(57)【要約】【課題】大量のウェハ貼り合わせを安価に行うことを可能とし、ウェハサイズが大きい場合においても、ウェハ貼り合わせの歩留まりを改善することが可能とする。【解決手段】  半導体発光層が形成された第一基板と、第一基板とは別途準備された第二基板とを貼り合わせるために使用される基板接合用治具であって、第一基板と第二基板とを重ねてなる積層ウェハを両側から挟むための一対のプレートと、一対のプレートに両側から加えられる圧力を保持するための保持部材と、一対のプレートのうち少なくとも一方のプレートと積層ウェハとの間に設けられ、プレートに接する側の主表面に凸面を有し、積層ウェハに接する側の主表面が平坦面である半凸面板と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光層が形成された第一基板と、前記第一基板とは別途準備された第二基板とを貼り合わせるために使用される基板接合用治具であって、
前記第一基板と前記第二基板とを重ねてなる積層ウェハを両側から挟むための一対のプレートと、
前記一対のプレートに両側から加えられる圧力を保持するための保持部材と、
前記一対のプレートのうち少なくとも一方のプレートと前記積層ウェハとの間に設けられ、前記プレートに接する側の主表面に凸面を有し、前記積層ウェハに接する側の主表面が平坦面である半凸面板と、
を備えることを特徴とする基板接合用治具。
【請求項２】
請求項１に記載の基板接合用治具であって、
前記半凸面板の前記プレートに接する部位の厚さが、３ｍｍ以上３０ｍｍ以下である
ことを特徴とする基板接合用治具。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の基板接合用治具であって、
前記半凸面板の前記プレートに接する部位の曲率半径が、２００ｍｍ以上８００ｍｍ以下である
ことを特徴とする基板接合用治具。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の基板接合用治具であって、
前記半凸面板の平坦面の外周縁が、前記第一基板と前記第二基板との貼り合せ面の外周縁より大きい
ことを特徴とする基板接合用治具。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の基板接合用治具であって、
前記保持部材による保持点が、前記一対のプレートの平面部の中央に対して略対象の位置に形成されている
ことを特徴とする基板接合用治具。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の基板接合用治具であって、
前記一対のプレートのうち少なくとも一方のプレートと前記半凸面板との間に緩衝材を設けた
ことを特徴とする基板接合用治具。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の基板接合用治具を用いた発光素子用ウェハの製造方法であって、
前記第一基板と前記第二基板とを重ねた前記積層ウェハを、前記半凸面板を介して前記一対のプレートで挟む工程と、
前記積層ウェハを挟んだ前記一対のプレートの両側から圧力を加える工程と、
前記一対のプレートに加わる圧力を前記保持部材により保持する工程と、
前記一対のプレートに挟まれた前記積層ウェハを加熱する工程と、
を有することを特徴とする発光素子用ウェハの製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の発光素子用ウェハの製造方法であって、
前記第一基板が、半導体発光層が予め形成されているＧａＡｓから構成されている
こと特徴とする発光素子用ウェハの製造方法。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の発光素子用ウェハの製造方法であって、
前記第二基板が、ＧａＡｓよりも熱伝導率が高い半導体材料から構成されている
ことを特徴とする発光素子用ウェハの製造方法。
【請求項１０】
請求項７又は８に記載の発光素子用ウェハの製造方法であって、
前記第二基板が、Ｃｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌのいずれか、若しくはこれらの金属を５０ｗｔ％以上含有して主成分とした合金から構成されている
ことを特徴とする発光素子用ウェハの製造方法。
【請求項１１】
請求項７又は８に記載の発光素子用ウェハの製造方法であって、
前記第二基板が、ＧａＡｓから構成されている
ことを特徴とする発光素子用ウェハの製造方法。
【請求項１２】
請求項７から１１のいずれかに記載の発光素子用ウェハの製造方法であって、
前記第一基板と前記第二基板との貼り合せ面に、少なくとも１層以上の金属接合層、又は合金から成る金属接合層を形成し、
前記第一基板と前記第二基板とを、前記金属接合層を介して貼り合わせる
ことを特徴とする発光素子用ウェハの製造方法。
【請求項１３】
請求項７から１２のいずれかに記載の発光素子用ウェハの製造方法であって、
前記金属接合層は、Ａｕ、又はＡｇのいずれかを含む
ことを特徴とする発光素子用ウェハの製造方法。
【請求項１４】
請求項７から１３のいずれかに記載の発光素子用ウェハの製造方法を用いて製造された発光素子用ウェハ。
【請求項１５】
請求項１４に記載の発光素子用ウェハから得た発光素子用チップ。
【請求項１６】
請求項１５に記載の発光素子用チップから得た発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子の製造に用いられる基板接合用治具、基板接合用治具を用いた発光素子用ウェハの製造方法、発光素子用ウェハ、発光素子用チップ、及び発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ  ；  ＬＥＤ）等の発光素子は、例えば、ＭＯＣＶＤ装置等を用いて発光素子用エピタキシャルウェハを製造し、この発光素子用エピタキシャルウェハに電極を設けてチップ化し、このチップをステムに搭載することにより得られる。
【０００３】
近年、発光素子の応用分野の拡大に伴い、発光素子の光出力の増大に対する要求が高まっている。
このような要求に対して、例えば、特許文献１に開示されているように、発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、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。この方法によれば、発光波長に対して不透明な基板で吸収されてしまう光を外部へ取り出すことが可能となり、光取出効率が向上する。
【０００４】
また、例えば、特許文献２に開示されているように、発光素子用エピタキシャルウェハにおいて、発光層を支持する基板を熱伝導率が大きい材料に貼り換えるという方法も提案されている。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大するが、その場合発熱量も同時に増大してしまうため、熱により発光層あるいは素子全体が劣化してしまう。しかし、この方法によれば、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が向上するため、より大電流での印加が可能となり、高出力が得られる様になる。
【０００５】
これらの方法は、発光素子用エピタキシャルウェハの一部を機能性の材料に貼り替えることにより光出力の増大を図るという点で共通している。
基板の貼り替え方法としては、例えば、現在市販されている既存の貼り合せ装置（ウェハボンダ）を用いる方法の他、特許文献３に開示されている方法も用いることが出来る。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１４４３２２号公報
【特許文献２】特開２００４−０５５９２４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】
【０００７】
しかしながら、既存のウェハボンダを用いる基板の貼り替え方法は、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、１台のウェハボンダに付き、ウェハを１枚ずつしか処理することが出来ない場合が殆どである。また、貼り合せ条件にもよるが、１回の貼り合せ工程（基板投入〜加圧〜昇温〜保持〜降温〜ウェハ取出）では、特に降温に時間がかかるため、全工程で２時間から３時間を要することが殆どである。
このため、ウェハボンダを用いる基板の貼り替え方法のウェハ貼り合せの処理速度は、ＭＯＣＶＤ装置が発光素子用エピタキシャルウェハを製造する処理速度（スループット）よりも遅く、これに対応するためには、ウェハボンダを大量に導入する等の莫大な費用を要する点が問題となる。
【０００８】
一方、特許文献３に開示された基板の貼り替え方法は、上部プレートと下部プレートとを備えた治具の間にウェハをセットし、これらを加圧した状態のまま治具の各プレートをボルト・ナットで固定することにより、ウェハへの加圧状態を保持し、その後、治具ごと加熱炉に格納して加熱処理を行うものである。
しかしながら、特許文献３に開示された治具は、ウェハサイズが大径化するにつれ、ウェハ面内に印加される圧力分布に偏りが生じ、貼り合せの歩留りが悪化してしまう点が問題となる。これは、ウェハサイズの大径化に伴い、治具自体も必然的に大きくなるとともに、印加すべき圧力も大きくなるため、加圧の際に治具が僅かに湾曲することが主な原因の一つと考えられる。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、より多くの基板貼り合わせを安価に行うことが可能であり、基板サイズが大きい場合においても、基板貼り合わせの歩留まりを改善することが可能な基板接合用治具、発光素子用ウェハの製造方法、発光素子用ウェハ、発光素子用チップ、及び発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決する第１の発明は、半導体発光層が形成された第一基板と、前記第一基板とは別途準備された第二基板とを貼り合わせるために使用される基板接合用治具であって、前記第一基板と前記第二基板とを重ねてなる積層ウェハを両側から挟むための一対のプレートと、前記一対のプレートに両側から加えられる圧力を保持するための保持部材と、前記一対のプレートのうち少なくとも一方のプレートと前記積層ウェハとの間に設けられ、前記プレートに接する側の主表面に凸面を有し、前記積層ウェハに接する側の主表面が平坦面である半凸面板と、を備える。
【００１１】
なお、第１の発明においては、前記半凸面板の前記プレートに接する部位の厚さが、３ｍｍ以上３０ｍｍ以下であるように構成されてもよいし、前記半凸面板の前記プレートに接する部位の曲率半径が、２００ｍｍ以上８００ｍｍ以下であるように構成されてもよいし、前記半凸面板の平坦面の外周縁が、前記第一基板と前記第二基板との貼り合せ面の外周縁より大きく構成されてもよい。
【００１２】
さらに、第１の発明においては、前記保持部材による保持点が、前記一対のプレートの平面部の中央に対して略対象の位置に形成されているよう構成されてもよい。
【００１３】
また、第１の発明においては、前記一対のプレートのうち少なくとも一方のプレートと前記半凸面板との間に緩衝材を設けるように構成されてもよい。
【００１４】
前記課題を解決する第２の発明は、第１の発明に記載の基板接合用治具を用いた発光素子用ウェハの製造方法であって、前記第一基板と前記第二基板とを重ねた前記積層ウェハを、前記半凸面板を介して前記一対のプレートで挟む工程と、前記積層ウェハを挟んだ前記一対のプレートの両側から圧力を加える工程と、前記一対のプレートに加わる圧力を前記保持部材により保持する工程と、前記一対のプレートに挟まれた前記積層ウェハを加熱する工程と、を有することを特徴とする発光素子用ウェハの製造方法である。
【００１５】
なお、第２の発明においては、前記第一基板が、半導体発光層が予め形成されているＧａＡｓから構成されてもよい。
【００１６】
さらに、第２の発明においては、前記第二基板がＧａＡｓよりも熱伝導率が高い半導体材料から構成されてもよいし、前記第二基板がＣｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌのいずれか、若しくはこれらの金属を５０ｗｔ％以上含有して主成分とした合金から構成されてもよいし、前記第二基板がＧａＡｓから構成されてもよい。
【００１７】
さらに、第２の発明においては、前記第一基板と前記第二基板との貼り合せ面に、少なくとも１層以上の金属接合層、又は合金から成る金属接合層を形成し、前記第一基板と前記第二基板とを、前記金属接合層を介して貼り合わせるように構成されてもよいし、前記金属接合層は、Ａｕ、又はＡｇのいずれかを含むように構成されてもよい。
【００１８】
前記課題を解決する第３の発明は、第２の発明にかかる発光素子用ウェハの製造方法を用いて製造された発光素子用ウェハである。
【００１９】
前記課題を解決する第４の発明は、第３の発明にかかる発光素子用ウェハから得た発光素子用チップである。
【００２０】
前記課題を解決する第５の発明は、第４の発明にかかる発光素子用チップから得た発光素子である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明にかかる基板接合用治具、発光素子用ウェハの製造方法、発光素子用ウェハ、発光素子用チップ、及び発光素子においては、より多くの基板貼り合わせを安価に行うことが可能となり、基板サイズが大きい場合においても、基板貼り合わせの歩留まりを改善することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、図面を参照しながら、本発明の一実施形態にかかる基板接合用治具の構造、及び基板接合用治具を用いた発光素子用ウェハの製造方法、並びにこれらを用いて製造される発光素子について説明する。
【００２３】
（１−１）基板接合用治具の構造
参照する図面において、図１は、本発明の一実施形態にかかる基板接合用治具を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
図１（ｂ）に示すように、基板接合用治具１は、第一基板２１と第二基板２２とを重ねてなる積層ウェハ２を両側から挟むための上部プレート１１及び下部プレート１２と、上部プレート１１及び下部プレート１２に両側から加えられる圧力を保持するための保持部材としての６本のネジ１３と、上部プレート１１及び下部プレート１２と積層ウェハ２との間にそれぞれ配設される２枚の半凸面板１４と、を備える。
【００２４】
半凸面板１４は、上部プレート１１又は下部プレート１２のうちいずれか一方と積層ウェハ２との間に１枚のみ配置されることでも、一定の効果を得ることは可能である。ただし、最大の効果を得るには、２枚の半凸面板１４を、積層ウェハ２を両側から挟むように配置することがより望ましい。本発明の一実施形態では２枚の半凸面板１４を配置する構成としている。
【００２５】
（１−２）上下プレートの構成
図１（ｂ）に示すように、上下プレート１１，１２は対をなしており、積層ウェハ２を両側から挟むように構成される。上下プレート１１，１２の主表面のうち、半凸面板１４と対向する面は、平面形状となっている。そして、上下プレート１１，１２は、半凸面板１４と、上下プレート１１，１２の略中心部で接触するよう構成される。
【００２６】
なお、図１（ａ）に示すように、本発明の一実施形態において上下プレート１１，１２の形状は円板状である。ただし、形状は必ずしも円板に限定されず、楕円形であっても、多角形であってもよい。
【００２７】
また、上下プレート１１，１２を構成する材料は、上下プレート１１，１２に両側から加圧された際に変形が生じないことが望ましく、また、積層ウェハ２に行う加熱処理に際して耐熱性を有することが望ましい。本発明の一実施形態において、上下プレート１１，１２はＳＵＳ３０４ステンレス鋼を材料としているが、例えば、モリブデンや、ＳＵＳ３０４以外の鋼材を用いることも可能である。
【００２８】
（１−３）保持部材の構成
上部プレート１１の外周部には、保持部材としてのネジ１３を通すための６つの貫通孔１１ａが、上部プレート１１の周方向に等間隔に形成されている。
また、下部プレート１２の外周部には、頭部を有するネジ１３が螺合される６つのネジ切り穴１２ａが、貫通孔１１ａに対応した位置に形成されている。
【００２９】
ネジ１３は、上部プレート１１の貫通孔１１ａを通り、下部プレート１２のネジ切り穴１２ａに螺合される。ネジ１３の頭部は、横断面形状が、例えば六角形となるように形成されており、スパナや六角レンチ等により容易にねじ締めが可能となっている。従って、上下プレート１１，１２に両側から圧力が加えられた状態でネジ１３を締めることにより、上下プレート１１，１２に加わる圧力を保持することが可能となる。
【００３０】
貫通孔１１ａ及びネジ切り穴１２ａは、ネジ１３を締めたときの保持点となるが、これら保持点は、上下プレート１１，１２の平面部の中央に対して略対象の位置になるように配置されている。
【００３１】
なお、本発明の一実施形態において、上下プレート１１，１２に印加された圧力を保持する保持部材としてネジ１３を用いたが、本発明はこれに限定されず、例えば、ボルト・ナットを用いてもよいし、上下プレート１１，１２を上下に挟み込むコ字状の締め付け部材などを用いてもよい。また、貫通孔１１ａ、ネジ切り穴１２ａの個数、及びネジ１３の本数は、それぞれ２以上あることが好ましく、３以上あることがより好ましい。
【００３２】
（１−４）半凸面板の構成
半凸面板１４は、一方の主表面に凸曲面１４ｂを有する。本発明の一実施形態において、凸曲面１４ｂの形状は全面が凸球面となっている。凸曲面１４ｂは、上下プレート１１，１２に対向する。
半凸面板１４の他方の主表面は平坦面１４ａとなっている。半凸面板１４の平坦面１４ａは、積層ウェハ２の表裏面と対向する。なお、平坦面１４ａは、積層ウェハ２の表裏面に均等に接することができるよう、平坦かつ平滑に構成されていることが望ましい。
半凸面板１４は、上下プレート１１，１２と、凸曲面１４ｂの頂点部分のみで接することにより、上下プレート１１，１２を両側から加圧する際に、たとえ上下プレート１１，１２が平行になっていなくても、また、上下プレート１１，１２が変形しても、半凸面板１４の傾きが自動的に調整されることで、平坦面１４ａは積層ウェハ２の表裏面に対して常に平行に保たれることになる。
【００３３】
半凸面板１４の上下プレート１１，１２に接する部分の厚さ、すなわち平坦面１４ａから凸曲面１４ｂの頂点までの厚さは、積層ウェハ２に伝わる圧力を均一に分散させる為に極めて重要なパラメータとなる。
半凸面板１４を薄くしすぎると、半凸面板１４の凸曲面１４ｂの頂点に印加された圧力を半凸面板１４内部で分散させることが出来ず、平坦面１４ａから積層ウェハ２の表裏面内へ加わる圧力に偏りが生じてしまう。その結果、積層ウェハ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という問題が生じる。すなわち、接合の歩留まりが悪化してしまう。
一方、半凸面板１４を厚くしすぎると、基板接合用治具１が大きくなってしまう。その結果、熱処理炉に多数の治具をセットすることが出来ず、貼り合せ処理のスループットを悪化させてしまうという問題が生じる。
半凸面板１４の望ましい厚さは、半凸面板１４の材料、平坦面１４ａの大きさ、凸曲面１４ｂの形状、印加される圧力等によって適宜設定されるが、積層ウェハ２に均一な圧力をかけることができる最低限の厚みに抑えることが、大量処理をする上で望ましい。
【００３４】
半凸面板１４の上下プレート１１，１２に接する部位の曲率半径も、積層ウェハ２の表裏面内に伝わる圧力を均一に分散させる為に極めて重要なパラメータとなる。
半凸面板１４の曲率半径を大きくしすぎると、図１１に示した比較例のイメージの様に、加圧によりプレート１１，１２が湾曲し、その湾曲部分が半凸面板１４と接触して、半凸面板１４に複数方向から圧力が加わってしまい、積層ウェハ２を挟持する面（平坦面１４ａ）の平行が保たれなくなることがある。その結果、積層ウェハ２に加わる圧力が不均一となり、ウェハ接合の歩留りを低下させてしまうという問題が生じる。
一方、曲率半径を小さくしすぎると、半凸面板１４の凸曲面１４ｂと、プレート１１，１２との接触面積も小さくなる。そして、曲率半径を極端に小さくしすぎると、上述の接触面積が小さくなりすぎ、半凸面板１４に圧力が加わる面積も極めて小さくなる。前述のとおり、半凸面板１４に加わる圧力を均一に分散するには、半凸面板１４が一定の厚さを有する必要があるが、プレート１１，１２に圧力が加わる面積が小さくなると、半凸面板１４の厚さをさらに厚くさせる必要性が生じることとなる。こうなると、基板接合用治具１の全体の高さが大きくなるため、熱処理を行う炉に投入出来る基板接合用治具１の数が少なくなってしまい、スループットの悪化を招いてしまう。
半凸面板１４の望ましい曲率は、プレート１１，１２の厚さや材料、印加される圧力、貼り合わせるウェハのサイズ等によって適宜変更されるが、通常、曲率半径は８００〜２００ｍｍ程度が望ましく、５００ｍｍ程度がより望ましい。
【００３５】
本発明の一実施形態においては、半凸面板１４の凸曲面１４ｂ全体を凸球面形状としたが、本発明はこれに限定されず、例えば、半凸面板１４の片面の一部（中心部）にのみ凸球面を設けるようにしてもよい。また、凸曲面１４ｂの形状は球面に限らず、例えば楕円球などの非球面形状であってもよく、さらには円錐、三角錐、四角錐等の錐体であってもよい。
【００３６】
半凸面板１４の平坦面１４ａの外周縁は、第一基板２１と第二基板２２との貼り合せ面の外周縁より大きいことが望ましい。すなわち、貼り合せ面の面積よりも、半凸面板１４が積層ウェハ２を押圧する面の面積が大きいことが望ましい。
ウェハサイズよりも半凸面板１４が小さいと、実質的に積層ウェハ２を押圧出来る面積が少なくなることとなり、積層ウェハ２から得られる発光素子の数が少なくなってしまう。また、それによって積層ウェハ２にクラックを発生させる原因とも成り得る為、半凸面板１４のサイズが積層ウェハ２よりも小さいことは好ましくない。
【００３７】
本発明の一実施形態において、半凸面板１４は、加圧時の変形が少ないこと、熱処理時に熱膨張が少なくないこと、さらには高い耐熱性を有すること等を理由にカーボンを材料としている。但し、材料は特に限定されるわけではなく、ステンレス鋼等の硬材も材料として用いることができる。
【００３８】
（１−５）他の構成
また、図１（ｂ）に図示はしていないが、上部プレート１１若しくは下部プレート１２と、半凸面板１４の凸曲面１４ｂとの間に、緩衝材が設けられていてもよい。緩衝材は、半凸面板１４の凸曲面１４ｂと、上部プレート１１又は下部プレート１２との接触面積を更に大きくでき、積層ウェハ２に対して、より一層均一に圧力を加える効果を生じる。また、同様に、積層ウェハ２と半凸面板の平坦面１４ａとの間にも、緩衝材が設けられていてもよい。この場合にも、積層ウェハ２に対して、より一層均一に圧力を加える効果を生じる。
緩衝材の材料としては、シリコンシート、カプトンシート、グラファイトシート等、貼り合せ工程時の熱処理温度に耐え得る耐熱性を有し、かつ、フレキシブルな柔軟性を有している材料が望ましい。
【００３９】
（２−１）発光素子の製造方法
次に、図２、図３、及び図１２を用いて、本発明の一実施形態にかかる基板接合用治具１を用いた発光素子の製造方法について説明する。
まず（２−２）において貼り合せ対象である第一基板、及び第二基板の製造方法について述べる。その後、（２−３）において発光素子用ウェハの製造方法について述べ、さらに（２−４）において発光素子の製造方法について述べる。
【００４０】
（２−２）第一基板、第二基板の用意
以下に、図３を用い、貼り合せ対象となる第一基板２１、及び第二基板２２の製造方法について説明する。参照する図面において、図３は本発明の一実施形態にかかる第一基板、及び第二基板の断面図を示し、（ａ）は各層がエピタキシャル成長された第一基板にオーミック電極を形成した状態を示す断面図であり、（ｂ）はＧａＰコンタクト層に対してオーミック接合合金層を形成した状態を示す断面図であり、（ｃ）はＧａＰコンタクト層の主表面全面に第一金属接合層を形成した状態を示す断面図である。また、（ｄ）は第二基板を示す断面図である。
【００４１】
最初に、図３（ａ）〜（ｃ）を用い、本発明の一実施形態における第一基板２１の製造方法を説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、Ｓｉドープｎ型ＧａＡｓ基板２１ａ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（２１ｂ〜２１ｇ）を成長させる。具体的には、Ｓｉドープｎ型ＧａＡｓ基板２１ａ上に、Ｓｉドープｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）Ｉｎ０．５Ｐエッチストップ層２１ｂ、Ｓｉドープｎ型ＧａＡｓ保護層２１ｃ、Ｓｉドープｎ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２１ｄ、アンドープ（Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ活性層２１ｅ、Ｍｇドープｐ型（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐクラッド層２１ｆ、Ｍｇドープｐ型ＧａＰコンタクト層２１ｇを順次成長させる。
そして、真空蒸着法を用い、コンタクト層２１ｇ上に、電流分散用のオーミック電極２１ｈをドットマトリクス状に形成する。なお、ドット状に形成するためには、例えばフォトリソグラフィ技術を用いることができる。
【００４２】
続いて、図３（ｂ）に示すように、不活性ガス雰囲気中で所定の条件で熱処理を行い、コンタクト層２１ｇに対してオーミック接合合金層２１ｉを形成する。
【００４３】
続いて、図３（ｃ）に示すように、ＧａＰコンタクト層２１ｇ側の主表面全面に、第一金属接合層２３としてのＡｌ膜２３Ａ、Ｎｉ膜２３Ｂ、Ａｕ膜２３Ｃを順次形成することにより、第一基板２１の製造を完了する。
【００４４】
次に、図３（ｄ）を用い、本発明の一実施形態における第二基板２２の製造方法を説明する。
まず、片面鏡面研磨仕上げのシリコン基板２２ａを用意する。そして、シリコン基板２２ａの鏡面仕上げ面に、Ｔｉ膜２４Ａ、Ａｕ膜２４Ｂを順次蒸着することにより第二金属接合層２４を形成し、第二基板２２の製造を完了する。
【００４５】
（２−３）発光素子用ウェハの製造方法
次に、図２を用い、発光素子用ウェハ２’の製造方法について説明する。参照する図面において、図２は本発明の一実施形態にかかる２枚の基板の貼り合せ工程を示す図であり、（ａ）は上下プレート間に半凸面板と積層ウェハをセットする工程を示す側面図であり、（ｂ）はネジの仮締め工程を示す側面図であり、（ｃ）はプレスによる加圧工程を示す側面図であり、（ｄ）は積層ウェハへ掛かる圧力が治具により保持された状態を示す側面図である。
【００４６】
まず、図２（ａ）に示すように、半導体発光層を有する第一基板２１と、放熱性を向上させるための機能材料としての第二基板２２とを、第一金属接合層２３と第二金属接合層２４とが対向するように重ね合わせて積層ウェハ２とする。
そして、この積層ウェハ２を、２枚の半凸面板１４の平坦面１４ａで挟み込み、さらに、これらを上部プレート１１と下部プレート１２との間にセットする。
この際、上下プレート１１，１２の中心と、半凸面板１４の凸曲面１４ｂの頂点部分とが一致するように配置することが望ましい。
また、半凸面板１４の平坦面１４ａの中心と、積層ウェハ２の表裏面の中心とを一致させて、第一基板２１と第二基板２２との貼り合せ面の外周縁が、半凸面板１４の平坦面１４ａの外周縁の内側に入るように配置することが望ましい。
【００４７】
続いて、図２（ｂ）に示すように、ネジ１３を、上部プレート１１の貫通孔１１ａに挿入しつつ、下部プレート１２のネジ切り穴１２ａに仮締めする。
【００４８】
続いて、図２（ｃ）に示すように、上部プレート１１をプレス機Ｐで下方に押圧することで、半凸面板１４を介して積層ウェハ２を加圧する。このとき、プレス機Ｐからの圧力は、まず、上部プレート１１及び下部プレート１２と半凸面板１４の凸曲面１４ｂとの接触部分から各半凸面板１４に伝達され、この各半凸面板１４の内部で適宜分散された後、その平坦面１４ａを介して積層ウェハ２の表裏面内に均一に伝達される。なお、本発明の一実施形態では、プレス機Ｐによる加圧を上から行うようにしたが、本発明はこれに限定されず、下から行ってもよいし、上下の両方から行ってもよい。
【００４９】
その後、図２（ｄ）に示すように、そして、積層ウェハ２に加える圧力が所定値となったときに、ネジ１３を、その頭部が上部プレート１１の上面に接する位置までネジ切り穴１２ａに締める。これにより、プレス機Ｐによる加圧を解除した後も、積層ウェハ２へ均一に加わる圧力がネジ１３で保持される。
【００５０】
その後は、図示しないが、プレス機Ｐから外された基板接合用治具１を、積層ウェハ２を挟持した状態で熱処理炉に投入して加熱処理する。なお、熱処理炉には、例えば油回転ポンプなどの排気ポンプを接続し、加熱中の炉内圧力を減圧することが望ましい。
【００５１】
加熱処理の終了後、所定温度まで炉内温度が降下するのを待ってから炉内圧力を大気圧へ戻し、熱処理炉より基板接合用治具１を取り出す。その後、基板接合用治具１のネジ１３を緩め、第一基板２１と第二基板２２とがアロイ接合された発光素子用ウェハ２’の製造を完了する。
【００５２】
（２−４）発光素子の製造方法
続いて、前述の発光素子用ウェハ２’を加工する発光素子の製造方法について説明する。参照する図面において、図１２は、本発明の一実施形態における発光素子の模式的な断面図である。
【００５３】
まず、発光素子用ウェハ２’について、第一基板２１側のＧａＡｓ基板２１ａを厚さ８０μｍまで機械研磨し、残ったＧａＡｓ基板２１ａ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する。その後、塩酸（塩酸濃度５０％）のエッチング液に発光素子用ウェハ２’をディップし、表面に露出していたｎ型ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層２１ｂを除去する。
【００５４】
次に、一般的なフォトリソグラフィ技術を用い、エッチングストップ層２１ｂの除去によって露出したｎ型ＧａＡｓ保護層２１ｃ上に、表面電極２５をパターンニングする。なお、表面電極２５のイメージは図１２に示しておく。
その後、表面電極２５の表面に、厚さ１５０ｎｍのＡｕＧｅ合金（図示しない）、厚さ１０ｎｍのＮｉ膜（図示しない）、厚さ５００ｎｍのＡｕ膜（図示しない）を真空蒸着装置にて蒸着する。
続いて、発光素子用ウェハ２’を、硫酸と過酸化水素水の混合液に数秒間浸し、ＧａＡｓ保護層２１ｃの露出面、すなわち表面電極２５に覆われていない部分をエッチングにより除去する。これによって、光吸収層となるＧａＡｓ保護層２１ｃは表面電極２５の直下にだけ存在し、表面電極２５のない面、すなわち光取り出し面には存在しないことになる。
【００５５】
次に、発光素子用ウェハ２’のシリコン基板２２ａ側に、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て、裏面電極２６とする。続いて、発光素子用ウェハ２’を加熱炉にセットし、加熱温度３５０℃、加熱時間５分のアロイ処理を行う。これによって、表面電極２５、及び裏面電極２６のオーミック性接触を得る。
この後、ダイシング装置を用い、発光素子用ウェハ２’を例えば３００μｍ角のチップへと加工し、このチップを金属ステム２０へ搭載する。このとき、裏面電極２６側がＡｕＳｎはんだを介して金属ステム２０と接触するように配置する。さらにワイヤボンディングを行い、Ａｕワイヤ３０が表面電極２５に接続された形態とする。以上の工程により、発光素子としての発光ダイオードＤの製造を完了する。
【００５６】
（３）本発明の一実施形態による効果
以下に、本発明の一実施形態にかかる効果について説明する。
【００５７】
まず、上述の通り、半凸面板１４は、上下プレート１１，１２と、常に凸曲面１４ｂの頂点部分のみで接触しているため、半凸面板１４の平坦面１４ａは、積層ウェハ２の表裏面に対して自動的に平行に保たれる。
また、プレス機Ｐからの圧力が各半凸面板１４内で適宜分散され、平坦面１４ａを介して積層ウェハ２の表裏面内に均一に伝達される。
したがって、たとえ第一基板２１及び第二基板２２のウェハサイズが大きい場合であっても、極めて歩留り良く基板の貼り合せを行うことが出来る。
【００５８】
また、積層ウェハ２を挟持したまま基板接合用治具１を熱処理する工程において、仮にプレート１１，１２が熱により湾曲変形したとしても、プレート１１，１２と半凸面板１４とは常に１点で接触しているため、上述の効果は損なわれない。
【００５９】
また、本発明の一実施形態にかかる基板接合用治具１は、ステンレス製の上部プレート１１、ステンレス製の下部プレート１２、ステンレス製のネジ１３、カーボン製の半凸面板１４から構成されており、安価である。
【００６０】
また、本発明の一実施形態にかかる発光素子用ウェハの製造方法は、積層ウェハ２を加圧した状態のまま、基板接合用治具１ごと熱処理炉に格納して加熱処理を行うことができるため、従来のウェハボンダのような加圧と加熱とを同時に行うための装置は不要であり、設備コストを抑えることができる。
【００６１】
そして、本発明の一実施形態にかかる発光素子用ウェハの製造方法は、上述の通り加圧処理と加熱処理とが別工程であることから、加圧処理を済ませた基板接合用治具を予め多数用意して、大型の熱処理炉に同時に格納して熱処理を行うことにより、貼り合せの処理速度を大幅に向上させることが可能となる。
【００６２】
＜他の実施の形態＞
なお、本発明は上述の一実施形態に限定されることなく、以下に例示するように様々な形態で利用できる。
【００６３】
本発明の一実施形態においては、半導体エピタキシャル基板である第一基板２１の材料をＧａＡｓとしたが、材料に特に制限はない。半導体エピタキシャル基板としては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。
【００６４】
本発明の一実施形態においては、貼り替え基板である第二基板２２を構成する材料をシリコンとしたが、本発明はこれに限定されず、例えば、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（Ｇｅ、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ）等を用いてもよい。
また、放熱性向上の観点から、好ましくは、第二基板としてＣｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌのいずれか、若しくはこれらの金属を５０ｗｔ％以上含有して主成分とした合金や、ＧａＡｓより熱伝導率が高い半導体材料を用いるのが望ましい。ただし、熱伝導や電気伝導を考慮すると、化合物半導体、及び合金よりも単一元素から構成された材料が望ましい。
また、貼り替え基板である第二基板２２の線膨張係数と第一基板２１や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、エピタキシャル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。但し、必ずしもこれらの材料に限定されるものではない。
【００６５】
本発明の一実施形態においては、エピタキシャル層の構造を、ＡｌＧａＩｎＰエッチングストップ層、ＧａＡｓ保護層、クラッド層、活性層、ＧａＰコンタクト層で構成したが、特に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、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よい。
【００６６】
半導体エピタキシャル基板である第一基板２１の製造方法は、本実施例で示したような有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）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。
【００６７】
本発明の一実施形態においては、第一基板２１と第二基板２２とを貼り合わせる主表面上に、２層の金属接合層２３，２４を形成したが、本発明はこれに限定されず、少なくとも１層形成すればよい。また、金属接合層は、合金からなっていてもよく、好ましくは、少なくともＡｕ、Ａｇのいずれかを含むことが望ましい。
【００６８】
本発明の一実施形態においては、金属接合層に用いる金属膜やその構造は上述の形態に限定されるものではなく、例えばＡｕ層の部分がＡｇに置き換わっていてもよいし、他の金属や合金を用いてもよい。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。
【００６９】
本発明の一実施形態においては、温度、雰囲気等の接合条件に関しても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。
【００７０】
本発明の一実施形態による発光素子は、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、及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。但し、必ずしもこれらの用途に限定されない。
【実施例】
【００７１】
以下に、実施例を、比較例（従来例）と比較することで説明するとともに、発光素子の製造方法も詳細に説明する。
【００７２】
［実施例１〜８］
＜第一基板２１について＞
まず、直径１０１．６ｍｍ（４インチ）、厚さ４００μｍのＳｉドープｎ型ＧａＡｓ基板２１ａをＭＯＣＶＤ装置に投入し、半導体エピタキシャル層（２１ｂ〜ｇ）を成長させた。続いて、真空蒸着法を用い、Ｍｇドープｐ型ＧａＰコンタクト層２１ｇ上に、ＡｕＢｅ膜によるオーミック電極２１ｈを、直径１５μｍ、厚さ５０ｎｍ、ピッチ間隔３０μｍのドットマトリクス状に形成した。その後、窒素雰囲気中で４００℃、１０分間の熱処理を行い、オーミック接合合金層２１ｉを形成した。続いて、ＧａＰコンタクト層２１ｇ側の主表面全面に、第一金属接合層２３として、厚さ２００ｎｍのＡｌ膜２３Ａ、厚さ１００ｎｍのＮｉ膜２３Ｂ、厚さ５００ｎｍのＡｕ膜２３Ｃを順次形成して、第一基板２１を得た。
【００７３】
＜第二基板２２について＞
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２２ａを準備した。そして、シリコン基板２２ａの鏡面仕上げ面に、第二金属接合層２４として、厚さ５０ｎｍのＴｉ膜２４Ａ、厚さ５００ｎｍのＡｕ膜２４Ｂを順次蒸着して、第二基板２２を得た。
【００７４】
＜基板接合用治具１について＞
半凸面板１４は、カーボン製とし、その直径を１０４ｍｍ、凸曲面の曲率半径をＲ５０７．８ｍｍとした。そして半凸面板１４の最大厚みは、実施例１から８のそれぞれについて、順に３ｍｍ、６ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍとした。
【００７５】
＜発光素子の製造方法について＞
積層ウェハ２を挟んだ基板接合用治具１への印加圧力は約８．９ｋＮとした。
また、加熱処理中の炉内圧力、加熱温度、加熱時間、降温時間については、図５に示すとおりである。すなわち、加熱炉に基板接合用治具１を導入し（経過時間：０分）、炉内圧力を１３．３３Ｐａまで減圧し（１０〜２０分）、通電ヒータを３００℃に加熱して３０分かけて炉内温度を３００℃まで昇温し（２０〜５０分）、炉内温度を保ったまま３０分間保持した（５０〜８０分）。その後、加熱を停止して炉内温度の降温を待ってから炉内圧力を大気圧に戻し（８０〜１６０分）、炉内温度が１００℃まで低下したところで基板接合用治具１を取り出した（１８０分）。その後、基板接合用治具１の表面温度が４０℃以下まで低下したことを確認して、基板接合用治具１のネジ１３を緩めて発光素子用ウェハ２’を取り出した。
【００７６】
＜結果１；クラックの発生状況について＞
前述の発光素子用ウェハ２’について、第一基板２１と第二基板２２との接合面積（接合歩留まり）と半凸面板１４の厚さとの関係を、図１３に示す。
その結果、実施例１（半凸面板１４の最大厚み３ｍｍ）の場合は、半凸面板１４を用いない場合（すなわち、図１３において厚みが０ｍｍの場合）と比べ、接合面積（接合歩留まり）は略倍増していることがわかった。
そして、半凸面板１４の厚さを増すにつれて、接合面積（接合歩留まり）は拡大（改善）していくことが分かった。
例えば、実施例５（半凸面板１４の最大厚み２０ｍｍ）における発光素子用ウェハ２’について、その接合面を目視で確認したところ、第一基板２１と第二基板２２とは金属接合層２３，２４を介して全面で接合しており、ひび割れ等の接合不良は確認できなかった。また、実施例５において、超音波顕微鏡を用いて発光素子用ウェハ２’の接合面を検査したところ、図６に示すように、接合面での剥離（未接合領域、空隙）やクラックは確認できなかった。
なお、半凸面板１４の厚さが３０ｍｍを超える範囲では、接合面積（接合歩留まり）は飽和状態になることがわかった。
【００７７】
＜圧力分布の測定について＞
続いて、基板接合用治具１の圧力分布を測定する為、実施例５の構成において、積層ウェハ２を設置する位置へ感圧紙（例えば、富士フイルムビジネスサプライ株式会社製のプレスケールなど）を置き、基板接合用治具１の圧力分布を測定した。圧力測定の手順は、感圧紙を上部プレート１１、及び下部プレート１２で上下から挟む様に設置した。その後、プレス機Ｐにて所望の圧力を印加し、最後にネジ１３を締めて圧力を保持した。
【００７８】
＜結果２；圧力分布について＞
実施例５における感圧紙による測定結果を図７に示す。黒意部分が強く圧力が加わっていることを示しており、これによれば、半凸面板１４を用いることで、積層ウェハ２に加わる圧力が、ほぼ均一に分散されることが確認できた。
【００７９】
［実施例９］
＜第一基板２１、第二基板２２、発光素子の製造方法について＞
実施例５と同様である。
＜基板接合用治具１について＞
基本構成は実施例５と同じとし、上下プレート１１，及び上下プレート１２と、半凸面板１４との間に緩衝材を挿入した。緩衝材としては、シリコンシート（厚み０．５ｍｍのもの）を用いている。
＜結果１；クラックの発生状況について＞
この様な構成で実験を行った結果、実施例５と同等、若しくはそれ以上の結果を得ることができた。つまり、本実施例９に示した構成においても良好な結果を得る事ができた。
【００８０】
［実施例１０］
＜第一基板２１、第二基板２２について＞
基本構成は実施例５と同じとし、第一基板２１に貼り合わせる第二基板として、Ｚｎドープのｐ型ＧａＡｓ基板を用いた構造を試作した。貼り合わせ基板にＧａＡｓを用いることで、実施例１とは金属接合層の構造等が変更される。
まず、ＧａＡｓから成る第二基板を準備し、これに厚さ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。続いて、第二基板２２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第二基板へのオーミック性接触を得た。続いて、当該ウェハ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。
＜発光素子の製造方法について＞
実施例５と同様である。
＜結果１；クラックの発生状況について＞
その結果、実施例５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、本実施例１０に示した様に、貼り合わせ支持体となる第二基板にＧａＡｓを用いた構成においても良好な結果を得る事ができた。
【００８１】
［比較例］
次に、従来の基板接合用治具１’を用いた発光素子の製造方法について、図４、及び図９から図１１を用いて説明する。
＜第一基板２１、第二基板２２について＞
実施例５と同様である。
＜従来の基板接合用治具１’について＞
従来の基板接合用治具１’は、図４（ａ）、及び（ｂ）に示すように、実施例における基板接合用治具１に比べ、２枚の半凸面板１４が設けられていない点が異なるが、他は実施例と同様の構造となっている。
【００８２】
＜発光素子の製造方法について＞
半凸面板１４を用いない点を除き、実施例５と同様である。
＜結果１；クラックの発生状況について＞
上記の結果、エピタキシャル層の付いたＧａＡｓ基板２１ａには、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２１ａ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、第一基板２１と第二基板２２は金属接合層２３，２４を介して接合していた。
また、図９に示すように、この積層ウェハ２を、超音波顕微鏡を用いて検査したところ、基板面内の殆どの領域において剥離（未接合領域、空隙）と、クラックが確認された。
【００８３】
＜圧力分布の測定について＞
半凸面板１４を用いない点を除き、実施例５と同様である。
＜結果２；圧力分布について＞
上記の感圧紙による測定結果を図１０に示す。黒く示されている部分は強く圧力が印加された部分であり、白く示された所は圧力が殆ど加わらなかった部分である。すなわち、比較例では、実施例５と較べ、積層ウェハ２に加わる圧力が不均一であることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の一実施形態にかかる基板接合用治具を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる２枚の基板の貼り合せ工程を示す図であり、（ａ）は上下プレート間に半凸面板と積層ウェハをセットする工程を示す側面図であり、（ｂ）はネジの仮締め工程を示す側面図であり、（ｃ）はプレスによる加圧工程を示す側面図であり、（ｄ）は積層ウェハへ掛かる圧力が治具により保持された状態を示す側面図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる第一基板と第二基板の断面図を示し、（ａ）は各層がエピタキシャル成長された第一基板にオーミック電極を形成した状態を示す断面図であり、（ｂ）はＧａＰコンタクト層に対してオーミック接合合金層を形成した状態を示す断面図であり、（ｃ）はＧａＰコンタクト層の主表面全面に第一金属接合層を形成した状態を示す断面図であり、（ｄ）は第二基板を示す断面図である。
【図４】比較例で用いた従来の基板接合用治具を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。
【図５】実施例、及び比較例における熱処理時の炉内圧力、及び炉内温度の時間変化を示すタイムチャートである。
【図６】実施例における第一基板と第二基板との接合面の超音波顕微鏡観察結果を示す図である。
【図７】実施例における基板接合用治具の圧力分布測定結果を示す図である。
【図８】実施例におけるネジ締結後のプレートの湾曲状態、及び力のかかり方を示す側面図である。
【図９】比較例における超音波顕微鏡観察結果を示す図である。
【図１０】比較例における圧力分布測定結果を示す図である。
【図１１】比較例におけるネジ締結後の治具の湾曲状態、及び力のかかり方を示す側面図である。
【図１２】本発明の一実施形態における発光素子の模式的な断面図である。
【図１３】実施例、及び比較例における接合面積（接合歩留まり）と半凸面板の厚さとの関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８５】
１      基板接合用治具
２      積層ウェハ
２’    発光素子用ウェハ
１１    上部プレート
１１ａ  貫通孔
１２    下部プレート
１２ａ  ネジ切り穴
１３    ネジ（保持部材）
１４    半凸面板
１４ａ  平坦面
１４ｂ  凸曲面
２１    第一基板
２２    第二基板
２３    第一金属接合層
２４    第二金属接合層
Ｄ      発光ダイオード（発光素子）
【図１】
2007335757.tif 000003
【図２】
2007335757.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図８】
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【図１１】
2007335757.tif 000009
【図１２】
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【図１３】
2007335757.tif 000011
【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
2007335757.tif 000015