエッチング停止層で停止する。次いで、７０℃のリン酸でエッチングを行い、ＩｎＡｌＰエッチング停止層９３を選択的に除去することにより、図１２（ｃ）に表した積層体を得た。
【０１５９】
次に、この積層体のＧａＰ基板１１の裏面（図中下側）に、金（Ａｕ）／Ｚｎ合金と金（Ａｕ）からなる電極１９Ｂを設け、ＧａＡｓコンタクト層９４の表面（図中上側）には、金（Ａｕ）／Ｇｅ合金と金（Ａｕ）からなる電極１９Ａを設けた。そして、ＰＥＰ（photo-engraving process）により、上側の電極１９Ａを３００μｍピッチで直径２００μｍの円形に加工し、図１３（ａ）の構造を得た。
【０１６０】
次に、発光層の面積を透明基板の面積より小さくするために、金電極１９Ａをマスクにしてエッチングを行い、図１３（ｂ）に表したように、エピ層９４から９７をエッチングした。ここで、ＧａＡｓエピ層９４はアンモニアと過酸化水素水の混合液でエッチングし、ＩｎＧａＡｌＰ系エピ層９４〜１６とＩｎＧａＰエピ層９７はＨＢｒ−Ｂｒ液でエッチングした。
【０１６１】
最後に、図１３（ｃ）に表したように、電極１９Ａを直径１２０μｍの円形に再パターニングし、ウェーハを一点鎖線Ｃの部分で３００μｍ□に劈開分離して図１０（ａ）に表した構造のＬＥＤチップを得た。
【０１６２】
なお、図１０（ａ）において、図１３（ｃ）のエピ層の一部は省略した。
【０１６３】
次に、本実施形態の別の実施例として、ウェーハ接着に先だって発光層の面積を小さくする製造方法について説明する。
【０１６４】
図１４は、本実施例の製造方法の要部を表す工程断面図である。
【０１６５】
まず、図１４（ａ）に表すように、ＧａＡｓ基板１２の上に発光層としての積層体１０を形成したエピタキシャルウェーハを形成する。このエピウェーハに、例えば３００μｍピッチで縦横にブレードダイシングを行い、図１４（ｂ）に表したように、幅１００μｍ、深さ２０μｍの溝Ｇを設けた。
【０１６６】
次に、図１４（ｃ）に表したように、ＧａＰ基板１１を接着する。
【０１６７】
次に、図１４（ｄ）に表したように、ＧａＡｓ基板１２を除去し、上下を逆さまにして電極１９Ａと１９Ｂを形成する。
【０１６８】
最後に、劈開やブレードダイシングにより、一点鎖線Ｃに沿って素子分離を行い、図１４（ｅ）に表したようにＬＥＤチップを得た。
【０１６９】
ＧａＡｓ基板１２の上に形成したエピウェーハとＧａＰ基板１１とを接着する場合、ＧａＡｓとＧａＰとの熱膨張係数の差により応力が発生し、接着後の反りや、ひどい場合にはウェーハの破壊が生じる。
【０１７０】
本実施例では、図１４（ｃ）に表したように、ウェーハ接着の際にエピウェーハ表面に溝Ｇが形成されて接着部が小面積に分割されているため、応力が緩和され、反りや破壊が少なくなるという利点が得られる。
【０１７１】
また、ウェーハを貼り合わせる際、２枚のウェーハ間に空気が巻き込まれて未接着部が発生することがある。本実施例のように溝Ｇを設けておくと、巻き込まれた空気をウェーハ外に逃がすことができ、未接着部発生が少なくなるという利点も得られる。
【０１７２】
なお、上述の実施例では、接着前にブレードダイシングでエピウェーハ表面を分割する例を挙げたが、ＰＥＰでウェーハ表面をパターニングすることにより溝Ｇを形成してもよい。
【０１７３】
次に、本実施形態の半導体発光素子の変型例について説明する。
【０１７４】
図１５は、本実施形態の半導体発光素子の変型例を表す概念図である。すなわち、本変型例においては、発光層としての積層体１０を上側電極１９Ａと略同一の面積まで小さくした。
【０１７５】
この構造では発光層としての積層体１０の上面すべてを電極１９Ａが覆っているため、発光層から上向きに放出した光は電極１９Ａで反射して透明基板１１内に入り、基板１１の側面から外部に取り出されるか、または下側電極１９Ｂで反射して電極１９Ａで覆われていない基板１１の上面Ｓから取り出される。
【０１７６】
本変型例の発光素子が、図１０（ａ）の実施例や、図１０（ｂ）の従来例と機能的に異なる点は、ＬＥＤの上面から取り出される光が発光層１６を殆ど通過していない点である。つまり、本変型例においては、活性層１５は、比較的小さい光源として作用し、この光源から放出された光の殆どは、基板１１を透過し、下側電極１９Ｂにより反射されて上面Ｓから外部に取り出される。
【０１７７】
ＬＥＤの発光波長は、活性層１５のバンドギャップで決まる。クラッド層１４、１６はキャリアを閉じこめるため、活性層よりバンドギャップが大きくなるように設計されており、活性層１５からの発光を吸収しない。しかし、活性層１５自体は自ら発光した光を自己吸収する。また、電気的接続に必要なＧａＡｓコンタクト層などのバンドギャップの小さい層も発光を吸収する。従って光を吸収する層を含む活性層あるいはコンタクト層など通さずに光を取り出した方が吸収が少なくてすむ。この点で、図１４に例示した本変型例は有利である。
【０１７８】
図１５の構造を得るためには、例えば図１２〜図１３に表した工程において、図１３（ａ）に表した電極１９Ａの１回目のパターニングを、図１３（ｃ）のサイズで行い、この電極１９Ａをマスクにして発光層をエッチングをすればよい。
【０１７９】
または、全く異なる方法によっても図１５の発光素子を製造することができる。 図１６は、図１５に表した半導体発光素子の製造方法の要部を表す工程断面図である。
【０１８０】
まず、図１６（ａ）に表したように、ＬＥＤ上下の電極１９Ａと１９Ｂを全面に付けたまま、パターニングをせずにチップに分離する。
【０１８１】
次に、このようにして得られたチップに、図１６（ｂ）に表したように、ワイヤーＷをボンディングする。すると、電極１９Ａの上には、ワイアＷがボール状に形成したボール部１９Ｃが接続される。
【０１８２】
次に、このボール部１９Ｃをマスクとして、上側電極１９Ａと発光層としての積層体１０をエッチングし、図１６（ｃ）に表した構造が得られる。
【０１８３】
以上説明した方法によれば、積層体１０のエッチングの際に、ワイアＷを介して通電し発光させておくこともできる。つまり、発光素子を発光させてその出力をモニタしながらエッチングを実施することにより、最適な発光強度が得られた時点でエッチングを停止することもできる。
【０１８４】
次に、本実施形態のもうひとつの実施例としての半導体発光素子について説明する。
【０１８５】
図１７は、本実施例にかかる半導体発光素子の構成を表す概念図である。すなわち、本実施例の発光素子は、透明基板１１の側面に段差ＳＴが設けられ、その上部が発光層としての積層体１０のサイズに合わせて小さくされている。
【０１８６】
この構造は、ＧａＰウェーハ１１を接着して図示しないＧａＡｓ基板を選択エッチングで取り除いた後、例えば、図１２（ｃ）や図１６（ａ）の状態で、発光層側から発光層を越えて透明基板１１の上部にまでブレードダイシングやエッチングで溝を設けることにより得られる。
【０１８７】
本実施例の発光素子においては、活性層１５から透明基板１１に入射した光は、直接、あるいは１度のみ反射で外部に取り出されるだけでなく、透明基板１１の内部で複雑な反射をして外部に取り出される場合が多い。一般に、光取り出し部の形状が複雑な方が光取り出し効率が高く、本実施例によれば透明基板１１に段差を設けることにより、光取り出し効率をさらに改善できるという効果が得られる。
【０１８８】
図１７に表した例においては、透明基板１１の上部を下部に対して１段小さくしてあるが、２段あるいはそれ以上の階段状に絞った方が光の取り出し効率をより高められる場合もある。
【０１８９】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の第１乃至第５の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。
【０１９０】
例えば、接着するウェーハあるいは、これを用いた半導体素子の材料としては、ＧａＡｓやＧａＰに限定されず、その他の各種の化合物半導体について同様に本発明を適用して同様の効果を得ることができる。
【０１９１】
また、半導体発光素子の積層構造については、コンタクト層や電流拡散層などの各種の要素を加えて、同様の効果を奏することができる。この他にも、例えば、活性層にＭＱＷ（multiple-quantum well）構造を採用したものや、クラッド層にＭＱＢ（multiple-quantum barrier）を採用したものなどについても同様に適用することができる。
【０１９２】
さらに、本発明は、ＬＥＤのみに限定されず、半導体レーザやその他の各種の半導体素子に同様に適用することができる。
【符号の説明】
【０１９３】
１，２，１００ ＩｎＧａＡｌ系ＬＥＤ
１０ 積層体
１１，３１，９１ ＧａＰウェーハ
１２，３２，８２，９２ ＧａＡｓウェーハ
３３ エッチング停止層
１４，３４，８４，９４ Ｎ型クラッド層
１５，３５，８５，９５ 活性層
１６，３６，８６，９６ Ｐ型クラッド層
１７，３７ カバー層
１８，３８ バッファー層
１９，３９，８９，９９ 電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層体および発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術による発光素子について図面を参照しながら説明する。図１８は、従来の技術によるＩｎＧａＡｌＰ可視光ＬＥＤの一例を示す。
【０００３】
図１８に示すＬＥＤ１００は、Ｎ型ＧａＡｓ基板８２の上に、発光に寄与するＩｎＧａＡｌＰエピタキシャル成長層８４，８５，８６が形成されている。同図には示されていないが、良質な発光層を得るために、要求仕様に応じて基板とエピタキシャル成長層との間にバッファ層が設けられることもある。
【０００４】
エピタキシャル成長層８６の上面と基板８２の下面には電流を供給するための電極８９がそれぞれ設けられている。同図には示されていないが、上側電極８９とエピタキシャル成長層８６との間に、電流を拡散するための層や、電気的なコンタクトを取るための層を設けることも多い。エピタキシャル成長層８４，８５，８６のうち、キャリアが再結合して発光するのは活性層８５である。活性層８５の上下に形成されたエピタキシャル成長層８４，８６は、キャリアを閉じこめて発光効率を上げるために活性層よりも広いバンドギャップを有するクラッド層８４，８６である。
【０００５】
これらのエピタキシャル成長層８４，８５，８６は、発光波長の調整やキャリアの閉じ込めのために、バンドギャップを設計に応じて最適に選ぶ必要がある。また、良好なエピタキシャル成長のためには、エピタキシャル成長層の格子定数が基板８２の格子定数と整合していることが望ましい。３−５族化合物であるＩｎＧａＡｌＰは、３族成分としてＩｎ，Ｇａ，Ａｌの３種を含むため、これらの組成比を選ぶことでバンドギャップと格子定数を独立して設計することができる。
【０００６】
例えば、エピタキシャル成長層の組成を次式
１ｎx（Ｇａ1-yＡ１y）1-xＰ・・・・・・・１）で表した場合、Ｉｎ組成比ｘを０．５にすることでＧａＡｓ基板と格子定数がほぼ整合し、ｘ＝０．５のままでＡ１とＧａの組成比ｙを調整することでバンドギャップを制御することができる。
【０００７】
例えば、波長６４４ｎｍの赤色発光ＬＥＤを得る場合には、活性層８５の組成比をｘ＝０．５，ｙ＝０．０４３にし、クラッド層８４，８６の組成をｘ＝０．５，ｙ＝０．７にすればよい。また、波長５６２ｎｍの緑色発光ＬＥＤを得る場合には、活性層８５の組成比をｘ＝０．５，ｙ＝０，４５４にし、クラッド層８４，８６の組成をｘ＝０．５，ｙ＝１．００、即ち、ＩｎＡｌＰにすればよい。
【０００８】
以上説明したように、ＩｎＧａＡ１Ｐ系エピタキシャル成長層は、可視光領域内で発光波長を選ぶことができる。また、化合物半導体基板として最も一般的なＧａＡｓ基板に格子整合したエピタキシャル成長が可能であるため、基板の入手やエピタキシャル成長が比較的容易であるという利点がある。
【０００９】
しかし、この反面、ＧａＡｓ基板には可視光領域の光を吸収するという欠点がある。このため、ＩｎＧａＡ１Ｐエピタキシャル成長層で発光した光の一部がＧａＡｓ基板に吸収されるので、ＬＥＤの輝度の低下が避けられない。輝度低下を避けるためには、可視光領域に対し透明な材料を基板に使用すればよい。一般的な透明材料としてはＧａＰがあるが、ＧａＰ基板はＩｎＧａＡ１Ｐ系と格子整合がとれないため良好なエピタキシャル成長が難しい。この問題を解決するために、ＩｎＧａＡ１Ｐエピタキシャル成長層とＧａＰ基板とをウェーハ接着（Wafer Bonding）する方法が、１９９３年出願のＵＳＰ５，３７６，５８０に提案され ている。この提案はエピタキシャル成長層からＧａＡｓ基板を取り除き、代わりにＧａＰ基板を密着させて、圧力をかけながら熱処理をし、一体化する方法である。この方法によりＬＥＤの輝度増加が図れるが、ＧａＡｓ基板を除去した後のエピタキシャル成長層が薄いため取り扱いが難しく、また圧力を印加しながら熱処理をするので特殊な装置を用いる必要があり、ウェーハ接着工程の安定性や生産性に問題があった。
【００１０】
次に、ウェーハ接着について説明する。２種のウェーハを接合一体化できれば、格子定数に関わらず自由に異種材料による積層構造が得られたり、ＳＯＩ（Silicon on Insulater）に代表されるように内部に異種物質を埋め込むことができる。このため古くから種々のウェーハ接着技術が提案されてきた。例えば、上述した２枚のウェーハを押しつけながら熱処理する接着方法は、１９７０年出願の特許第７６５８９２号に記載されている。ウェーハ接着は古くから求められていた技術であったが、ウェーハの全面に渡って一体化することが困難であるため、長らく実用化されなかった。
【００１１】
本発明者らは、実用に耐える技術として「直接接着」あるい「直接接合」と呼ばれる技術を開発した。例えば、Ｓｉウェーハ同士の直接接着は特許文献１に記載されている。また、化合物半導体ウェーハの直接接着は特許文献２に記載されている。
【００１２】
直接接着技術は、表面を鏡面とした２枚の基板同士を、実質的に異物がない雰囲気下において、室温で自力密着させ、その後熱処理で接合一体化するものである。熱処理の前から全面が密着しているため、未接着部を残すことなく全面を接合でき、また熱処理中に圧力をかける必要がないので、特殊な装置や器具を必要としない利点がある。Ｓｉウェーハ同士の直接接着の機構は次のように考えられている。
【００１３】
即ち、まず始めに洗浄や水洗によりウェーハの表面にＯＨ基を形成させる。そこでウェーハ表面同士を接触させると、ＯＨ基同士が水素結合により引き合い、室温でウェーハが密着する。密着力は強く、通常のウェーハの反りであれば、これを矯正して全面が密着する。熱処理中には、１００℃を上回る温度において脱水縮合反応（Ｓｉ−ＯＨ：ＨＯ−Ｓｉ→Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ＋Ｈ2Ｏ）が起こり、酸 素原子を介してウェーハ同士が結合し接着強度が上がっていく。さらに高温になると接着界面近傍の原子の拡散と再配列が起こり、強度的にも電気的にもウェーハが一体化する。化合物半導体の接着機構も同様と考えられている。
【００１４】
次に、直接接着を利用してＧａＰ基板に密着されたＩｎＧａＡｌＰ系エピタキシャル成長層を備えるＬＥＤの製造方法の一例を図１９を参照しながら説明する。
【００１５】
まず、図１９（ａ）に示すように、Ｎ型ＧａＡｓ基板９２の上にＮ型クラッド層９４、活性層９５，Ｐ型クラッド層９６を成長させる。次いで、図１９（ｂ）に示すように、エピタキシャル成長層９６の表面にＧａＰ基板９１を直接接着する。さらに、図１９（ｃ）に示すように、研磨やエッチングなどによりＧａＡｓ基板９２を除去し、上下を逆にしてＮ型クラッド層９４の上面とＧａＰ基板９１の下面に電極９９を設けると、図１９（ｄ）に示すように、ＧａＰを基板９１としたＩｎＧａＡ１Ｐ系ＬＥＤが得られる。
【００１６】
このように異種材料同士を直接接着する場合、特にエピタキシャル成長層の表面を直接接着する場合には、例えばＳｉ同士やＧａＡｓ同士の同種のウェーハ同士の直接接着に比べ、以下に述べる問題がある。
【００１７】
第一に、エピタキシャル成長層の表面はウェーハ表面に比べて、パーティクル（ゴミなどの異物）の付着が多い。このため室温での貼り合わせに支障をきたし、熱処理後も全面が接合せず、ボイドと呼ばれる未接着部分が発生する問題がある。一般に、ウェーハ表面は清浄に保たれており、エピタキシャル成長用の基板にも清浄なウェーハを使用するが、エピタキシャル成長中に反応物が堆積したり、エピタキシャル成長工程の前処理工程や後処理工程で異物が付着するなど、エピタキシャル成長層表面へのパーティクル付着は、現状ではある程度避けられない。
【００１８】
第二に、エピタキシャル成長によりウェーハが反るため、ウェーハ全面を室温密着ができない問題がある。
【００１９】
第三に、異種材料間に熱膨張差があるため熱処理中に熱応力が発生し、応力により接着した基板が破壊する問題がある。
【００２０】
第四に、異種材料間に熱膨張差があるために、接着した基板の破壊が生じない場合であっても、接着のための熱処理中に接着界面に「ずれ」が生じ、この「ずれ」によって基板全面を均一に接着できない問題がある。
【００２１】
第五に、接着界面に電気抵抗が生ずるという問題がある。すなわち、本発明者の独自の検討の結果、ウェーハ同士を接着すると、接着界面に電気的な抵抗成分が生ずることが判明した。このような接着基板を用いて、例えばＬＥＤを形成した場合には、接着界面の電気抵抗はＬＥＤの動作電圧を上昇させ、発光不良や発熱などの問題を生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特許第１４２０１０９号公報
【特許文献２】特許第２０４０６３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明は、互いに接着される第１および第２の化合物半導体層の接着界面の結晶性を改善し、電気的な抵抗成分を大幅に低減できる積層体および発光素子を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の一態様によれば、第１の化合物半導体層と、
前記第１の化合物半導体層と一体的に接着された第２の化合物半導体層と、を備え、
前記第１の化合物半導体層の（１１１）Ａ面と（１１１）Ｂ面とのいずれか一方が優先的に出現した面と、前記第２化合物半導体層の（１１１）Ａ面と（１１１）Ｂ面とのいずれか他方が優先的に出現した面と、が接着されてなることを特徴とする積層体が提供される。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、互いに接着される第１および第２の化合物半導体層の接着界面の結晶性を改善し、電気的な抵抗成分を大幅に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明にかかる接着型半導体基板の実施の一形態を示す略示断面図である。
【図２】本発明にかかる接着型半導体基板の製造方法の第１の実施例と第２の実施例を説明する略示断面図である。
【図３】本発明にかかる接着型半導体基板の製造方法に用いるＩｎＧａＡｌＰ材料の構成比と格子定数とバンドギャップを示す表である。
【図４】本発明にかかる接着型半導体基板の製造方法の第３の実施例を説明する略示断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態にかかる基板の接着方法を説明するための概念図である。
【図６】２つの異なるインゴットからスライスされた半導体基板を接着する様子を表した概念図である。
【図７】接着面のキャリア濃度と界面抵抗との関係を表すグラフ図である。
【図８】本発明の第４実施形態を説明するための概念図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第７実施例の製造方法を具体的に説明する略示断面図である。
【図１０】図１０（ａ）は、本発明の第５実施形態に係るＬＥＤの断面構成を表す概念図であり、同図（ｂ）は、比較例としての従来のＬＥＤの断面構成を表す概念図である。
【図１１】図１０に例示したような透明基板を有するＩｎＧａＡｌＰ系ＬＥＤにおいて、チップ面積に対する発光層の面積の比率と、外部発光強度との関係を表すグラフ図である。
【図１２】本発明の第５実施形態の半導体発光素子の製造方法の要部を表す工程断面図である。
【図１３】本発明の第５実施形態の半導体発光素子の製造方法の要部を表す工程断面図である。
【図１４】ウェーハ接着に先だって発光層の面積を小さくする製造方法の要部を表す工程断面図である。
【図１５】発光層としての積層体１０を上側電極１９Ａと略同一の面積まで小さくした半導体発光素子を表す概念図である。
【図１６】図１５に表した半導体発光素子の製造方法の要部を表す工程断面図である。
【図１７】透明基板１１の側面に段差ＳＴが設けられた半導体発光素子の構成を表す概念図である。
【図１８】従来の技術によるＩｎＧａＡｌＰ可視光ＬＥＤの一例を示す略示断面図である。
【図１９】図１８に示すＬＥＤの従来の技術による製造方法を示す略示断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態のいくつかについて図面を参照しながら説明する。
【００２８】
（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態について説明する。本実施形態は、本発明にかかる接着型半導体基板をＩｎＧａＡｌＰ系ＬＥＤに適用した形態である。
【００２９】
図１は、本実施形態のＩｎＧａＡｌＰ系ＬＥＤを示す略示断面図である。同図に示すＬＥＤ１は、活性層１５と、この活性層１５を介在させて積層形成されたＮ型クラッド層１４，Ｐ型クラッド層１６でなる積層体１０と、この積層体の下面に一体的に接合されたＧａＰ基板１１と、Ｎ型クラッド層１４の上面側とＧａＰ基板１１の下面にそれぞれ形成された電極１９と、を備えている。
【００３０】
積層体１０は、図示しないＧａＡｓ基板を成長用基板として化合物半導体の混晶をエピタキシャル成長させることにより形成されたものである。ＧａＰ基板１１は、Ｐ型クラッド層１６との接合面を主面とすると、この主面が鏡面加工され、積層体１０が成長用基板上に形成されたままで室温にて直接密着接合されている。成長用基板は、密着接合後に除去されている。
【００３１】
活性層１５および２つのクラッド層１４，１６はいずれも前述した組成式１）で表わすことができ、後述するように、各組成を好適に選択することにより特に室温で成長用基板と格子整合されているので、成長用基板の反りが大幅に低減され、この結果ＧａＰ基板１１の積層体１０への全面接合が可能となっている。
【００３２】
本実施形態において、ＧａＰ基板１１は、Ｐ型で直径が２インチ、厚さが２５０μｍであり、Ｐ型クラッド層１６は０．６μｍの厚さを有し、その組成比は前述の１）式を用いて表すとｘ＝０．５，ｙ＝１．０である。また、活性層１５は、厚さ０．６μｍで組成比がｘ＝０．５，ｙ＝０．２８である。さらに、Ｎ型クラッド層１４は、厚さ０．６μmmであり、その組成比は、ｘ＝０．５，ｙ＝１．０である。
【００３３】
このように、本実施形態のＬＥＤ１は、可視光領域の光を吸収しないＧａＰ基板１１上に形成されているため、高い輝度で発光させることができる。このＬＥＤ１の発光特性を評価したところ、図１８に示した従来のＧａＡｓを基板とするＬＥＤ１００の２倍以上の明るさを有することが確認された。
【００３４】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態として、接着型半導体基板の製造方法の実施の形態について図面を参照しながら説明する。以下の説明においては、ＩｎＧａＡｌＰ系ＬＥＤの製造に適用した具体例として説明し、より具体的には図１に示すＬＥＤ１の製造方法の実施例のいくつかを示す。
【００３５】
（第１の実施例）
まず、本発明にかかる接着型半導体基板の製造方法の第１の実施例について図２を参照しながら説明する。本実施例は、第１の半導体基板上に形成されたエピタキシャル成長層の表面へのパーティクル付着を解決するものであり、その特徴は、エピウェーハの表面にカバー層を形成し、第２の半導体基板をエピウェーハに直接接着する前に、エピウェーハに付着したパーティクルをカバー層とともに除去する点にある。
【００３６】
図２（ａ）〜（ｄ）は、本実施例の製造方法を具体的に説明する略示断面図である。なお、図２は、図１の上下を逆にした記載となっている。
【００３７】
図２（ａ）に示すように、直接接着に供するエピウェーハには、Ｎ型ＧａＡｓ基板１２上にバッファ層１８，Ｎ型クラッド層１４、活性層１５，Ｐ型クラッド層１６、および表面カバー層１７が順次積層されて形成されている。これらのエピタキシャル成長層は、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により形成される。
【００３８】
Ｎ型ＧａＡｓ基板１２は、サイズが直径２インチ、厚さ２５０μｍであり、不純物としてＳｉが約１Ｅ１８／cm3のキャリア濃度でドープされており、さらにその主面は鏡面仕上げとなっている。バッファー層１８はＧａＡｓで、厚さは０．５μｍである。最上層の表面カバー層１７は、ＧａＡｓで形成され、その厚さは０．１μｍである。
【００３９】
次に、エピウェーハを界面活性剤で洗浄した後、容積比で硫酸８、過酸化水素水１、水１の混合液にエピウェーハを浸漬してエッチングを行い、図２（ｂ）に示すように、表面カバー層１７を除去した。この混合液は、ＧａＡｓカバー層を選択的にエッチングするもので、数秒で表面カバー層１７が除去されたことが観察できたが、１分間侵漬を続けてＰクラッド層１６の表面を完全に表出させた。
【００４０】
次いで、表面カバー層１７を除去したエピウェーハとＧａＰ基板１１との直接接着を行い、図２（ｃ）に示す被接着体を得た。以下、直接接着の工程をより詳細に説明する。
【００４１】
直接接着の前処理として、ＧａＰ基板１１を界面活性剤で洗浄し、希弗酸に浸漬して表面の自然酸化膜を除去し、水洗をした後にスピナで乾燥させた。また、エピウェーハは上述した方法で表面カバー層１７を除去した後、ＧａＰ基板１１と同様にして酸化膜除去のため希弗酸処理を行い、水洗とスピナ乾燥を行なった。これらの前処理は、すべてクリーンルーム内の清浄な雰囲気下で行った。
【００４２】
次に、前処理を終えたエピウェーハをエピタキシャル成長層が上方になるように載置し、その上にＧａＰ基板１１を、鏡面が下向きになるように載置し、室温で密着させた。ＧａＰは透明であるため密着状態を目視にて観察できる。ＧａＰ基板１１をエピウェーハに載置すると、エピウェーハが正面視で凸形状をなすように反っているため、ＧａＰ基板１１の中央部が最初に密着した。そのまま放置するだけで密着部が自然にＧａＰ基板１１の周辺部へ向って広がり、１分以内にＧａＰ基板１１の周縁の面取り部分を除いて全面が密着した。同様の操作を繰り返し、計１０組の室温密着を行ない、そのすべてが全面密着した。本実施例との比較のため、カバー層１７を設けなかったエピウェーハを準備してカバー層に対するエッチング以外は本実施例と同様の工程を経て室温密着を試みた。その結果、カバー層１７を設けなかったエピウェーハは、１０組のうち６組にボイドが発生し、１組は室温での密着ができなかった。
【００４３】
直接接着の最終工程として、室温で密着している被接着体を石英ボートに立てて並べ、拡散炉内に入れて熱処理を行った。被接着体を５組ずつに分け、片方を８００℃で、もう片方を４００℃で熱処理した。いずれも処理時間は１時間で、雰囲気は水素を１０％含むアルゴンである。熱処理工程後、８００℃の被接着体は、５組中３組が割れるか、またはエピウェーハ側にクラックが入っていた。この一方、４００℃で熱処理した５組については、割れたりクラックが入ったりしたものはなかった。熱処理工程における温度に応じたこのような相違は、ＧａＡｓを基板とするエピウェーハとＧａＰ基板１１とは熱膨張係数が異なるため、室温被接着体を高温で熱処理する際に熱応力が発生し、この結果被接着体が破壊されるためである。熱処理温度が低い場合は、温度にほぼ比例して昇温時の熱膨張差と降温時の熱収縮差が小さくなるため、４００℃の熱処理では破壊が起こらなかった。
【００４４】
次に、図２（ｄ）に示すように、エピウェーハのＧａＡｓ基板１２を除去した。このＧａＡｓ基板１２の除去工程は、被接着体をアンモニアと過酸化水素水の混合液に浸漬し、ＧａＡｓを選択的にエッチングすることにより処理した。このエッチングによりＧａＡｓバッファ層１８も同時に除去された。
【００４５】
最後に、ＧａＰ基板１１とＮ型クラッド層１４に電極１９を設け、図１に示すＬＥＤ１を得た。
【００４６】
以上、ＩｎＧａＡｌＰエピタキシャル成長層上のＧａＡｓカバー層を選択エッチングで除去してから接着する工程を中心に本発明にかかる半導体発光素子の第１の実施例を説明した。但し、カバー層は必ずしもすべて除去する必要はなく、同様の効果が得られる範囲内で表面からその一部を除去してもよい。また、カバー層を設けずに、接着するエピタキシャル成長層の表面部分を除去してもよい。
【００４７】
本実施例においては、直接接着するクラッド層が発光に寄与する層であるため、厚さを精密に制御するために、カバー層を設けた上でこれを選択エッチングで完全に除去したものである。
【００４８】
本実施例の表面パーティクル除去方法は、上述したＩｎＧａＡ１Ｐ系エピタキシャル成長層とＧａＰ基板との直接接着に限らず、エピタキシャル成長層にウェーハ接着する場合に有効である。また接着法も上述した直接接着に限らず、荷重をかけながら熱処理する方法、電圧をかけて接着する方法、さらに接着層や接着材料を使用して接着する方法においても、接着表面のパーティクルは接着の障害になるため、本実施例の表面パーティクル除去方法は適用可能である。
【００４９】
（第２の実施例）
次に、本発明にかかる密着型半導体基板の製造方法の第２の実施例について説明する。
本実施例は、エピウェーハの反りが大きい場合に、ＩｎＧａＡ１Ｐ系材料の格子定数を調整することにより、直接接着工程の室温密着が不完全となる問題を解決するものである。
その他の製造方法は、前述した第１の実施例と略同一である。本実施例についても図１に示すＬＥＤ１の製造方法に適用した具体例として図２の略示断面図を用いて説明する。
【００５０】
上述した第１の実施例では、厚さの合計が１．８μｍのＩｎＧａＡｌＰ系エピタキシャル成長層を有するエピウェーハと、厚さ２５０μｍのＧａＰ基板とを使用し全面密着が可能であった。このエピウェーハには１１μｍ〜１８μｍの反りがあったが、室温密着カがエピウェーハの反りを矯正した結果、また、ＧａＰ基板をエピウェーハに合わせて凹に反らした結果、全面が密着した。
【００５１】
これに対して、ＩｎＧａＡｌＰ系エピタキシャル成長層の厚さ合計が３．６μｍのエピウェーハと、厚さ３５０μｍのＧａＰ基板を使用して、同様の直接接着を試みた。エピウェーハは、基板と各エピタキシャル成長層の組成を第１の実施例と同一にし、厚さは、活性層１５とバッファー層１８とカバー層１７については同一だが、Ｎ型クラッド層１４とＰ型クラッド層１６はそれぞれ１．５μｍと厚くしてある。この結果、エピウェーハの反りは２４〜３６μｍと、ほぼＩｎＧａＡ１Ｐ系エピタキシャル成長層の厚さ合計に比例して大きくなっていた。
【００５２】
この場合、エピウェーハの中央領域は室温で密着したが、全面の密着はできなかった。
ここで、エピウェーハを平坦な真空チャックに吸着させると全面密着が可能であった。このことから、全面接着できない原因は、エピウェーハの反りが大きいことと、さらに、ＧａＰ基板が厚く変形しにくいことにより、室温密着カがウェーハの反りを矯正できなくなった点にあることが分る。
【００５３】
本実施例の特徴は、ＩｎＧａＡ１Ｐ系材料の特性を利用して、バンドギャップなどの発光に影響する特性を変えることなく、格子定数を調整して、エピウェーハの反りを減らすことにある。１ｎＧａＡｌＰ系材料は、ＩｎＰ，ＧａＰ，Ａ１Ｐの混晶である。一般にベガード則と呼ばれる法則によれば、混晶の格子定数やバンドギャップは、混晶を構成する物質の格子定数とバンドギャップとを構成比に応じて平均化した値となる。いくつかの１ｎＧａＡｌＰ材料について、１）式の組成比ｘ，ｙと、これらｘおよびｙから換算したＩｎＰ，ＧａＰ，ＡｌＰの構成比と、この構成比からベカード則より計算した格子定数およびバンドギャップとを図３に示す。格子定数についてはＧａＡｓの格子定数０．５６５３３ｎｍとの比を合わせて示した。同図中、番号１，２，３は、対応する組成比から分るようにそれぞれ１ｎＰ，ＡｌＰ，ＧａＰ単体の場合であり、格子定数とバンドギャップとの計算にはこの欄の値を使用した。
【００５４】
本発明にかかる接着型半導体基板の製造方法の第１の実施例で説明した、室温で全面密着ができなかったエピウェーハの組成は、番号４と５の欄に示し、また、従来の技術で説明した従来の赤色ＬＥＤと緑色ＬＥＤの組成は番号６〜９の欄に示している。従来の赤色と緑色ＬＥＤについては、いずれの格子定数もＧａＡｓより大きく、これがエピウェーハが反る原因となっている。
【００５５】
従来、エピタキシャル成長層の格子定数は、エピタキシャル成長を行う高温において基板の格子定数との間で整合が取られていた。これは、成長中の格子歪みを減らし高品質のエピタキシャル成長層を得ることを目的としている。しかしながら、高温で格子定数が合っていても、エピタキシャル成長層の熱膨張係数と基板の熱膨張係数は一般に異なるため、接着工程で室温にまで低下すると格子定数が合わなくなり、これが反りの発生原因となっている。
【００５６】
本実施例の特徴は、直接接着を実現するために室温における格子整合を重視し、エピウェーハの反りを減らしたことにある。その具体的手段は、以下の通りである。
【００５７】
図３において、番号１０〜１９の欄には、室温で全面密着ができなかったエピウェーハ（番号５）を元にクラッド層のＩｎ組成ｘを減らしていった場合の格子定数の変化を示している。ｘが０．４７で格子定数はＧａＡｓと同じになり、０．４７を下回ると、格子定数は逆にＧａＡｓよりも小さくなり、この結果エピウェーハを凹に反らせる応力が働く。
そこで、クラッド層の組成だけを変えてエピウェーハを試作し直接接着試験を行った。ｘの値を減らすとエピウェーハの反りは減少し、ｘ＝０．４７で反りは６〜１２μｍと小さくなり、室温での全面密着が可能であった。ｘ＝０．４８またはｘ＝０．４９でも全面接着できるＧａＰ基板があった。ｘを０．４５にすると成長中の格子不整合が大きくなり、結晶欠陥が増えた。ｘの値の許容範囲は、エピタキシャル成長層の厚さや、接着するＧａＰ基板の厚さにも依存するため、一概には規定できないが、従来の０．５より小さければ反り低減の効果があり、０．４５以下になるとエピタキシャル成長に不都合が生じる。なお、Ｉｎ組成を減らすことによりバンドギャップが大きくなるが、クラッド層はキャリアを閉じこめる機能を有し、直接発光しないため、発光波長に影響することは少ない。本実施例では、発光波長の変化を避けるために、活性層の組成を変えなかった。また、ウェーハの反りは方法の如何を問わずウェーハ接着の障害となるため、本実施例は、ＩｎＧａＡ１Ｐ系エピタキシャル成長層とＧａＰウェーハとの直接接着に限らず、他のウェーハ接着に適用しても同様の効果を有する。
【００５８】
（第３の実施例）
次に、本発明にかかる接着型半導体基板の製造方法の第３の実施例について図面を参照しながら説明する。本実施例は、直接接着するウェーハ間の熱膨張差による破壊の問題を解決する方法を示すものである。
【００５９】
前述した第１の実施例では、熱処理温度を４００℃まで下げることにより直接接着熱処理による基板破壊を免れた。熱膨張量は熱処理温度にほぼ比例するため、熱処理温度の低下は基板破壊の防止に寄与する。この一方、熱処理温度を下げると、接着界面での原子の移動と再配列が不十分となるため、接合が不完全になるおそれがある。本実施例は接着型半導体基板の製造方法をＬＥＤ製造に応用するものであるため、接合強度がＬＥＤ製造プロセスに耐えることと、接着界面を横切って電流を流せることが求められる。第１の実施例では、接合強度に関しては４００℃の熱処理でも本発明にかかるＬＥＤの製造に十分な強度が得られた。直接接着界面の電気抵抗を評価するために、一定電流２０mmＡを順方向に流したときの電圧ＶＦを測定した。この際、電極のコンタクト抵抗を減らすために、図４のエッチング停止層を利用して、クラッド層と電極との間にＧａＡｓコンタクト層を設けた。第１の実施例のＬＥＤのうち、８００℃で接着熱処理をしたもののＶＦは平均２．０Ｖ、最大２．ｌＶで、従来のＬＥＤのＶＦと同じであった。これに対して４００℃で接着熱処理をしたＬＥＤのＶＦは、平均は２．ｌＶで同程度であるのに対し、最大が３．２Ｖと大きく、直接接着が不完全な部分があることを示している。この測定結果は、熱処理温度低下によるウェーハ熱膨張差の減少が接着の完全性と両立しない場合があることを示唆している。
【００６０】
本実施例の接着型半導体基板の製造方法を図４を参照しながら説明する。図４（ａ）は本実施例の製造方法に用いるエピウェーハを示す。同図に示すエピウェーハは、ＧａＡｓバッファー層３８とＧａＡｓ基板３２の問にエッチング停止層３３を形成した点が図２（ａ）に示すエピウェーハと異なり、その他の点は実質的に同一である。エッチング停止層３３は厚さ０．２μｍのＩｎＡｌＰである。後述するＧａＰウェーハ３１も第１の実施例と実質的に同一のものを使用した。
【００６１】
まず、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、直接接着工程のうち室温貼り合わせまでの工程を第１の実施例と同様に行なった。
【００６２】
次に、熱処理をする前にＧａＡｓ基板３２を除去する。この点が本実施例の特徴である。図４（ｃ）に示す室温被密着体をアンモニアと過酸化水素水の混合液に浸漬し、ＧａＡｓ基板３２をエッチングにより取り除いた。このエッチング液はＩｎＡｌＰをエッチングしないので、エッチング後は、図４（ｄ）に示すように、エッチング停止層３３が表面に残っている。
【００６３】
ＧａＡｓ基板３２を取り除いた後、第１の実施例と同様に熱処理をした。処理温度は第１の実施例で用いた２つの温度のうち、高い方の８００℃とした。
【００６４】
次に、図４（ｅ）に示すように、熱処理後、リン酸と過酸化水素水と水の混合液でエッチング停止層３３をエッチングにより除去し、また、硫酸と過酸化水素水と水の混合液でバッファー層３８を一部残してエッチングにより取り除き、さらに第１の実施例と同様にＮ型クラッド層３４の上側のバッファ層を残した部分とＧａＰ基板３１の下面に電極３９を設けて、図４（ｆ）に示すＬＥＤ２を得た。残したバッファ層は、コンタクト層の役割を果たす。
【００６５】
８００℃で熱処理をすると、第１の実施例では５組中３組の被接着体が破壊したが、本実施例では５組すべてが割れずクラックも見られなかった。また本実施例のＬＥＤ２の特性は、輝度およびＶＦとも、第１の実施例の被接着体のうち、８００℃の熱処理で破壊されなかった被接着体から製造したものと同じであった。
【００６６】
熱処理をする前にエピウェーハのＧａＡｓ基板３２を除去することで、熱処理による被接着体の破壊を免れた理由は次のとおりである。即ち、被接着体の破壊は、エピウェーハの熱膨張係数とＧａＰ基板３１の熱膨張係数との差異に基づく。エピウェーハの容積のほとんどはＧａＡｓ基板３２で構成されるので、エピウェーハの平均熱膨張係数はほぼＧａＡｓに等しい。ＧａＡｓはＧａＰより熱膨張係数が大きいため、エピウェーハの平均熱膨張係数もＧａＰ基板３１より大きい。この一方、エピタキシャル成長層の格子定数はＧａＡｓ基板３２に適合させているにもかかわらず、エピウェーハはエピタキシャル成長層側が凸に反っている。このことは、エピタキシャル成長層の熱膨張係数がＧａＡｓ基板３２の熱膨張係数よりも小さいことを示している。従って、エピウェーハからＧａＡｓ基板３２を除去すれば、エピウェーハの平均熱膨張係数はエピタキシャル成長層の熱膨張係数となり、ＧａＰ基板３１に近くなる。この結果、熱処理をしても被接着体の破壊が起こらなくなる。従って、ＧａＡｓ基板３２のすべてを熱処理前に除去しなくても、その一部を除去することでもエピウエーハの平均熱膨張係数がＧａＰ基板３１に近づき、熱処理中の被接着体の破壊を防止する効果がある。
【００６７】
また、本実施例ではエッチング停止層３３を利用して、Ｎ型クラッド層３４が熱処理中に露出しないようにした。これは、ＩｎＧａＡｌＰ系材料を高温で加熱すると蒸気圧が高いＰ（リン）が蒸発し、いわゆるリン抜けを起こす可能性があるため、これを防止するのが目的である。このように、活性層やクラッド層などの発光に直接関与するエピタキシャル成長層は、熱処理中に露出させないことが望ましい。
【００６８】
異種材料同士の直接接着に関しては、特許第２８０１６７２号で、低温で熱処理をした後に一方のウェーハを薄くして高温で熱処理をする方法が本発明者らにより提案されている。この方法は、一方のウェーハを薄くすることで、他方のウェーハへ印加される熱応力を減らすもので、本実施例のようにエピウェーハ全体の平均熱膨張係数を変えて熱応力を減らすものではない。
【００６９】
本発明にかかる接着型基板の製造方法でも、低温で熱処理をして所定の接着強度を得てからエピウェーハの基板を除去し、その後所定の高温で熱処理をすることも可能である。
ただし、本実施例のように接着面の電気的特性が問題となる場合には、低温熱処理を１００〜３００℃以下の低い温度で行うことが望ましい。この理由は次のとおりである。即ち、脱水縮合反応の進行で接着強度は増加するが、同時に脱離する水分も増える。そのまま温度を上げて接着反応を完結させればよいが、一度熱処理を止めると水分が接着界面に固定され、再度高温に昇温しても電気特性に悪影響を与える可能性が高いためである。
【００７０】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施形態は、２枚のウェーハを接着する際に、結晶学的にみて、一方のウェーハの「裏」と他方のウェーハの「表」とが接合されるように向きを揃える点に特徴を有する。
【００７１】
図５は、本実施形態にかかる基板の接着方法を説明するための概念図である。
【００７２】
すなわち、半導体基板は、通常は、図５（ａ）に例示したような単結晶インゴットから所定の結晶方位にスライスされることにより得られる。
【００７３】
そして、従来は、図５（ｂ）に例示したように、このようなインゴットＩＧからスライスされたウェーハ１１１、１１２の表面１１１Ａ、１１２Ａをそれぞれ鏡面研磨し、必要に応じてその表面に図示しないエピタキシャル層などを形成し、しかる後に、表面１１１Ａと１１２Ａとが向き合う向きに対向させて接着していた。
【００７４】
ここで、接着界面の抵抗に関しては、シリコン（Si）同士の接着と、化合物の接着では差異がある。すなわち、シリコン（Si）同士では、接着するウェーハの結晶方位に関わらず、接着面のキャリア濃度を高くして、接着熱処理温度を適切な範囲に選べば、界面に電気抵抗は発生しない。例えば、（１００）面に（１１１）面を接着しても、（１００）面同士のウェーハを互いに４５度回転させて界面抵抗はない。
【００７５】
これに対して化合物、特にLED用ウェーハなどの接着の場合は、キャリア濃度を高くするだけでなく、接着するウェーハ間の面方位を整合させないと、界面に抵抗が発生する。
この現象に従って、界面抵抗を減らすために、結晶の方向に対して同じ角度の傾きを持つウェーハ同士を、相互に回転させずに結晶の回転方向の向きを合わせて接着する方法が、米国特許（USP）第 5,661,316号で提案されている。
【００７６】
これに対して、本発明者は、種々の結晶方向を組み合わせて接着を試みた結果、ウェーハの傾きと回転方向を合わせるだけでは不十分で、特に結晶に対して傾いた面を持つウェーハでは、一方のウェーハの「表」面に、他方のウェーハの「裏」面を接着することが、界面抵抗を減らす上で大きな効果があることを見いだした。
【００７７】
すなわち、本実施形態においては、図５（ｃ）に表したように、ウェーハ１１１の裏面１１１Ｂとウェーハ１１２の表面１１２Ａとが向き合う向きに対向させて接着する。本発明者は、後に詳述するように、このように接着すると接着界面の結晶性を改善し、電気的な抵抗成分を大幅に低減できることを見いだした。
【００７８】
例えば、閃亜鉛型構造を有するIII-V族化合物半導体を例に挙げると、図５（ａ）に表したように、［１００］方向に成長させた単結晶インゴットＩＧには、その成長軸に対して傾斜して（１１１）Ａ面が表れる方向と、（１１１）Ｂ面が表れる方向とが存在する。
ここで、（１１１）Ａ面は、例えば、III属元素が表面に優勢に表れる原子面であり、（１１１）Ｂ面は、V属元素が表面に優勢に表れる原子面である。
【００７９】
そして、このような単結晶インゴットから（１１１）Ａ面に所定の角度をもって傾けた方向にスライスして得られた半導体基板１１１、１１２の表面は、（１１１）Ａ面の物性が優勢に表れる表面１１１Ａ、１１２Ａを有する。これに対して、これらの半導体基板１１１、１１２の裏面１１１Ｂ、１１２Ｂは、（１１１）Ｂ面の物性が優勢に表れる面となる。
【００８０】
結晶を傾けてスライスするのは、いわゆる「ジャスト」方位の基板よりも、傾いた表面方位を有する基板の方がエピタキシャル成長に都合がよいためで、一般に（１００）面を（１１１）面方向に傾ける。ところが、GaAsやGaPのような化合物半導体の場合は、上述したように、（１１１）面には２種類有り、一方は表面がIII族のGaで覆われ、他方はV族のAsやＰで覆われる。そして（１１１）面が表面になるように結晶を加工してウェーハを作ると、その表面と裏面は互いに異なる面になることが知られている。
【００８１】
図５の場合、例えば、表面側が（１１１）III族面に傾くようにスライスすると、裏面は（１１１）V族面に傾く。従って、図５（ｃ）に表したように２枚の半導体基板の表面と裏面とを接着することは、（１１１）III族面に傾いた面と（１１１）V族面に傾いた面とを接着することにほかならない。
【００８２】
（１００）面を（１１１）III族面に傾けた面は、（１００）面と（１１１）面が混在し、III族原子の比率が高い。逆に（１１１）V族面に傾いた面はV族原子の比率が高い。
両者を組み合わせると、接着界面でIII族とV族の比が保たれ、電気特性に悪影響を与えるダングリングボンドが減り、電気抵抗を減らすことができる。
【００８３】
従って、接着する半導体基板の材料が同一である場合には、表面の傾斜角度は２枚の基板の間で相互に近いことが望ましい。この場合に、最もIII族原子とV族原子のバランスが良好になるからである。
【００８４】
一方、異なる材料の半導体基板同士を接着する場合には、両者の物性に合わせて、表面の傾斜角度も調節することが望ましい。材料が異なる場合には傾斜角度に対するIII族原子やV族原子の比率も異なる場合があるからである。
【００８５】
また、異方性が出現する方向（例えば、ＧａＡｓやＧａＰにおける＜１１１＞方向）の傾斜角（オフアングル）が小さい表面を有する半導体基板の場合には、表面同士を組み合わせてもダングリングボンドの数が少なく、界面抵抗の上昇は比較的小さい傾向がある。
これに対して、傾斜角が１０度以上の場合は、裏面と表面を組み合わせると顕著な効果が得られる。
【００８６】
一方、本発明者の検討の結果によれば、表面の傾斜角が小さい場合、例えば傾斜角が０度の（１００）ジャスト面を表面に有する基板を接着する場合でも、裏面と表面とを接着すると効果が見られる。従来は、（１００）面は裏面も表面も電気的に等価と考えられていた。しかし、GaAsやGaPのようなIII-V族化合物半導体は閃亜鉛構造を有し、III族原子とV族原子がそれぞれ別の面心立格子位置に配置し、これらの格子が互いに対角線方向に格子定数の１／４だけずれている。従って、（１００）面は、III族原子かV族原子の一方が最表面に出て、他方は１／４格子分だけ内部にあると推測される。この場合、基板の裏面においては、電気的中性を保つために表面と逆の原子が最表面に出ることとなる。このような理由により、（１００）ジャスト面でも、表面と裏面とを組み合わせて接着する方が、ダングリングボンドの数が少なく、界面抵抗の上昇が小さくなるものと考えられる。
【００８７】
本実施形態は、異なるインゴットからスライスされた２枚の半導体基板を接着する場合にも同様にも顕著な効果を奏する。
【００８８】
図６は、２つの異なるインゴットからスライスされた半導体基板を接着する様子を表した概念図である。例えば、同図（ａ）に表したように、［１００］方向に成長したGaP単結晶インゴットから（１１１）方向に傾斜させたオフアングルを有する半導体基板１１をスライスする。半導体基板１１は、（１１１）Ａ面の成分が強く表れる表面１１Ａと、（１１１）Ｂ面の成分が強く表れる裏面１１Ｂとを有する。同様に、図６（ｂ）に表したように、GaAsインゴットからオフアングルを付けてスライスした半導体基板１２も、（１１１）Ａ面の成分が強く表れる表面１２Ａと、（１１１）Ｂ面の成分が強く表れる裏面１２Ｂとを有する。
【００８９】
これら２枚の基板を接着する際には、裏面１１Ｂと表面１２Ａとを接着する。または、表面１１Ａと裏面１２Ｂとを接着する。このように表面と裏面とを接着することにより、界面でのIII族原子とV族原子とのバランスを良好なものとし、ダングリングボンドや結晶欠陥を低減して、電気抵抗も大幅に低下させることができる。
【００９０】
なお、異なる単結晶インゴットからそれぞれスライスした半導体基板の「表」と「裏」の判断は、インゴットの成長方向すなわち種結晶に対する向きにより決定することができる。すなわち、通常はインゴットを成長する際に、種結晶の結晶方位を一定にする。従って、異なるインゴットであっても、その（１１１）Ａ面あるいは（１１１）Ｂ面の方位は、成長方向に対して一定の関係を有する。つまり、異なるインゴットからそれぞれスライスされた半導体基板のいずれにおいても、種結晶に近い側を「表」面とし、反対側の面を「裏」面と定義して、「表」面と「裏」面とを接着すれば良い。
【００９１】
一般に市販されている化合物半導体のウェーハの場合には、（１１１）Ａ面とＢ面とを区別する目的で、「インデックス・フラット（IF）」などと称される直線状切断部がウェーハの一部に設けられていることも多い。このような場合には、ウェーハの「表」と「裏」を容易に識別できる。
【００９２】
また、異なるインゴットからスライスした半導体基板の「表」と「裏」の判断は、メサエッチングにより行うこともできる。すなわち、GaAsやGaPウェーハにメサエッチングを行うと、メサの互いに直交する断面形状が順メサと逆メサを呈する。また、同じウェーハの表面と裏面では、順メサの方向が互いに直交する。これらの順メサと逆メサの方向は、それぞれ結晶の（１１１）Ａ面と（１１１）Ｂ面の方位に対応して出現する。従って、この順メサと逆メサの方向によって半導体基板の表面側と裏面側とを区別することができる。
【００９３】
２枚の半導体基板の表面と裏面とを接着すると、接着された面同士の順メサ方向は互いに直交し、接着された面と反対側の面同士、すなわち２枚のウェーハが接着により１枚になった新たなウェーハの一方の面と他方の面の順メサ方向は互いに直交する。
【００９４】
次に、本実施形態の具体例として第４〜第６実施例について説明する。
【００９５】
（第４の実施例）
まず、第４の実施例として、接着ウェーハの界面抵抗を測定した具体例について説明する。
【００９６】
図５に表したように［１００］方向に成長させたGaP単結晶インゴットから、（１１１）方向に１５度傾斜させてGaPウェーハ１１１、１１２を切り出した。切り出したウェーハ１１１、１１２をそれぞれ２つに分け、一組は図５（ｂ）に表したようにいずれも上面（表面）１１１Ａ、１１２Ａを研磨して鏡面を形成し、他の一組は図５（ｃ）に表したように、ウェーハ１１１の下面（裏面）１１１Ｂと、ウェーハ１１２の上面（表面）１１２Ａを鏡面研磨した。表面を研磨したウェーハは、研磨面が（１１１）Ga面方向に、裏側を研磨したウェーハは（１１１）Ｐ面方向に傾いている。
【００９７】
この２組のウェーハを使用して、表面同士と、表面と裏面の組合せで接着し、界面の電気抵抗を比較した。
【００９８】
接着の方法は、後に詳述する方法と同じであり、熱処理は８００℃で行った。GaPの接着面にはキャリア濃度を変えたGaPエピタキシャル層を成長させ、接着界面のキャリア濃度を種々の値に調節した。接着したウェーハは両面に電極を設けて接着面まで２５０μｍ□の大きさになるようにハーフダイシングを行い、I-V特性を測定し、GaP基板のバルク抵抗を差し引いて接着界面の抵抗を求めた。
【００９９】
図７は、接着面のキャリア濃度と界面抵抗との関係を表すグラフ図である。同図において、黒丸は表面同士を接着したものを表し、白三角は表面と裏面とを接着したものを表す。表面同士の接着（黒丸）では、キャリア濃度を上げると界面抵抗が下がるがゼロにはならない。これに対して本発明の裏面と表面の組合せ（白三角）では、キャリア濃度が低い場合にも、界面抵抗は非常に低く、キャリア濃度が２×１０１８ｃｍ−３程度まで上昇すると、界面抵抗を実質的にゼロにすることができた。
【０１００】
なお、キャリア濃度と界面抵抗との関係は、表面エピ層がなくても同様で、キャリア濃度が高い基板を利用すれば、エピ層がなくても界面抵抗を下げることができる。
【０１０１】
（第５の実施例）
次に、第５の実施例として、図２と同様の工程によりＬＥＤを試作評価した結果について説明する。
【０１０２】
まず、（１１１）Ga面方向に１５度傾斜させたGaAsウェーハ１２を用意し、その上に図２（ａ）に表したように、InGaAlPからなるLED構造１８〜１７をエピタキシャル成長した。このようにして得られた４元エピタキシャル・ウェーハの接着面（ｐ型クラッド層１６の表面）は、基板と同様に（１１１）Ga面方向に１５度傾斜している。
【０１０３】
次に、GaPウェーハ１１として、（１１１）Ga面方向に１５度傾斜させた２枚のGaPウェーハを用意し、一方は表面側、他方は裏面側を鏡面に研磨した。
【０１０４】
しかる後に、図２（ｃ）に表したように、GaPウェーハの研磨面をクラッド層１６に接着した。
【０１０５】
さらに、図２（ｄ）に表したようにGaAs基板１２を除去し、得られたLEDの動作電圧を調べた。
【０１０６】
その結果、GaPウェーハ１１の接着面がGaAs基板１２と同じく（１１１）Ga面に傾斜したLEDの２０mA通電時の動作電圧は４．５Vであった。これに対して、本実施形態に従ってGaPウェーハ１１の接着面が（１１１）P面に傾斜したLEDの２０mA通電時の動作電圧は２Vと顕著に低下し、明らかに界面抵抗が減少したことが分かった。
【０１０７】
（第６の実施例）
次に、第６の実施例として、（１００）ジャストの表面方位を有するウェーハ同士を接着した具体例を説明する。
【０１０８】
まず、GaPの単結晶インゴットから（１００）ジャストの表面方位をもつウェーハを切り出し、インゴットの種結晶に近い面と表面と定義した。次に、これらのウェーハの表面側あるいは裏面側を鏡面に加工し、０．２μｍの層厚でキャリア濃度１×１０１８ｃｍ−３のＧａＰ層をその鏡面上にエピタキシャル成長した。ここでエピタキシャルＧａＰ層のキャリア濃度を比較的低くしたのは、図７に関して前述したように、キャリア濃度が低い方が、界面抵抗に対する接着面の組合せの影響が大きく、比較が容易なためである。
【０１０９】
このようにしてエピタキシャル層を挟んで、ウェーハの表面同士、あるいは表面と裏面とをそれぞれ接着し、界面抵抗を測定した。
【０１１０】
その結果、表面同士を接着したものでは界面の電流電圧特性はオーミックにならず、２０ｍＡ通電時に界面付近において約２．２Ｖの電圧が発生した。これに対して、表面と裏面とを接着したものでは、電流電圧特性は直線状でオーミック性を示し、２０ｍＡ通電時の抵抗も０．８Ｖと小さかった。
【０１１１】
表面同士を接着したものにおいて大きい抵抗が発生するのは、ダングリングボンドがキャリアをトラップして、接着面のキャリア濃度が低下したためであると考えられる。つまり、（１００）ジャスト基板の場合においても、インゴットの成長方向に対応して、ウェーハの「表」と「裏」が存在し、「表」と「裏」とを接着することにより界面抵抗を有意に低下できることが分かった。
【０１１２】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。本実施形態は、２枚のウェーハを接着する際に、ウェーハの全体ではなく、一部のみを加圧することにより熱膨張に伴う「ずれ」を緩和する点に特徴を有する。
【０１１３】
図８は、本実施形態を説明するための概念図である。すなわち、前述したいずれかの実施形態に基づいて２枚のウェーハＡ及びＢを接着する際に、本発明者は、これらのウェーハをどのように保持加圧すべきかについて独自の検討を行った。
【０１１４】
図８（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係る加圧保持方法を表すものであり、同図（ｃ）及び（ｄ）は、比較例としての加圧保持方法を表す。
【０１１５】
まず、比較例から説明すると、図８（ｃ）に表した例においては、２枚のウェーハＡ及びＢは、重ねた状態で十分に広いジグＪ３の上に載置されており、上方から荷重は印加されない。このような方法によると、ウェーハＡ及びＢは面内方向Ｓに自由に伸縮できるので、熱膨張率の差などに起因する割れなどの問題は生じないが、接着が不十分となる場合が多い。
【０１１６】
また、図８（ｄ）に表した例においては、２枚のウェーハＡ及びＢは、十分に広いジグＪ３及びＪ４によって保持され、荷重Ｐにより加圧される。この場合は、加圧は施されるものの、ウェーハＡ及びＢが面内方向に伸縮することが困難となり、熱膨張率の差などの「ずれ」を吸収緩和することができずにウェーハが割れることがある。
【０１１７】
これに対して、本実施形態においては、図８（ａ）に表したように、２枚のウェーハＡ及びＢの全面を加圧せずに、その一部のみを対向配置されたジグＪ１及びＪ２により加重Ｐで加圧する。ウェーハＡ及びＢが異なる材料からなる場合には、加熱に伴って熱膨張率の差による「ずれ」が生ずる。これに対して、本実施形態によれば、ウェーハの一部のみを保持加圧することにより、加圧部以外の部分は、面内方向Ｓに容易に伸縮することができる。その結果として、熱膨張の差に伴う「ずれ」を許容しつつ、接着することができる。
【０１１８】
ウェーハの一部のみを加圧するためには、図８（ｂ）に表したように、一方のジグＪ１の接触面積のみをウェーハよりも小さくしても良い。この場合にも、ウェーハＢは、全体がジグＪ３により保持されているが、荷重Ｐは、ウェーハＡの上のジグＪ１から部分的にのみ印加される。その結果として、ウェーハＡ及びＢは、面内方向Ｓに伸縮することが可能であり、熱膨張率の差に起因する「ずれ」などを吸収緩和することができる。
【０１１９】
以下、本実施形態の実施例について説明する。
【０１２０】
（第７の実施例）
図９（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態の製造方法を具体的に説明する略示断面図である。
【０１２１】
まず、図９（ａ）に表したように、直接接着に供するエピウェーハには、ｎ型ＧａＡｓ基板１２上にバッファ層１８，ｎ型クラッド層１４、活性層１５，ｐ型クラッド層１６、および表面カバー層１７が順次積層されて形成されている。これらのエピタキシャル成長層は、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により形成される。
【０１２２】
ｎ型ＧａＡｓ基板１２は、サイズが直径２インチ、厚さ２５０μｍであり、不純物としてＳｉが約１Ｅ１８／cm３のキャリア濃度でドープされており、さらにその主面は鏡面仕上げとなっている。バッファー層１８はＧａＡｓで、厚さは０．５μｍである。最上層の表面カバー層１７は２層構造で、下側が０．１μmのGaAs層１７Ａ、上側が０．２μmのInGaAlP層１７Ｂである。
【０１２３】
次に、エピウェーハをアンモニアと過酸化水素水の混合液に侵漬して裏側の堆積物を除去し、次に、エピウェーハを界面活性剤で洗浄した後、７０℃のリン酸でInGaAlPカバー層１７Ｂをエッチングした。このエッチングは下のGaAs層１７Ａで選択的に止まる。次いで、容積比でアンモニア１、過酸化水素水１５、混合液にエピウェーハを浸漬してエッチングを行い、図９（ｂ）に示すように、下側のGaAsカバー層１７Ａを除去した。この混合液は、ＧａＡｓカバー層１７Ａを選択的にエッチングするもので、数秒で表面カバー層１７Ａが除去されたことが観察できたが、１分間侵漬を続けてｐ型クラッド層１６の表面を完全に表出させた。
【０１２４】
次いで、表面カバー層１７を除去したエピウェーハと、表面に厚さ0.2μm、キャリア濃度２×１０１８ｃｍ−３の高濃度GaP層を成長させたＧａＰ基板１１との直接接着を行い、図９（ｃ）に示す被接着体を得た。以下、直接接着の工程をより詳細に説明する。
【０１２５】
直接接着の前処理として、ＧａＰ基板１１を界面活性剤で洗浄し、希弗酸に浸漬して表面の自然酸化膜を除去し、水洗をした後にスピナで乾燥させた。また、エピウェーハは上述した方法で表面カバー層１７を除去した後、ＧａＰ基板１１と同様にして酸化膜除去のため希弗酸処理を行い、水洗とスピナ乾燥を行なった。これらの前処理は、すべてクリーンルーム内の清浄な雰囲気下で行った。
【０１２６】
なお、第３実施形態に関して前述したように、本実施例においても、エピウェーハとＧａＰ基板１１とをそれらの表面と裏面を接着するように結晶方位を調節しても良いことはいうまでもない。
【０１２７】
次に、前処理を終えたエピウェーハをエピタキシャル成長層が上方になるように載置し、その上にＧａＰ基板１１を、鏡面が下向きになるように載置し、室温で密着させた。ＧａＰは透明であるため密着状態を目視にて観察できる。ＧａＰ基板１１をエピウェーハに載置すると、エピウェーハが正面視で凸形状をなすように反っているため、ＧａＰ基板１１の中央部が最初に密着した。そのまま放置するだけで密着部が自然にＧａＰ基板１１の周辺部へ向って広がり、１分以内にＧａＰ基板１１の周縁の面取り部分を除いて全面が密着した。同様の操作を繰り返し、計１５組の室温密着を行なった。
【０１２８】
直接接着の最終工程として、室温で密着している被接着体を拡散炉内に入れて８００℃で熱処理を行った。雰囲気は水素を１０％含むアルゴンである。
【０１２９】
被接着体は５組ずつに３つに分け、同時に異なる熱処理ジグを使用して比較した。
【０１３０】
本発明の実施例としては、図８（ａ）に例示したように、中央に５φの円形突起が付いたカーボン板で密着した基板を上下から挟み、上に120gのカーボン製の重りを乗せて、ウェーハの中央部だけを押さえた。このジグでは５枚ともウェーハ全面が接着でき、ウェーハの割れはなかった。
【０１３１】
比較例として、図８（ｃ）に例示したように、ウェーハを平らなカーボン板に置き、上にはなにも乗せずに無荷重状態で熱処理をした。この方法では５枚のうち２枚に面積にして３０%を越す大きな剥がれ部分が生じた。ウェーハの割れはなかった。
【０１３２】
もう一つの比較例として、図８（ｄ）に例示したように、ウェーハを平らなカーボン板で挟み、重りを乗せて全面に荷重をかけて熱処理した。この場合、５枚中２枚が割れ、残る３枚も全面接着には至らなかった。割れたウェーハも含めて、ウェーハの周辺部が接着し中央部が剥がれたことから、ウェーハの厚さバラツキで厚くなっていた周辺部分が先に接着してしまい、熱膨張による界面のズレを吸収できなかったのが原因であったと考えられる。
【０１３３】
以上説明したように、本実施形態によれば、ウェーハを部分的に保持加圧するこにより、接着工程を高い歩留まりで実施できることが確認された。
【０１３４】
（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態として、発光層からの光に対して透光性のある基板を有する半導体発光素子について説明する。すなわち、本実施形態に係る半導体発光素子は、典型的には、第１乃至第４の実施形態に関して前述した基板の接着技術を用いて形成することができる発光素子である。
【０１３５】
まず、本実施形態に係る半導体発光素子として、発光に寄与する発光層の面積を、透明基板の面積に対して小さくして、発光の輝度を向上させた例を説明する。 図１０（ａ）は、本実施形態に係るＬＥＤの断面構成を表す概念図であり、同図（ｂ）は、比較例としての従来のＬＥＤの断面構成を表す概念図である。
【０１３６】
すなわち、いずれも透明基板であるGaP基板１１上に、クラッド層１４、活性層１５、クラッド層１６を持ち、上下に電極１９Ａと１９Ｂを設けたLEDである。但し、図１０は、概念図であり、実際には、これらの他に、コンタクト層や電流狭窄層あるいは電流拡散層などの各種の要素が設けられていても良い。
【０１３７】
従来のＬＥＤは、図１０（ｂ）に表したように、活性層１５と透明基板１１の大きさは等しく、上方から見た面積は同じであった。このような従来のＬＥＤは、例えば、多数のＬＥＤ構造を作り込んだウェーハを、ダイシングにより切ったり劈開するなどして、多数のＬＥＤチップに切り分けて製造することができる。
【０１３８】
これに対して、本実施形態においては、活性層１５を含む積層体１０の面積が、透明基板１１より小さい。そして、このように活性層１５の面積を小さくすると、ＬＥＤの発光輝度が向上する。以下、このように活性層の面積が小さくなるとＬＥＤの輝度が上がる機構を説明する。
【０１３９】
LEDは電流を流すことで注入されたキャリアが再結合して発光する。図１０（ａ）及び（ｂ）に表したLEDの場合、注入されたキャリアはクラッド層１４及び１６に挟まれた活性層１５に閉じこめられ、そこで再結合する。しかし、キャリアの再結合には、発光を伴うものだけではなく、発光を伴わない非発光再結合も混在する。例えば、結晶欠陥準位や界面準位を介して再結合した場合は非発光で再結合が生ずる。
【０１４０】
非発光再結合は発光再結合よりも速度が速いため、注入されたキャリアは優先的に非発光再結合を起こす傾向がある。一方、欠陥準位や界面準位は結晶中での密度が限られているため、非発光再結合がある一定の電流で飽和すると、それを越える電流が発光再結合に費やされて発光を生ずるようになる。従って、同じ量の電流をLEDに流す場合、狭い面積に流した方が、非発光再結合に消費される電流成分を減らすことができ、注入電流に対する発光再結合の割合、すなわち発光効率を高めることができる。つまり、活性層１５の面積を小さくすることにより、ＬＥＤの輝度を上げることができる。
【０１４１】
しかし、発光層の面積を小さくすると、発光が電極１９Ａにより遮られて光の取り出し効率が低下するという問題がある。これに対して、基板が透明であると有利である。
【０１４２】
すなわち、LEDの発光層は基板に比べて薄いため、基板が不透明なLEDでは発光層から基板側に放出された光は基板によって吸収され、外部に取り出すことはできない。つまり、不透明基板を用いたLEDの場合には、発光層から上方に放出された光のみを、外部に取り出し得る。しかし、このような不透明基板LEDで発光層を小さくすると、発光効率の上昇よりも上側電極１９Ａの遮光による取り出し効率の低下の方が大きくなり、LEDの輝度は低下する。
【０１４３】
同様の理由で、透明基板LEDであっても、発光層だけでなく基板の面積を同時に小さくすることも好ましくない。透明基板LEDでは、図１０（ａ）に表したように、発光層から基板側に放出された光は、基板１１を透過し、下側電極１９Ｂにより反射される。発光層としての積層体１０の両側に透明基板１１の上面Ｓが露出していると、下側電極１９Ｂにより反射された光を、この露出部分Ｓから取り出すことができる。このため、発光層としての積層体１０を小さくしても基板１１の面積を小さくしなければ、取り出し効率は下がらない。
【０１４４】
図１１は、図１０に例示したような透明基板を有するＩｎＧａＡｌＰ系ＬＥＤにおいて、チップ面積に対する発光層の面積の比率と、外部発光強度との関係を表すグラフ図である。すなわち、同図は、ＧａＰ基板を接着して形成したＩｎＧａＡｌＰ系ＬＥＤのデータであり、チップサイズは３００μｍ角で、上側電極サイズは１２０μφである。
【０１４５】
同図に表したように、発光層の面積を小さくするにつれて発光強度は増大し、面積の比率が０．３になると、発光強度は比率１の場合の約１．２倍まで増加する。このように、透明基板を用いたLEDにおいて、発光層を基板よりも小さく形成すると、活性層１５での発光効率を改善しつつ、光の取り出し効率の低下も抑制することができる。
【０１４６】
次に、本実施形態の発光素子の製造方法の具体例について説明する。
【０１４７】
図１２及び図１３は、本実施形態の半導体発光素子の製造方法の要部を表す工程断面図である。
【０１４８】
直接接着に供するエピウェーハの構造は、図１２（ａ）に示したとおりで、ＧａＡｓ基板１２の上に、ＭＯＣＶＤ法でエピ層９３から９８２までを成長させたものである。ここで、ｎ型ＧａＡｓ基板１２は、直径２インチ、厚さ２５０μｍ、Ｓｉドープでキャリア濃度は約１ｅ１８／ｃｍ３で、鏡面仕上げが施されている。エッチング停止層９３は、ＩｎＡｌＰで、厚さ０．２μｍ。ＧａＡｓコンタクト層９４は、厚さ０．０２μｍで、キャリア濃度は１ｅ１８／ｃｍ３である。ＩｎＧａＡｌＰ電流拡散層９５は、Ａｌ組成０．３のＩｎＧａＡｌＰで、厚さ１．５μｍであり、Ｎ型クラッド層１４は、Ａｌ組成０．６のＩｎＧａＡｌＰで、厚さ０．６μｍである。活性層１５は、Ａｌ組成０．１３のＩｎＧａＡｌＰで、厚さ０．４μｍである。Ｐ型クラッド層１６は、Ａｌ組成０．６のＩｎＧａＡｌＰで、厚さ０．６μｍである。ＩｎＧａＰ接着層９７は、厚さ０．１μｍであり、ＧａＡｓカバー層９８１は、厚さ０．１μｍ、ＩｎＡｌＰカバー層９８２は厚さ０．１５μｍである。
【０１４９】
次に、このエピウェーハを界面活性剤で洗浄し、容積比でアンモニア１、過酸化水素水１５の混合液に侵漬し、ＧａＡｓ基板１２の下側をエッチングして、エピウェーハの裏面に付着したエピ反応生成物などを除去する。この際、エピウェーハの表側（図の上側）はＩｎＡｌＰカバー層９８２で覆われているので、エッチングされない。
【０１５０】
次に、エピウェーハを再度界面活性剤で洗浄した後、リン酸で表面のＩｎＡｌＰカバー層９８２を除去する。引き続き、容積比で硫酸８、過酸化水素水１、水１の混合液でＧａＡｓカバー層９８１を除去する。この混合液は選択的にＧａＡｓカバー層をエッチングするもので、エッチングの後エピウェーハの表面にはＩｎＧａＰ接着層が表出する。
【０１５１】
次いで、表面カバー層を除去したエピウェーハとＧａＰウェーハ１１の直接接着を行い、図１２（ｂ）に表した接着体を得た。以下、直接接着の工程を詳しく説明する。
【０１５２】
ＧａＰウェーハは、直径２インチ、厚さ２５０μｍ、ｐ型の鏡面仕上げのものを使用した。接着界面の電気抵抗を下げるために、ＧａＰ表面に高濃度層をエピ成長させる場合もある。
【０１５３】
ここで、第３実施形態に関して前述したように、エピ層とＧａＰ層の接着面が「表」と「裏」の関係になるように両者の結晶方位を調節することが望ましい。
【０１５４】
さて、直接接着の前処理として、ＧａＰウェーハは界面活性剤で洗浄し、希弗酸に侵漬して表面の自然酸化膜を除去し、水洗をした後スピナで乾燥させた。またエピウェーハは表面カバー層を除去した後、ＧａＰ基板と同じく酸化膜除去のため希弗酸処理を行い、水洗とスピナ乾燥を行なった。これらの前処理は、すべてクリンルーム内の清浄な雰囲気下で行った。
【０１５５】
次に、前処理を終えたエピウェーハを上向きに置き、その上にＧａＰウェーハ１１を、鏡面が下向きになるように乗せ、室温で密着させた。ＧａＰウェーハ１１は透明なため密着状態を観察できる。ウェーハを重ねると、エピウェーハが凸に反っているため、ウェーハの中央部が最初に密着した。そのまま放置するだけで密着部が自然に広がり、ウェーハの縁の面取り部分を除いて全面が密着した。
【０１５６】
この工程においても、第４実施形態に関して前述したように、ウェーハの一部のみを加圧することにより、割れを抑制して確実に接着することができる。
【０１５７】
さて、直接接着の最終工程として、室温で密着しているウェーハを石英ボートに立てて並べ、拡散炉内に入れ熱処理を行った。熱処理温度は８００℃、時間は１時間、雰囲気は水素を１０％含むアルゴンである。
【０１５８】
次に、エピウェーハのＧａＡｓ基板１２を除去した。まず、接着体をアンモニアと過酸化水素水の混合液に侵漬し、ＧａＡｓを選択的にエッチングした。このエッチングはＩｎＡｌＰエッチング停止層で停止する。次いで、７０℃のリン酸でエッチングを行い、ＩｎＡｌＰエッチング停止層９３を選択的に除去することにより、図１２（ｃ）に表した積層体を得た。
【０１５９】
次に、この積層体のＧａＰ基板１１の裏面（図中下側）に、金（Ａｕ）／Ｚｎ合金と金（Ａｕ）からなる電極１９Ｂを設け、ＧａＡｓコンタクト層９４の表面（図中上側）には、金（Ａｕ）／Ｇｅ合金と金（Ａｕ）からなる電極１９Ａを設けた。そして、ＰＥＰ（photo-engraving process）により、上側の電極１９Ａを３００μｍピッチで直径２００μｍの円形に加工し、図１３（ａ）の構造を得た。
【０１６０】
次に、発光層の面積を透明基板の面積より小さくするために、金電極１９Ａをマスクにしてエッチングを行い、図１３（ｂ）に表したように、エピ層９４から９７をエッチングした。ここで、ＧａＡｓエピ層９４はアンモニアと過酸化水素水の混合液でエッチングし、ＩｎＧａＡｌＰ系エピ層９４〜１６とＩｎＧａＰエピ層９７はＨＢｒ−Ｂｒ液でエッチングした。
【０１６１】
最後に、図１３（ｃ）に表したように、電極１９Ａを直径１２０μｍの円形に再パターニングし、ウェーハを一点鎖線Ｃの部分で３００μｍ□に劈開分離して図１０（ａ）に表した構造のＬＥＤチップを得た。
【０１６２】
なお、図１０（ａ）において、図１３（ｃ）のエピ層の一部は省略した。
【０１６３】
次に、本実施形態の別の実施例として、ウェーハ接着に先だって発光層の面積を小さくする製造方法について説明する。
【０１６４】
図１４は、本実施例の製造方法の要部を表す工程断面図である。
【０１６５】
まず、図１４（ａ）に表すように、ＧａＡｓ基板１２の上に発光層としての積層体１０を形成したエピタキシャルウェーハを形成する。このエピウェーハに、例えば３００μｍピッチで縦横にブレードダイシングを行い、図１４（ｂ）に表したように、幅１００μｍ、深さ２０μｍの溝Ｇを設けた。
【０１６６】
次に、図１４（ｃ）に表したように、ＧａＰ基板１１を接着する。
【０１６７】
次に、図１４（ｄ）に表したように、ＧａＡｓ基板１２を除去し、上下を逆さまにして電極１９Ａと１９Ｂを形成する。
【０１６８】
最後に、劈開やブレードダイシングにより、一点鎖線Ｃに沿って素子分離を行い、図１４（ｅ）に表したようにＬＥＤチップを得た。
【０１６９】
ＧａＡｓ基板１２の上に形成したエピウェーハとＧａＰ基板１１とを接着する場合、ＧａＡｓとＧａＰとの熱膨張係数の差により応力が発生し、接着後の反りや、ひどい場合にはウェーハの破壊が生じる。
【０１７０】
本実施例では、図１４（ｃ）に表したように、ウェーハ接着の際にエピウェーハ表面に溝Ｇが形成されて接着部が小面積に分割されているため、応力が緩和され、反りや破壊が少なくなるという利点が得られる。
【０１７１】
また、ウェーハを貼り合わせる際、２枚のウェーハ間に空気が巻き込まれて未接着部が発生することがある。本実施例のように溝Ｇを設けておくと、巻き込まれた空気をウェーハ外に逃がすことができ、未接着部発生が少なくなるという利点も得られる。
【０１７２】
なお、上述の実施例では、接着前にブレードダイシングでエピウェーハ表面を分割する例を挙げたが、ＰＥＰでウェーハ表面をパターニングすることにより溝Ｇを形成してもよい。
【０１７３】
次に、本実施形態の半導体発光素子の変型例について説明する。
【０１７４】
図１５は、本実施形態の半導体発光素子の変型例を表す概念図である。すなわち、本変型例においては、発光層としての積層体１０を上側電極１９Ａと略同一の面積まで小さくした。
【０１７５】
この構造では発光層としての積層体１０の上面すべてを電極１９Ａが覆っているため、発光層から上向きに放出した光は電極１９Ａで反射して透明基板１１内に入り、基板１１の側面から外部に取り出されるか、または下側電極１９Ｂで反射して電極１９Ａで覆われていない基板１１の上面Ｓから取り出される。
【０１７６】
本変型例の発光素子が、図１０（ａ）の実施例や、図１０（ｂ）の従来例と機能的に異なる点は、ＬＥＤの上面から取り出される光が発光層１６を殆ど通過していない点である。つまり、本変型例においては、活性層１５は、比較的小さい光源として作用し、この光源から放出された光の殆どは、基板１１を透過し、下側電極１９Ｂにより反射されて上面Ｓから外部に取り出される。
【０１７７】
ＬＥＤの発光波長は、活性層１５のバンドギャップで決まる。クラッド層１４、１６はキャリアを閉じこめるため、活性層よりバンドギャップが大きくなるように設計されており、活性層１５からの発光を吸収しない。しかし、活性層１５自体は自ら発光した光を自己吸収する。また、電気的接続に必要なＧａＡｓコンタクト層などのバンドギャップの小さい層も発光を吸収する。従って光を吸収する層を含む活性層あるいはコンタクト層など通さずに光を取り出した方が吸収が少なくてすむ。この点で、図１４に例示した本変型例は有利である。
【０１７８】
図１５の構造を得るためには、例えば図１２〜図１３に表した工程において、図１３（ａ）に表した電極１９Ａの１回目のパターニングを、図１３（ｃ）のサイズで行い、この電極１９Ａをマスクにして発光層をエッチングをすればよい。
【０１７９】
または、全く異なる方法によっても図１５の発光素子を製造することができる。 図１６は、図１５に表した半導体発光素子の製造方法の要部を表す工程断面図である。
【０１８０】
まず、図１６（ａ）に表したように、ＬＥＤ上下の電極１９Ａと１９Ｂを全面に付けたまま、パターニングをせずにチップに分離する。
【０１８１】
次に、このようにして得られたチップに、図１６（ｂ）に表したように、ワイヤーＷをボンディングする。すると、電極１９Ａの上には、ワイアＷがボール状に形成したボール部１９Ｃが接続される。
【０１８２】
次に、このボール部１９Ｃをマスクとして、上側電極１９Ａと発光層としての積層体１０をエッチングし、図１６（ｃ）に表した構造が得られる。
【０１８３】
以上説明した方法によれば、積層体１０のエッチングの際に、ワイアＷを介して通電し発光させておくこともできる。つまり、発光素子を発光させてその出力をモニタしながらエッチングを実施することにより、最適な発光強度が得られた時点でエッチングを停止することもできる。
【０１８４】
次に、本実施形態のもうひとつの実施例としての半導体発光素子について説明する。
【０１８５】
図１７は、本実施例にかかる半導体発光素子の構成を表す概念図である。すなわち、本実施例の発光素子は、透明基板１１の側面に段差ＳＴが設けられ、その上部が発光層としての積層体１０のサイズに合わせて小さくされている。
【０１８６】
この構造は、ＧａＰウェーハ１１を接着して図示しないＧａＡｓ基板を選択エッチングで取り除いた後、例えば、図１２（ｃ）や図１６（ａ）の状態で、発光層側から発光層を越えて透明基板１１の上部にまでブレードダイシングやエッチングで溝を設けることにより得られる。
【０１８７】
本実施例の発光素子においては、活性層１５から透明基板１１に入射した光は、直接、あるいは１度のみ反射で外部に取り出されるだけでなく、透明基板１１の内部で複雑な反射をして外部に取り出される場合が多い。一般に、光取り出し部の形状が複雑な方が光取り出し効率が高く、本実施例によれば透明基板１１に段差を設けることにより、光取り出し効率をさらに改善できるという効果が得られる。
【０１８８】
図１７に表した例においては、透明基板１１の上部を下部に対して１段小さくしてあるが、２段あるいはそれ以上の階段状に絞った方が光の取り出し効率をより高められる場合もある。
【０１８９】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の第１乃至第５の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。
【０１９０】
例えば、接着するウェーハあるいは、これを用いた半導体素子の材料としては、ＧａＡｓやＧａＰに限定されず、その他の各種の化合物半導体について同様に本発明を適用して同様の効果を得ることができる。
【０１９１】
また、半導体発光素子の積層構造については、コンタクト層や電流拡散層などの各種の要素を加えて、同様の効果を奏することができる。この他にも、例えば、活性層にＭＱＷ（multiple-quantum well）構造を採用したものや、クラッド層にＭＱＢ（multiple-quantum barrier）を採用したものなどについても同様に適用することができる。
【０１９２】
さらに、本発明は、ＬＥＤのみに限定されず、半導体レーザやその他の各種の半導体素子に同様に適用することができる。
【符号の説明】
【０１９３】
１，２，１００ ＩｎＧａＡｌ系ＬＥＤ
１０ 積層体
１１，３１，９１ ＧａＰウェーハ
１２，３２，８２，９２ ＧａＡｓウェーハ
３３ エッチング停止層
１４，３４，８４，９４ Ｎ型クラッド層
１５，３５，８５，９５ 活性層
１６，３６，８６，９６ Ｐ型クラッド層
１７，３７ カバー層
１８，３８ バッファー層
１９，３９，８９，９９ 電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の化合物半導体層と、
前記第１の化合物半導体層と一体的に接着された第２の化合物半導体層と、を備え、
前記第１の化合物半導体層の（１１１）Ａ面と（１１１）Ｂ面とのいずれか一方が優先的に出現した面と、前記第２化合物半導体層の（１１１）Ａ面と（１１１）Ｂ面とのいずれか他方が優先的に出現した面と、が接着されてなることを特徴とする積層体。
【請求項２】
前記第１の化合物半導体層と前記第２の化合物半導体層との接着面の不純物濃度は、２×１０１８ｃｍ−３以上であることを特徴とする請求項１に記載の積層体。
【請求項３】
第１の化合物半導体層と、
接着層を介して前記第１の化合物半導体層と一体的に接着された第２の化合物半導体層と、を備え、
前記第１の化合物半導体層の（１１１）Ａ面と（１１１）Ｂ面とのいずれか一方が優先的に出現した面と、前記第２化合物半導体層の（１１１）Ａ面と（１１１）Ｂ面とのいずれか他方が優先的に出現した面と、が接着されてなることを特徴とする積層体。
【請求項４】
前記接着層の接触面の不純物濃度は、２×１０１８ｃｍ−３以上であることを特徴とする請求項３に記載の積層体。
【請求項５】
前記接着層はエピタキシャル成長層であることを特徴とする請求項３または４に記載の積層体。
【請求項６】
前記エピタキシャル成長層は、ＩｎＧａＰ層またはＧａＰ層を含むことを特徴とする請求項５に記載の請求項５に記載の積層体。
【請求項７】
前記接着層は、接着材料であることを特徴とする請求項６に記載の積層体。
【請求項８】
前記第１の化合物半導体層の（１００）面から（１１１）Ａ面の方向に第１の傾斜角度をもって傾斜した面と、前記第２の化合物半導体層の（１００）面から（１１１）Ｂ面の方向に第２の傾斜角度をもって傾斜した面と、が接着されてなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の積層体。
【請求項９】
前記第１及び第２の傾斜角度は、いずれも１０度以上であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の積層体。
【請求項１０】
前記第１及び第２の化合物半導体層のいずれか一方は、通電により光を放出する発光層を含み、
前記第１及び第２の化合物半導体層のいずれか他方は、前記発光層から放出される光を透過することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の積層体。
【請求項１１】
前記第１及び第２の化合物半導体層のいずれか一方は、ＩｎＧａＡｌＰ層を含み、
前記第１及び第２の化合物半導体層のいずれか他方は、ＧａＰ層を含むことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の積層体。
【請求項１２】
前記第１の化合物半導体層は、ＩｎＧａＡｌＰ層を含み、
前記第２の化合物半導体層は、ＧａＰ層を含むことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の積層体。
【請求項１３】
前記発光層を含む前記第１及び第２の化合物半導体層のいずれか一方の面積は、前記発光層から放出される光を透過する前記第１および第２の化合物半導体層のいずれか他方の面積より小さいことを特徴とする請求項１０に記載の積層体。
【請求項１４】
第１の化合物半導体層と、
前記第１の化合物半導体層に接着された第２の化合物半導体層と、
前記第１および第２の化合物半導体層の少なくとも一方に形成される第１および第２の電極と、を備え、
前記第１の化合物半導体層の（１１１）Ａ面と（１１１）Ｂ面とのいずれか一方が優先的に出現した面と、前記第２化合物半導体層の（１１１）Ａ面と（１１１）Ｂ面とのいずれか他方が優先的に出現した面と、が接着されてなり、
前記第１及び第２の化合物半導体層のいずれか一方は、通電により光を放出する発光層を含み、
前記第１及び第２の化合物半導体層のいずれか他方は、前記発光層から放出される光を透過することを特徴とする発光素子。
【請求項１５】
第１の化合物半導体層と、
前記第１の化合物半導体層に接着された第２の化合物半導体層と、
前記第１および第２の化合物半導体層の少なくとも一方に形成される第１および第２の電極と、を備え、
前記第１及び第２の化合物半導体層のいずれか一方は、通電により光を放出する発光層を含み、
前記第１及び第２の化合物半導体層のいずれか他方は、前記発光層から放出される光を透過し、
前記発光層を含む前記第１及び第２の化合物半導体層のいずれか一方の面積は、前記発光層から放出される光を透過する前記第１および第２の化合物半導体層のいずれか他方の面積より小さいことを特徴とする発光素子。
【請求項１６】
前記発光層は、
キャリアが再結合して光を放射する第１の化合物半導体活性層と、
前記第１の化合物半導体活性層よりもバンドギャップが広い第２の化合物半導体活性層と、を含み、
前記第１および第２の化合物半導体活性層の面積は、前記発光層から放出される光を透過する前記第１および第２の化合物半導体層のいずれか他方の面積よりも小さいことを特徴とする請求項１４または１５に記載の発光素子。
【請求項１７】
前記発光層を含む前記第１及び第２の化合物半導体層のいずれか一方は、前記発光層から放出される光を透過する前記第１および第２の化合物半導体層の縁部よりも内側に配置されることを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１８】
前記発光層は、前記発光層から放出される光を透過する前記第１および第２の化合物半導体層の縁部よりも内側に配置されることを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１】
第１の化合物半導体層と、
前記第１の化合物半導体層と一体的に接着された第２の化合物半導体層と、を備え、
前記第１の化合物半導体層の（１１１）Ａ面と（１１１）Ｂ面とのいずれか一方が優先的に出現した面と、前記第２化合物半導体層の（１１１）Ａ面と（１１１）Ｂ面とのいずれか他方が優先的に出現した面と、が接着されてなることを特徴とする積層体。
【請求項２】
前記第１の化合物半導体層と前記第２の化合物半導体層との接着面の不純物濃度は、２×１０１８ｃｍ−３以上であることを特徴とする請求項１に記載の積層体。
【請求項３】
第１の化合物半導体層と、
接着層を介して前記第１の化合物半導体層と一体的に接着された第２の化合物半導体層と、を備え、
前記第１の化合物半導体層の（１１１）Ａ面と（１１１）Ｂ面とのいずれか一方が優先的に出現した面と、前記第２化合物半導体層の（１１１）Ａ面と（１１１）Ｂ面とのいずれか他方が優先的に出現した面と、が接着されてなることを特徴とする積層体。
【請求項４】
前記接着層の接触面の不純物濃度は、２×１０１８ｃｍ−３以上であることを特徴とする請求項３に記載の積層体。
【請求項５】
前記接着層はエピタキシャル成長層であることを特徴とする請求項３または４に記載の積層体。
【請求項６】
前記エピタキシャル成長層は、ＩｎＧａＰ層またはＧａＰ層を含むことを特徴とする請求項５に記載の請求項５に記載の積層体。
【請求項７】
前記接着層は、接着材料であることを特徴とする請求項６に記載の積層体。
【請求項８】
前記第１の化合物半導体層の（１００）面から（１１１）Ａ面の方向に第１の傾斜角度をもって傾斜した面と、前記第２の化合物半導体層の（１００）面から（１１１）Ｂ面の方向に第２の傾斜角度をもって傾斜した面と、が接着されてなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の積層体。
【請求項９】
前記第１及び第２の傾斜角度は、いずれも１０度以上であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の積層体。
【請求項１０】
前記第１及び第２の化合物半導体層のいずれか一方は、通電により光を放出する発光層を含み、
前記第１及び第２の化合物半導体層のいずれか他方は、前記発光層から放出される光を透過することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の積層体。
【請求項１１】
前記第１及び第２の化合物半導体層のいずれか一方は、ＩｎＧａＡｌＰ層を含み、
前記第１及び第２の化合物半導体層のいずれか他方は、ＧａＰ層を含むことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の積層体。
【請求項１２】
前記第１の化合物半導体層は、ＩｎＧａＡｌＰ層を含み、
前記第２の化合物半導体層は、ＧａＰ層を含むことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の積層体。
【請求項１３】
前記発光層を含む前記第１及び第２の化合物半導体層のいずれか一方の面積は、前記発光層から放出される光を透過する前記第１および第２の化合物半導体層のいずれか他方の面積より小さいことを特徴とする請求項１０に記載の積層体。
【請求項１４】
第１の化合物半導体層と、
前記第１の化合物半導体層に接着された第２の化合物半導体層と、
前記第１および第２の化合物半導体層の少なくとも一方に形成される第１および第２の電極と、を備え、
前記第１の化合物半導体層の（１１１）Ａ面と（１１１）Ｂ面とのいずれか一方が優先的に出現した面と、前記第２化合物半導体層の（１１１）Ａ面と（１１１）Ｂ面とのいずれか他方が優先的に出現した面と、が接着されてなり、
前記第１及び第２の化合物半導体層のいずれか一方は、通電により光を放出する発光層を含み、
前記第１及び第２の化合物半導体層のいずれか他方は、前記発光層から放出される光を透過することを特徴とする発光素子。
【請求項１５】
第１の化合物半導体層と、
前記第１の化合物半導体層に接着された第２の化合物半導体層と、
前記第１および第２の化合物半導体層の少なくとも一方に形成される第１および第２の電極と、を備え、
前記第１及び第２の化合物半導体層のいずれか一方は、通電により光を放出する発光層を含み、
前記第１及び第２の化合物半導体層のいずれか他方は、前記発光層から放出される光を透過し、
前記発光層を含む前記第１及び第２の化合物半導体層のいずれか一方の面積は、前記発光層から放出される光を透過する前記第１および第２の化合物半導体層のいずれか他方の面積より小さいことを特徴とする発光素子。
【請求項１６】
前記発光層は、
キャリアが再結合して光を放射する第１の化合物半導体活性層と、
前記第１の化合物半導体活性層よりもバンドギャップが広い第２の化合物半導体活性層と、を含み、
前記第１および第２の化合物半導体活性層の面積は、前記発光層から放出される光を透過する前記第１および第２の化合物半導体層のいずれか他方の面積よりも小さいことを特徴とする請求項１４または１５に記載の発光素子。
【請求項１７】
前記発光層を含む前記第１及び第２の化合物半導体層のいずれか一方は、前記発光層から放出される光を透過する前記第１および第２の化合物半導体層の縁部よりも内側に配置されることを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１８】
前記発光層は、前記発光層から放出される光を透過する前記第１および第２の化合物半導体層の縁部よりも内側に配置されることを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれかに記載の発光素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１１−３９３４（Ｐ２０１１−３９３４Ａ）
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１２３９１（Ｐ２０１０−２１２３９１）
【出願日】平成２２年９月２２日（２０１０．９．２２）
【分割の表示】特願２００８−１８８９９５（Ｐ２００８−１８８９９５）の分割
【原出願日】平成１２年３月２８日（２０００．３．２８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２２日（２０１０．９．２２）
【分割の表示】特願２００８−１８８９９５（Ｐ２００８−１８８９９５）の分割
【原出願日】平成１２年３月２８日（２０００．３．２８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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