(57)【要約】【課題】ウェハサイズが大きい場合においても良好なウェハ貼合せ歩留りを有するウェハ接合用ジグ及びそのウェハ接合用ジグを用いて作られた発光素子を提供する。【解決手段】重ね合わされたウェハ２を上面から覆う上プレート３と、上記重ね合わされたウェハ２を下面から覆う下プレート４と、これら上プレート３と下プレート４とを両プレート３，４の周辺部で締結する締結具５とを有し、両プレート３，４により上記重ね合わされたウェハ２を上下から圧した状態を保持するウェハ接合用ジグ１において、上記上プレート３と上記下プレート４との間に少なくとも１枚の圧力分散板６を設けた。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重ね合わされたウェハを上面から覆う上プレートと、上記重ね合わされたウェハを下面から覆う下プレートと、これら上プレートと下プレートとを両プレートの周辺部で締結する締結具とを有し、両プレートにより上記重ね合わされたウェハを上下から圧した状態を保持するウェハ接合用ジグにおいて、上記上プレートと上記下プレートとの間に少なくとも１枚の圧力分散板を設けたことを特徴とするウェハ接合用ジグ。
【請求項２】
上記圧力分散板を上記重ね合わされたウェハと上記上プレートとの間及び上記重ね合わされたウェハと上記下プレートとの間にそれぞれ設けたことを特徴とする請求項１記載のウェハ接合用ジグ。
【請求項３】
上記圧力分散板の面を上記ウェハの面より大きくしたことを特徴とする請求項１又は２記載のウェハ接合用ジグ。
【請求項４】
上記圧力分散板を、カーボン又はグラファイトで形成したことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のウェハ接合用ジグ。
【請求項５】
上記圧力分散板は、あらかじめ厚みの異なる複数の圧力分散板について上記重ね合わされたウェハの代わりに感圧シートを圧して圧力の均一さを調べ、その調べた結果に基づいて均一な圧力がかかる最低限の厚みを有する圧力分散板を採用したことを特徴とする請求項１〜４いずれか記載のウェハ接合用ジグ。
【請求項６】
ＧａＡｓウェハ上に発光層を含む半導体エピタキシャル層を成長させた後、その発光層付きウェハとシリコンウェハとを重ね合わせ、これら重ね合わされたウェハを請求項１〜５いずれか記載のウェハ接合用ジグで上下から圧した状態に保持し、熱処理によってウェハ同士を接合させることを特徴とする発光素子用ウェハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェハサイズが大きい場合においても良好なウェハ貼合せ歩留りを有するウェハ接合用ジグ及び発光素子用ウェハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ；ＬＥＤ）の応用分野の拡大に伴い、光出力の増大に対する要求が高まっている。
【０００３】
このような要求に対し、特許文献１には、発光層を支持する基板を発光波長に対して透明な材料に貼り換えるという方法が提案されている。従来、発光波長に対して不透明だった基板で吸収されていた光を外部へと取り出すことが可能となり、光取出効率が向上するのである。
【０００４】
また、特許文献２には、発光層を支持する基板をより熱伝導率が大きい材料に貼り換えるという方法が提案されている。一般に、発光ダイオードの発光量は印加電流に比例して増加するが、同時に発熱量も増加し、発光層あるいは素子全体を劣化させてしまう。そこで、従来よりも熱伝導率が大きい基板を用いることで素子の放熱性を向上させ、より大電流での印加を可能とし、高出力が得られるようになるのである。
【０００５】
これらの構造の発光素子は、基板を機能性の材料に貼り替えるという観点で共通している。この基板貼り替え技術は、例えば現在市販されている既存の貼合せ装置（ウェハボンダ）を用いて行うことが出来る。しかし、この貼合せ装置は基本的にウェハの一括大量処理を不得手としている。つまり、装置１台（チャンバ１基）に付き、１枚ずつの処理しかすることが出来ない場合が殆どである。
【０００６】
また、貼り合わせ条件にもよるが、１回の貼り合わせ工程（試料投入〜加圧〜昇温〜保持〜降温〜試料取出）にはおよそ２時間から３時間を要する。これは、特に降温に時間がかかる為である。このため、ウェハ貼合せ工程に掛かる処理速度はＭＯＣＶＤ装置によって発光素子用エピタキシャルウェハの製造するスループットよりも悪く、これに対応するためにはウェハ貼合せ装置を大量に導入する等の莫大な費用を要する方法しかなかった。
【０００７】
そこで、特許文献３に、簡便かつ安価なジグを用いて、ウェハ貼合せを一括大量処理出来る方法が提案されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１４４３２２号公報
【特許文献２】特開２００４−０６６９２４号公報
【特許文献３】特開２００５−３１０９３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献３に示されたジグは、サイズが大きいウェハ同士の貼合せにおいて、ウェハ貼合せの歩留りが低くなってしまうという難点があった。これは、ウェハサイズの大径化に伴って、ジグ自体も必然的に大きくなる。また、ウェハサイズが大きくなる事でジグに印加すべき圧力が大きくなってくる。これによってジグが微小に湾曲し、ウェハ面内に印加される圧力の分布に偏りが生じてくるためである。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ウェハサイズが大きい場合においても良好なウェハ貼合せ歩留りを有するウェハ接合用ジグ及び発光素子用ウェハの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明のウェハ接合用ジグは、重ね合わされたウェハを上面から覆う上プレートと、上記重ね合わされたウェハを下面から覆う下プレートと、これら上プレートと下プレートとを両プレートの周辺部で締結する締結具とを有し、両プレートにより上記重ね合わされたウェハを上下から圧した状態を保持するウェハ接合用ジグにおいて、上記上プレートと上記下プレートとの間に少なくとも１枚の圧力分散板を設けたものである。
【００１２】
上記圧力分散板を上記重ね合わされたウェハと上記上プレートとの間及び上記重ね合わされたウェハと上記下プレートとの間にそれぞれ設けてもよい。
【００１３】
上記圧力分散板の面を上記ウェハの面より大きくしてもよい。
【００１４】
上記圧力分散板を、カーボン又はグラファイトで形成してもよい。
【００１５】
上記圧力分散板は、あらかじめ厚みの異なる複数の圧力分散板について上記重ね合わされたウェハの代わりに感圧シートを圧して圧力の均一さを調べ、その調べた結果に基づいて均一な圧力がかかる最低限の厚みを有する圧力分散板を採用してもよい。
【００１６】
また、本発明の発光素子用ウェハの製造方法は、ＧａＡｓウェハ上に発光層を含む半導体エピタキシャル層を成長させた後、その発光層付きウェハとシリコンウェハとを重ね合わせ、これら重ね合わされたウェハを請求項１〜５いずれか記載のウェハ接合用ジグで上下から圧した状態に保持し、熱処理によってウェハ同士を接合させるものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００１８】
（１）ウェハサイズが大きい場合においても良好なウェハ貼合せ歩留りが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
図１に示されるように、本発明に係るウェハ接合用ジグ１は、重ね合わされたウェハ（以下、接合用ウェハという）２を上面から覆う上プレート３と、接合用ウェハ２を下面から覆う下プレート４と、これら上プレート３と下プレート４とを両プレート３，４の周辺部で締結する締結具５とを有し、両プレート３，４により接合用ウェハ２を上下から圧した状態を保持するウェハ接合用ジグ１において、上プレート３と下プレート４との間に少なくとも１枚の圧力分散板６を設けたものである。
【００２１】
この実施形態では、接合用ウェハ２と上プレート３との間及び接合用ウェハ２と下プレート４との間に、それぞれ圧力分散板６を設けてある。
【００２２】
両プレート３，４は、いずれもステンレス（ＳＵＳ３０４）からなる円盤（円柱とも言う）であり、接合用ウェハ２や圧力分散板６に比して十分に剛性を有する。
【００２３】
この実施形態では、締結具５はステンレス製のネジ５ａで構成される。上プレート３にはこのネジ５ａを螺合して貫通させるためのネジ穴（図示せず）又は素通しで貫通させるための丸穴７が設けられている。下プレート４にはこのネジ５ａを螺合して貫通させるためのネジ穴８が設けられている。下プレート４にも丸穴を設けてボルトを螺合させるようにしてもよい。ネジ５ａの頭部は、外周が六角形に形成されており、スパナや六角レンチにて螺合が可能となっている。締結具５はネジ５ａに限らず、両プレート３，４により接合用ウェハ２を上下から圧した状態を保持できれば何でも良い。
【００２４】
ネジ５ａは２本以上必要である。この実施形態では、ネジ５ａは６本用い、各々のネジ５ａに均等に力が作用するよう、両プレート３，４の周に沿って等間隔で配置してある。ネジ５ａを両プレート３，４の周辺部に設けたのは、後述するプレスヘッドを上プレート３の中央部に当てるためである。
【００２５】
圧力分散板６は、カーボン又はグラファイトからなる円盤（円柱とも言う）であり、圧力分散板の面が接合用ウェハ２の面より大きいのが好ましい。
【００２６】
次に、圧力分散板６の厚みについて検討する。
【００２７】
後述する実施例１，２において圧力分散板６の厚みは２０ｍｍとした。
【００２８】
圧力分散板６の厚みは、両プレート３，４から接合用ウェハ２に伝わる圧力を均一に分散させる目的で、両プレート３，４のサイズ、両プレート３，４にプレス機から印加される圧力、両プレート３，４の材質に応じて設定するのが好ましい。
【００２９】
具体的には、プレート３，４の径が圧力分散板６の径よりも非常に大きいときには、プレス機から圧力を印加した際にプレート３，４の歪みが大きくなるので、その影響を無くすために、圧力分散板６の厚みを厚くする。逆に、両プレート３，４の径がそれほど大きくないときは、圧力分散板６の厚みは厚くしなくてよい。
【００３０】
プレート３，４の厚みが薄いときには、プレス機から圧力を印加した際にプレート３，４の歪みが大きくなるので、その影響を無くすために、圧力分散板６の厚みを厚くする。プレート３，４の厚みが厚いときは、圧力分散板６の厚みは薄くてよい。
【００３１】
プレス機から印加される圧力が比較的小さいときにはプレート３，４の歪みが小さいので、圧力分散板６の厚みは薄くても良いが、プレス機から印加される圧力が大きいときには、圧力分散板６の厚みを厚くする。
【００３２】
プレート３，４の材質が軟らかいときには、プレート３，４の歪みが大きいので、圧力分散板６の厚みを厚くする必要があるが、プレート３，４の材質が固いときには圧力分散板６の厚みを薄くしてもよい。
【００３３】
ウェハ接合用ジグ１が後述する実施例１，２に用いたサイズの場合、圧力分散板６の厚みは３ｍｍ〜３０ｍｍ程度の厚みが望ましい。勿論、圧力分散板６の厚みは厚ければ厚い方が接合用ウェハ２にかかる圧力が均一になる。反面、圧力分散板６を厚くすると、それだけウェハ接合用ジグ１の大きさが大きくなってしまう。これは熱処理炉に仕込む際に問題となる。ウェハ接合用ジグ１が大きくなると、大量に仕込むためには、熱処理炉を大型にする必要が生じる。熱処理炉を大型にしなければ、大量処理のスループットを悪化させてしまう。
【００３４】
ここで、実施例１の接合用ウェハ２を処理する際における、圧力分散板６の厚みと接合面積（接合歩留まり）との関係を説明する。図１３に示されるように、厚みがほとんど０ｍｍのとき接合面積が２０％に満たず、厚みが１０ｍｍになると接合面積がほぼ８０％となり、厚みが２０ｍｍを超えると接合面積が１００％に到達する。よって、この図から圧力分散板の厚みが１５ｍｍ程度あれば良好な歩留まりが得られることがわかる。
【００３５】
つまり、上下プレートの材質や厚さがある条件である場合において、図１３に示すように圧力分散板６の厚さが薄すぎると、印加された圧力を均一に分散させて接合用ウェハ２にかけることが出来ず、圧力の偏りが生じてしまう。その結果、接合用ウェハ２には多数のクラックやボイドが発生し、接合面積は小さくなってしまう（接合歩留まりが低くなってしまう）。また、逆に前述した１０〜１５ｍｍなどの良好な接合面積が得られる厚さ以上の厚みを圧力分散板６が有した場合、接合面積（接合歩留まり）は飽和する傾向が見られている。したがって、圧力分散板６の厚みは、感圧シートを用いて圧力の分布状況を調査して、その調査結果に基づいて、接合用ウェハ２に対し均一な圧力が掛かる最低限の厚み程度に抑えることが望ましいのである。
【００３６】
次に、圧力分散板６の面の大きさについて検討する。
【００３７】
圧力分散板６は、接合用ウェハ２のサイズよりも大きいことが望ましい。接合用ウェハ２のサイズよりも大きいとは、接合用ウェハ２の貼合せ主表面の面積よりも、圧力分散板６の接合用ウェハ２を押圧する面の面積が大きいことを指す。接合用ウェハ２のサイズよりも圧力分散板６が小さいと、実質的に接合用ウェハ２を押圧出来る領域が少なくなることとなり、得られる貼替え型発光素子の数が少なくなってしまう。また、それによって接合用ウェハ２にクラックを発生させる原因とも成り得る為、圧力分散板６のサイズが接合用ウェハ２よりも小さいことは好ましくないのである。
【００３８】
圧力分散板６については、実施形態においてカーボン又はグラファイトとしたが、これに限定されるわけではなく、ステンレス鋼などの硬材を用いても圧力分散の機能を有する材料であれば本発明の効果が得られる。
【００３９】
図１のウェハ接合用ジグ１においては、圧力分散板６を接合用ウェハ２を上下から挟み込むように２枚使用する形態としたが、圧力分散板６が１枚だけであっても、また、３枚以上を重ねて使用してもよい。上プレート３や下プレート４に湾曲が生じても、圧力分散板６を設けることにより、それに接する接合用ウェハ２においては圧力の偏りが改善されるものであり、それによってウェハ接合の歩留りが改善される。すなわち、圧力分散板６の枚数に制限はなく、適宜変更が可能である。
【００４０】
また、両プレート３，４の材料については、実施形態においてＳＵＳ３０４ステンレスとしたが、これに限定されるわけではなく、モリブデン鋼やＳＵＳ３０４以外のステンレス鋼などであっても本発明の効果が得られる。
【００４１】
さて、本発明の要点は、ウェハ接合用ジグ１に圧力分散板６を用いたことにある。接合用ウェハ２と両プレート３，４との間に圧力分散板６を設けることで、両プレート３，４及び接合用ウェハ２に圧力（荷重）を掛けた時に生ずる圧力の偏りを緩和し、接合用ウェハ２の割れを防止することができる。
【００４２】
ここで、比較のために図２に比較例を示す。このウェハ接合用ジグ２１は、接合用ウェハ２を上面から覆う上プレート３と、接合用ウェハ２を下面から覆う下プレート４と、これら上プレート３と下プレート４とを両プレート３，４の周辺部で締結する締結具５とを有し、両プレート３，４により接合用ウェハ２を上下から圧した状態を保持するものである。圧力分散板６は用いられない。
【００４３】
次に、図１のウェハ接合用ジグ１で接合用ウェハ２を保持する手順を説明する。
【００４４】
図３（ａ）に示されるように、下から順に、下プレート４、圧力分散板６、接合用ウェハ２、圧力分散板６、上プレート３を設ける。図３（ｂ）に示されるように、上プレート３の丸穴７にネジ５ａを通し、そのネジ５ａをネジ穴８に緩く螺合させて全体を仮固定する。図３（ｃ）に示されるように、プレス機（図示せず）のプレスヘッド３１を上プレート３の中央部に当て、そのプレスヘッド３１の中央部をプレスシャフト３２で押し下げて上プレート３に下向きの圧力を印加する。下プレート４の下面はプレス機の定盤に置いて上向きの反力が生じるようにしておく。このように両プレート３，４により接合用ウェハ２を上下から圧した状態で、ネジ５ａをネジ穴８に固く螺合させて全体を固定する。図３（ｄ）に示されるように、ウェハ接合用ジグ１をプレス機から取り出すと、接合用ウェハ２を上下から圧した状態が保持される。
【００４５】
このとき、図４に示されるように、本発明のウェハ接合用ジグ１では、上プレート３と下プレート４とがその外周部においてネジ５ａで締結されており、中央部には圧力を加えていたプレスヘッド３１が除去されているため、両プレート３，４は外周部で上下から圧する力を受け、中央部で接合用ウェハ２及び圧力分散板６からの反力を受ける。このため、両プレート３，４が湾曲し、圧力分散板６の最外周の角部に力が集中する。しかし、圧力分散板６はこのような集中した力を分散して伝える働きがあるので、接合用ウェハ２には偏りがなく力が伝達される。
【００４６】
これに対し、図５に示されるように、比較例のウェハ接合用ジグ２１では、プレス機から取り出して接合用ウェハ２を上下から圧した状態に保持しようとしたとき、両プレート３，４が湾曲し、接合用ウェハ２の最外周の角部に力が集中する。つまり、接合用ウェハ２には偏った力が伝達される。
【００４７】
以上説明したように、本発明のウェハ接合用ジグ１によれば、接合用ウェハ２にかかる圧力の分布に偏りが生じないので、ウェハ貼合せ歩留りが向上する。特に、ウェハサイズが大きい場合において、図４、図５で説明した両プレート３，４の湾曲が顕著になるが、本発明を適用することにより、圧力の偏りが解消され、良好なウェハ貼合せ歩留りが得られる。
【００４８】
このようなウェハ接合用ジグ１を複数個用意し、大型の熱処理炉に同時に投入することで、貼り合わせ工程におけるスループットを大幅に向上させることが可能となる。
【００４９】
さらに、ウェハ接合用ジグ１は両プレート３，４、ネジ５ａ、圧力分散板６といった簡易かつ安価な部材で構成されるため、従来のウェハ接合用ジグに比較すると圧倒的に安価である。
【００５０】
本発明のウェハ接合用ジグ１は、基板貼り替え型ＬＥＤ等の発光素子における貼り替え工程のコストを極めて低く保つことが可能となる。すなわち、ウェハ接合用ジグ１は基板貼り替え型ＬＥＤ等の発光素子の大量生産に適している。
【００５１】
以下、発光素子用ウェハの製造方法について説明する。
【００５２】
ウェハ接合用ジグ１を用いた発光素子用ウェハの製造方法は、ＧａＡｓウェハ上に発光層を含む半導体エピタキシャル層を成長させた後、この発光層付きＧａＡｓウェハとシリコンウェハとを重ね合わせ、これら重ね合わされたウェハを上記ウェハ接合用ジグで上下から圧した状態に保持し、熱処理によってウェハ同士を接合させるものである。
【００５３】
本発明の発光素子である発光ダイオードにおいて、半導体エピタキシャル基板を形成する材料に特に制限はない。半導体基板としてはＧａＡｓの他にＩｎＰ、Ｇｅ、サファイア等を用いてもよい。また、発光層としては、ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体の他に、ＧａＮ系化合物半導体、ＩｎＧａＡｓＰ系化合物半導体等を用いてもよい。
【００５４】
本発明の発光素子である発光ダイオードにおいて、貼り替え基板を構成する材料は、熱伝導や電気伝導を考慮すると、化合物および合金よりも単体が望ましく、例えば、シリコン、ゲルマニウム、アルミニウム、金、銀、銅、白金、チタン、モリブデン、タングステン等が挙げられるが、貼り替え基板の線膨張係数とエピタキシャル基板やそこへ成長させたエピタキシャル層の線膨張係数との差があまりにも大きくなると、エピ層や基板の割れの問題につながるので、この点を考慮するとＧａＰやＣｕ−Ｗ合金、Ｃｕ−Ｍｏ合金などの化合物材料も選択の範囲となる。したがって、必ずしもこれらの材料に限定されるものではない。
【実施例】
【００５５】
以下、本発明のウェハ接合用ジグ１を用いて製造した発光素子及び比較例のウェハ接合用ジグ２１を用いて製造した発光素子について述べる。
（実施例１）
図６（ａ）に示されるように、直径１０１．６ｍｍ、厚さ４００μｍのＳｉドープｎ型ＧａＡｓ基板（ウェハのこと；以下、基板と言う）６１を準備した。これをＭＯＣＶＤ装置に投入し、発光層を含む半導体エピタキシャル層を成長した。成長したエピタキシャル層は、Ｓｉドープｎ型ＧａＡｓ基板６１上に、Ｓｉドープｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）Ｉｎ０．５Ｐエッチストップ層６２、Ｓｉドープｎ型ＧａＡｓ保護層６３、Ｓｉドープｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層６４、アンドープ （Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層６５、Ｍｇドープｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層６６、Ｍｇドープｐ型ＧａＰコンタクト層６７を順次成長し、エピタキシャル基板６８を得た。
【００５６】
次に、図６（ｂ）に示されるように、エピタキシャル基板６８のエピタキシャル成長を行った側（Ｍｇドープｐ型ＧａＰコンタクト層６７側）に、厚さ５０ｎｍのＡｕＢｅ膜を直径１５μｍ、３０μｍピッチ間隔でドットマトリクス状に真空蒸着法にて形成してオーミック電極６９とした。ドット状に形成するためには周知のフォトリソグラフィ技術を用いている。
【００５７】
そして、図６（ｃ）に示されるように、オーミック電極６９を形成したこの試料を窒素雰囲気中で４００℃、１０分間の熱処理を行い、ＧａＰコンタクト層６７中にオーミック接合合金層７０を得た。
【００５８】
次に、図６（ｄ）に示されるように、Ｍｇドープｐ型ＧａＰコンタクト層６７側の主表面全面に厚さ２００ｎｍのＡｌ膜７１ａ、厚さ１００ｎｍのＮｉ膜７１ｂ、厚さ５００ｎｍのＡｕ膜７１ｃを順次形成し、第一金属接合層７１を得た。この状態のものをエピタキシャル基板７２とする。
【００５９】
次に、図７に示されるように、直径１０１．６ｍｍ、厚さ４００μｍ 、片面鏡面研磨仕上げのＢドープｐ型シリコン基板７３を準備した。更に、当該シリコン基板の鏡面仕上げ面には、厚さ５０ｎｍのＴｉ膜７４ａ、厚さ５００ｎｍのＡｕ膜７４ｂを順次蒸着し、第二金属接合層７４を得た。
【００６０】
その後、本発明のウェハ接合用ジグ１を準備した。ウェハ接合用ジグ１は、上プレート３及び下プレート４の直径はおよそ１３５ｍｍとし、圧力分散板６の直径は１０４ｍｍとした。圧力分散板６の厚みは２０ｍｍとした。
【００６１】
次に、あらかじめ下プレート４上に設置しておいた圧力分散板６の上に図６（ｄ）のエピタキシャル基板７２の第一金属接合層７１側の面と、図７のシリコン基板７３の第二金属接合層７４側の面を向かい合わせ、シリコン基板７３が下側になるように重ね、接合用ウェハ２として設置した。この上にもう１枚の圧力分散板６を載せ、最後に上プレート３を載せた。
【００６２】
この状態が図３（ａ）の状態である。そして、図３（ｂ）のようにウェハ接合用ジグ１をネジ５ａで軽く締結した。この仮締めした状態のウェハ接合用ジグ１を図３（ｃ）のように油圧プレスにてプレスした。この時の印加圧力は約８．９ｋＮとした。そして、この圧力が印加された状態でネジ５ａを固締めし、図３（ｄ）のようにネジ締め後に油圧プレスによる圧力印加を解除した。この状態では、油圧プレスによる圧力印加はされておらず、両プレート３，４を締結するネジ５ａによって接合用ウェハ２に圧力が印加され、その圧力印加状態が保持されている。
【００６３】
そして、このウェハ接合用ジグ１（接合用ウェハ２を含む）を図示しない熱処理炉に投入した。熱処理炉には油回転ポンプ（ロータリーポンプ）が接続されており、これを用いて炉内圧力を１３．３３Ｐａ以下にまで減圧した。続いて熱処理炉のヒータ部を３００℃に加熱し、３００℃に到達してから３０分の保持時間を持って熱処理を行った。そして３０分経過後にヒータ部の加熱を中止し、炉内温度が１００℃まで低下したところでウェハ接合用ジグ１を熱処理炉から取り出した。
【００６４】
ここで、接合用ウェハ２をウェハ接合用ジグ１に装着して熱処理炉で行う熱処理について説明しておく。
【００６５】
図１４に示されるように、時間０分では、接合用ウェハ２を装着したウェハ接合用ジグ１を熱処理炉に投入する（Ｓ１）。このとき温度はまだ常温のままとする。時間１０分で炉内の真空引きを開始し（Ｓ２）、時間２０分で目標の炉内圧力になると同時に炉内昇温を開始する（Ｓ３）。時間５０分のとき炉内温度が熱処理温度となり、温度保持を開始する（Ｓ４）。時間８０分から炉内降温を開始する（Ｓ５）。時間１６０分では、炉内への大気導入を開始し（Ｓ６）、時間１８０分を過ぎると炉内が大気圧になると共に温度も１００℃を下回るので、ウェハ接合用ジグ１を熱処理炉から取り出す（Ｓ７）。
【００６６】
このようにして、ウェハ接合用ジグ１の表面温度が４０℃以下まで低下したことを確認し、ネジ５ａを緩めて接合用ウェハ２を取り出した。するとエピタキシャル基板７２とシリコン基板７３は金属接合層７１，７４を介して全面で接合しており、目視によるひび割れ等の接合不良は確認されなかった。更に、超音波顕微鏡を用いて検査したところ、図８に示すように、白い円（円周の線）のように見えるのがウェハ外周縁に沿った未接合領域８１であり、その未接合領域８１の内側を占めている黒い円（囲まれた面）のように見えるのが接合した基板面８２であり、その基板面８２内に剥離（未接合領域、空隙）は確認できなかった。
【００６７】
このように、実施例１では、接合用ウェハ２にかかる圧力が場所によらず均一になり、接合用ウェハ２の割れ等もなくウェハ口径の大きな場合における接合歩留りが向上することが証明できた。
【００６８】
ここで、ウェハ接合用ジグ１における圧力分布を測定するために、接合用ウェハ２を設置する位置へ感圧シートを置き、感圧シートの変色により圧力分布を測定した。感圧シートとは、富士フィルムビジネスサプライ株式会社製のプレスケール、感圧紙（いずれも登録商標）などの、所定値以上圧力がかかった部分が変色し、所定値未満の圧力しかかからなかった部分は変色しないシート状の試験具のことである。圧力測定の手順は、感圧シートを圧力分散板６にて上下から挟み込んだ後、その更に上下から両プレート３，４にて挟む様に設置した。その後、プレス機にて所望の圧力を印加し、最後にネジ５ａを締め付けた。
【００６９】
図９に示されるように、この時の感圧シートによる測定結果では、黒色で表示されている部分９１が圧力が強く印加された部分であり、白色で示された所は圧力が殆どかからなかった部分である。図示した圧力印加部分９１はウェハと形も大きさも一致しており、白色の圧力非印加部分はごく僅かしかない。つまりこれらによって、実施例１のウェハ接合用ジグ１は、この後に述べる比較例と同様に、プレス機による圧力印加後、その圧力を保持するべくネジ５ａで締結したことによって両プレート３，４の湾曲が生じたとしても、接合用ウェハ２の上下に挟み込むようにして設けられた圧力分散板６によって接合用ウェハ２に印加される圧力の偏りが改善されたことを表している。
【００７０】
次に、実施例１の接合用ウェハ２による発光素子の製造プロセスを説明する。
【００７１】
初めに、熱処理後の接合用ウェハ２のＧａＡｓ基板６１（図６（ｄ）参照）を厚さ８０μｍまで機械研磨し、残ったＧａＡｓ基板６１をアンモニア水と過酸化水素水の混合液でエッチングして完全に除去した。その後、塩酸（塩酸濃度５０％）のエッチング液に接合用ウェハ２をディップし、表面に露出していたエッチストップ層６２を除去した。
【００７２】
次に、図１０に示されるように、一般的なフォトリソグラフィ技術を用い、エッチストップ層６２の除去によって露出したＧａＡｓ保護層６３上に表面電極１０１のパターンニングを行った。その後、当該表面に厚さ１５０ｎｍのＡｕＧｅ合金、厚さ１０ｎｍのＮｉ膜、厚さ５００ｎｍのＡｕ膜を真空蒸着装置にて蒸着した。真空蒸着装置から接合用ウェハ２を取り出した後にはリフトオフ法を用いて完全なる電極形成を行った。続いて、ここまでプロセスした接合基板を硫酸と過酸化水素水の混合液に数秒間浸し、ＧａＡｓ保護層６３が電極形状とほぼ等しくなるようにエッチングした。これによって、ＧａＡｓ保護層６３は表面電極１０１の直下にだけ存在し、表面電極１０１直下以外の光取り出し面には光吸収層となるＧａＡｓは存在しないことになる。
【００７３】
次に、シリコン基板７３にはスパッタ装置を用いて厚さ５００ｎｍのアルミニウム膜を形成し、裏面電極１０２とした。
【００７４】
続いて、接合用ウェハ２をアロイ炉にセットし、アロイ温度３５０℃、アロイ時間５分の熱処理を行った。これによって、表面電極１０１、及び裏面電極１０２のオーミック性接触を得た。
【００７５】
この後、接合用ウェハ２をダイシング装置で３００μｍ角のチップへと加工し、金属ステム１０３へ搭載した。このとき、シリコン基板７３が金属ステム１０３とＡｕＳｎはんだ（図示せず）を介して接触するように配置した。さらにワイヤボンディングを行い、Ａｕワイヤ１０４が表面電極１０１に接続された形態とした。以上の工程により、接合用ウェハ２から発光ダイオードを製造するに至った。
（比較例）
実施例１と全く同じ条件にて、図６（ａ）のエピタキシャル基板６８を作成し、図６（ｂ）のようにオーミック電極６９を形成し、図６（ｃ）のようにオーミック接合合金層７０を形成した。さらに、実施例１と全く同じ条件にて、図６（ｄ）のように第一金属接合層７１を形成してエピタキシャル基板７２を得た。
【００７６】
次に、実施例１と全く同じ条件にて、図７のシリコン基板７３に第二金属接合層７４を形成した。
【００７７】
その後、図２に示す比較例のウェハ接合用ジグ２１を準備した。ウェハ接合用ジグ２１は、実施例１のウェハ接合用ジグ１と圧力分散板６以外は同じ条件となるよう、上プレート３及び下プレート４の直径も同じとした。
【００７８】
次に、実施例１と同様に、下プレート４上にエピタキシャル基板７２とシリコン基板７３からなる接合用ウェハ２を設置し、図３（ａ）の状態とした。そして実施例１と同じ条件で、図３（ｂ）のように仮締めし、図３（ｃ）のようにプレスして固締めし、図３（ｄ）のように圧力印加を解除した。
【００７９】
そして、実施例１と同様に、このウェハ接合用ジグ２１（接合用ウェハ２を含む）を図示しない熱処理炉に投入し、同じ条件で熱処理してウェハ接合用ジグ２１を熱処理炉から取り出した。ウェハ接合用ジグ２１の表面温度が４０℃以下まで低下したことを確認し、ネジ５ａを緩めて接合用ウェハ２を取り出した。
【００８０】
ここまで、ウェハ接合用ジグ２１を用いたこと以外は実施例１と全く同じ工程を行ったことになる。
【００８１】
ところが、エピタキシャル層の付いたＧａＡｓ基板６１は、目視で確認することが可能なレベルのクラックがＧａＡｓ基板６１の表面（エピタキシャル層が付いた側とは反対の主表面）に数本発生していた。但し、クラックの発生はあるものの、ＧａＡｓ基板６１とシリコン基板７３は金属接合層７１，７４を介して接合していた。この接合用ウェハ２を超音波顕微鏡を用いて検査したところ、図１１に示されるように、白い部分を多く含んだ円（丸く囲まれた面＝ウェハの全体形状である）のように見える基板面１１１の中に、黒ずんだ広がりを持つ部分である接合が達成された接合領域１１２と、白い部分である未接合領域１１３と、黒いひび割れ線のようなクラック１１４が確認された。
【００８２】
ここで、ウェハ接合用ジグ２１における圧力分布を測定するために、接合用ウェハ２を設置する位置へ感圧シートを置き、感圧シートの変色により圧力分布を測定した。圧力測定の手順は、実施例１と全く同じである。
【００８３】
図１２に示されるように、着色して表示されている圧力が強く印加された部分１２１と、白色で示された圧力が殆ど掛からなかった部分１２２とが明瞭に区別できる。つまり、比較例のウェハ接合用ジグ２１は、プレス機による圧力印加後、その圧力を保持するべくネジ５ａで締結したことによって両プレート３，４の湾曲が生じ、接合用ウェハ２に印加される圧力に偏りが生じてしまうことを表している。
（実施例２）
実施例２では、ウェハ接合用ジグ１の構成は実施例１と同じ、接合用ウェハ２のうちのエピタキシャル基板７２に関する基本構成は実施例１とほとんど同じとし、エピタキシャル基板７２に貼り合わせる相手の基板にシリコン基板７４ではなくＺｎドープのｐ型ＧａＡｓ基板を用いた。貼り合わせ相手の基板にＧａＡｓ基板を用いることで、実施例１とは金属接合層７１，７４の構造等が変更される。
【００８４】
まず、実施例１と同じエピタキシャル基板７２を作成すると共に、相手のＧａＡｓ基板（図示せず）を準備し、このＧａＡｓ基板に厚さ１００ｎｍのＡｕＢｅ合金、厚さ１０ｎｍのＮｉ膜、厚さ５００ｎｍのＡｕ膜を真空蒸着装置にて蒸着した。次にこのＧａＡｓ基板をアロイ炉にセットし、アロイ温度４００℃、アロイ時間５分の熱処理を行った。これによってＧａＡｓ基板へのオーミック性接触を得た。次に、このＧａＡｓ基板を再び真空蒸着装置にセットし、今度は厚さ５０ｎｍのＴｉ膜、次いで厚さ５００ｎｍのＡｕ膜を形成し、これによって金属接合層を得た。このＧａＡｓ基板をエピタキシャル基板７２に重ねて接合用ウェハ２とした。この後は、実施例１の工程と同じように接合用ウェハ２をウェハ接合用ジグ１に設置し、両プレート３，４により接合用ウェハ２を上下から圧した状態を保持して熱処理を施し、その後、ＬＥＤの素子化プロセスを行った。
【００８５】
実施例２は、実施例１と同等、若しくはそれ以上の結果を得ることが出来た。つまり、貼り合わせ支持体となる相手の基板にＧａＡｓ基板を用いた構成においても良好な結果を得られることが証明された。
【００８６】
エピタキシャル基板７２の製造方法は、実施例１で示したような有機金属気相成長法である必要はなく、例えば液相エピタキシャル成長等の方法を用いてもよい。
【００８７】
接合膜に用いる金属膜やその構造は実施例１に限定されるものではなく、例えばＡｕ層の部分がＡｇに置き換わっていたり、他の金属や合金を用いても良い。更に、必ずしも金属膜である必要はなく、導電性接着剤等を用いてもよい。また、温度、雰囲気等の接合条件に関しても実施例１に限定されるものではなく、必要に応じて適宜変更が可能である。
【００８８】
実施例１においては、エピタキシャル基板７２に貼合せる相手の基板をシリコン基板７３としたが、相手の基板がＣｕ−Ｗ合金基板、Ｇｅ基板、ＧａＰ基板などであっても、本発明の効果が得られる。
【００８９】
図６の実施形態では、エピタキシャル基板７２は、ＧａＡｓ基板６１、ＡｌＧａＩｎＰエッチストップ層６２、ＧａＡｓ保護層６３、クラッド層６４、活性層６５、クラッド層６６、ＧａＰコンタクト層６７を有する構造としたが、この構造に限定されるものではなく、これ以外に中間層が挿入されたり、ある層が別の材料によって構成されるコンタクト層に置き換わった構造としたり、ＤＢＲ（分布ブラッグ反射層）が挿入されていたりしても、本発明の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明による発光素子は、照明機器、液晶用バックライト、各種インジケータ、表示パネル等のデバイスに応用することができる。特に、大電流および大出力での特性に優れているため、自動車のストップランプ等に応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の一実施形態を示すウェハ接合用ジグの平面及び側面図である。
【図２】比較例のウェハ接合用ジグの平面及び側面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、図１のウェハ接合用ジグで接合用ウェハ２を保持する手順を示す側面図である。
【図４】本発明のウェハ接合用ジグにおける湾曲及び圧力のイメージ図である。
【図５】比較例のウェハ接合用ジグにおける湾曲及び圧力のイメージ図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の発光素子に用いるエピタキシャル基板を製造する手順を示す側断面図である。
【図７】本発明の発光素子に用いるシリコン基板の側断面図である。
【図８】本発明のウェハ接合用ジグを用いた接合用ウェハの超音波顕微鏡による接合面の観察イメージ図である。
【図９】本発明のウェハ接合用ジグを感圧シートにより圧力分布測定した結果の観察イメージ図である。
【図１０】発光素子の製造プロセスにおける接合用ウェハ及びチップ兼用の断面図である。
【図１１】比較例のウェハ接合用ジグを用いた接合用ウェハの超音波顕微鏡による接合面の観察イメージ図である。
【図１２】比較例のウェハ接合用ジグを感圧シートにより圧力分布測定した結果の観察イメージ図である。
【図１３】本発明における圧力分散板の厚みに対する接合面積及び接合歩留まりの関係図である。
【図１４】本発明における接合用ウェハを熱処理する際のタイムチャートである。
【符号の説明】
【００９２】
１  ウェハ接合用ジグ
２  接合用ウェハ（重ね合わされたウェハ）
３  上プレート
４  下プレート
５  締結具
５ａ  ネジ
６  圧力分散板
【図１】
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【図２】
2007300033.tif 000004
【図３】
2007300033.tif 000005
【図４】
2007300033.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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