(57)【要約】  光が導電性のあるＺｎＯを通過し、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ＮとＺｎＯが直接ウェーハ・ボンディングされた発光ダイオード（ＬＥＤ）を提供する。（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ＮとＺｎＯのウェーハの両方に平坦で清潔な表面を準備する。次に（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ＮとＺｎＯウェーハの間でウェーハ・ボンディング工程を行うが、これは（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ＮとＺｎＯウェーハを互いに張り合わせて、そこで窒素雰囲気中で一軸性圧力の下、設定温度で設定された時間ウェーハ・ボンディングを行う。ウェーハ・ボンディング工程の後、ＺｎＯはＬＥＤの内部から光取り出し量を増加させるために整形される。
2008547210.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光デバイスであって、
ｎ型III族窒化物、活性領域、およびｐ型III族窒化物を備えたIII族窒化物光電子デバイスと、
前記III族窒化物光デバイスの一つ以上の側面にウェーハ・ボンディングされた一つ以上の透明導電体層
を備え、光が前記透明導電体層を通過し、前記透明導電体層が透明であるために前記III族窒化物内の光吸収を低減し、前記透明導電体層が導電性であるために活性領域から発する光を均一にすることを特徴とする光デバイス。
【請求項２】
前記透明導電体層がＺｎ（Ｏ，Ｓ，Ｔｅ）、酸化インジウム錫、酸化ガリウム、酸化インジウム・ガリウム・亜鉛、Ｉｎ２Ｏ２／ＳｎＯ２（酸化インジウム錫、ＩＴＯ）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の光デバイス。
【請求項３】
前記透明導電体層がｎ型あるいはｐ型であることを特徴とする、請求項１に記載の光デバイス。
【請求項４】
前記III族窒化物光電子デバイスはｃ面III族窒化物を含んで構成され、前記透明導電体層はｃ面ＺｎＯ層であることを特徴とする、請求項１に記載の光デバイス。
【請求項５】
前記透明導電体層は粗面化または整形されていることを特徴とする、請求項１に記載の光デバイス。
【請求項６】
前記粗面化または整形されている透明導電体層はＬＥＤの内部で繰り返し起きている光反射を低減し、これにより前記ＬＥＤからの光をより多く取り出すことを特徴とする、請求項５に記載の光デバイス。
【請求項７】
前記透明導電体層がＺｎＯであり、ＺｎＯの表面のＯ面が整形されていることを特徴とする、請求項５に記載の光デバイス。
【請求項８】
前記透明導電体層が、一つ以上の切頂六角錐状に整形されていることを特徴とする、請求項５に記載の光デバイス。
【請求項９】
前記粗面化または整形されている透明導電体層は多面体を形成する｛１０−１１｝面をもつ表面を持つことを特徴とする、請求項５に記載の光デバイス。
【請求項１０】
前記透明導電体層の有極性面がIII族窒化物ウェーハにウェーハ・ボンディングされることを特徴とする、請求項１に記載の光デバイス。
【請求項１１】
前記ｐ型III族窒化物あるいはｎ型III族窒化物上に成膜された中間コンタクト層をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の光デバイス。
【請求項１２】
前記中間コンタクト層は交差指型に作られたコンタクト層を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の光デバイス。
【請求項１３】
前記交差指型に作られたコンタクト層は格子状のパターンを形成し、その層の隙間のギャップが前記III族窒化物光デバイスからの光を通すことを特徴とする、請求項１２に記載の光デバイス。
【請求項１４】
前記中間コンタクト層は透明か半透明であることを特徴とする、請求項１１に記載の光デバイス。
【請求項１５】
前記中間コンタクト層は厚いコンタクト層を含んで構成されることを特徴とする、請求項１１に記載の光デバイス。
【請求項１６】
前記III族窒化物光電子デバイスと前記透明導電体層の間に挿入されて、ウェーハ・ボンディングされた界面における電気抵抗を低減するような薄い金属または金属酸化膜（Ｐｔ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ、酸化Ｎｉまたは酸化Ｇａ）を含む中間コンタクト層を更に備えることを特徴とする、請求項１に記載の光デバイス。
【請求項１７】
少なくとも一つのｎ型電極と少なくとも一つのｐ型電極を備えることを特徴とする、請求項１に記載の光デバイス。
【請求項１８】
前記ｐ型電極がｎ型ＺｎＯ上に形成されることを特徴とする、請求項１７に記載の光デバイス。
【請求項１９】
前記ｎ型電極がＧａ面をもつｎ型ＧａＮ上に形成されることを特徴とする、請求項１７に記載の光デバイス。
【請求項２０】
前記ｎ型電極がＮ面をもつｎ型ＧａＮ上に形成されることを特徴とする、請求項１７に記載の光デバイス。
【請求項２１】
前記III族窒化物光電子デバイスが適当な基板上に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の光デバイス。
【請求項２２】
光が一つ以上の透明導電体層を通過することを特徴とする直接ウェーハ・ボンディングされた光デバイスを作製する方法であって、
（ａ）一つ以上の透明導電体層およびボンディングされる側のIII族窒化物光電子デバイスに対して平坦で正常な表面を準備するステップと、
（ｂ）前記III族窒化物光電子デバイスと前記透明導電体層との間で直接ウェーハ・ボンディング工程を行うステップ
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２３】
前記透明導電体層はＺｎ（Ｏ、Ｓ、Ｔｅ）、酸化インジウム錫、酸化ガリウム、酸化インジウム・ガリウム・亜鉛、Ｉｎ２Ｏ２／ＳｎＯ２（酸化インジウム錫、ＩＴＯ）を含むことを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記III族窒化物光電子デバイスと前記透明導電体層とが張り合わされて、その後、窒素雰囲気中で一軸性圧力の下、所定の温度で所定の時間ウェーハ・ボンディングされることを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記ボンディングされる透明導電体層の表面はｃ面ＺｎＯのＺｎ面を含むことを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記ボンディングされる透明導電体層の表面はｃ面ＺｎＯのＯ面を含むことを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２７】
前記III族窒化物光電子デバイスと前記透明導電体層とをウェーハ・ボンディング用の炉の中に装着して、炉はＮ２ガス流中で１時間６００℃の温度に加熱されることを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２８】
直接ウェーハ・ボンディングの前に、ウェーハ・ボンディングされる界面での導電率を高めるステップを更に備えることを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２９】
前記ウェーハ・ボンディングされる界面での導電率を高めるために、前記ウェーハ・ボンディング工程の前に前記透明導電体層の表面をプラズマ処理することを特徴とする、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記ウェーハ・ボンディング工程の前に前記III族窒化物光電子デバイスの表面を部分的に整形してウェーハ・ボンディングされる界面を強化することを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項３１】
前記ウェーハ・ボンディング工程の後または前に、前記透明導電体層の表面を粗面化または整形することを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項３２】
前記表面はＺｎＯのＯ面であることを特徴とする、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記整形するステップは異方性エッチングによって行われることを特徴とする、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記異方性エッチングは化学エッチングであることを特徴とする、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記エッチングは塩酸（ＨＣｌ）または希釈ＨＣｌ中であることを特徴とする、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
請求項２２に記載の方法で作製される光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は米国特許法第１１９条（ｅ）に基づいて、本発明の譲受人に譲渡された以下の同時係属の米国特許出願の利益を主張するものである。
【０００２】
村井  章彦（Ａｋｉｈｉｋｏ  Ｍｕｒａｉ）、クリスティーナ・Ｙｅ．チェン（Ｃｈｒｉｓｔｉｎａ  Ｙｅ  Ｃｈｅｎ）、リー・Ｓ．マッカーシー（Ｌｅｅ  Ｓ．ＭｃＣａｒｔｈｙ）、スティーブン・Ｐ．デンバース（Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ）、中村  修二（Ｓｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ），およびウメシュ・Ｋ．ミシュラ（Ｕｍｅｓｈ  Ｋ．Ｍｉｓｈｒａ）による米国特許仮出願第６０／６９１，７１０号、２００５年６月１７日出願、発明の名称「光電子応用のための（ＡＩ，Ｇａ，Ｉｎ）ＮとＺｎＯの直接ウェーハ・ボンディング構造とその作製方法（（ＡＩ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＡＮＤ  ＺｎＯ  ＤＩＲＥＣＴ  ＷＡＦＥＲ  ＢＯＮＤＩＮＧ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ  ＦＯＲ  ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ  ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ  ＡＮＤ  ＩＴＳ  ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ  ＭＥＴＨＯＤ）」、代理人整理番号３０７９４．１３４−ＵＳ−Ｐ１（２００５−５３６−１）、
村井  章彦、クリスティーナ・Ｙｅ．チェン、ダニエル・Ｂ．トンプソン（Ｄａｎｉｅｌ  Ｂ．Ｔｈｏｍｐｓｏｎ）、リー・Ｓ．マッカーシー、スティーブン・Ｐ．デンバース、中村  修二、およびウメシュ・Ｋ．ミシュラによる米国特許仮出願第６０／７３２，３１９号、２００５年１１月１日出願、発明の名称「光電子応用のための（ＡＩ，Ｇａ，Ｉｎ）ＮとＺｎＯの直接ウェーハ・ボンディング構造とその作製方法（（ＡＩ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＡＮＤ  ＺｎＯ  ＤＩＲＥＣＴ  ＷＡＦＥＲ  ＢＯＮＤＩＮＧ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ  ＦＯＲ  ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ  ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ  ＡＮＤ  ＩＴＳ  ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ  ＭＥＴＨＯＤ）」、代理人整理番号３０７９４．１３４−ＵＳ−Ｐ２（２００５−５３６−２）、および
村井  章彦、クリスティーナ・Ｙｅ．チェン、ダニエル・Ｂ．トンプソン、リー・Ｓ．マッカーシー、スティーブン・Ｐ．デンバース、中村  修二、およびウメシュ・Ｋ．ミシュラによる米国特許仮出願第６０／７６４，８８１号、２００６年２月３日出願、発明の名称「光電子応用のための（ＡＩ，Ｇａ，Ｉｎ）ＮとＺｎＯの直接ウェーハ・ボンディング構造とその作製方法（（ＡＩ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＡＮＤ  ＺｎＯ  ＤＩＲＥＣＴ  ＷＡＦＥＲ  ＢＯＮＤＩＮＧ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ  ＦＯＲ  ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ  ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ  ＡＮＤ  ＩＴＳ  ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ  ＭＥＴＨＯＤ）」、代理人整理番号３０７９４．１３４−ＵＳ−Ｐ３（２００５−５３６−３）
これらの出願は全て参照として本明細書中に組み込まれている。
【０００３】
この出願は本発明の譲受人に譲渡された以下の同時係属の特許出願の関連出願である。
【０００４】
スティーブン・Ｐ．デンバース、中村  修二、増井  久（Ｈｉｓａｓｈｉ  Ｍａｓｕｉ）、ナタリー・Ｎ．フォローズ（Ｎａｔａｌｉｅ  Ｎ．  Ｆｏｌｌｏｗｓ）、および村井  章彦による米国特許仮出願第６０／７３４，０４０号、２００５年１１月１１日出願、発明の名称「高光取り出し効率の発光ダイオード（ＬＥＤ）（ＨＩＧＨ  ＬＩＧＨＴ  ＥＸＴＲＡＣＴＩＯＮ  ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ  ＬＩＧＨＴ  ＥＭＩＴＴＩＮＧ  ＤＩＯＤＥ  （ＬＥＤ））」、代理人整理番号３０７９４．１６１−ＵＳ−Ｐ１（２００６−２７１−１）、 
スティーブン・Ｐ．デンバース、中村  修二、およびジェームス・Ｓ．スペック（Ｊａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋ）による米国特許仮出願第６０／７４８，４８０号、２００５年１２月８日出願、発明の名称「高効率発光ダイオード（ＬＥＤ）（ＨＩＧＨ  ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ  ＬＩＧＨＴ  ＥＭＩＴＴＩＮＧ  ＤＩＯＤＥ  （ＬＥＤ））」、代理人整理番号３０７９４．１６４−ＵＳ−Ｐ１（２００６−３１８−１）、および
スティーブン・Ｐ．デンバース、中村  修二、ジェームス・Ｓ．スペックによる米国特許仮出願第６０／７スティーブン５号、２００６年２月３日出願、発明の名称「高効率発光ダイオード（ＬＥＤ）（ＨＩＧＨ  ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ  ＬＩＧＨＴ  ＥＭＩＴＴＩＮＧ  ＤＩＯＤＥ  （ＬＥＤ））」、代理人整理番号３０７９４．１６４−ＵＳ−Ｐ２（２００６−３１８−２）
これらの出願は全て参照として本明細書中に組み込まれている。
１．本発明の技術分野
本発明は光電子応用のためのウェーハ・ボンディング技術に関するものである。より具体的には、本発明は高効率（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎベースの発光ダイオードのための、および光電子応用のための（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ＮとＺｎＯの直接ウェーハ・ボンディング構造と、その作製方法に関するものである。
【背景技術】
【０００５】
２．関連技術の説明
（注意：本明細書は、多くの異なる文献を参照している。これら文献のそれぞれは以下の「参考文献」と題したセクションに見出すことができる。これら参考文献のそれぞれは参照として本明細書中に組み込まれている。）
ＩｎＰ／ＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＰ、ＧａＡｓ／ＧａＮ、ＺｎＳＳｅ／ＧａＮのような異なる材料の組み合わせを用いるウェーハ・ボンディング技術は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、および電子デバイスの光電子集積への応用を目的として研究されてきた［非特許文献１、２、３、４］。
【０００６】
窒化物ＬＥＤ系においては、ｐ型ＧａＮ層上に透明電極を作製することに関する報告はいくつかある。一般的な方法はＮｉとＡｕの薄い金属膜を用いることである［非特許文献５］。金属において光が吸収されるため、透過率はわずか６０％程度である。また、ＧａＮ材料が硬くｐ型ＧａＮの導電率が不安定であるため、光取り出し効率の改良のために表面に特徴的な形状を整形することは困難である。
【０００７】
他にはｐ型ＧａＮ上に酸化亜鉛（ＺｎＯ）層を成長する方法がある［非特許文献６］。しかしながらこの方法はＺｎＯの結晶成長装置と超高真空条件を用いることを必要とする。更に、光取り出しのために特徴的な形状を整形するのに適した、例えば厚さ〜５００μｍの層のような厚い層を成長するのが困難である。
【０００８】
そこで必要とされるのは上記のような材料系におけるウェーハ・ボンディング技術の改良された方法である。本発明はそのようなニーズを満たすものであり、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ＮウェーハとＺｎＯウェーハとの間の直接ウェーハ・ボンディングを行う初めての実験例を含んでいる。
【非特許文献１】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５６，７３７−３９（１９９０）
【非特許文献２】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６４，２８３９−４１（１９９４）
【非特許文献３】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．８１，３１５２−５４（２００２）
【非特許文献４】Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．４３，Ｌ１２７５−７７（２００４）
【非特許文献５】Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３４，Ｌ７９７−９９（１９９５）
【非特許文献６】Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．４３，Ｌ１８０−８２（２００４）
【非特許文献７】Ｊ．Ｃｒｙｓｔ．Ｇｒｏｗｔｈ  ２６０，１６６−７０（２００４）
【非特許文献８】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．８４，８５５−８５７（２００４）
【非特許文献９】Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ  ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  Ｂｌｕｅ  Ｌａｓｅｒ  ａｎｄ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅｓ（１９９６），１１３
【非特許文献１０】Ｎｅｗ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ｐｒｏｐｅｒｉｔｉｅｓ，Ｉｏｆｆｅ  Ｐｈｙｓｉｃｏ−Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＲｕｓｓｉａｎＦｅｄｅｒａｔｉｏｎ，１９９８
【非特許文献１１】Ｎｅｗ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，Ｉｏｆｆｅ  Ｐｈｙｓｉｃｏ−Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｒｕｓｓｉａｎ  Ｆｅｄｅｒａｔｉｏｎ，１９９８，Ｔｈｅｒｍｏｃｈｉｍｉｃａ  Ａｃｔａ  ４３０，１５５−６５（２００５）
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明にはｎ型III族窒化物、活性領域、ｐ型III族窒化物を備えたIII族窒化物光電子デバイスと、III族窒化物光デバイスの一つ以上の側面にウェーハ・ボンディングした一つ以上の透明導電体層について記載する。ここで光は透明導電体層を通過し、透明導電体層は透明であるためにIII族窒化物内部の光吸収を低減し、透明導電体層は導電性があるために活性領域から出射される光分布を均一にすることができるという特徴をもっている。
【００１０】
透明導電体層はＺｎ（Ｏ，Ｓ，Ｔｅ）、酸化インジウム錫、酸化ガリウム、酸化インジウム・ガリウム・亜鉛、Ｉｎ２Ｏ２／ＳｎＯ２（酸化インジウム錫、ＩＴＯ）のｎ型あるいはｐ型材料を含んで構成される。III族窒化物光電子デバイスはｃ面III族窒化物を含み、透明導電体層はｃ面ＺｎＯ層を含む。
【００１１】
更に、透明導電体層は、例えばＬＥＤ内で繰り返し起こっている光反射を低減し、それによってＬＥＤからより多くの光を取り出すために粗面化または整形される。透明導電体層はＺｎＯであり、ＺｎＯの表面のＯ面が整形される。透明導電体層は、一つ以上の切頂六角錐に整形される。すなわち粗面化または整形された透明導電体層は多面体を形成する｛１０−１１｝平面を持つ。すなわち、透明導電体層の有極性面がIII族窒化物ウェーハにウェーハ・ボンディングされることになる。
【００１２】
光デバイスは、ｐ型III族窒化物あるいはｎ型III族窒化物上に成膜した中間コンタクト層を更に備えている。中間コンタクト層は交差指型のコンタクト層を備えている。交差指型のコンタクト層は格子状にパターンが形成され、その層の中間にあるギャップがIII族窒化物光デバイスからの光を通過させる。または中間コンタクト層はバルクのコンタクト層を備えていても良い。中間コンタクト層は透明または半透明である。ウェーハ・ボンディングされる界面での電気抵抗を小さくするように、中間コンタクト層はIII族窒化物光電子デバイスと透明導電体層の間に挿入されたＰｔ，Ａｌ，Ｎｉ，ＡｕあるいはＴｉの金属薄膜を備えていても良い。
【００１３】
光デバイスは少なくとも一つのｎ型電極および少なくとも一つのｐ型電極を更に備えても良い。ｐ型電極はｎ型ＺｎＯ上に形成される。ｎ型電極はＧａ面ｎ型ＧａＮ上に形成されるか、あるいはｎ型電極はＮ面ｎ型ＧａＮ上に形成される。III族窒化物光電子デバイスは適当な基板上に形成される。
【００１４】
本発明は更に、光が一つ以上の透明導電体層を通過することを特徴とした、直接ウェーハ・ボンディングされた光デバイスを作製する方法を開示する。その方法は（ａ）ボンディングされる一つ以上の透明導電体層とIII族窒化物光電子デバイスとの平坦で清潔な表面を準備するステップと、（ｂ）III族窒化物光電子デバイスと透明導電体層との直接ウェーハ・ボンディング工程を行うステップを備えている。透明導電体層はＺｎ（Ｏ，Ｓ，Ｔｅ）、酸化インジウム錫、酸化ガリウム、酸化インジウム・ガリウム・亜鉛、Ｉｎ２Ｏ２／ＳｎＯ２（酸化インジウム錫、ＩＴＯ）を含む。ボンディングされる透明導電体層の表面はｃ面ＺｎＯのＺｎ面またはｃ面ＺｎＯのＯ面を備えている。
【００１５】
III族窒化物光電子デバイスおよび透明導電体層は、張り合わされて、窒素雰囲気中で一軸性圧力の下、所定の温度で所定の時間ウェーハ・ボンディングされる。III族窒化物光電子デバイスと透明導電体層はウェーハ・ボンディング用の炉の中に装着され、その炉はＮ２ガス流中で１時間６００℃の温度に加熱される。
【００１６】
この方法は更に、直接ウェーハ・ボンディングの前にウェーハ・ボンディングされる界面の導電率を向上させるステップを備えていても良い。透明導電体層の表面は、ウェーハ・ボンディングされる界面で導電率を向上させるために、ウェーハ・ボンディング工程の前にプラズマ処理されても良い。III族窒化物光電子デバイスの表面は、ウェーハ・ボンディング工程の前に部分的に整形されてもよく、このようにするとウェーハ・ボンディングされる界面が強くなる。
【００１７】
この方法は、例えばウェーハ・ボンディング工程の後または前に、異方性エッチングを行うことにより、透明導電体層の表面が粗面化または整形される工程を更に備えてもよい。透明導電体層の表面はＺｎＯのＯ面であってもよい。異方性エッチングは化学的エッチングであってもよい。エッチングはＨＣｌ或いは希釈ＨＣｌを用いてもよい。本発明は更にこの方法によって作製される光デバイスを開示する。
【００１８】
以下、図面を参照する。対応する部分には一貫して同じ参照番号を付与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下の好ましい実施形態の説明では、添付の図面を参照する。添付の図面は本明細書の一部を形成し、本発明を実施することができる特定の実施例を例示するために示す。本発明の範囲を逸脱することなく、その他の実施形態を利用してもよく、構造上の変化を施してもよいことは明らかである。
概要
本発明は（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ＮウェーハとＺｎＯウェーハとを直接ウェーハ・ボンディングして、その後ＺｎＯを整形することによってＬＥＤからの光取り出し効率を増加させる手段を提供することを目的とする。
【００２０】
ｐ型ＧａＮ上に透明度が高く導電性がある電極の作製、特に表面が特徴的に整形された電極の作製は困難である。従来は、ＮｉとＡｕの薄い金属層の組み合わせがｐ電極に対して用いられているが、これは４７０ｎｍ未満の光波長に対してその透過率はわずか６０％程度である。
【００２１】
一方、ＺｎＯウェーハは（３６０ｎｍ以上の）比較的短い光波長に対して（透過率が８０％以上で）透明度が高く導電性がある。
【００２２】
ウェーハ・ボンディング（融着）技術を用いると、このＺｎＯ材料はＧａＮ関連光デバイス構造に用いることが出来る。更に化学的エッチングによってＺｎＯの表面構造を容易に整形することができ、ＺｎＯから空気中への光の取り出しを改善することができる。
【００２３】
光透過率と光取り出しを増加することによってデバイス特性が向上することが期待される。ウェーハ・ボンディング構造を用いる可能性の或る光デバイスは青色ＬＥＤおよび紫外ＬＥＤを含んでいる。更に、本発明の方法は単純で再現性があり、材料を傷つけない。
技術的な記述
図１は（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎと酸化亜鉛（ＺｎＯ）がウェーハ・ボンディングしたＬＥＤのような光デバイス、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ＮとＺｎＯがウェーハ・ボンディングしたＬＥＤの一つの実施例の断面の概略図である。この実施例において、III族窒化物光電子デバイスあるいはウェーハは、ｐ型III族窒化物（１０１）と活性領域（１０２）とｎ型III族窒化物（１０３）とを備えたＬＥＤを含んで構成されている。一つ以上のｎ型ＺｎＯ層（１０４）がIII族窒化物光電子デバイスまたはウェーハの一つ以上の側面（１０５）にウェーハ・ボンディングされ、少なくとも一つの直接ウェーハ・ボンディング界面（１０６）を形成する。少なくとも一つのｎ型電極（１０７）およびｐ型電極（１０８）がウェーハ・ボンディングしたＬＥＤ上に成膜される。この実施例ではｐ型電極（１０８）がｎ型ＺｎＯ（１０４）上に成膜され、ｎ型電極（１０７）がｎ型III族窒化物（１０３）上に成膜される。
【００２４】
図１では、ｐ型III族窒化物（１０１）、活性領域（１０２）およびｎ型III族窒化物（１０３）はサファイヤ（１０９）のような適当な基板上に成膜された（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ合金から出来ている。
【００２５】
化学的エッチングを用いて、露出したＺｎＯウェーハ表面（１１０）を一つ以上の傾斜した表面（１１１）に整形して、少なくとも一つの切頂六角錐または円錐（１１２）を形成する。この傾斜表面（１１１）は直接ウェーハ・ボンディングした界面（１０６）に対して臨界角（１１３）で傾いている。III族窒化物光電子デバイスに、この場合にはｐ型III族窒化物層（１０１）にウェーハ・ボンディングしたＺｎＯ（１０４）の面（１１４）がＺｎ面であることが重要である。そのためＺｎＯ表面のＯ面（１１５）は整形または粗面化されて、たとえば｛１０−１１｝面からなる多面体（１１６）を形成する傾斜平面（１１１）を形成することになる。このＺｎＯ（１０４）はｃ面である。代替としてIII族窒化物ウェーハにウェーハ・ボンディングされる面（１１４）は有極性方位を持つ面（有極面）であってもよい。
【００２６】
ｐ型電極（１０８）はチタン／アルミニウム／ニッケル／金（Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ）からなり、少なくとも一つの切頂六角錐または円錐（１１２）の頂上に成膜される。ｎ型電極（１０７）はチタン／金（Ｔｉ／Ａｕ）からなる。図１はまた取り出される光の一つの可能な軌跡（１１７）を示している。
【００２７】
図２は作製されたウェーハ・ボンディングしたＬＥＤの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像である。この像は一つ以上のＺｎＯ層が一つ以上の多面体、この場合は一つ以上の切頂六角錐（２００）に整形されて、ｎ型ＺｎＯ（２０２）から出来ている少なくとも一つの切頂六角錐（２００）の切り取られた頂上（２０１）に少なくとも一つのｐ型電極を備え、またｎ型電極（２０３）を備えている好ましい実施形態を示している。
【００２８】
図３は作製されたウェーハ・ボンディングしたＬＥＤの写真である。２０ｍＡの電流が流れるようにバイアスされており、取り出された光（３００）として発光が観測できる。
【００２９】
図４は作製されたウェーハ・ボンディングしたＬＥＤの典型的な電気的特性（電圧−電流曲線）である。
【００３０】
本発明はIII族窒化物光電子デバイスを備えた（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ＮウェーハとＺｎＯウェーハとを直接ウェーハ・ボンディングするための２つのステップを備えている。第１のステップはボンディングされる両方のウェーハ表面に対して平坦で清潔な表面（例えば厚さ５００μｍの）を準備するステップである。ＺｎＯ基板に関しては、この材料は水熱方法［非特許文献７］で成長される。化学的／機械的研磨とある種の熱処理工程後、ｃ面であるＺｎＯウェーハはアセトンやイソプロピル・アルコールのような数種類の溶剤を用いて洗浄される。
【００３１】
（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎは例えばｃ面（０００１）サファイヤのような適当な基板上に有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いて成長される。成長後、ウェーハは数種類の溶剤を用いて洗浄され、その後、ＨＣｌ中で酸化膜除去が行われる。
【００３２】
アセトンとイソプロピル・アルコールを用いた洗浄後のｃ面ＺｎＯ基板の表面形状は図５と図６に示されている。これらは原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて得られた像である。
【００３３】
図５は第１のステップ後のＺｎ面表面をカラースケールで示した図であり、ＺｎＯ基板の表面凹凸を示している。図６は第１のステップ後のＺｎＯ基板のＯ面表面の表面凹凸をカラースケールで示した図である。観測された二乗平均平方根（ｒｍｓ）の凹凸値はそれぞれ０．７５ｎｍおよび０．５１ｎｍである。ＺｎＯすなわち透明導電体の平坦面はｒｍｓ凹凸が１ｎｍ未満である。
【００３４】
図７は溶剤とＨＣｌの処理を含む第１ステップの後のＧａＮの表面形状をカラースケールで示したＡＦＭ像である。観測されたｒｍｓ凹凸は０．５５ｎｍである。III族窒化物の平坦な表面は１ｎｍ未満のｒｍｓ凹凸を含んでいる。
【００３５】
第２のステップは（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ＮウェーハとＺｎＯウェーハとの間の直接ウェーハ・ボンディングプロセスである。２つのウェーハは一緒に張り合わされて、次に、窒素雰囲気中で一軸性圧力の下、所定の温度で所定の時間ウェーハ・ボンディングされる。
【００３６】
図８はグラファイトのボートとねじによる構成を用いて、ＺｎＯウェーハ（８０１）とＧａＮウェーハのような（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎウェーハ（８０２）が８ＭＰａの一軸性圧力下で張り合わされる様子を示す。グラファイトのボートとねじによる構造はカーボン固定冶具（８０３）を備えている。図８は、また、試料が次にウェーハ・ボンディング用の炉（８０４）に装着されて、炉（８０４）がＮ２ガス流（８０５）中で１時間６００℃の温度に加熱される様子を示している。炉はＮ２ガス流のための入り口（８０６）と出口（８０７）と熱電対（８０８）とを備えている。この熱工程が終わると、２つのウェーハはウェーハ・ボンディングされている。
【００３７】
図９と図１０はウェーハ・ボンディングした試料の写真を示している。図９ではＺｎＯのＺｎ面 （９０１）がＧａＮ層のＧａ面 （９０２）にウェーハ・ボンディングされている。図１０ではＺｎＯのＯ面（１００１）がＧａＮ層のＧａ面（１００２）にウェーハ・ボンディングされている。どちらの場合も、ウェーハ・ボンディング工程の後でも透明なままである。図９と図１０で、両ウェーハは同じ寸法である。上のウェーハはＺｎＯであり、下のウェーハはＧａＮである。
【００３８】
直接ウェーハ・ボンディング工程の後、Ｏ面ＺｎＯ基板は希釈ＨＣｌを用いて切頂六角錐に整形される。ｐ型電極およびｎ型電極は電子ビーム蒸着方法を用いて形成される。
【００３９】
透明度の高いＺｎＯ材料がＧａＮと直接ウェーハ・ボンディング工程によって集積化する技術は新しく、現存の高輝度ＬＥＤ（ＨＢ−ＬＥＤ）の設計により優れている。
他のデバイス構造
図１１、１２、１３、１４は（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ＮとＺｎＯとが直接ウェーハ・ボンディングしたＬＥＤを備えた光デバイスの他の例を示す。透明度が高く、表面が特徴的に整形されたＺｎＯ構造を用いて、活性領域からの出射光は効率的に取り出される。ＺｎＯは３６０ｎｍ以上の波長で透過率が８０％以上であり、高い取り出し効率と導電性を実現することになる。ＺｎＯは透明な導電体の例である。
【００４０】
図１１（ａ）および（ｂ）ではウェーハ・ボンディングしたＬＥＤのそれぞれは、例えばサファイヤ基板（１１００）のような適当な基板と、ｎ型III族窒化物層（１１０１）と、III族窒化物活性領域（１１０２）と、ｐ型III族窒化物層（１１０３）と、ｎ型ＺｎＯ層（１１０４）と、ｎ型ＺｎＯ層（１１０４）上の少なくとも一つのｐ型電極（１１０５）と、およびｎ型III族窒化物（１１０１）上の少なくとも一つのｎ型電極（１１０６）とを備えている。
【００４１】
図１１（ａ）に示した実施例においては、ｐ型III族窒化物層（１１０３）においてｎ型ＺｎＯ（１１０４）がＬＥＤにウェーハ・ボンディングされている。図１１は、また、ＬＥＤから取り出される光の可能な軌跡（１１１０）を示している。
【００４２】
図１１（ｂ）に示す実施例では、ｎ型ＺｎＯ（１１０４）はIII族窒化物光電子デバイスとＺｎＯ層（１１０４）との界面（１１０９）に関して臨界角（１１０８）を持って傾いている１つ以上の傾斜平面（１１０７）を備えている。図１１（ｂ）は、ＺｎＯ層表面（１１１１）が切頂六角錐に整形されているか、または適当な粗面化によって整形されていることを示す。
【００４３】
ｎ型ＺｎＯ（１１０４）の屈折率（〜２．１）はその下にあるIII族窒化物、この場合はｐ型III族窒化物層（１１０３）の屈折率よりも小さく、臨界角（１１０８）は透明導電体の屈折率をIII族窒化物の屈折率で割った値で決まる。例えば、下のIII族窒化物が屈折率〜２．３のＧａＮであり、透明導電体が屈折率〜２．１のｎ型ＺｎＯである場合には、臨界角（１１０８）は〜６６°である。このようにして内部全反射は抑制され、光取出し効率は増大する。透明導電体の屈折率は通常はｐ型あるいはｎ型層である近接のIII族窒化物よりも小さい。臨界角の許容公差は計算値の１０％の範囲である。
【００４４】
図１２（ａ）および（ｂ）はｎ型III族窒化物層（１２０１）と、III族窒化物活性領域（１２０２）と、ｐ型III族窒化物層（１２０３）と、ｎ型ＺｎＯ層（１２０４）と、少なくとも１つのｐ型電極（１２０５）と、および少なくとも一つのｎ型電極（１２０６）とを備えたウェーハ・ボンディングしたＬＥＤの実施例を更に示す。この実施例ではサファイヤを含む適当な基板が除去されている。
【００４５】
図１２（ａ）に示した実施例では、ｎ型ＺｎＯ（１２０４）は少なくとも一つの切頂六角錐または円錐（１２０７）に整形されている。少なくとも一つの切頂錐体または円錐は、III族窒化物光電子デバイスとｎ型ＺｎＯ（１２０４）との間の界面（１２０９）に関して臨界角（１２１０）で傾いている傾斜平面（１２０８）を備えている。傾斜平面（１２０８）は｛１０−１１｝方向を含んで構成されている。
【００４６】
図１２（ｂ）に示した実施例では、ｎ型ＺｎＯ（１２０４）は界面（１２０９）に関して臨界角（１２１０）で傾いた傾斜平面（１２０８）を含んで構成されている。矢印（１２１１）は取り出される光の可能な軌跡を示している。
【００４７】
図１３はIII族窒化物光電子デバイスの底面に位置して、異なる形状または多面体を含んで構成されているＺｎＯを示す。図１３（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）はｎ型III族窒化物（１３０１）と、活性領域（１３０２）と、およびｎ型ＺｎＯ（１３０４）に直接ウェーハ・ボンディングされるｐ型III族窒化物（１３０３）とを備えているＬＥＤを示している。ウェーハ・ボンディングされた構造は更にｎ型ＺｎＯ（１３０４）上に成膜またはボンディングされたｐ型電極（１３０５）と、およびｎ型III族窒化物（１３０１）のＮ面（１３０７）上に成膜されたｎ型電極（１３０６）とを備えている。代替として、ｎ型電極（１３０６）がＧａ面上に形成されてもよい。また、図１３（ａ）および１３（ｃ）に示すように、（この場合はｎ型III族窒化物上の）ＬＥＤのＮ面（１３０７）は光取出しを向上するために整形または粗面化されてもよい［非特許文献８］。矢印（１３０８）は取り出される光の可能な軌跡を示している。
【００４８】
図１３（ａ）に示した実施例においては、ｎ型ＺｎＯは実質的に平行な平面（１３０９）を持っている。更に、ｎ型III族窒化物（１３０１）はｎ型III族窒化物（１３０１）と活性領域（１３０２）との間の界面（１３１２）に関して臨界角（１３１１）で傾いた傾斜平面（１３１０）を含んでいる。
【００４９】
図１３（ｂ）に示した実施例においては、ｎ型ＺｎＯ（１３０４）が、ＺｎＯ（１３０４）とIII族窒化物光電子デバイス、すなわちＬＥＤとの界面（１３１６）に対して臨界角（１３１５）で傾いている傾斜平面（１３１４）を持つ多面体（１３１３）を含むように整形または粗面化される。
【００５０】
図１３（ｃ）に示した実施例においては、ｎ型ＺｎＯ（１３０４）が傾斜平面（１３１４）を備えていて、ｎ型III族窒化物（１３０１）が傾斜平面（１３１０）を備えている。
【００５１】
図１４に示した光デバイスは炭化珪素（ＳｉＣ）または窒化ガリウム（ＧａＮ）のような導電性があり透明な基板を含む適当な基板（１４０１）と、ｎ型III族窒化物層（１４０２）と、活性領域（１４０３）と、ｐ型III族窒化物（１４０４）と、ｎ型ＺｎＯ（１４０５）と、ｐ型電極（１４０６）と、およびｎ型電極（１４０７）とを備えている。光はＬＥＤから矢印（１４０８）で示したように取り出される。
【００５２】
図１５はウェーハ・ボンディングした垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を備えた光デバイスの断面の概略図である。ＶＣＳＥＬは２酸化シリコンと酸化タンタル（ＳｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５）からなる２つの分布ブラッグ反射器（１５０１）と、ｎ型III族窒化物層（１５０２）と、活性領域（１５０３）と、ｎ型ＺｎＯ（１５０５）にウェーハ・ボンディングしたｐ型III族窒化物（１５０４）とを備えている。光デバイスはさらに少なくとも一つのｐ型電極（１５０６）および少なくとも一つのｎ型電極（１５０７）を備えている。ＶＣＳＥＬは電流がｐ型電極（１５０６）からｐ型III族窒化物（１５０４）へ拡がるように流れることができる。矢印（１５０８）はレーザ発光の方向を示す。
【００５３】
図１６は、III族窒化物光デバイス、この場合はＬＥＤ、の両方の面（１６０３）上に直接ウェーハ・ボンディングされたＺｎＯ（１６０１）、（１６０２）を含んで構成された一つ以上の透明導電体層の断面の概略図である。
【００５４】
ＬＥＤはｎ型III族窒化物層（１６０４）と、活性領域（１６０５）と、およびｐ型III族窒化物（１６０６）とを備えている。ｐ型ＺｎＯ層（１６０１）およびｎ型ＺｎＯ層（１６０２）はそれぞれｎ型III族窒化物（１６０４）およびｐ型III族窒化物（１６０６）にウェーハ・ボンディングされている。図１６はまたデバイスから取り出される光の可能な軌跡（１６０７）を示している。少なくとも一つのｎ型電極（１６０８）および少なくとも一つのｐ型電極（１６０９）が透明導電体層（１６０１）（１６０２）の上部に成膜されている。
【００５５】
これら全ての図において、一つ以上の透明導電体層はＺｎＯの代わりに酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳ）或いはテルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）、酸化ガリウム、および酸化インジウム・ガリウム・亜鉛を備えてもよい。透明導電体層は導電性があり、III族窒化物光電子デバイスの動作する波長に対して透過率が６０％より大きい必要がある。高透過率特性により、ＬＥＤ中の光吸収が低減される。導電性の特性により、ＬＥＤ内の活性領域から発する光を均一にすることが出来る。整形または粗面化された透明導電体層はＬＥＤの中で繰り返し起こる光反射を低減し、ＬＥＤからより多くの光を取り出す。
【００５６】
図１７はウェーハ・ボンディングしたＬＥＤの断面の概略図であり、ＩＴＯ（１７０１）および（１７０２）を備えた一つ以上の透明導電体層がIII族窒化物光デバイスの両面にボンディングされる様子を示す。III族窒化物光デバイスはｎ型III族窒化物（１７０３）、活性領域（１７０４）、ｐ型III族窒化物（１７０５）、および炭化珪素あるいは窒化ガリウムを含む適当な基板（１７０６）を備えている。一つ以上のｎ型透明導電体層（１７０１）および一つ以上のｐ型透明導電体層（１７０２）がそれぞれｐ型III族窒化物（１７０５）および適当な基板（１７０６）上にボンディングされる。ウェーハ・ボンディングしたＬＥＤはさらに少なくとも一つのｐ型電極（１７０７）および少なくとも一つのｎ型電極（１７０８）を備えている
図１７は一つ以上の透明導電体層が整形または粗面化される様子を示している。整形された一つ以上の透明導電体層は界面（１７１１）に対して臨界角（１７１０）で傾いた一つ以上の透明導電体層（１７０１）、（１７０２）の一つ以上の傾斜平面（１７０９）を備えており、例えば上部に少なくとも一つの電極（１７０８）を持つ、少なくとも一つの切頂六角錐（１７１２）を形成している。矢印（１７１３）は取り出される光の可能な軌跡を示している。
【００５７】
図１８は、本発明の好ましい実施形態を用いた光取り出し効率の高いＬＥＤの概略図である。一般にＬＥＤは（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ＮとＺｎＯが直接ウェーハ・ボンディングしたＬＥＤ構造である。
【００５８】
この例では、一つ以上のIII族窒化物ＬＥＤはサファイヤ基板のような適当な基板（１８０１）上に成膜されており、III族窒化物ＬＥＤはｎ−ＧａＮのようなｎ型層（１８０２）と、活性層（１８０３）と、及びｐ−ＧａＮのようなＰ型層（１８０４）を備えている。１つ以上のｎ型電極（１８０５）はｎ型層（１８０２）上に位置している。整形された一つ以上のｎ型ＺｎＯ層（１８０６）がＬＥＤにウェーハ・ボンディングされている。ＺｎＯ（１８０６）は円錐形（１８０７）に整形されていて、ｎ型ＺｎＯの切頂円錐（１８０７）の頂上にｐ型電極（１８０８）を持っている。
【００５９】
Ｐｔ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｔｉ、酸化Ｎｉ、または酸化Ｇａのような薄い金属、または酸化金属からなる少なくとも一つの中間コンタクト層（１８０９）が（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎを含むIII族窒化物光デバイスとＺｎＯウェーハとの間に、ボンディングの前に成膜される。この薄い金属または酸化金属により、ウェーハ・ボンディングされる界面（１８１０）での電気抵抗を低減することができる。
【００６０】
図１８において、中間コンタクト層（１８０９）は、ウェーハ・ボンディングされる前のｐ型層（１８０４）上に成膜された交差指型のコンタクト層を備えている。代替の実施例として、中間コンタクト層はｎ型層上に成膜されても良い。図１８では、矢印（１８１１）はコンタクト層の幾何学的配置を示す上面図（１８１２）を指している。矢印（１８１３）はデバイスから出射する光の可能な軌跡を示している。矢印（１８１４）は円錐（１８０７）の高さを表す。
【００６１】
この実施例において、交差指型のコンタクト層（１８０９）は格子状にパターンが形成されており、層内の隙間ギャップはＬＥＤを備えたIII族窒化物光電子デバイスからの光を通過させる。コンタクト層は指型、クロスバー型、斜線または行列状のパターンなど、多くの異なるパターンを備えていてもよい。更に、コンタクト層の材料は透明であっても半透明であってもよい。
【００６２】
図１９は本発明の好ましい実施例による、光取り出し効率の高いＬＥＤの概略図である。このデバイスは図１８に示したデバイスと同様であり、サファイヤ基板のような適当な基板（１９０１）上にＬＥＤを備えていて、III族窒化物ＬＥＤはｎ−ＧａＮのようなｎ型層（１９０２）と、活性層（１９０３）と、およびｐ−ＧａＮのようなｐ型層（１９０４）とを備えている。一つ以上のｎ型電極（１９０５）はｎ型層（１９０２）上に位置している。一つ以上のｎ型ＺｎＯ層（１９０６）はＬＥＤにウェーハ・ボンディングされ、例えば円錐（１９０８）状に整形されたｎ型ＺｎＯ（１９０６）の最上部にはｐ型電極（１９０７）がある。
【００６３】
しかしながら、図１９では中間コンタクト層（１９０９）は酸化ニッケルと金（ＮｉＯ／Ａｕ）を含むバルクコンタクト層を備えている。バルクコンタクト層は＜２００Åの厚さである。矢印（１９１０）は取り出される光の可能な軌跡を示し、矢印（１９１１）は円錐（１９０８）の高さを表す。ＺｎＯを含んで構成される透明導電体の透過率は３６０ｎｍより長い波長に対して８０％より大きいため、取り出し効率が高くなる。
プロセス工程 
図２０は、光が一つ以上の透明導電体層を通過することを特徴とする直接ウェーハ・ボンディングした光デバイスを作製する方法を表している。
【００６４】
ブロック２０００は、接合される一つ以上の透明導電体層およびIII族窒化物光デバイスの平坦で清潔な表面を準備するステップを表す。III族窒化物光デバイスは適当な基板上に成長される。透明導電体層はＺｎ（Ｏ，Ｓｅ，Ｔｅ）、酸化インジウム錫、酸化ガリウム、酸化インジウム・ガリウム・亜鉛、Ｉｎ２０２／ＳｎＯ２（酸化インジウム錫、ＩＴＯ）を含んで構成されている。接合される一つ以上の透明導電体層の表面はｃ面ＺｎＯのＺｎ面を含んで構成されている。接合される透明導電体層の表面はｃ面ＺｎＯのＯ面を含んで構成されてもよい。III族窒化物光電子デバイス表面はウェーハ・ボンディング工程の前に部分的に整形され、ウェーハ・ボンディングされる界面を強化することができる。
【００６５】
ブロック２１００は、直接ウェーハ・ボンディングを行う前にウェーハ・ボンディングされる界面の導電率を向上させる工程を表す。直接ウェーハ・ボンディングを行う前に、ウェーハ・ボンディングされる界面の導電率を向上させるために一つ以上の透明導電体層の表面はプラズマ処理を受ける。
【００６６】
ブロック２２００は、一つ以上の透明導電体層とIII族窒化物光デバイスとの直接ウェーハ・ボンディングを行うステップをあらわす。III族窒化物光電子デバイスと一つ以上の透明導電体層は張り合わされ、つぎに窒素雰囲気中の一軸性圧力下で、所定温度で所定の時間ウェーハ・ボンディングされる。III族窒化物光電子デバイスおよび一つ以上の透明導電体層はウェーハ・ボンディング用の炉内に装着され、その炉はＮ２ガス流中で１時間６００℃の温度に加熱される。
【００６７】
ブロック２３００は、ウェーハ・ボンディング工程の後または前に、例えば異方性エッチングによって一つ以上の透明導電体層の表面を粗面化または整形するステップを表す。整形される表面はＺｎＯのＯ面を含む。異方性エッチングは化学的エッチングを含む。ＺｎＯはＨＣｌまたは希釈ＨＣｌを用いてエッチング出来る。このステップはウェーハ・ボンディング工程の前に行ってもよい。
【００６８】
ブロック２４００は、ｐ型あるいはｎ型電極を形成するステップを表す。
【００６９】
いくつかのステップは所望のように、削除または付加されてもよい。更に、ステップは別の順番で行われてもよい。この方法を用いて光デバイスが製作される。
可能な変更と変形
（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ＮとＺｎＯとの間の直接ウェーハ・ボンディングの重要な側面は、表面の平坦性と清潔性である。ウェーハ・ボンディングのための理想的な表面を準備するために、研磨、プラズマ処理を含むさまざまな表面処理技術が用いられる。平坦な表面を実現するためには十分に制御された結晶成長も必要である。また、研磨またはエピタキシャル成長技術を用いた平坦な（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ表面を得るためのさまざまな改良により、さらに均一なウェーハ・ボンディングが実現できる。
【００７０】
ウェーハ・ボンディング工程の前に、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ表面は強いウェーハ・ボンディング用界面を実現する目的で、マイクロチャネルを形成するために部分的に整形されてもよい。
【００７１】
ＺｎＯの最上層の表面の導電率は、ＧａまたはＡｌを多量にドープしたエピタキシャル層成長、イオン注入、ドーパント拡散、化学的表面処理、および水素プラズマとアルゴンプラズマを含んだプラズマ処理などの方法でバルク部分よりも高い値に変化させることが出来る。分極誘起またはバンドギャップエンジニアリングを用いた界面バリヤの高さの低減は、ウェーハ・ボンディングされた界面での電気抵抗を小さくするためにもまた有用である。
【００７２】
白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、タンタル（Ｔｉ）または金属酸化物（酸化Ｎｉ或いは酸化Ｇａ）の非常に薄い金属層を挿入することもまた、ＺｎＯと（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎのウェーハ・ボンディングした界面での導電率を向上させることができる。
【００７３】
ＺｎＯの成長方法については、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）または分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）のような他の技術も追加的な層形成のために用いられる。
【００７４】
（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ層の成長に関しては、これらの層は色々な適当な基板、特にＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＮ、ＺｎＯあるいはＡｌＮ上にＭＯＣＶＤあるいはＭＢＥによって成長される。III族窒化物は、例えばｃ面などいかなる方位をもっていてもよい。
【００７５】
表面処理とボンディング条件に関し、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ層の処理に関してＨＦも用いることが出来る。ウェーハ・ボンディング工程を強化するためにプラズマ処理を用いることが出来る。ウェーハ・ボンディング工程中の雰囲気のために、Ｈ２のような他のガスを用いることも出来る。ウェーハ・ボンディング工程は真空条件下で行うことも出来る。勿論、ウェーハ・ボンディング工程中の温度と一軸性圧力の設定値は変化してもよい。
【００７６】
ＺｎＯ表面形状の整形にはウェットエッチング方法、ドライエッチング方法、およびはつり方法を用いることも出来る。
【００７７】
直接ウェーハ・ボンディングは、他には（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ＮとＺｎ（Ｓ，Ｔｅ）との間、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ＮとＳｎＯ２との間、および（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ＮとＩｎ２Ｏ２／ＳｎＯ２（酸化インジウム錫ＩＴＯ）との間で可能である。ＺｎＯは有極性でも無極性でも良い。
【００７８】
ＬＥＤに加えて、本発明は光検出器応用、フォトダイオード、フォトトランジスタ、太陽電池のようなその他の光デバイス応用に対応する（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ＮとＺｎＯウェーハのボンディングに適用できる。
利点と改良点
（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ＮとＺｎＯウェーハをボンディングする本発明の方法は新しく、特に発光ダイオード（ＬＥＤ）応用において現存のデバイス設計よりも優れている。ＺｎＯの透明度が高いという特性により、ＬＥＤの中の光吸収が低減される。ＺｎＯの導電性はＬＥＤ中の活性領域からの光の出射を均一にすることができる。整形または粗面化されたＺｎＯはＬＥＤ内で繰り返し起こっている光反射を低減するため、より多くの光をＬＥＤから取り出すことができる。結果として、この新しいハイブリッドのＧａＮ／ＺｎＯ設計によるデバイスの外部量子効率は、必然的に現存のＧａＮベースのデバイスのそれよりも大きくなる。
【００７９】
ＳｉＣやＧａＮのような導電性がある基板上に成長した窒化物ＬＥＤと透明ＺｎＯ電極との組み合わせは、導電性がある材料上に電極を形成するのが容易であるため、ＬＥＤの製作に必要な工程数減らすことができる。
【００８０】
光電子デバイス応用を目的とする材料安定性に関し、ＺｎＭｇＳＳｅベースのレーザ・ダイオード（ＬＤ）は点欠陥のために劣化が起こる。欠陥を低減し、徐々に起こる劣化速度を遅くすることによって、ＺｎＭｇＳＳｅベースのＬＤの信頼性が確立できる［非特許文献９］。ＺｎＯにはこの問題はない。
【００８１】
ＺｎとＯの間の結合力はＺｎとＳｅの間に比べてより強い。表１はいくつかの材料の電子親和力を示している［非特許文献１０］。ＺｎＯの電子親和力は他に比べて大きく、ＺｎＯが安定であることを示している。
【００８２】
【表１】
2008547210.tif 000003
更に、ＺｎＯの熱伝導率はサファイヤよりも約２倍大きい。そのため、従来のサファイヤの代わりにＺｎＯを基板として用いることによって熱放出も増大できる。表２はいくつかの材料の熱伝導率を示す［非特許文献１１］。
【００８３】
【表２】
2008547210.tif 000004
参考文献
次の参考文献は参照として本発明書中に組み込まれている。
１．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５６，７３７−３９（１９９０）
２．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６４，２８３９−４１（１９９４）
３．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．８１，３１５２−５４（２００２）
４．Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．４３，Ｌ１２７５−７７（２００４）
５．Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３４，Ｌ７９７−９９（１９９５）
６．Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．４３，Ｌ１８０−８２（２００４）
７．Ｊ．Ｃｒｙｓｔ．Ｇｒｏｗｔｈ  ２６０，１６６−７０（２００４）
８．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．８４，８５５−８５７（２００４）
９．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ  ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  Ｂｌｕｅ  Ｌａｓｅｒ  ａｎｄ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅｓ（１９９６），１１３
１０．Ｎｅｗ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ｐｒｏｐｅｒｉｔｉｅｓ，Ｉｏｆｆｅ  Ｐｈｙｓｉｃｏ−Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＲｕｓｓｉａｎＦｅｄｅｒａｔｉｏｎ，１９９８
１１．Ｎｅｗ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，Ｉｏｆｆｅ  Ｐｈｙｓｉｃｏ−Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｒｕｓｓｉａｎ  Ｆｅｄｅｒａｔｉｏｎ，１９９８，Ｔｈｅｒｍｏｃｈｉｍｉｃａ  Ａｃｔａ  ４３０，１５５−６５（２００５）
結論
これで本発明の好ましい実施形態の説明を終える。本発明の一つ以上の実施例に関する上記の記述は、例示のために示された。開示の形態そのものによって本発明を包括または限定することを意図するものではない。多くの変更と変形が上記の教示に照らして可能である。本発明の範囲は、この詳細な説明によってではなく、本明細書に添付の請求項によって限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ＮおよびＺｎＯを直接ウェーハ・ボンディングしたＬＥＤ構造の断面の概略図である。
【図２】ウェーハ・ボンディングしたＬＥＤの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の像である。
【図３】ウェーハ・ボンディングしたＬＥＤが発する光の写真である。
【図４】ウェーハ・ボンディングしたＬＥＤの電気的特性（電圧−電流曲線）を示す。
【図５】ＺｎＯウェーハの亜鉛（Ｚｎ）面のＳＲＦ凹凸をカラースケールで示す原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像である。
【図６】ＺｎＯウェーハのＯ面の表面凹凸をカラースケールで示す原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像である。
【図７】溶剤とＨＣｌ処理後の窒化ガリウム（ＧａＮ）ウェーハのＧａ面の表面凹凸をカラースケールで示す原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像である。
【図８】グラファイトのボートとねじによる構成を用いて、ＺｎＯウェーハとＧａＮウェーハが８ＭＰａの一軸性圧力の下でボンディングされる様子を示す。
【図９】ウェーハ・ボンディングされたＺｎ面ＺｎＯウェーハとＧａ面ＧａＮ層からなるウェーハ・ボンディング構造の写真である。ＧａＮが下側のウェーハであり、ＺｎＯが上側のウェーハである。
【図１０】ウェーハ・ボンディングされたＯ面ＺｎＯウェーハとＧａ面ＧａＮ層からなるウェーハ・ボンディング構造の写真である。ＧａＮが下側のウェーハであり、ＺｎＯが上側のウェーハである。
【図１１】異なったＺｎＯウェーハ形状を持ち、ウェーハ・ボンディングされたＬＥＤの断面の概略図である。図１１（ａ）は長方形のＺｎＯウェーハを示し、図１１（ｂ）はいくつかの傾いた平面で構成されたＺｎＯ表面を示す。
【図１２】異なったＺｎＯウェーハ形状を持ち、サファイヤ基板を取り除きウェーハ・ボンディングされたＬＥＤの断面の概略図である。図１２（ａ）は切頂六角錐を含んで構成されたＺｎＯ 表面を示す。図１２（ｂ）はいくつかの傾いた平面を含んで構成されたＺｎＯ表面を示す。
【図１３】ＬＥＤの底面側に位置し、異なったＺｎＯウェーハ形状を持つウェーハ・ボンディングしたＬＥＤの断面の概略図である。図１３（ａ）は長方形状をもつＺｎＯウェーハを示す。図１３（ｂ）は傾斜した側面を含んで構成されたＺｎＯウェーハを示す。図１３（ｃ）は２つの切頂円錐を含んで構成されたＺｎＯウェーハ表面を示す。
【図１４】炭化珪素（ＳｉＣ）基板あるいはＧａＮ基板を含んで構成された、ウェーハ・ボンディングしたＬＥＤの断面の概略図である。
【図１５】ウェーハ・ボンディングした垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の断面の概略図である。
【図１６】デバイスの両側にボンディングしたＺｎＯまたは透明導電体を含んで構成された、ウェーハ・ボンディングしたＬＥＤの断面の概略図である。
【図１７】デバイスの両側にボンディングしたＺｎＯまたは透明導電体（ＩＴＯ）を含んで構成された、ウェーハ・ボンディングしたＬＥＤの断面の概略図である。
【図１８】本発明の好ましい実施形態による光取り出し効率の高いＬＥＤの概略図である。
【図１９】本発明の好ましい実施形態による光取り出し効率の高いＬＥＤの概略図である。
【図２０】光が一つ以上の透明導電体層を通過することを特徴とする、直接ウェーハ・ボンディングした光デバイスを作製するための方法を示す。
【図１】
2008547210.tif 000005
【図４】
2008547210.tif 000006
【図８】
2008547210.tif 000007
【図１１】
2008547210.tif 000008
【図１２】
2008547210.tif 000009
【図１３】
2008547210.tif 000010
【図１４】
2008547210.tif 000011
【図１５】
2008547210.tif 000012
【図１６】
2008547210.tif 000013
【図１７】
2008547210.tif 000014
【図１８】
2008547210.tif 000015
【図１９】
2008547210.tif 000016
【図２０】
2008547210.tif 000017
【図２】
2008547210.tif 000018
【図３】
2008547210.tif 000019
【図５】
2008547210.tif 000020
【図６】
2008547210.tif 000021
【図７】
2008547210.tif 000022
【図９】
2008547210.tif 000023
【図１０】
2008547210.tif 000024
【国際調査報告】
2008547210.tif 000025