(57)【要約】【課題】複数の種類の異なる半導体素子を使用するとき、複数の半導体素子の抵抗値を、部品数を増加することなく、揃えることができて、回路を単純化できる半導体素子を提供する。【解決手段】ウエハボンディング型半導体素子１は、互いにウエハボンディングにより接合されている第１のウエハ１０および第２のウエハ２０を有し、上記第１のウエハ１０および上記第２のウエハ２０のボンディング界面３０は、抵抗を有する。上記ボンディング界面３０の抵抗の値が制御されて、全体の駆動電圧が、上記第１のウエハ１０の固有の電圧と上記第２のウエハ２０の固有の電圧とを加えた値よりも大きくなるように、調整されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いにウエハボンディングにより接合されている第１のウエハおよび第２のウエハを有し、
上記第１のウエハおよび上記第２のウエハのボンディング界面は、抵抗を有し、
上記ボンディング界面の抵抗の値が制御されて、全体の駆動電圧が、上記第１のウエハの固有の電圧と上記第２のウエハの固有の電圧とを加えた値よりも大きくなるように、調整されていることを特徴とする半導体素子。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体素子において、
上記第１のウエハは、発光層を有することを特徴とする半導体素子。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体素子において、
上記第２のウエハは、透光性を有することを特徴とする半導体素子。
【請求項４】
請求項２に記載の半導体素子において、
上記第１のウエハは、ガリウム、アルミニウム、インジウム、リン、砒素、窒素を組み合わせたIII−Ｖ族半導体層を含むことを特徴とする半導体素子。
【請求項５】
請求項１に記載の半導体素子において、
上記第１のウエハおよび上記第２のウエハは、ドーパントとして、亜鉛、テルル、硫黄、窒素、シリコン、炭素、酸素の少なくとも２つを含むことを特徴とする半導体素子。
【請求項６】
第１のウエハおよび第２のウエハのボンディング界面が、抵抗を有するように、上記第１のウエハおよび上記第２のウエハを、互いにウエハボンディングにより接合することを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体素子の製造方法において、
上記ボンディング界面の抵抗の値を制御して、全体の駆動電圧を、上記第１のウエハの固有の電圧と上記第２のウエハの固有の電圧とを加えた値よりも大きくなるように、調整することを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体素子の製造方法において、
上記第１のウエハおよび上記第２のウエハのそれぞれのボンディング層のキャリアの種類によって、上記ボンディング界面の抵抗の値を制御することを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項９】
請求項６に記載の半導体素子の製造方法において、
上記第１のウエハおよび上記第２のウエハの少なくとも一方のボンディング層は、ＭｇまたはＺｎをドープしたＧａＰのエピタキシャル層であることを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体素子の製造方法において、
上記エピタキシャル層のドーパントであるＭｇおよびＺｎの組み合わせにより、上記ボンディング界面の抵抗の値を制御して、上記駆動電圧を調整することを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項６に記載の半導体素子の製造方法において、
上記第１のウエハおよび上記第２のウエハの少なくとも一方のボンディング層は、ＭｇまたはＺｎをイオン注入または拡散によりドープされた表面を有することを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項６に記載の半導体素子の製造方法において、
上記第１のウエハおよび上記第２のウエハのそれぞれのボンディング層は、ＭｇまたはＺｎをイオン注入または拡散によりドープされた表面を有し、
上記第１のウエハおよび上記第２のウエハのそれぞれのボンディング層のキャリアの濃度によって、上記ボンディング界面の抵抗の値を制御して、上記駆動電圧を調整することを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項６に記載の半導体素子の製造方法において、
上記第１のウエハのボンディング層を、濃度が２．５〜３．５×１０１８ｃｍ−３のＺｎをドープしたＧａＰ層とし、
上記第２のウエハのボンディング層を、濃度が０．５〜１．５×１０１８ｃｍ−３のＺｎをドープしたＧａＰ層として、
上記ボンディング界面の抵抗の値を制御して、上記駆動電圧を３〜３．５Ｖにすることを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１４】
請求項７に記載の半導体素子の製造方法において、
上記第１のウエハと上記第２のウエハとのウエハボンディング時の圧力によって、上記ボンディング界面の抵抗の値を制御することを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１５】
請求項７に記載の半導体素子の製造方法において、
上記第１のウエハと上記第２のウエハとのウエハボンディング時の温度によって、上記ボンディング界面の抵抗の値を制御することを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１６】
請求項７に記載の半導体素子の製造方法において、
上記第１のウエハと上記第２のウエハとのウエハボンディング時の時間によって、上記ボンディング界面の抵抗の値を制御することを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１７】
互いに並列に配列された複数の半導体素子を有し、
この複数の半導体素子の内の少なくとも一つは、請求項１に記載の半導体素子であり、
この少なくとも一つの半導体素子は、他の上記半導体素子の駆動電圧に略一致するような駆動電圧を有するように、上記ボンディング界面の抵抗の値が制御されていることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、電飾装置、案内表示板装置や照明器具等に使用される半導体素子、この半導体素子の製造方法、および、この半導体素子を有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子の一つである半導体発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」と言う。）の製造技術が急速に進歩し、特に青色のＬＥＤが開発されて以降は、光の３原色のＬＥＤが揃ったことから、その３原色のＬＥＤの組み合わせによりあらゆる波長の光を作り出すことが可能となった。それゆえ、屋外用の電飾への普及も目覚しく、最近は一般家庭でも広く楽しまれている。
【０００３】
赤色、緑色、青色の３色のＬＥＤは、一般的には、各々、同電流を流すために要する電圧が異なり、それは、材料に拠るところが大きい。そのため、３色のＬＥＤを同一基板に載置するには不都合である。
【０００４】
例えば、同一基板上に、ＡｌＧａＩｎＰ系の赤色ＬＥＤ、ＩｎＧａＮ系の緑色ＬＥＤ、および、ＩｎＧａＮ系の青色ＬＥＤを載置した単純な並列回路を作って、定電圧駆動で、３色一斉点灯する場合、電流は、その抵抗値の比率と半比例して流れるので、２〜２．５Ｖの電圧では、赤色ＬＥＤだけが光る一方、３Ｖ以上の電圧では、赤色ＬＥＤに絶対最大定格以上の電流が流れて、赤色ＬＥＤが破壊する。
【０００５】
そこで、従来、定電圧動作する定電圧素子（ツェナーダイオード）をＬＥＤに並列に接続して、各ＬＥＤに均一な電圧を印加可能にして、光源を均等に発光させていた（特開２００４−２８１２７９号公報：特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−２８１２７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の半導体素子では、３色のＬＥＤを点灯させる場合、低抵抗のＬＥＤに、抵抗部品を別途接続する必要があり、回路が複雑になり、コストアップとなる問題があった。
【０００７】
そこで、この発明の課題は、複数の種類の異なる半導体素子を使用するとき、複数の半導体素子の抵抗値を、部品数を増加することなく、揃えることができて、回路を単純化できる半導体素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、この発明の半導体素子は、
互いにウエハボンディングにより接合されている第１のウエハおよび第２のウエハを有し、
上記第１のウエハおよび上記第２のウエハのボンディング界面は、抵抗を有し、
上記ボンディング界面の抵抗の値が制御されて、全体の駆動電圧が、上記第１のウエハの固有の電圧と上記第２のウエハの固有の電圧とを加えた値よりも大きくなるように、調整されていることを特徴としている。
【０００９】
この発明の半導体素子によれば、互いにウエハボンディングにより接合されている第１のウエハおよび第２のウエハを有し、上記第１のウエハおよび上記第２のウエハのボンディング界面は、抵抗を有するので、上記半導体素子は抵抗を含み、上記半導体素子に別途、抵抗部品を接続する必要がない。
【００１０】
また、上記ボンディング界面の抵抗の値が制御されて、全体の駆動電圧が、上記第１のウエハの固有の電圧と上記第２のウエハの固有の電圧とを加えた値よりも大きくなるように、調整されているので、簡単な構成で、半導体素子の駆動電圧を調整できる。
【００１１】
したがって、複数の種類の異なる半導体素子を使用するとき、複数の半導体素子の抵抗値を、ボンディング界面の抵抗をコントロールすることで、揃えることができて、回路を単純化できる。
【００１２】
また、一実施形態の半導体素子では、上記第１のウエハは、発光層を有する。
【００１３】
この実施形態の半導体素子によれば、上記第１のウエハは、発光層を有するので、半導体発光素子に適用できる。
【００１４】
また、一実施形態の半導体素子では、上記第２のウエハは、透光性を有する。
【００１５】
この実施形態の半導体素子によれば、上記第２のウエハは、透光性を有するので、上記第２のウエハは、上記第１のウエハの発光光を透過して、光取り出し効率が向上する。
【００１６】
また、一実施形態の半導体素子では、上記第１のウエハは、ガリウム、アルミニウム、インジウム、リン、砒素、窒素を組み合わせたIII−Ｖ族半導体層を含む。
【００１７】
この実施形態の半導体素子によれば、上記第１のウエハは、III−Ｖ族半導体層を含むので、上記発光層の発光波長を赤外領域から近紫外領域までの広い範囲から選択できる。
【００１８】
また、一実施形態の半導体素子では、上記第１のウエハおよび上記第２のウエハは、ドーパントとして、亜鉛、テルル、硫黄、窒素、シリコン、炭素、酸素の少なくとも２つを含む。
【００１９】
また、この発明の半導体素子の製造方法は、第１のウエハおよび第２のウエハのボンディング界面が、抵抗を有するように、上記第１のウエハおよび上記第２のウエハを、互いにウエハボンディングにより接合することを特徴としている。
【００２０】
この発明の半導体素子の製造方法によれば、第１のウエハおよび第２のウエハのボンディング界面が、抵抗を有するように、上記第１のウエハおよび上記第２のウエハを、互いにウエハボンディングにより接合するので、上記半導体素子は抵抗を含み、上記半導体素子に別途、抵抗部品を接続する必要がない。
【００２１】
したがって、複数の種類の異なる半導体素子を使用するとき、複数の半導体素子の抵抗値を、ボンディング界面の抵抗をコントロールすることで、揃えることができて、回路を単純化できる。
【００２２】
また、一実施形態の半導体素子の製造方法では、上記ボンディング界面の抵抗の値を制御して、全体の駆動電圧を、上記第１のウエハの固有の電圧と上記第２のウエハの固有の電圧とを加えた値よりも大きくなるように、調整する。
【００２３】
この実施形態の半導体素子の製造方法によれば、上記ボンディング界面の抵抗の値を制御して、全体の駆動電圧を、上記第１のウエハの固有の電圧と上記第２のウエハの固有の電圧とを加えた値よりも大きくなるように、調整するので、簡単な方法で、半導体素子の駆動電圧を調整できる。
【００２４】
また、一実施形態の半導体素子の製造方法では、上記第１のウエハおよび上記第２のウエハのそれぞれのボンディング層のキャリアの種類によって、上記ボンディング界面の抵抗の値を制御する。
【００２５】
この実施形態の半導体素子の製造方法によれば、上記第１のウエハおよび上記第２のウエハのそれぞれのボンディング層のキャリアの種類によって、上記ボンディング界面の抵抗の値を制御するので、簡単な方法で、半導体素子の駆動電圧を調整できる。
【００２６】
また、一実施形態の半導体素子の製造方法では、上記第１のウエハおよび上記第２のウエハの少なくとも一方のボンディング層は、ＭｇまたはＺｎをドープしたＧａＰのエピタキシャル層である。
【００２７】
また、一実施形態の半導体素子の製造方法では、上記エピタキシャル層のドーパントであるＭｇおよびＺｎの組み合わせにより、上記ボンディング界面の抵抗の値を制御して、上記駆動電圧を調整する。
【００２８】
この実施形態の半導体素子の製造方法によれば、上記エピタキシャル層のドーパントであるＭｇおよびＺｎの組み合わせにより、上記ボンディング界面の抵抗の値を制御して、上記駆動電圧を調整するので、簡単な方法で、半導体素子の駆動電圧を調整できる。
【００２９】
また、一実施形態の半導体素子の製造方法では、上記第１のウエハおよび上記第２のウエハの少なくとも一方のボンディング層は、ＭｇまたはＺｎをイオン注入または拡散によりドープされた表面を有する。
【００３０】
この実施形態の半導体素子の製造方法によれば、上記第１のウエハおよび上記第２のウエハの少なくとも一方のボンディング層は、ＭｇまたはＺｎをイオン注入または拡散によりドープされた表面を有するので、上記ボンディング層のキャリア濃度最適化によって、上記ボンディング界面の抵抗を制御できる。
【００３１】
また、一実施形態の半導体素子の製造方法では、
上記第１のウエハおよび上記第２のウエハのそれぞれのボンディング層は、ＭｇまたはＺｎをイオン注入または拡散によりドープされた表面を有し、
上記第１のウエハおよび上記第２のウエハのそれぞれのボンディング層のキャリアの濃度によって、上記ボンディング界面の抵抗の値を制御して、上記駆動電圧を調整する。
【００３２】
この実施形態の半導体素子の製造方法によれば、上記第１のウエハおよび上記第２のウエハのそれぞれのボンディング層は、ＭｇまたはＺｎをイオン注入または拡散によりドープされた表面を有し、上記第１のウエハおよび上記第２のウエハのそれぞれのボンディング層のキャリアの濃度によって、上記ボンディング界面の抵抗の値を制御して、上記駆動電圧を調整するので、上記ボンディング層のキャリア濃度最適化によって、上記ボンディング界面の抵抗を制御できる。
【００３３】
また、一実施形態の半導体素子の製造方法では、
上記第１のウエハのボンディング層を、濃度が２．５〜３．５×１０１８ｃｍ−３のＺｎをドープしたＧａＰ層とし、
上記第２のウエハのボンディング層を、濃度が０．５〜１．５×１０１８ｃｍ−３のＺｎをドープしたＧａＰ層として、
上記ボンディング界面の抵抗の値を制御して、上記駆動電圧を３〜３．５Ｖにする。
【００３４】
この実施形態の半導体素子の製造方法によれば、上記第１のウエハのボンディング層を、濃度が２．５〜３．５×１０１８ｃｍ−３のＺｎをドープしたＧａＰ層とし、上記第２のウエハのボンディング層を、濃度が０．５〜１．５×１０１８ｃｍ−３のＺｎをドープしたＧａＰ層として、上記ボンディング界面の抵抗の値を制御して、上記駆動電圧を３〜３．５Ｖにするので、この半導体素子を赤色の発光素子としたときに、この赤色の発光素子を、青色や緑色の他の色の発光素子の駆動電圧に、ほぼ揃えることができて、赤色、青色、緑色を同時点灯できる。
【００３５】
また、一実施形態の半導体素子の製造方法では、上記第１のウエハと上記第２のウエハとのウエハボンディング時の圧力によって、上記ボンディング界面の抵抗の値を制御する。
【００３６】
この実施形態の半導体素子の製造方法によれば、上記第１のウエハと上記第２のウエハとのウエハボンディング時の圧力によって、上記ボンディング界面の抵抗の値を制御するので、簡単な方法で、半導体素子の駆動電圧を調整できる。
【００３７】
また、一実施形態の半導体素子の製造方法では、上記第１のウエハと上記第２のウエハとのウエハボンディング時の温度によって、上記ボンディング界面の抵抗の値を制御する。
【００３８】
この実施形態の半導体素子の製造方法によれば、上記第１のウエハと上記第２のウエハとのウエハボンディング時の温度によって、上記ボンディング界面の抵抗の値を制御するので、簡単な方法で、半導体素子の駆動電圧を調整できる。
【００３９】
また、一実施形態の半導体素子の製造方法では、上記第１のウエハと上記第２のウエハとのウエハボンディング時の時間によって、上記ボンディング界面の抵抗の値を制御する。
【００４０】
この実施形態の半導体素子の製造方法によれば、上記第１のウエハと上記第２のウエハとのウエハボンディング時の時間によって、上記ボンディング界面の抵抗の値を制御するので、簡単な方法で、半導体素子の駆動電圧を調整できる。
【００４１】
また、この発明の半導体装置は、
互いに並列に配列された複数の半導体素子を有し、
この複数の半導体素子の内の少なくとも一つは、請求項１に記載の半導体素子であり、
この少なくとも一つの半導体素子は、他の上記半導体素子の駆動電圧に略一致するような駆動電圧を有するように、上記ボンディング界面の抵抗の値が制御されていることを特徴としている。
【００４２】
この発明の半導体装置によれば、上記少なくとも一つの半導体素子は、上記他の半導体素子の駆動電圧に略一致するような駆動電圧を有するように、上記ボンディング界面の抵抗の値が制御されているので、上記複数の半導体素子の抵抗値を、上記ボンディング界面の抵抗をコントロールすることで、揃えることができて、回路を単純化できる。
【００４３】
つまり、上記ボンディング界面の抵抗の値を、上記他の半導体素子の高い抵抗値に合わせるように、制御することで、別途、抵抗部品を設けることなく、上記半導体素子の駆動電圧を揃えることができる。
【発明の効果】
【００４４】
この発明の半導体素子によれば、互いにウエハボンディングにより接合されている第１のウエハおよび第２のウエハを有し、上記第１のウエハおよび上記第２のウエハのボンディング界面は、抵抗を有し、上記ボンディング界面の抵抗の値が制御されて、全体の駆動電圧が、上記第１のウエハの固有の電圧と上記第２のウエハの固有の電圧とを加えた値よりも大きくなるように、調整されているので、複数の種類の異なる半導体素子を使用するとき、複数の半導体素子の抵抗値を、部品数を増加することなく、揃えることができて、回路を単純化できる。
【００４５】
この発明の半導体素子の製造方法によれば、第１のウエハおよび第２のウエハのボンディング界面が、抵抗を有するように、上記第１のウエハおよび上記第２のウエハを、互いにウエハボンディングにより接合するので、複数の種類の異なる半導体素子を使用するとき、複数の半導体素子の抵抗値を、部品数を増加することなく、揃えることができて、回路を単純化できる。
【００４６】
この発明の半導体装置によれば、上記少なくとも一つの半導体素子は、上記他の半導体素子の駆動電圧に略一致するような駆動電圧を有するように、上記ボンディング界面の抵抗の値が制御されているので、複数の種類の異なる半導体素子を使用するとき、複数の半導体素子の抵抗値を、部品数を増加することなく、揃えることができて、回路を単純化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００４８】
図１は、この発明の半導体素子の一実施形態である簡略構成図を示している。本発明の半導体素子１（以下、ウエハボンディング型半導体素子１という。）は、第１のウエハ１０および第２のウエハ２０を有し、上記第１のウエハ１０および上記第２のウエハ２０は、互いにウエハボンディングにより接合されている。
【００４９】
上記第１のウエハ１０および上記第２のウエハ２０は、それぞれ、ボンディング層１１，２１を有する。上記第１のウエハ１０および上記第２のウエハ２０のボンディング界面３０は、抵抗を有する。
【００５０】
上記第１のウエハ１０は、発光層を有する。上記第２のウエハ２０は、透光性を有する。つまり、上記ウエハボンディング型半導体素子１は、半導体発光素子である。
【００５１】
上記第１のウエハ１０は、ガリウム、アルミニウム、インジウム、リン、砒素、窒素を組み合わせたIII−Ｖ族半導体層を含む。
【００５２】
上記第１のウエハ１０および上記第２のウエハ２０は、ドーパントとして、亜鉛、テルル、硫黄、窒素、シリコン、炭素、酸素の少なくとも２つを含む。
【００５３】
上記ボンディング界面３０の抵抗の値が制御されて、全体の駆動電圧が、上記第１のウエハ１０の固有の電圧と上記第２のウエハ２０の固有の電圧とを加えた値よりも大きくなるように、調整されている。
【００５４】
上記ウエハボンディング型半導体素子１の抵抗値Ｒは、Ｒ＝（第１のウエハ１０の抵抗値）＋（第２のウエハ２０の抵抗値）＋（ボンディング界面３０の抵抗）となる。
【００５５】
上記第１のウエハ１０の電圧をＥ１０とし、上記第２のウエハ２０の電圧をＥ２０とし、上記ボンディング界面３０の電圧をＥ３０としたとき、トータル電圧Ｅは、Ｅ＝Ｅ１０＋Ｅ２０＋Ｅ３０となり、電圧Ｅ３０を調整することで（つまり、抵抗値Ｒを調整することで）、トータル電圧Ｅが、Ｅ＞Ｅ１０＋Ｅ２０となるように、調整される。なお、電圧Ｅ１０、Ｅ２０は、上記第１のウエハ１０および上記第２のウエハ２０の材料や構造による固有の値である。
【００５６】
ここで、図２に示すように、従来では、ウエハボンディング型でない第１の半導体素子２と、ウエハボンディング型でない第２の半導体素子３とを、互いに並列に配列して、半導体装置を作成したとき、上記第１の半導体素子２の抵抗値Ｒ２が、上記第２の半導体素子３の抵抗値Ｒ３よりも大きいと、上記第１の半導体素子２が光らず、また、上記第２の半導体素子３に大電流が流れたりしていた。
【００５７】
そこで、図３に示すように、上記第２の半導体素子３に変えて、上記ウエハボンディング型半導体素子１を用いることで、上記第１の半導体素子２の抵抗値Ｒ２に、上記ウエハボンディング型半導体素子１の抵抗値Ｒ１を合わせることができる。つまり、上記ウエハボンディング型半導体素子１の抵抗値Ｒ１は、上記第２の半導体素子３の抵抗値Ｒ３に、上記ボンディング界面３０の抵抗値を加えた値に等しくなる。
【００５８】
要するに、上記ウエハボンディング型半導体素子１は、上記第１の半導体素子２の駆動電圧に略一致するような駆動電圧を有するように、上記ボンディング界面３０の抵抗の値が制御されている。
【００５９】
したがって、上記ウエハボンディング型半導体素子１と上記第１の半導体素子２とに、電流が等分されて流れるため、図２で説明した問題は、解決される。
【００６０】
例えば、上記第１の半導体素子２に、ＩｎＧａＮ系の青色ＬＥＤチップもしくはランプを使用するとき、上記ウエハボンディング型半導体素子１に、ＡｌＧａＩｎＰ系のウエハボンディング型赤色ＬＥＤチップもしくはランプを使用する。
【００６１】
上記第１の半導体素子２の使用電流域の駆動電圧に合わせて、上記ウエハボンディング型半導体素子１を選択する。
【００６２】
例えば、使用電流ＩＦを２０ｍＡで使用したい場合、上記第１の半導体素子２の駆動電圧ＶＦが３．２Ｖであるならば、上記ウエハボンディング型半導体素子１を、使用電流ＩＦが２０ｍＡ時の駆動電圧ＶＦが３．２Ｖに近い素子にする。
【００６３】
なお、３つ以上の半導体素子を並列につなぐ場合、駆動電圧が一番高くなる半導体素子にあわせて、その他の半導体素子にウエハボンディング型半導体素子を使用すれば、抵抗用の部品は不要となる。
【００６４】
次に、上記ウエハボンディング型半導体素子１の製造方法について説明する。
【００６５】
まず、上記第１のウエハ１０を作成する。図４に示すように、ＭＯＣＶＤ法によりｎ型ＧａＡｓ基板１２上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層１３、Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層１４、ｎ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層１５、ＡｌＧａＩｎＰ活性層１６、ｐ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層１７、ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１８、および、ｐ型ＧａＰコンタクト層１９を、この順次で積層して、上記第１のウエハ１０としてのＬＥＤ構造ウエハを作成する。
【００６６】
上記ＡｌＧａＩｎＰ活性層１６は、量子井戸構造を有している。より詳しくは、上記ＡｌＧａＩｎＰ活性層１６は、（Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ井戸層と、（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐバリア層とを、交互に積層することで形成される。そして、上記井戸層と上記バリア層とのペア数は、例えば４ペアとする。
【００６７】
上記ｎ型ＧａＡｓ基板１２の厚みは、２５０μｍであり、上記ｎ型ＧａＡｓバッファ層１３の厚みは、１．０μｍであり、上記Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層１４の厚みは、５．０μｍであり、上記ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１５の厚みは、１．０μｍであり、上記ＡｌＧａＩｎＰ活性層１６の厚みは、０．５μｍであり、上記ｐ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層１７の厚みは、１．０μｍであり、上記ｐ型ＧａＩｎＰ中間層１８の厚みは、１．０μｍであり、上記ｐ型ＧａＰコンタクト層１９の厚みは、４．０μｍである。
【００６８】
上記各層１２〜１９において、ｎ型ドーパントとしてＳｉを用いている。一方、上記ＧａＰコンタクト層１９を除いた他の層のｐ型ドーパントとして、ＭｇやＺｎを用いている。
【００６９】
その後、図５に示すように、ウエハボンディング用治具５０を用いて、上記第１のウエハ１０に、上記第２のウエハ２０を直接接合する。上記第２のウエハ２０としては、ｐ型ＧａＰ透光性基板を用いる。
【００７０】
上記ウエハボンディング用治具５０は、例えば石英製であり、上記ウエハ１０，２０を支持する下台５１と、上記第２のウエハ２０の上側の面を覆う押さえ板５２と、所定の大きさの力を受けて上記押さえ板５２を押圧する押圧部５３とを有している。
【００７１】
上記押圧部５３は、正面から見て概略コ字状に形成された枠体５４によって、上下方向に案内されるようになっている。上記枠体５４は、上記下台５１に係合して、上記下台５１と上記押圧部５３との間に位置する押さえ板５２に力を適切に伝達するようになっている。
【００７２】
上記下台５１の上に、上記第１のウエハ１０を、この第１のウエハ１０のボンディング層が上向きになるように、載置し、この第１のウエハ１０のボンディング層に、上記第２のウエハ２０のボンディング層が接するように、上記第２のウエハ２０を上記第１のウエハ１０に重ねる。
【００７３】
なお、図１と図４に示すように、上記第１のウエハ１０において、ｐ型ＧａＰコンタクト層１９は、ボンディング層１１を含む。一方、上記第２のウエハ２０において、ｐ型ＧａＰ透光性基板は、ボンディング層２１を含む。
【００７４】
このウエハボンディング用治具５０を用いて、上記第１のウエハ１０と上記第２のウエハ２０とを接触させ、上記押圧部５３に力を加えて、上記第１のウエハ１０と上記第２のウエハ２０との接触面に圧縮力を作用させる。なお、上記押さえ板５２と上記第２のウエハ２０との間には、カーボン板２９が配置されている。
【００７５】
この状態で、上記第１のウエハ１０および上記第２のウエハ２０を、上記ウエハボンディング用治具５０と共に加熱炉にセットして、水素雰囲気下において加熱する。これにより、上記第１のウエハ１０および上記第２のウエハ２０を、互いにウエハボンディングにより接合する。
【００７６】
その後、ｐ型用電極の材料として、ＡｎＢｅ／Ａｕを選択し、ｎ型用電極の材料として、ＡｕＳｉ／Ａｕを選択し、これらの材料を積層して、フォトリソグラフィ法およびウェットエッチングにより、任意の形状に加工する。そして、上記第１のウエハ１０の上記ｎ型ＧａＡｓ基板１２にｎ型用電極を形成し、上記第２のウエハ２０にｐ型用電極を形成した後、所望のチップサイズに、ダイシング等で分割して、チップ分割を行って、上記ウエハボンディング型半導体素子１としての半導体発光素子を製造する。
【００７７】
このウエハボンディング型半導体素子１では、上記第２のウエハ２０として、透光性基板を用いているので、上記ウエハボンディング型半導体素子１として、赤色ＬＥＤを使用したとき、上記透光性基板をボンディングする前では、吸収基板型素子の発光出力が０．８ｍＷとなることに対して、上記透光性基板をボンディングした後では、発光出力が約８ｍＷと１０倍になって、発光の外部取り出し効率が改善されることが確認された。
【００７８】
ここで、上記ウエハボンディング型半導体素子１の発光効率をさらに上げるためには、吸収基板除去工程を加える。つまり、直接接合された上記第１のウエハ１０および上記第２のウエハ２０を冷却した後、加熱炉から上記第１のウエハ１０および上記第２のウエハ２０を取り出して、アンモニア水、過酸化水素および水の混合液により、上記ｎ型ＧａＡｓ基板１２および上記ｎ型ＧａＡｓバッファ層１３を溶解除去する。その後、上記第１のウエハ１０の上記Ａｌ０．６Ｇａ０．４Ａｓ電流拡散層１４にｎ型用電極を形成し、上記第２のウエハ２０にｐ型用電極を形成する。
【００７９】
なお、上記ｎ型ＧａＡｓ基板１２および上記ｎ型ＧａＡｓバッファ層１３が、上記ＡｌＧａＩｎＰ活性層１６からの光を吸収するため、上記ｎ型ＧａＡｓ基板１２および上記ｎ型ＧａＡｓバッファ層１３を除去したが、上記ＡｌＧａＩｎＰ活性層１６からの光を吸収しない材料からなるｎ型基板およびｎ型バッファ層であれば除去しなくてもよい。
【００８０】
本発明では、上記第１のウエハ１０および上記第２のウエハ２０の上記ボンディング界面３０が、抵抗を有するように、上記第１のウエハ１０および上記第２のウエハ２０を、互いにウエハボンディングにより接合する。
【００８１】
上記ボンディング界面３０の抵抗の値を制御して、全体の駆動電圧を、上記第１のウエハ１０の固有の電圧と上記第２のウエハ２０の固有の電圧とを加えた値よりも大きくなるように、調整する。
【００８２】
具体的に述べると、上記第１のウエハ１０のボンディング層１１および上記第２のウエハ２０のボンディング層２１のキャリアの種類によって、上記ボンディング界面３０の抵抗の値を制御する。
【００８３】
上記第１のウエハ１０のボンディング層１１および上記第２のウエハ２０のボンディング層２１は、ＭｇまたはＺｎをドープしたＧａＰのエピタキシャル層である。上記エピタキシャル層のドーパントであるＭｇおよびＺｎの組み合わせにより、上記ボンディング界面３０の抵抗の値を制御して、駆動電圧を調整する。
【００８４】
なお、上記第１のウエハ１０のボンディング層１１および上記第２のウエハ２０のボンディング層２１は、ＭｇまたはＺｎをイオン注入または拡散によりドープされた表面を有するようにしてもよい。
【００８５】
例えば、図６Ａと図６Ｂに示すように、上記第２のウエハ２０をＺｎドープのＧａＰ単結晶基板とし、上記第１のウエハ１０のボンディング層をｐ型ＧａＰコンタクト層１９としたとき、図６Ａに示すように、上記第１のウエハ１０のボンディング層へのドーパントがＺｎの場合に、上記ボンディング界面の抵抗値が小さくなる一方、図６Ｂに示すように、上記第１のウエハ１０のボンディング層へのドーパントがＭｇの場合に、上記ボンディング界面の抵抗値が大きくなる傾向が確認された。このとき、上記第２のウエハ２０のＺｎのドーパントの濃度は、５×１０１７ｃｍ−３であり、上記第１のウエハ１０のＺｎのドーパントの濃度は、３×１０１８ｃｍ−３であり、上記第１のウエハ１０のＭｇのドーパントの濃度は、３×１０１８ｃｍ−３である。
【００８６】
図７に、上記第１のウエハ１０のボンディング層へのドーパントの種類および濃度と、２０ｍＡでの半導体素子の駆動電圧ＶＦ（Ｖ）と、の関係を示す。なお、図７では、図５に示す上記押圧部５３の圧力（締め付けトルク）を、０．５Ｎｍ−１としている。
【００８７】
図７から分かるように、ドーパント濃度が同じ場合、Ｍｇのドーパントが、Ｚｎのドーパントよりも、駆動電圧（つまり、ボンディング界面の抵抗値）が大きくなる。また、Ｚｎのドーパントにおいて、ドーパント濃度が、大きくなるにつれて、駆動電圧（つまり、ボンディング界面の抵抗値）が小さくなる。
【００８８】
つまり、上記第１のウエハ１０のボンディング層１１および上記第２のウエハ２０のボンディング層２１のキャリアの濃度によって、上記ボンディング界面３０の抵抗の値を制御して、駆動電圧を調整することで、駆動電圧を一層細かく設定できる。
【００８９】
例えば、上記第１のウエハ１０のボンディング層を、濃度が２．５〜３．５×１０１８ｃｍ−３のＺｎをドープしたＧａＰ層とし、上記第２のウエハ２０のボンディング層を、濃度が０．５〜１．５×１０１８ｃｍ−３のＺｎをドープしたＧａＰ層として、上記ボンディング界面３０の抵抗の値を制御して、駆動電圧を３〜３．５Ｖにする。
【００９０】
したがって、この半導体素子を赤色の発光素子としたときに、この赤色の発光素子を、青色や緑色の他の色の発光素子の駆動電圧に、ほぼ揃えることができて、赤色、青色、緑色を同時点灯できる。
【００９１】
具体的に述べると、赤色、青色、緑色の発光素子を同時点灯させるのに、青色、緑色の発光素子は、ＩｎＧａＮ系がよく使われ、使用電流Ｉｆが２０ｍＡで、駆動電圧ＶＦが３〜３．５Ｖ程度のものが一般的である。
【００９２】
このとき、赤色の発光素子には、ＩｎＧａＡｌＰ系が明るいので組み合わせて使用されることが多いが、この場合、ＩｎＧａＡｌＰ系は、通常、使用電流Ｉｆが２０ｍＡで、駆動電圧ＶＦが１．９〜２．０Ｖ程度であるので、ここで、赤色の発光素子にウエハボンディング型半導体素子を使うことで、この駆動電圧を、使用電流Ｉｆが２０ｍＡで、３〜３．５Ｖにできる。
【００９３】
図８に、図５に示す上記押圧部５３の圧力（Ｎｍ−１）と、２０ｍＡでの半導体素子の駆動電圧ＶＦ（Ｖ）と、の関係を示す。なお、図８では、上記第２のウエハ２０のＺｎのドーパントの濃度は、５×１０１７ｃｍ−３であり、上記第１のウエハ１０のＭｇのドーパントの濃度は、３×１０１８ｃｍ−３である。
【００９４】
図８から分かるように、上記押圧部５３の圧力が大きくなるにしたがい、半導体素子の駆動電圧（つまり、ボンディング界面の抵抗値）が小さくなる。
【００９５】
このように、上記第１のウエハ１０と上記第２のウエハ２０とのウエハボンディング時の圧力によって、上記ボンディング界面３０の抵抗の値を制御することができて、簡単な方法で、半導体素子の駆動電圧を調整できる。
【００９６】
なお、上記第１のウエハ１０と上記第２のウエハ２０とのウエハボンディング時の温度によって、上記ボンディング界面３０の抵抗の値を制御してもよく、簡単な方法で、半導体素子の駆動電圧を調整できる。
【００９７】
また、上記第１のウエハ１０と上記第２のウエハ２０とのウエハボンディング時の時間によって、上記ボンディング界面３０の抵抗の値を制御してもよく、簡単な方法で、半導体素子の駆動電圧を調整できる。
【００９８】
上記構成の半導体素子によれば、互いにウエハボンディングにより接合されている第１のウエハ１０および第１のウエハ２０を有し、上記第１のウエハ１０および上記第２のウエハ２０のボンディング界面３０は、抵抗を有するので、上記半導体素子は抵抗を含み、上記半導体素子に別途、抵抗部品を接続する必要がない。
【００９９】
また、上記ボンディング界面３０の抵抗の値が制御されて、全体の駆動電圧が、上記第１のウエハ１０の固有の電圧と上記第２のウエハ２０の固有の電圧とを加えた値よりも大きくなるように、調整されているので、簡単な構成で、半導体素子の駆動電圧を調整できる。
【０１００】
したがって、複数の種類の異なる半導体素子を使用するとき、複数の半導体素子の抵抗値を、ボンディング界面３０の抵抗をコントロールすることで、揃えることができて、回路を単純化できる。
【０１０１】
また、上記第１のウエハ１０は、発光層を有するので、半導体発光素子に適用できる。
【０１０２】
また、上記第２のウエハ２０は、透光性を有するので、上記第２のウエハ２０は、上記第１のウエハ１０の発光光を透過して、光取り出し効率が向上する。
【０１０３】
また、上記第１のウエハ１０は、III−Ｖ族半導体層を含むので、上記発光層の発光波長を赤外領域から近紫外領域までの広い範囲から選択できる。
【０１０４】
上記構成の半導体素子の製造方法によれば、第１のウエハ１０および第２のウエハ２０のボンディング界面３０が、抵抗を有するように、上記第１のウエハ１０および上記第２のウエハ２０を、互いにウエハボンディングにより接合するので、上記半導体素子は抵抗を含み、上記半導体素子に別途、抵抗部品を接続する必要がない。
【０１０５】
したがって、複数の種類の異なる半導体素子を使用するとき、複数の半導体素子の抵抗値を、ボンディング界面３０の抵抗をコントロールすることで、揃えることができて、回路を単純化できる。
【０１０６】
また、上記ボンディング界面３０の抵抗の値を制御して、全体の駆動電圧を、上記第１のウエハ１０の固有の電圧と上記第２のウエハ２０の固有の電圧とを加えた値よりも大きくなるように、調整するので、簡単な方法で、半導体素子の駆動電圧を調整できる。
【０１０７】
また、上記第１のウエハ１０および上記第２のウエハ２０のそれぞれのボンディング層１１，２１のキャリアの種類によって、上記ボンディング界面３０の抵抗の値を制御するので、簡単な方法で、半導体素子の駆動電圧を調整できる。
【０１０８】
また、上記エピタキシャル層のドーパントであるＭｇおよびＺｎの組み合わせにより、上記ボンディング界面３０の抵抗の値を制御して、駆動電圧を調整するので、簡単な方法で、半導体素子の駆動電圧を調整できる。
【０１０９】
また、上記第１のウエハ１０および上記第２のウエハ２０の少なくとも一方のボンディング層１１，２１は、ＭｇまたはＺｎをイオン注入または拡散によりドープされた表面を有するので、上記ボンディング層１１，２１のキャリア濃度最適化によって、上記ボンディング界面３０の抵抗を制御できる。
【０１１０】
また、上記第１のウエハ１０および上記第２のウエハ２０のそれぞれのボンディング層１１，２１は、ＭｇまたはＺｎをイオン注入または拡散によりドープされた表面を有し、上記第１のウエハ１０および上記第２のウエハ２０のそれぞれのボンディング層１１，２１のキャリアの濃度によって、上記ボンディング界面３０の抵抗の値を制御して、駆動電圧を調整するので、上記ボンディング層１１，２１のキャリア濃度最適化によって、上記ボンディング界面３０の抵抗を制御できる。
【０１１１】
上記構成の半導体装置によれば、上記少なくとも一つの半導体素子は、上記他の半導体素子の駆動電圧に略一致するような駆動電圧を有するように、上記ボンディング界面３０の抵抗の値が制御されているので、上記複数の半導体素子の抵抗値を、上記ボンディング界面３０の抵抗をコントロールすることで、揃えることができて、回路を単純化できる。
【０１１２】
つまり、上記ボンディング界面３０の抵抗の値を、上記他の半導体素子の高い抵抗値に合わせるように、制御することで、別途、抵抗部品を設けることなく、上記半導体素子の駆動電圧を揃えることができる。
【０１１３】
なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、上記第１のウエハおよび上記第２のウエハは、単層でも多層構造でもよい。また、４元系のＡｌＧａＩｎＰ発光層を有する発光ダイオードに限ったものではなく、半導体結晶によりなる発光層を有する半導体発光素子であれば適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明の半導体素子の一実施形態を示す簡略構成図である。
【図２】従来の半導体装置の回路図である。
【図３】本発明の半導体装置の回路図である。
【図４】第１のウエハを示す簡略構成図である。
【図５】ウエハボンディング用治具を示す簡略構成図である。
【図６Ａ】第１のウエハのボンディング層へのドーパントがＺｎのときの、第１のウエハと第２のウエハとのボンディングを説明する説明図である。
【図６Ｂ】第１のウエハのボンディング層へのドーパントがＭｇのときの、第１のウエハと第２のウエハとのボンディングを説明する説明図である。
【図７】第１のウエハのボンディング層へのドーパントの種類および濃度と、２０ｍＡでの半導体素子の駆動電圧と、の関係を示すグラフである。
【図８】第１のウエハと第２のウエハとのウエハボンディング時の圧力と、２０ｍＡでの半導体素子の駆動電圧と、の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１１５】
１    （本発明の）ウエハボンディング型半導体素子
２    ウエハボンディング型でない第１の半導体素子
３    ウエハボンディング型でない第２の半導体素子
１０    第１のウエハ
１１    ボンディング層
２０    第２のウエハ
２１    ボンディング層
３０    ボンディング界面
５０    ウエハボンディング用治具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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