(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体表面の少なくとも１つがＩｎx（ＡｌwＧａ1-w）1-xＰ（ここで、ｘは、０から１の値をとり、ｗも０から１の値をとる）を含み、他方の表面がＩｎy（ＡｌzＧａ1-z）1-yＰ（ここで、yは、０から１の値をとり、zも０から１の値をとる）を含む少なくとも２つの半導体表面を接着して、接着される表面の内少なくとも一方が化合物半導体を含み、２つの表面が同一のドーピング・タイプを有する、接着界面を形成する方法であって、
２つの半導体表面を加熱するステップと、
表面配向ずれの大きさが６°より小さくなるように２つの半導体表面の表面配向を一致させるステップと、
表面回転位置ずれの大きさが２０°より小さくなるように２つの半導体表面の回転方向位置を一致させるステップと、
加熱し、配向し、位置合わせした表面に単軸圧力を加えるステップとを含み、
接着される前記表面の少なくとも一方の表面が活性化されたとき発光する発光ダイオードの表面を含んでおり、他方の表面が光学的に透明な基板の表面であり、前記接着された界面を介して電流が流れるとき、実質的にオーミック特性を示して前記発光ダイオードを活性化させ、前記透明基板を通して発光するようになっており、
前記少なくとも２つの半導体表面の少なくとも１つがアモルファス及び多結晶半導体を含む材料のグループの１つのパターン領域を有しており、該パターン表面と前記第二半導体表面との接着によりオーミックおよび非オーミック導電領域を形成する
ことを特徴とする化合物半導体ウェーハの接着方法。
【請求項２】
前記表面配向を一致させるステップ及び、前記回転方向位置を一致させるステップが半導体表面の結晶構造における結晶学的等価方向を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
両方の表面がｐ型である請求項１に記載の方法。
【請求項４】
両方の表面がn型である請求項１に記載の方法。
【請求項５】
少なくとも１つの接着された界面を有する半導体装置であって、
前記接着された界面が所定の導電性タイプの第一半導体層から前記第一半導体層と同一の導電性タイプの第二半導体層に電流を通し、前記層の表面配向ずれの大きさが６°未満であり、前記接着された界面の平面における結晶学的方向の回転方向のずれの大きさが２０°未満であり、接着される前記表面の少なくとも一方の表面が活性化されたとき発光する発光ダイオードの表面を含んでおり、他方の表面が光学的に透明な基板の表面であり、前記接着された界面を介して電流が流れるとき、実質的にオーミック特性を示して前記発光ダイオードを活性化させ、前記透明基板を通して発光するようになっており、
前記接着界面が最小の電圧降下で電流を通す第１領域と前記最小電圧降下より大きい電圧降下で電流を通す第２領域とを有しており、これらの第２領域がアモルファスと多結晶半導体を含む材料グループのうちの１つの材料で前記半導体層の少なくとも１つをパターン化することによって形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
前記接着された界面に隣接する層の一致が、ウェーハ表面の配向ずれとウェーハの回転位置のずれの角度を維持しつつ結晶学的に等価の方向を含んでいることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記層の少なくとも１つがＩｎx（ＡｌwＧａ1-w）1-xＰ（ここで、ｘは、０から１の範囲であり、ｗが０から１の範囲である）を含むことを特徴とする請求項５の装置。
【請求項８】
前記両方の層がＩｎy（ＡｌzＧａ1-z）1-yＰ材料であることを特徴とする請求項５の装置。
【請求項９】
前記２つの半導体表面が２００から１，１００℃の範囲の温度に加熱されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記二つの半導体表面が類似した結晶構造を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記２つの半導体表面が７００から１，０００℃の範囲の温度に加熱されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
ｐ型表面のドーピングレベルを少なくとも３×１０17ｃｍ-3まで増加させて、界面の抵抗を最小にした請求項３に記載の方法。
【請求項１３】
ｎ型表面のドーピングレベルを少なくとも３×１０17ｃｍ-3まで増加させて、界面の抵抗を最小にした請求項４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、広く言えば半導体デバイス製造の分野に関するものである。より具体的に言えば、化合物半導体ウェーハを使った化合物半導体デバイスの接着方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
単位半導体ウェーハどうしを接着することは、半導体基板またはエピタキシャル膜を別の半導体基板またはエピタキシャル膜に取り付けることを含めて既知である。本明細書では、「ウェーハの接着」という用語は、ウェーハをエピタキシャル膜に接着すること、およびエピタキシャル膜をエピタキシャル層に接着することも含むものとする。最近、化合物半導体ウェーハを接着すること、つまり接着される２つのウェーハのうち少なくとも一方が化合物半導体を含んでいても接着が可能であることが実証されている。こうした接着により、単一のチップ上に複数のデバイスを集積することが可能になり、あるいは表面発光レーザや発光ダイオード（ＬＥＤ）に関してデバイス設計の改善が可能になる。
【０００３】
化合物半導体ウェーハを接着するのに２つの方法が使用されてきた。第１の方法では、ウェーハの間に溶液を挟む。この液体を放置して蒸発させると、ウェーハは比較的弱いファンデルワールス力（静電力）によって互いに保持される。その後の処理は、接着強度を増すためのアニール工程を含むこともあり、一般に２００℃未満の低温で実行される。この低温制限は、異質の半導体表面においては熱膨張率が異なることから必要とされる。この膨張率の差は、ウェーハを結び付けている弱い静電力と相まって、ウェーハが高温で分離する原因となる。ウェーハどうしを保持している静電力が弱いことはまた、それ以降の機械的作業、つまりダイシング、研削、研磨などにおいてウェーハの接着が剥離し、その結果として、動作デバイスの製造において困難を引き起こしてきたことを意味する。たとえこの接着がデバイスの製造に耐えて存続したとしても、ウェーハ間の電気的接触は非常に不十分なので、非オーミックな電気的結合を生じてしまう。電流が接着した一方のウェーハから他方のウェーハに流れるようなデバイスを実用可能な状態で実現するには、オーミック伝導が必要である。金属中間層を使用すればオーミックコンタクトを作成することができるが、しかしこれでは２つのウェーハ間の界面が光を吸収するようになってしまい、特にＬＥＤにおいては望ましくなく、これによって、追加の高温処理の可能性が制限される。
【０００４】
化合物半導体ウェーハのための第２の接着技法は、ウェーハを互いに接触させて、次に外部から単軸圧力を加えながら高温（４００〜１，２００℃）でウェーハをアニールすることである。この外力は、２つのウェーハの熱膨張率の差を補償するために必要であり、また膨張率の差は特に高温において大きくなり、またこの外力はウェーハが高温においても緊密な接触を保つのを確実にする。このプロセスでは、ウェーハ間に強い化学結合が生じることになり、この結合はこれまでに説明したプロセスで生じる結合よりずっと頑丈である。こうして接着したウェーハはダイシングソーや、研磨、研削にかけることができ、またその後の高温処理を施すことができる。ウェーハは普通、表面が平坦ではないが、ウェーハは高温（＞６００℃）で延性が大きくなるので、加えた単軸圧力がウェーハの変形に役立つことがある。これはウェーハ間の非接着面積を最小にする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この方法の一つの大きな短所は、接着したユニポーラ界面を貫いてオーミック電流伝導を生じさせることができないことであった。ＩｎＰ／ＧａＡｓのｐ−ｐヘテロ接合も、ｎ−ｎヘテロ結合も、ある程度の整流作用を呈する。ＧａＡｓ基板またはＳｉ基板にウェーハ接着したレーザダイオードのｐ−ｎ構造は、この非オーミック電流伝導の結果として、異常に高い順電圧を呈する。この高い順電圧は多くのデバイス用途にとって受け入れがたい。
【０００６】
従って、ウェーハどうしを強力に結合し、かつ第１ウェーハから第２ウェーハへのオーミック伝導を生じるような化合物半導体ウェーハを接着する方法は、大いに望ましいが、またどの既知の文献にも示されていない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１の好ましい実施例において、化合物半導体を接着した界面について、その界面上に存在する転位と点欠陥の数を最小にすることで、その界面を貫いて低抵抗のオーミック伝導を生じさせるための方法を含んでいる。これはウェーハ表面の結晶学的配向と、ウェーハ表面内での回転方向位置を同時に一致させて、接着界面にまたがる原子配列を、単結晶半導体内で生じる原子配列とできるだけ酷似させることによって達成される。こうした技法を用いると、接着界面における電気的に活性な欠陥の数が最小になり、したがって界面を貫く低抵抗のオーミック伝導も可能になる。このオーミック伝導は、たとえ接着したい２つのウェーハにおける２つの結晶表面の格子定数が大きく異なっている場合でも、実現可能である。
【０００８】
本発明の教示は、化合物半導体結晶の性質やデバイスの性質が保持されるような低温において、オーミックなウェーハ接着界面の形成を促進するのに必要である。この教示は、両方の表面が例えばＳｉなど、単位半導体でできているとき、このような界面を生み出すために必要ではない。このことは、Ｓｉ表面が高い反応性を持っていること、並びに単位半導体結晶では極性が小さいことの結果であると言えよう。元素バルク半導体もまた、化合物半導体より温度に関して安定しており、また結晶やデバイスの性質に悪影響を及ぼすことなく、化合物半導体より高温（＞１０００℃）で接着できる。このより高い温度は、単位半導体間にオーミック界面を形成するのに必要な接着条件を緩和するように思われる。
【０００９】
【実施例】
この開示内では、接着される半導体ウェーハの結晶学的表面配向および回転方向位置を一致させるための相対的方向を記述するのに、いくつかの慣用記号を用いている。図１はこれらの用語が本明細書中でどのように用いられ、どのように記述されているかを図示している。ベクトルＡｓはウェーハＡの表面に対して垂直である。ベクトルＢｓはベクトルＡｓと同じ結晶学的方向を持っているが、しかしウェーハＢ内での同じ方向である。すべての結晶は原子の規則的配列からできており、その規則的原子配列は、本明細書では、さまざまな平坦面から構成されているものとして視覚化してもよい。本明細書では、結晶学的方向が同じであるということは、第２ウェーハ内の結晶の平坦面が第１ウェーハの同じ平坦面と一致していることを示している。２つのウェーハは異なった化合物からできていてもよいし、また異なった結晶境界に沿ってダイシングされることもあるので、ベクトルＢｓはある角度をなしてウェーハＢに投影されることもある。ウェーハの配向ずれとは、ベクトルＡｓとＢｓとの間の角度の絶対値（｜Φ｜）の大きさである。結晶学的表面配向について言及するときは、必ずこれらのベクトルの方向の一致のことを指している。ベクトルＡp はベクトルＡs に対して垂直であり、ウェーハＡの平面内に横たわっている。ベクトルＢp は、ベクトルＡp のウェーハＢ内における結晶学的方向を、ウェーハＢの表面平面に投影したものである。ウェーハの位置ずれとは、ベクトルＡp とベクトルＢp との間の角度の絶対値（｜Θ｜）の大きさのことである。ウェーハの回転方向位置合わせとは、これらのベクトルの方向を一致させることを指している。
【００１０】
ベクトルと平面はミラー指数を使って記述され、それと共に慣用的表記法を用いて、ここで使用する結晶内でのベクトルおよび平面を記述する。かくして、（ｈｋｌ）は結晶平面を示し、｛ｈｋｌ｝は等価な結晶表面を示し、［ｈｋｌ］は結晶方向を示し、〈ｈｋｌ〉は等価な結晶方向を示す。
【００１１】
本発明の教示を用いて、下記の化合物半導体のウェーハを接着している間に、低抵抗のオーミック伝導を達成した。つまり、ｎ形ＧａＰをｎ形ＩｎX Ｇａ1-X Ｐに（ただしｘ＝０、０．３または０．５）、ｎ形Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐをｎ形Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐに、ｎ形Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐをｎ形ＧａＡｓに、ｐ形ＧａＰをｐ形ＩｎY Ｇａ1-Y Ｐに（Ｙ＝０、０．５）、ｐ形Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐをｐ形Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐに、そしてｐ形ＧａＰをｐ形ＧａＡｓに接着した。ＩｎＧａＰ層（約〜０．２から２μｍ）は、ＴｅおよびＺｎをそれぞれｎ形およびｐ形のドーパントとして利用し、有機金属ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ）によって成長させた。Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ層は、ＧａＡｓ：Ｔｅ（ｎ＞３×１０17ｃｍ-3）基板またはＧａＡｓ：Ｚｎ（Ｐ＞１×１０18ｃｍ-3）基板上に格子を一致させた状態で成長させ、Ｉｎ0.3 Ｇａ0.7 Ｐ層はＧａＰ：Ｓ基板（ｎ＞３×１０17ｃｍ-3）上に格子をずらせた状態で成長させた。ここで議論する上記以外のすべての材料は、化合物バルク半導体ＧａＡｓ：Ｓｉ、ＧａＡｓ：Ｚｎ、ＧａＰ：ＳまたはＧａＰ：Ｚｎ基板を含み、それのドーピング濃度は＞３×１０17ｃｍ-3であった。化合物半導体ウェーハの接着は、公知のグラファイト製アンビル固定具内で単軸圧力を加え、温度を上昇させて実行した。この開示において、指定されたすべての角度公差および位置合わせの精度は±０．５度である。
【００１２】
表面配向と回転方向位置を適切に一致させるという本発明の教示は、列挙したすべての材料間の接着界面で電気的性質の大幅な改善をもたらした。これらの効果は、化合物半導体内の固有の結晶構造および原子結合の性質に起因している。ここで教示された位置合わせ方法および配向方法は、それ故、単軸圧力のもとで高温で実行されるすべてのウェーハ接着に適用可能であり、つまり高温と圧力は結晶の化学結合を再生成するのに役立つからであるが、ただし少なくとも一方の表面は化合物半導体を含んでいるものとする。
【００１３】
ほとんどの化合物半導体における原子は、閃亜鉛鉱型結晶構造をなして配置されているので、以下の議論では、特に例外と断らないかぎり、この結晶構造を仮定する。
【００１４】
本発明の第１の実施例を用いて、ｎ形（ｎ＞１×１０18ｃｍ-3）Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐをｎ形ＧａＰ（ｎ＞３×１０17ｃｍ-3）に接着した。この実施例、およびこれ以降の実施例において、ｎ−ＧａＰをｎ−Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐに接着するすべての化合物半導体ウェーハ接着は１０００℃における同一条件のもとで実行した。温度は４０分かけてこの点まで上昇させ、その後直ちに、３０分かけて室温まで戻した。接着作業が完了した後、全面合金オーミックコンタクト用金属被膜を、接着したウェーハの両方の外側表面に被せ、次にこれを２０×２０ミルのチップにダイシングした。ＧａＰ／Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ同一構造型ヘテロ接合に関するすべての電流−電圧特性は、正電極を接合のＧａＰ側に接続することで測定した。
【００１５】
正確なウェーハ配向による効果は、図２に示した電流−電圧曲線によって例証されている。（１００）から（１０１）の方に＋２度傾いた表面配向を有するｎ形Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ層を、第１の事例では（１００）から（１０１）の方に＋２度傾いた表面配向を有するｎ形ＧａＰ基板に、あるいは第２の事例では（１００）から（１０１）の方に＋８度傾いた表面配向を有するｎ形ＧａＰ基板に接着した。その結果生じた接合の電流−電圧曲線を、それぞれ図２の曲線２１および曲線２３として示す。両方の事例において、ウェーハは回転方向に位置合わせされている。こうした位置合わせの例を図３に示すが、この図では、［０  −１  −１］方向どうしがウェーハのへりのオリエンテーション・フラットまたは劈開面を利用して揃えられているが、［１  ０  ０］方向どうしは揃っておらず、そのずれの大きさは角度Φで測定することが図解されている。図２に曲線２１として示した電流−電圧曲線を持つ接合に対して、この角の大きさはΦ＝０度である。曲線２３に対して、この角の大きさはΦ＝６度である。結晶学的配向は、ｎ−ｎヘテロ接合の電流−電圧特性に対して劇的効果を及ぼす。ウェーハ配向が一致しているとき（Φ＝０度）、結果として得られる電流−電圧特性は、曲線２１に示すとおりオーミック（直線）であり、この場合の抵抗はＲs＝約１．５Ωという低い値である。単結晶ｎ−ＧａＰウェーハの両側に金属被膜を被せたものについて、同程度の抵抗レベルが観察されている。このことは、本発明の教示に従って接着したウェーハ内に残存している抵抗の大部分は、コンタクトやバルク材料から生じたものであり、接着したヘテロ接合から生じたものではないことを示している。曲線２３は、結晶学的配向をかなりずらして（Φ＝６度）接着したウェーハの電流−電圧特性を表している。このような電流−電圧特性はオーミックではなく、８Ａ／ｃｍ2 つまり２０ｍＡにおいて０．２５Ｖを上回る比較的大きな電圧降下を呈する。この電圧降下は、電流密度が高くなるほど大幅に増加し、しかもそうした高電流密度はデバイスの利用において普通に採用されている。
【００１６】
低抵抗オーミック伝導を達成するのに、ウェーハの結晶学的配向を完全に一致させる必要はない。表面配向が（１００）から（１０１）の方に＋２度傾いているｎ−Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ層を、表面配向が（１００）のｎ−ＧａＰ基板と、表面配向が（１００）から（１０１）の方に＋４度傾いたｎ−ＧａＰ基板とに接着した。両方の場合とも｜Φ｜＝２度である。これらの接着ウェーハは両方とも、図２において曲線２１で示されるオーミック伝導と似た低抵抗オーミック伝導を呈した。ウェーハ表面はまた、もし結晶学的配向ずれの絶対値が小さければ（｜Φ｜＜６度）、同じ方向にずれていなくてもよい。表面配向が（１００）から（１０１）の方に＋２度傾いているｎ−Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ層を、表面配向が（１００）から（１１０）の方に＋２度傾いているｎ−ＧａＰ基板に接着したとき（｜Φ｜＝２．８３度）、低抵抗オーミック伝導を達成できる。以上すべての場合について、ウェーハは回転方向に位置合わせされている（Θ＝０度）。以上の結果は、ユニポーラ化合物半導体をウェーハ接着したとき、ウェーハの相対的結晶学的配向ずれが６度未満（｜Φ｜＜６度）の場合にかぎり、接着界面を貫くオーミック伝導が達成できることを示している。
【００１７】
ウェーハの回転方向位置を正しく揃えることもまた、接着界面において低抵抗オーミック伝導を達成するのに不可欠である。ウェーハの回転方向位置ずれの角度をさまざまに変えたときの効果を図４に示す。つまりこれらは、ウェーハどうしの回転方向位置を変化させてｎ−Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ層をｎ−ＧａＰ基板にウェーハ接着したときの電流−電圧性能を表すグラフである。接着された層は両方とも、（１００）から（１０１）の方に＋２度傾いた表面配向を持っている。図５に、位置ずれをどのように測定するかを図解し、またこの図に、［０  −１  −１］方向どうしのずれが示されているが、これらの方向はウェーハのへりのオリエンテーション・フラットや劈開面により、絶対角度Θで表される。図４において曲線４１は、ウェーハどうしがΘ＝０度で位置合わせされているとき、ｎ−ＩｎＧａＰ／ｎ−ＧａＰヘテロ接合を貫いて低抵抗（Ｒｓ＝約１．５Ω）のオーミック伝導が生じることを示している。ずれの角度がΘ＝５度（曲線４３）まで増加するにつれて、電流伝導はわずかに非直線つまり非オーミックとなり、またヘテロ接合を間に付随する電圧降下が増加する。こうした影響は、ずれの角度がΘ＝１５度（曲線４５）まで、さらにΘ＝２０度（曲線４７）まで増加するにつれて、ますます顕著になる。Θ＝２０度のとき、接着界面を貫通する非オーミック伝導は、８Ａ／ｃｍ2 （２０ｍＡ）において０．２５Ｖを上回る電圧降下となる。このような電気特性は、電流が接着界面を通過するほとんどのデバイス用途にとって受け入れることができない。いくつかの用途においては、電圧降下が過度に大きくないかぎりにおいて、電流−電圧特性における中程度の非直線性なら受け入れられることもある。これらの場合において、−２０度＜Θ＜２０度という中程度の位置ずれなら受け入れられる。
【００１８】
結晶学的表面配向だけ、あるいはウェーハの回転方向位置だけを一致させても十分ではない。表面配向も、回転方向位置も両方同時に一致させなければならない。図４に性能を図示した接着ウェーハにとって、位置ずれは［１００］方向の回りの回転と同値である。接着ウェーハのウェーハ表面配向は厳密に言えば（１００）平面上にはない（（１００）から（１０１）の方に＋２度傾いている）。こうして、ウェーハの回転方向位置ずれもまた、ある程度の結晶学的表面配向ずれにつながる。図４において、位置ずれがΘ＝２０度である曲線４７は、｜Φ｜＝０．６９度の配向ずれに対応している。この配向ずれは、先に示した｜Φ｜＜６度という限界よりずっと小さく、図４に示した結果にさほど影響を与えない。
【００１９】
ウェーハ位置ずれをΘ＝９０度まで増加させると、やはりユニポーラ化合物半導体の接着界面を貫く伝導は非オーミックとなる。この位置合わせを図６の概略図で示し、また結果として生じる電圧−電流特性を図７に示す。図７に示すとおり、ｎ−Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐとｎ−ＧａＰの接着ヘテロ接合は、ウェーハどうしがΘ＝９０度ずれており、曲線７３として示した電流−電圧特性において整流作用を呈している。このヘテロ接合は８Ａ／ｃｍ2 （２０ｍＡ）において約０．３Ｖの順方向電圧を呈し、この順方向電圧は４０Ａ／ｃｍ2 （１００ｍＡ）において０．６Ｖ以上に増加する。曲線７１は参照用であり、層どうしの位置が合っている（Θ＝０度）ときに得られる低抵抗オーミック伝導を示している。ヘテロ接合を形成している２層の表面配向は（１００）から（１０１）の方に＋２度傾いている。曲線７１と曲線７３の両方について、配向ずれ（｜Φ｜）は臨界値である６度より小さい。曲線７１および曲線７３によって示されるとおり、接着するウェーハの劈開面の端どうしを合わせることが、たとえ唯一の設計上の制約であったとしても、相互の回転方向の位置合わせに基づいて、まだ広範囲な性能が生じることになる。閃亜鉛鉱型結晶に関する一次自然劈開面は｛０１１｝平面である。接着界面を貫通する低抵抗オーミック伝導を生み出すためには、接着されるウェーハ表面の平面内で結晶学的方向どうしを揃えることが成否を分ける。ウェーハのへりの劈開面どうしを揃えただけでは十分ではない。なぜなら名目上（１００）に配向された閃亜鉛鉱型結晶にとって、９０度の回転は結晶学的に不変な操作ではないからである。このような回転は、Ｓｉなどの単位半導体を含めて、ダイヤモンド構造を有する結晶にとって不変な操作である。
【００２０】
閃亜鉛鉱型結晶が対称性を有するので、結晶学的に等価な〈１００〉方向のいずれについても、それの回りでの１８０度回転を区別することは不可能である。低抵抗オーミック伝導は、名目上（１００）に配向したウェーハ表面において、ウェーハの回転方向位置ずれがΘ＝１８０度のとき可能である。このことは、ウェーハのずれをΘ＝０度およびΘ＝１８０度としてｎ−Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ層をｎ−ＧａＰ基板にウェーハ接着することで確認した。両方の半導体表面を（１００）から（１０１）の方に＋２度傾けて配向した結果、ウェーハの配向ずれは｜Φ｜＝０度または｜Φ｜＝４度となった。その結果得られたｎ−ｎヘテロ接合は両方とも、図４の曲線４１に示したのと類似した低抵抗オーミック伝導を呈した。−２０度＜Θ＜２０度、あるいは１６０度＜Θ＜２００度というウェーハずれは、接着界面を貫通する電流伝導に関して、最小の電圧降下を伴った受け入れ可能な電気的特性をもたらすであろう。
【００２１】
結晶学的に等価な〈１００〉方向のいずれについても、その回りでウェーハを１８０度回転させたことから生じる位置ずれも、その２つのウェーハの表面配向が結晶学的に等価な方向から６度以内（｜Φ｜）にあり、しかもウェーハ表面の平面内におけるウェーハ位置合わせが同時に、結晶学的に等価な方向から２０度以内（｜Θ｜）にあるという条件のもとで、接着界面を貫通する電流の伝導に関して、受け入れ可能な電気的特性をもたらすであろう。以上の必要条件は、ウェーハ表面の配向に依存した多くの特殊事例を導くことができる。名目上（１１１）に配向されたウェーハは、［１１１］方向を中心とする表面内の１２０度回転が結晶学的に等価となるような対称性を有している。そこで、相互の回転方向のウェーハずれに対して受け入れ可能な角度は次の（１）式のようになる。
【００２２】
【数１】
0004008048.tif 000002
【００２３】
この（１）式において、｜ｎ｜＝０，１，２，・・・・
である。
【００２４】
上記角度θのいずれをとっても、最小の付随電圧降下で低抵抗電流伝導が可能な接着界面を生み出すはずである。同様に、名目上（１００）に配向された表面は［００１］方向および［０１０］方向の回りに１８０度の回転対称性を有している。名目上（１００）に配向された表面は、名目上の表面配向どうしが絶対値で６度未満しか異なっておらず、しかも接着表面の平面内におけるウェーハ相互の位置ずれが結晶学的に等価な方向から２０度以内であるかぎり、この（１００）表面をこれらの方向の回りに１８０度回転することで得られる他のどのような表面にもウェーハ接着することができる。
【００２５】
これまでの議論では化合物半導体ウェーハの接着を、主として類似した結晶構造を持ったウェーハ間で行うこと、例えば閃亜鉛鉱型を閃亜鉛鉱型に、閃亜鉛鉱型をダイヤモンド型に、閃亜鉛鉱型を等軸型に、そしてウルツ鉱型をウルツ鉱型に接着することを扱ってきた。接着される層の表面構造どうしが、ある幾何スケール因子の範囲内で同じ原子配列を有するならば、異なった結晶構造の接着、たとえばウルツ鉱型を閃亜鉛鉱型に接着して、接着界面を貫通する低抵抗オーミック伝導を達成することもまた可能なはずである。上記の結晶学的必要条件は、この場合、接着される２表面の疑似表面配向について述べていることになる。疑似表面配向どうしの相互のずれの大きさも同様に６度未満に制約される。その場合に、ウェーハ表面の平面内における結晶学的方向は、接着界面を挟んで両側に存在する原子が、バルク結晶半導体内に見られる整列状態と同じくらいきちんと整列しているとき、方向が揃っていると定義される。同時に回転方向位置は、どの等価な方向からも絶対値が２０度未満であるように制約され、そこでは接着界面の両側の原子は、バルク結晶半導体内に見られる整列状態にできるだけ近い状態で整列している。
【００２６】
ここで説明した技法は、少なくとも一つの化合物半導体を別の半導体に接着することに関して普遍的であり、また接着される表面の格子定数やドーピング形式から比較的独立している。このことは、配向が（１００）から（１１０）の方に＋０．８度傾いたｐ形（ｐ＞１×１０18ｃｍ-3）Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ層を、配向が（１００）から（１１０）の方に＋０．８度、あるいは（１００）から（１１０）の方に＋６度傾いたｐ形（ｐ＞１Ｘ１０18ｃｍ-3）Ｉｎ0.5 Ｇａ0.5 Ｐ層に接着することで実証されている。両方の場合において、ウェーハは回転方向に１８０度（Θ）ずらして位置合わせした。第１の場合はΦ＝１．６度、第２の場合はΦ＝６．８度とした。接着表面どうしは等しい格子定数を持っていたけれども、そしてこのことが先に述べた実施例と異なっているところであるが、表面どうしが名目上揃っている（Φ＝１．６度）ウェーハは、図２の曲線２１に似た低抵抗オーミック伝導を呈する。表面がずれている場合（Φ＝６．８度）には、図２の曲線２３で示したのと同様の整流作用を呈する。
【００２７】
本発明の教示に従って作成した接着界面の抵抗は、中レベルから高レベルのドーピング（＞３×１０17ｃｍ-3）を用いることで、さらに低下させることができる。本発明の教示を守らず、単に接着表面のドーピング濃度を増加させただけでは、界面の整流作用を排除できず、これはすでに試行済みである。
【００２８】
ここで教示された配向はまた、接着界面に隣接している半導体結晶の結晶品質を維持するのに役立つ。ウェーハ表面の配向ずれをなくして（Φ＝０度）製造したウェーハ接着型Ｉｎ0.5 （ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｐ材料ＬＥＤは、良い結晶品質を示し、活性領域中に貫通転位は発生せず、それに反してウェーハ表面の配向をΦ＝６度ずらして製造した同様のＬＥＤは、結晶品質が劣化を示し、活性領域内に貫通転位が発生し、それらの貫通転位はウェーハ接着の界面が始点となっている。
【００２９】
本発明を実施することで形成されるオーミック伝導が可能な低抵抗化合物半導体の接着界面は、多くのデバイス用途において有用である。本発明のウェーハ接着方法は、高効率の透明基板Ｉｎ0.5 （ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｐ材料ＬＥＤを製造するための好ましい方法であることを示した。こうしたＬＥＤは普通、初めにデバイス層を成長させた吸光ｎ形ＧａＡｓ基板を選択的に除去するこで製造される。次に本発明の教示を利用して、光学的に透明なｎ形ＧａＰ基板を、先のＧａＡｓの代わりにウェーハ接着する。このデバイス設計では、低い順方向電圧を保持しながら、ウェーハ接着界面を貫いて電流を通過させることが必要である。図８は、寸法が１０．５×１０．５ミルの半導体ウェーハ接着型透明基板Ｉｎ0.5 （ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｐ材料ＬＥＤの電流−電圧特性を示す。すべてのＩｎ0.5 （ＡｌX Ｇａ1-X ）0.5 Ｐエピタキシャル層とすべてのＧａＰ基板は（１００）から（１０１）の方に＋２度傾いた表面配向を持っている。図８に性能を示した２組のＬＥＤは同じ接着条件および同じ処理条件のもとで製造されているが、ウェーハ位置合わせだけは異なっている。図８において曲線８１の電流−電圧特性は接着型ＬＥＤからのものであり、このＬＥＤにおいて、すべての結晶学的方向は揃っている。これらの電流−電圧曲線は２０ｍＡにおいて約２．１Ｖという低い順電圧を示している。製造中にウェーハ位置合わせ（Θ）が９０度も違ったままにされると、高い順方向電圧（２０ｍＡにおいて３Ｖ以上）が生じる。これは曲線８３によって示されている。これほど高い順方向電圧は、事実上すべての実用的デバイス実施形態において受け入れがたい。ウェーハの表面配向ずれの絶対値（｜Φ｜）が６度を越えたときも、類似の結果が得られたが、それについては図解しない。
【００３０】
２つの半導体内の原子がウェーハ接着界面を挟んでほぼ整列しているという本発明の必要条件は、アモルファス層または多結晶層に接着することが、整流作用を示す電流−電圧特性に帰着することを暗示している。図９（接着前）および図１０（接着後）に示すとおり、多結晶層またはアモルファス層９１はレーザ溶融とレーザアニーリングによって、またはウェーハ接着層９３および９５へのイオン注入によって選択的にパターン化することができた。パターン化された多結晶層またはアモルファス層９１を別の結晶層またはパターン化されたウエーハ接着層９３に接着することは、もしそれらの結晶層が、ここで記載し、かつ特許請求したような状態で界面を挟んで位置合わせされているならば、低抵抗のオーミック伝導を生じることになる。堆積した多結晶層またはアモルフゥス層９１の領域は、非オーミック・コンタクト領域を生成する。図９及び図１０に図解した方法は、接着構造内の電流流路を確定するのに有用であろう。
【００３１】
上記明細書では、本発明の特定の例示的実施例を参照しながら説明してきた。しかしながら、特許請求の範囲に記載する本発明の広義の趣旨および範囲から逸脱することなく、それに対してさまざまな修正や変更を加えることができることは明白であろう。化合物半導体ウェーハは、本発明の範囲から逸脱することなく、異なった組成や結晶構造を持っていてもよい。同様に、異なった材料内で最適のオーミック伝導を得るには、結晶平面の位置合わせや配向の角度を変更することが必要かもしれない。こうした多くの変更や修正は容易に想像される。従って、この明細書および図面は限定的ではなく例示的なものと見なすべきである。
【００３２】
以上本発明の各実施例について詳述したがここで、各実施例の理解を容易にするために、各実施例ごとに要約して以下に列挙する。
【００３３】
１．  少なくとも２つの半導体表面を接着して、接着界面最小電圧降下を伴う低い電気抵抗を呈し、接着される表面のうち少なくとも一方が化合物半導体を含み、２つの表面が類似したドーピング・タイプを有する、接着界面を形成する方法であって、
２つの半導体表面を加熱するステップと、
２つの半導体表面の表面配向を一致させるステップと、
２つの半導体表面の回転方向位置を一致させるステップと、
加熱し、配向し、位置合わせした表面に単軸圧力を加えるステップと
を含む化合物半導体ウェーハの接着方法である。
【００３４】
２．  加熱するステップと、表面配向を一致させるステップと、回転方向位置を一致させるステップと、単軸圧力を加えるステップが、どのような順序で行われてもよい上記１に記載の化合物半導体ウェーハの接着方法である。
【００３５】
３．  表面配向の差の絶対値が６度未満であり、かつ表面の回転方向位置の差の絶対値が２０度未満である上記１に記載の化合物半導体ウェーハの接着方法である。
【００３６】
４．  配向を一致させるステップと、回転方向位置を一致させるステップとを緩和して、半導体表面の結晶構造内で結晶学的に等価な方向をも含めるようにした上記３に記載の化合物半導体ウェーハの接着方法である。
【００３７】
５．  ｘが０から１までの値、またｗが０から１までの値であるとして、半導体表面の少なくとも一方が、ＩｎX （ＡｌW Ｇａ1-W ）1-X Ｐを含む上記３に記載の化合物半導体ウェーハの接着方法である。
【００３８】
６．  ｙが０から１までの値、またｚが０から１までの値であるとして、第２の接着表面が、ＩｎY （Ａｌz Ｇａ1-Z ）1-Y Ｐを含む上記５に記載の化合物半導体ウェーハの接着方法である。
【００３９】
７．  両方の表面がｐ形である上記２に記載の化合物半導体ウェーハの接着方法である。
【００４０】
８．  両方の表面がｎ形である上記２に記載の化合物半導体ウェーハの接着方法である。
【００４１】
９．  ユニポーラ接着界面を少なくとも有し、第１半導体層から第２半導体層へのユニポーラ接着界面貫通電流が最小電圧降下を示し、層どうしの表面配向ずれが絶対値で６度未満であり、ユニポーラ接着界面の平面内における、結晶学的方向の回転方向位置ずれの絶対値が２０度未満である化合物半導体ウェーハの接着方法を適用して製造した半導体デバイスである。
【００４２】
１０．  ユニポーラ接着界面に隣接する層どうしの位置合わせを緩和して、ウェーハの表面配向ずれの角度と、ウェーハの回転方向位置ずれの角度とを保ちながら、結晶学的に等価な方向をも含めるようにした上記９に記載の化合物半導体ウェーハの接着方法を適用して製造した半導体デバイスである。
【００４３】
１１．  ｘの範囲が０から１まで、またｗの範囲が０から１までであるとして、層の少なくとも一方が、Ｉｎx （ＡｌW Ｇａ1-W ）1-X Ｐを含む上記９に記載の化合物半導体ウェーハの接着方法を適用して製造した半導体デバイスである。
【００４４】
１２．  両方の層がＩｎY （ＡｌZ Ｇａ1-Z ）1-Y Ｐ材料を含む上記１１に記載の化合物半導体ウェーハの接着方法を適用して製造した半導体デバイスである
。
【００４５】
１３．  少なくとも２つの半導体表面のうちの少なくとも一方が、パターン化領域を有し、そのパターン化領域がアモルファス半導体と多結晶半導体を含む材料グループのいずれかの材料でできており、パターン化領域の表面と第２の半導体表面との接着によってオーミック伝導領域と非オーミック伝導領域を形成する上記６に記載の化合物半導体ウェーハの接着方法である。
【００４６】
１４．  接着したユニポーラ界面が、最小の電圧降下で電流を通過させない領域を有し、そうした領域が半導体層の少なくとも一つをアモルファス半導体と多結晶半導体を含む材料グループのうちのある材料でパターン化することで形成される上記９に記載の化合物半導体ウェーハの接着方法を適用して製造した半導体デバイスである。
【００４７】
１５．  ２つの半導体表面を２００〜１，１００℃の範囲内の温度まで加熱する上記１に記載の化合物半導体ウェーハの接着方法である。
【００４８】
１６．  ２つの半導体表面が類似の結晶構造を有する上記１に記載の化合物半導体ウェーハの接着方法である。
【００４９】
１７．  ２つの半導体表面を７００〜１，０００℃の範囲内の温度まで加熱する上記１５に記載の化合物半導体ウェーハの接着方法でる。
【００５０】
１８．  少なくとも２つの半導体表面が異なる結晶構造を有するが、その結晶構造が、ある幾何的換算係数で同じ原子配列を有する上記４に記載の化合物半導体ウェーハの接着方法である。
【００５１】
１９．  第１半導体層と第２半導体層が異なる結晶構造を有するが、その結晶構造が、ある幾何的換算係数で同じ原子配列を有する上記１０に記載の化合物半導体ウェーハの接着方法を適用して製造した半導体デバイスである。
【００５２】
２０．  ｐ形表面のドーピングレベルを少なくとも３×１０17ｃｍ-3まで増加させて、界面を貫通する抵抗を最小にした上記７に記載の化合物半導体ウェーハの接着方法である。
【００５３】
２１．  ｎ形表面のドーピングレベルを少なくとも３×１０17ｃｍ-3まで増加させて、界面を貫通する抵抗を最小にした上記８に記載の化合物半導体ウェーハの接着方法である。
【００５４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、類似したドーピング・タイプを有する少なくとも一方が化合物半導体を含む少なくとも２つの半導体表面を加熱し、２つの半導体表面の表面配向の一致と回転方向位置を一致させた半導体表面に単軸圧力を加えるようにしたので、接着界面上の転移と点欠陥を最小にでき、２つの半導体表面の接着界面での電圧降下を最小にして低い電気抵抗を有するオーミック伝導を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】相対的結晶学的表面配向と、回転方向位置合わせという用語がこの開示においてどのように用いられているかを示すウェーハの斜視図である。
【図２】表面配向がずれているもの（従来技術）と、本発明の教示を利用して揃えられたものとの、２つの接着したＩｎＧａＰ／ＧａＰ化合物半導体ウェーハの電圧−電流特性のグラフである。
【図３】名目上（１００）に配向したウェーハ表面に対する相対的表面配向の特殊例を示すウェーハの斜視図である。
【図４】ＩｎＧａＰ／ＧａＰ化合物半導体ウェーハを、回転方向のずれ角度をさまざまに変えて接着したとき、そのウェーハ間に形成される、同一構造型ヘテロ接合に対する電圧−電流特性のグラフである。
【図５】名目上（１００）に配向したウェーハ表面に対するウェーハの回転方向位置合わせの特殊例を示すウェーハの平面図である。
【図６】名目上（１００）に配向したウェーハ表面に対するウェーハの９０度回転方向ずれの特殊例を示すウェーハの平面図である。
【図７】回転方向のずれをゼロおよび９０度として接着した２組のＩｎＧａＰ／ＧａＰ接着化合物半導体の電圧−電流特性のグラフである。
【図８】接着した化合物半導体ウェーハを用いて形成した２組のＬＥＤにおいて、異なった位置合わせ（従来技術および本発明）の効果をさらに詳しく示すブロック図である。
【図９】本発明が、接着前のウェーハ内で多結晶領域またはアモルファス領域を選択的に生成させることと相まって、同一界面において伝導領域と非伝導領域をどのようにして生成することができるかを示す説明図である。
【図１０】本発明が、接着後のウェーハ内で多結晶領域またはアモルファス領域を選択的に生成させることと相まって、同一界面において伝導領域と非伝導領域をどのようにして生成することができるかを示す説明図である。
【符号の説明】
２１，２３，４１，４３，４５，４７，７１，７３，８１，８３  曲線
９１          多結晶層またはアモルファス層
９３，９５    ウェーハ接着層
【図１】
0004008048.tif 000003
【図２】
0004008048.tif 000004
【図３】
0004008048.tif 000005
【図４】
0004008048.tif 000006
【図５】
0004008048.tif 000007
【図６】
0004008048.tif 000008
【図７】
0004008048.tif 000009
【図８】
0004008048.tif 000010
【図９】
0004008048.tif 000011
【図１０】
0004008048.tif 000012