发明名称 接合型半导体基板及半导体发光元件及其制造方法
摘要 [课题]本发明提供一种可直接且全面地,安全地被密接在磊晶成长层之接合型半导体基板及半导体发光元件及其制造方法。[解决手段]具备有:在GaAs基板12上,让以组成式Inx(Gal-yAly)l-xP所表示之化合物半导体的混晶作磊晶成长,而形成具有N型包覆层14( O.45<x<0.50,0<y<1),活性层15, P型包覆层16,与覆盖层17之磊晶圆的过程,藉由蚀刻除去覆盖层,而让P型包覆层16的表面露出的过程,将被镜面加工的GaP基板,如使被镜面加工面与P型包覆层16相接般地载置在P型包覆层16之上,而在室温下一体地被接合的过程,进行热处理的过程,从GaAs基板12侧进行蚀刻处理,而让N型包覆层14露出的过程,以及分别在N型包覆层14的表面与GaP基板11的背面形成电极19的过程。
申请公布号 TW502458 申请公布日期 2002.09.11
申请号 TW089111181 申请日期 2000.06.08
申请人 东芝股份有限公司 发明人 古川和由;赤池康彦;吉武春二
分类号 H01L33/00 主分类号 H01L33/00
代理机构 代理人 林志刚 台北巿南京东路二段一二五号七楼
主权项 1.一种接合型半导体基板,其特征在于:备有:第1半导体基板;被形成在上述第1半导体基板上的第1磊晶成长层及;至少一面被实施镜面加工,而在该被镜面加工面侧,被一体地接合在上述第1磊晶成长层的第2半导体基板,上述第1磊晶成长层的热膨胀率系近似于上述第2半导体基板的热膨胀率。2.如申请专利范围第1项之接合型半导体基板,更备有被形成在上述第2半导体基板之上述镜面加工面上的第2磊晶成长层,上述第2半导体基板,则经由上述第2磊晶成长层,一体地被接合到上述第1磊晶成长层。3.如申请专利范围第2项之接合型半导体基板,上述第1半导体基板系由GaAs所形成,上述第1磊晶成长层含有以组成式Inx(Ga1-yA1y)1-xP(0.45<x<0.50,0≦y≦1)所表示的化合物半导体层,上述第2半导体基板系由GaP所形成,上述第2磊晶成长层系以Gap为主要成分。4.一种半导体发光元件,其特征在于:备有:包含系一以化合物半导体的混晶形式被形成在第1半导体基板上的磊晶成长层,如与上述第1半导体基板的格子常数整合般地,选择上述混晶的组成比而形成的第1包覆层,被形成在上述第1包覆层之上的活性层,及被形成在上述活性层之上的第2包覆层,而被除去上述第1半导体基板基板的第1磊晶成长层;主面被镜面加工,该被镜面加工面,或是在该被镜面加工面上成长的第2磊晶成长层,直接被接合到上述第1磊晶层的第2半导体基板及;被形成在上述第1包覆层的表面侧与上述第2半导体基板的背面侧,将电流供给到上述活性层的电极,上述第1半导体基板系由GaAs所形成,上述第1磊晶成长层是以组成式Inx(Ga1-yA1y)1-xP所表示,上述第1包覆层的上述组成式的组成比为(0.45<x<0.50,0≦y≦1),上述第2半导体基板系由GaP所形成,上述第2磊晶成长层系以GaP为主要成分。5.如申请专利范围第4项之半导体发光元件,上述第1磊晶成长层的热膨胀率近似于上述第2半导体基板的热膨胀率。6.一种接合型半导体基板,其特征在于:备有:至少一面被镜面加工的第1半导体基板及;至少一面被镜面加工,而在该被镜面加工面呈一体地被接合到上述第1半导体基板之上述被镜面加工面的第2半导体基板,上述第2半导体基板之被接合的面的结晶方位,则大略与第1半导体基板之被接合的面的背侧的面的结晶方位相同。7.一种接合型半导体基板,其特征在于:备有:被形成在第1半导体基板上的磊晶成长层及;至少一面被镜面加工,而在该被镜面加工面呈一体地被接合到上述磊晶成长层的第2半导体基板,上述第2半导体基板之被接合的面的结晶方位大略与第1半导体基板之被接合的面的背侧的面的结晶方位相同。8.一种接合型半导体基板,其特征在于:备有:被形成在第1半导体基板上的第1磊晶成长层及;至少在一面让第2磊晶成长层成长,在上述第2磊晶成长层,呈一体地被接合在上述第1磊晶成长层的第2半导体基板,上述第2半导体基板之被接合的面的结晶方位,则大略与第1半导体基板之被接合的面的背侧的面的结晶方位相同。9.一种接合型半导体基板,其特征在于:备有:被形成在第1半导体基板上的第1磊晶成长层及;至少一面被镜面加工,在该被镜面加工面,或是在该被镜面加工面成长的第2磊晶成长层,呈一体地被接合到上述第1磊晶成长层的第2半导体基板,上述第1半导体基板与上述第2半导体基板均由化合物所构成,相对于在上述第1半导体基板的主面中,接合(111)A面与(111)B面的其中一方优先出现的面,而在上述第2半导体基板的主面中,则接合(111)A面与(111)B面的另一方优先出现的面而构成。10.如申请专利范围第8项或第9项之接合型半导体基板,上述第1半导体基板系由GaAs所形成,上述第1磊晶成长层含有以组成式Inx(Ga1-yA1y)1-xP(0.45<x<0.50,0≦y≦1)所表示的化合物半导体层,上述第2半导体基板系由GaP所形成,上述第2磊晶成长层系以GaP为主要成分。11.如申请专利范围第6项之接合型半导体基板,上述第1半导体基板与上述第2半导体基板乃被接合以使其各自接合面中的顺台面(mesa)方向呈直交而被一体化。12.如申请专利范围第6项之接合型半导体基板,上述第1半导体基板具有从(100)面以第1倾斜角度朝(111)Ⅲ族面,亦即,Ga面方向倾斜的表面,上述第2半导体基板具有从(100)面以第2倾斜角度,朝(111)Ⅴ族面,亦即,P面方向倾斜的表面。13.如申请专利范围第12项之接合型半导体基板,上述第1倾斜角度与上述第2倾斜角度大略相同。14.一种半导体发光元件,其特征在于:备有在形成第9项之接合型半导体基板后,除去上述第1半导体基板之至少一部分所得到的残留部。15.一种半导体发光元件,其主要系针对一备有发光层,与对该发光具有透光性之基板的半导体发光元件,其特征在于:在上述基板上的上述发光层的面积较上述基板的面积为小。16.如申请专利范围第15项之半导体发光元件,上述基板,在侧面具有段差,以使其主面中之在上述发光层侧的主面的面积较在其相反侧的主面的面积为小。17.一种接合型半导体基板之制造方法,其特征在于:备有:让半导体结晶在第1半导体基板上作磊晶成长,而形成第1磊晶成长层的第1过程;除去在上述第1磊晶成长层之表面的污染物以及异物的第2过程及;将至少一面被镜面加工的第2半导体基板,如在被镜面加工面,或是在该被镜面加工面上成长的第2磊晶成长层,能够与上述第1磊晶成长层相接般地载置在上述藉由第2过程被除去污染物以及异物之上述第1磊晶成长层之上,而与上述第1磊晶成长层一体地接合的第3过程。18.一种接合型半导体基板之制造方法,其特征在于:备有:该半导体结晶在第1半导体基板上作磊晶成长,而形成磊晶成长层的第1过程;除去在上述磊晶成长层之表面的污染物以及异物的第2过程及;将至少一面被镜面加工的第2半导体基板,如使该被镜面加工面与上述磊晶成长层相接般地载置在上述磊晶成长层之上,而与上述磊晶成长层一体地接合的第3过程。19.如申请专利范围第18项之接合型半导体基板之制造方法,在上述第3过程后,更备有:在除去上述第1半导体基板之至少表面部后,进行热处理的第4过程。20.如申请专利范围第18项之接合型半导体基板之制造方法,上述第1过程包含在上述磊晶成长层之上形成覆盖层的过程,上述第2过程则是一藉由蚀刻来除去上述覆盖层的过程。21.如申请专利范围第18项之接合型半导体基板之制造方法,上述第2过程是一除去上述磊晶成长层之表面部的过程。22.一种半导体发光元件之制造方法,其特征在于:备有:让化合物半导体的混晶在第1半导体基板上作磊晶成长,而形成含有依序堆积了第1上部定位板,活性层,与第2包覆层之积层体的第1磊晶成长层的过程;在上述第1磊晶成长层之上形成覆盖层的过程;除去上述覆盖层,而让上述第1磊晶成长层的表面露出的过程;将主面被镜面加工的第2半导体基板,如使上述主面侧与上述第1磊晶成长层相接般地载置在上述表面已露出之上述第1磊晶成长层之上,而一体地加以接合的过程;在低于会因为上述第1半导体基板与上述第2半导体基板之热膨胀系数的差异,而破坏接合面之温度以下的温度下温度下实施热处理的过程;除去上述第1半导体基板,而让上述第1磊晶成长层露出的过程及;在上述第1磊晶成长层的表面侧与上述第2半导体基板的背面侧形成电极的过程。23.如申请专利范围第22项之半导体发光元件之制造方法,上述第1包覆层,系选择上述混晶的组成比,以使其格子常数能够与上述第1半导体基板的格子常数整合而被形成,上述第1半导体基板系由GaAs所形成,上述积层体系一以组成式Inx(Ga1-yA1y)1-xP所表示的化合物半导体层,上述第1包覆层之上述组成比中的组成比为0.45<x<0.50,0≦y≦1,而上述第2半导体基板系由GaP所形成。24.一种半导体发光元件之制造方法,其特征在于:备有:让化合物半导体的混晶在第1半导体基板上作磊晶成长,而形成含有依序堆积了第1包覆层,活性层,与第2包覆层之积层体的第1磊晶成长层的过程;在上述第1磊晶成长层之上形成覆盖层的过程;除去上述覆盖层,而让上述第1磊晶成长层的表面露出的过程;将主面被镜面加工的第2半导体基板,如使上述主面与上述第2包覆层相接般地载置在表面已露出之上述第2包覆层之上,而一体地加以接合的过程;在藉由蚀刻除去上述第1半导体基板之至少表面部后实施热处理的过程;藉由蚀刻,而让上述第1包覆层露出的过程及;在上述第1包覆层的表面与上述第2半导体基板之背面形成电极的过程。25.如申请专利范围第24项之半导体发光元件之制造方法,上述磊晶成长层包含一被形成在上述第1半导体基板与上述积层体之间,而在上述第1半导体基板的除去过程中,会阻止蚀刻的保护膜。26.一种半导体发光元件之制造方法,其特征在于:以第1以及第2半导体基板,从两侧来挟着包含发光层的发光部,而高温予以一体接合。27.如申请专利范围第26项之半导体发光元件之制造方法,上述高温处理可将上述发光部,上述第1以及第2半导体基板一次加以处理。28.一种半导体发光元件之制造方法,其特征在于:备有:在成长用基板之上,让含有发光层的发光部作磊晶成长的过程;在第1温度下,使第1半导体基板密接在上述发光部之上的过程;除去上述成长用基板,让上述发光部的背面露出的过程;在第2温度下,使第2半导体基板密接在上述发光部之上述背面侧的过程及;在较上述第1以及第2温度为高的第3温度下,让上述发光部与上述第1以及第2半导体基板一体地加以接合。29.如申请专利范围第28项之半导体发光元件之制造方法,上述第3温度为500至1200℃。30.一种接合型半导体基板之制造方法,其主要系针对一由接合2个半导体基板而构成的接合型半导体基板之制造方法,其特征在于:相对于在由化合物半导体所构成之第1半导体基板的主面中,接合(111)A面与(111)B面之其中一方优先出现的面,在由化合物半导体所构成之第2半导体基板的主面中,则接合(111)A面与(111)B面之另一方优先出现的面。31.一种接合型半导体基板之制造方法,其主要系针对一由将从化合物半导体所构成的单晶晶棒所切出之第1以及第2半导体基板接合而成之接合型半导体基板之制造方法,其特征在于:将在上述第2半导体基板之主面中,位在距上述单晶晶棒之种结晶远侧的主面接合于在上述第1半导体基板之主面中,接近于上述单晶晶棒之种结晶的一侧的主面。32.如申请专利范围第27项之半导体发光元件之制造方法,上述第1以及第2晶圆系分别从不同的单晶晶棒所切出者。33.一种接合型半导体基板之制造方法,其主要系针对一由接合2个半导体基板而构成之接合型半导体基板之制造方法,其特征在于:只针对重叠在一起之上述2个半导体基板的一部分加压按住,而藉着在末按住上述2个半导体基板之其他的部分加热,而接合上述2个半导体基板。34.如申请专利范围第33项之接合型半导体基板之制造方法,只针对上述重叠在一起之上述2个半导体基板的中央部加压而按住。35.如申请专利范围第22项之半导体发光元件之制造方法,更具备有藉着部分地除去上述第1磊晶成长层,而使上述第2半导体基板上之上述第1磊晶成长层的面积较上述第2半导体基板的面积为小的过程。36.如申请专利范围第17项之接合型半导体基板之制造方法,在上述第1半导体基板与上述第2半导体基板之至少其中一者之应接合的表面形成沟后才加以接合。图式简单说明:图1系表本发明之接合型半导体基板之一实施形态的简略断面图。图2(a)~(d)系表用于说明本发明之接合型半导体基板之第1实施例与第2实施例之简略断面图。图3系表用在本发明之接合型半导体基板之制造方法中之InGaA1P材料之构成比,格子常数以及band gap的表。图4(a)~(f)系表用于说明本发明之接合型半导体基板之制造方法之第3实施例的简略断面图。图5A至图5F系表将本发明的第3实施形态例如应用到绿色之半导体发光元件之制造方法的情形。图6A至图6G系表为了要评估本实施形态的效果所实施之比较例之半导体发光元件之制造方法的过程断面图。图7系表在图6A~6G的比较例中,在发光元件部产生挠曲,而发生裂痕140之情形的概念图。图8系分别表在本发明之第3实施形态中,在接合透明基板之前与之后之LED的发光辉度的情形。图9(a)~(c)系用于说明本发明之第4实施形态之基板之接合方法的概念图。图10(a)~(c)系表将从2个不同的晶棒所切出的半导体基板接合之情形的概念图。图11系表接着面之载体浓度与界面电阻之关系的说明图。图12(a)~(d)系表用于说明本发明之第5实施形态的概念图。图13(a)~(d)系表具体地说明本发明之第7实施例之制造方法的简略断面图。图14(a)系表本发明之第6实施形态之LED之断面构造的概念图,同图(b)系表作为比较例之以往之LED之断面构造的断面图。图15系表在具有如图14所示之透明基板的InGaA1P系LED中,发光层相对于晶片面积之面积的比例,与外部发光强度之关系的说明图。图16(a)~(c)系表本发明之第6实施形态之接合型半导体基板之主要部分的过程断面图。图17(a)~(c)系表本发明之第6实施形态之接合型半导体基板之制造方法之主要部分的过程断面图。图18(a)~(e)系表在接合晶圆之前减小发光层之面积之制造方法之主要部分的过程断面图。图19系表将作为发光层的积层体10减小到与上侧电极19A大略相同面积为止之半导体发光元件的概念图。图20(a)~(c)系表图19所示之半导体发光元件之制造方法之主要部分的过程断面图。图21系表在透明基板11的侧面设有段差ST之半导体发光元件之构造的概念图。图22系表习知技术之InGaA1P可见光LED之一例的简略断面图。图23系(a)~(d)表图22所示之LED之习知技术之制造方法的简略断面图。
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