特開 2024-3708 接合型発光素子ウェーハ及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024003708

(43)【公開日】2024-01-15

(54)【発明の名称】接合型発光素子ウェーハ及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/22 20100101AFI20240105BHJP

   H01L 21/02 20060101ALI20240105BHJP

   H01L 33/00 20100101ALI20240105BHJP

【ＦＩ】

H01L33/22

H01L21/02 B

H01L33/00 Z

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022103043

(22)【出願日】2022-06-27

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2023-06-27

(71)【出願人】

【識別番号】000190149

【氏名又は名称】信越半導体株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100102532

【弁理士】

【氏名又は名称】好宮 幹夫

(74)【代理人】

【識別番号】100194881

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 俊弘

(74)【代理人】

【識別番号】100215142

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 徹

(72)【発明者】

【氏名】石崎 順也

【テーマコード（参考）】

5F241

【Ｆターム（参考）】

5F241AA41

5F241CA04

5F241CA37

5F241CA74

5F241CA77

5F241CA93

5F241CB04

5F241CB25

5F241CB36

(57)【要約】

【課題】 スパイク状インクルージョンが存在するエピタキシャルウェーハを、可視光透過性であり、かつ、紫外光非透過性の接着層を介して、可視光透過性であり、かつ、紫外光透過性である透明基板に接合した接合型発光素子ウェーハにおいて、スパイク状インクルージョンによって生じる不良部の範囲が狭い接合型発光素子ウェーハを提供する.
【解決手段】 活性層を含むエピタキシャル層を有する発光素子用エピタキシャルウェーハと、可視光透過性であり、かつ、紫外光透過性である透明基板とが、可視光透過性であり、かつ、紫外光非透過性の接着層を介して接合している接合型発光素子ウェーハであって、前記エピタキシャル層に内在するスパイク状インクルージョンの該エピタキシャル層からの飛び出し高さが、前記接着層の厚さ以下である接合型発光素子ウェーハ。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

活性層を含むエピタキシャル層を有する発光素子用エピタキシャルウェーハと、
可視光透過性であり、かつ、紫外光透過性である透明基板とが、
可視光透過性であり、かつ、紫外光非透過性の接着層を介して接合している接合型発光素子ウェーハであって、
前記エピタキシャル層に内在するスパイク状インクルージョンの該エピタキシャル層からの飛び出し高さが、前記接着層の厚さ以下であることを特徴とする接合型発光素子ウェーハ。

【請求項2】

前記接着層が、ベンゾシクロブテン、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ＳＯＧ、ポリイミド、及びアモルファスフッ素樹脂からなる群より選択されるものであることを特徴とする請求項１に記載の接合型発光素子ウェーハ。

【請求項3】

出発基板上に、活性層を含むエピタキシャル層を有する発光素子用エピタキシャルウェーハを作製する工程と、
可視光透過性であり、かつ、紫外光透過性である透明基板を準備する工程と、
前記発光素子用エピタキシャルウェーハと、前記透明基板を、可視光透過性であり、かつ、紫外光非透過性の接着層を介して接合する工程と
を有する接合型発光素子ウェーハの製造方法において、
前記接合する工程の前に、前記エピタキシャルウェーハの前記エピタキシャル層を、保護膜を介してダミーウェーハに対向させて圧力を印加することにより、
前記エピタキシャル層に内在するスパイク状インクルージョンの、前記エピタキシャル層からの飛び出し部分の先端部を破壊し、該スパイク状インクルージョンの前記エピタキシャル層からの飛び出し高さを減少させ、
前記エピタキシャル層からのスパイク状インクルージョンの飛び出し高さを減少させたエピタキシャルウェーハを用いて前記接合する工程を行うことを特徴とする接合型発光素子ウェーハの製造方法。

【請求項4】

前記保護膜の厚さを、０．０１μｍ以上１０μｍ以下とすることを特徴とする請求項３に記載の接合型発光素子ウェーハの製造方法。

【請求項5】

前記保護膜の厚さを、０．０５μｍ以上１０μｍ以下とすることを特徴とする請求項４に記載の接合型発光素子ウェーハの製造方法。

【請求項6】

前記接着層を、ベンゾシクロブテン、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ＳＯＧ、ポリイミド、及びアモルファスフッ素樹脂からなる群より選択されるものとすることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の接合型発光素子ウェーハの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、接合型発光素子ウェーハ及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、ＡｌＧａＩｎＰ系μ－ＬＥＤ（マイクロＬＥＤ）用ウェーハとして、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）を介した接合ウェーハ（接合型発光素子ウェーハ）の技術が開示されている（例えば特許文献１）。

【0003】

前述の接合ウェーハでは、２枚のウェーハ同士を接合するため、それぞれのウェーハ（例えば、ＡｌＧａＩｎＰ系発光素子層を有する基板と、該基板に接合される被接合基板）の表面状態、あるいは接合界面に存在する異物の存在により、接合不良部が生じる場合がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２２－０１３２４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特に、接合する２枚のウェーハのうち１枚は、エピタキシャルウェーハを用いることから、エピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の成長中に落下した異物によって発生する凸状不良部の存在が問題になる。成長中に落下する異物の起源の大半はエピタキシャル成長炉内の析出物に起因する。エピタキシャル成長炉の原料ガス導入口からは、成長中、原料を含むガスが常に供給されているが、導入口では加熱部からの輻射熱から完全に遮蔽することが難しく、導入口で微量の原料ガスが分解し、析出している。

【0006】

この析出物は半導体ではなく、金属に近い状態で析出している。特にＩｎやＧａが主成分の析出物は、融点が低く原料である有機金属の分解温度と同程度かそれより低い融点である。従って、析出物は成長中、常に導入口から剥落しやすい状態になっている。導入口から剥落した析出物はキャリアガスによって運ばれ、エピタキシャル層の表面に落下する。剥落する際、キャリアガス流量方向に沿って剥落するため、析出物の大半は槍状の形状であり、この形状を保ったままエピタキシャル層の表面に突き刺さる。

【0007】

従って、エピタキシャル表面に落下した析出物は数～数十μｍの大きさ（高さ）を有した状態でエピタキシャル表面に刺さり、そのまま周囲に異常成長部を形成しながらエピタキシャル成長が行われる。小さい析出物の場合、エピタキシャル成長に伴い埋まってヒロックを形成するか、成長阻害を起こしてヒロックを形成するが、数十μｍに及ぶ大きな析出物はエピタキシャル層に埋まることなく、エピタキシャル成長後、スパイク状の凸部を有する異常成長部として残留する。

【0008】

この析出物を以降、「スパイク状インクルージョン」又は単に「インクルージョン」と呼ぶことにする。スパイク状インクルージョンを有するエピタキシャルウェーハを被接合基板に接合または接着しようとする場合、インクルージョンは機械的に非常に脆いので接合時の印加圧力により破壊される。その破壊に伴い、インクルージョンの周辺にはパーティクルが飛散し、飛散したパーティクルが界面に挟まれた状態で接合または接着が行われる。

【0009】

被接合基板や、接合／接着層が、金属などの、光を透過しない非光透過性材料で構成される場合、接合／接着界面に挟まれたパーティクルは接合／接着界面の機械強度上の問題にすぎず、デバイス加工時やダイス加工時に問題が生じない程度であれば、問題とはならない。

【0010】

しかし、被接合基板と、接合／接着層が光透過性材料で構成される場合、接合／接着界面に存在するパーティクルは、光吸収を生じると共に、光散乱を発生させる原因となる。光散乱や吸収の増加は、光散乱や吸収の増加が生じた箇所に相当するチップにおいて、隣接チップと明らかな特性差異を生じさせるため、ウェーハ内に形成する素子特性の分布の均一性を低下させることとなり、結果として歩留まり低下につながる。

【0011】

また、このスパイク状インクルージョン（スパイク状凸部）が破壊されたことによって飛散したパーティクルは比較的広範囲に飛散するため、スパイク状インクルージョンの高さの影響以上に接合不良部を増加させ、その影響によっても歩留まりが低下する要因となる。

【0012】

特許文献１では、表面に凸凹（凸状）があるエピタキシャルウェーハと被接合ウェーハを接合する技術が開示されている。しかし、特許文献１に開示された技術は、凸部（凹凸）はウェーハ全面に略一様に形成された場合に対する技術であり、離散的に、かつ、不規則に、かつ、スパイク状に存在する凸形状部に対する接合時に発生する問題解決に対する技術開示ではない。

【0013】

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、スパイク状インクルージョンが存在するエピタキシャルウェーハを、可視光透過性であり、かつ、紫外光非透過性の接着層を介して、可視光透過性であり、かつ、紫外光透過性である透明基板に接合した接合型発光素子ウェーハにおいて、スパイク状インクルージョンによって生じる不良部の範囲が狭い接合型発光素子ウェーハを提供すること、及び、該接合の際にスパイク状インクルージョンから発生するパーティクルの発生を抑制し、スパイク状インクルージョンによって生じる不良部の範囲が狭い接合型発光素子ウェーハを製造する方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、活性層を含むエピタキシャル層を有する発光素子用エピタキシャルウェーハと、可視光透過性であり、かつ、紫外光透過性である透明基板とが、可視光透過性であり、かつ、紫外光非透過性の接着層を介して接合している接合型発光素子ウェーハであって、前記エピタキシャル層に内在するスパイク状インクルージョンの該エピタキシャル層からの飛び出し高さが、前記接着層の厚さ以下であることを特徴とする接合型発光素子ウェーハを提供する。

【0015】

このような接合型発光素子ウェーハは、エピタキシャルウェーハの表面にスパイク状に存在するインクルージョン部の飛び出しが接着層の厚み以下であるため、接合不良部の広がりを抑制することができ、そのため、接合不良部の面積を減少させることができる。

【0016】

このとき、前記接着層が、ベンゾシクロブテン、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ－ｏｎ－ｇｌａｓｓ、スピンオングラス）、ポリイミド、及びアモルファスフッ素樹脂からなる群より選択されるものであることが好ましい。

【0017】

これらのような材質のものは、接合型発光素子ウェーハの接着層の材質として好適である。

【0018】

また、本発明は、出発基板上に、活性層を含むエピタキシャル層を有する発光素子用エピタキシャルウェーハを作製する工程と、可視光透過性であり、かつ、紫外光透過性である透明基板を準備する工程と、前記発光素子用エピタキシャルウェーハと、前記透明基板を、可視光透過性であり、かつ、紫外光非透過性の接着層を介して接合する工程とを有する接合型発光素子ウェーハの製造方法において、前記接合する工程の前に、前記エピタキシャルウェーハの前記エピタキシャル層を、保護膜を介してダミーウェーハに対向させて圧力を印加することにより、前記エピタキシャル層に内在するスパイク状インクルージョンの、前記エピタキシャル層からの飛び出し部分の先端部を破壊し、該スパイク状インクルージョンの前記エピタキシャル層からの飛び出し高さを減少させ、前記エピタキシャル層からのスパイク状インクルージョンの飛び出し高さを減少させたエピタキシャルウェーハを用いて前記接合する工程を行うことを特徴とする接合型発光素子ウェーハの製造方法を提供する。

【0019】

このような接合型発光素子ウェーハの製造方法は、あらかじめスパイク状インクルージョンの先端を破壊することができるため、接合の際にスパイク状インクルージョンから発生するパーティクルの発生を抑制し、スパイク状インクルージョンによって生じる不良部の範囲が狭い接合型発光素子ウェーハを製造することができる。

【0020】

この場合、前記保護膜の厚さを、０．０１μｍ以上１０μｍ以下とすることができる。

【0021】

このような保護膜の厚さであれば、スパイク状インクルージョンの破壊を効果的に行うことができる。

【0022】

さらにこの場合、前記保護膜の厚さを、０．０５μｍ以上１０μｍ以下とすることが好ましい。

【0023】

このような保護膜の厚さであれば、スパイク状インクルージョンの破壊を効果的に行うとともに、エピタキシャル層表面の損傷を抑制することができる。

【0024】

また、本発明の接合型発光素子ウェーハの製造方法においては、前記接着層を、ベンゾシクロブテン、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ＳＯＧ、ポリイミド、及びアモルファスフッ素樹脂からなる群より選択されるものとすることが好ましい。

【0025】

これらのような材質のものは、接合型発光素子ウェーハの接着層の材質として好適に用いることができる。

【発明の効果】

【0026】

本発明の接合型発光素子ウェーハは、エピタキシャルウェーハの表面にスパイク状に存在するインクルージョン部の飛び出しが接着層の厚み以下であるため、接合不良部の広がりを抑制することができ、そのため、接合不良部の面積を減少させることができる。

【0027】

また、本発明の接合型発光素子ウェーハの製造方法は、接合の際にスパイク状インクルージョンから発生するパーティクルの発生を抑制し、スパイク状インクルージョンによって生じる不良部の範囲が狭い接合型発光素子ウェーハを製造することができる。特に、エピタキシャルウェーハの表面にスパイク状に存在するインクルージョン部を接合前に破壊しておくことで、接合時に発生するインクルージョン部起源のパーティクル数を減少させることができる。また、エピタキシャルウェーハの表面にスパイク状に存在するインクルージョン部を接合前に破壊しておくことで、接合不良部の面積を減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明の接合型発光素子ウェーハの製造方法の第一実施形態の一部を示す概略断面図である。

【図2】本発明の接合型発光素子ウェーハの製造方法の第一実施形態の他の一部を示す概略断面図である。

【図3】本発明の接合型発光素子ウェーハの製造方法の第一実施形態の他の一部を示す概略断面図である。

【図4】本発明の接合型発光素子ウェーハの製造方法の第一実施形態の他の一部を示す概略断面図である。

【図5】本発明の接合型発光素子ウェーハの製造方法の第一実施形態の他の一部を示す概略断面図である。

【図6】本発明の接合型発光素子ウェーハの製造方法の第一実施形態の他の一部を示す概略断面図である。

【図7】本発明の接合型発光素子ウェーハの製造方法の第一実施形態の他の一部を示す概略断面図である。

【図8】本発明の接合型発光素子ウェーハの製造方法の第一実施形態の他の一部を示す概略断面図である。

【図9】本発明の接合型発光素子ウェーハの製造方法の第一実施形態の他の一部を示す概略断面図である。

【図10】本発明の接合型発光素子ウェーハ製造方法における処理を施した後のインクルージョン部の接合の状態を示した拡大写真である。

【図11】従来の接合型発光素子ウェーハ製造方法におけるインクルージョン部の接合の状態を示した拡大写真である。

【図12】実施例と比較例におけるＢＣＢ厚さ不良域の幅を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【0030】

本発明の接合型発光素子ウェーハは、活性層を含むエピタキシャル層を有する発光素子用エピタキシャルウェーハと、可視光透過性であり、かつ、紫外光透過性である透明基板とが、可視光透過性であり、かつ、紫外光非透過性の接着層を介して接合している接合型発光素子ウェーハであって、前記エピタキシャル層に内在するスパイク状インクルージョンの該エピタキシャル層からの飛び出し高さが、前記接着層の厚さ以下であることを特徴とする接合型発光素子ウェーハである。

【0031】

このような接合型発光素子ウェーハは、本発明の接合型発光素子ウェーハの製造方法によって製造することができる。本発明の接合型発光素子ウェーハの製造方法は、出発基板上に、活性層を含むエピタキシャル層を有する発光素子用エピタキシャルウェーハを作製する工程と、可視光透過性であり、かつ、紫外光透過性である透明基板を準備する工程と、前記発光素子用エピタキシャルウェーハと、前記透明基板を、可視光透過性であり、かつ、紫外光非透過性の接着層を介して接合する工程とを有する接合型発光素子ウェーハの製造方法において、前記接合する工程の前に、前記エピタキシャルウェーハの前記エピタキシャル層を、保護膜を介してダミーウェーハに対向させて圧力を印加することにより、前記エピタキシャル層に内在するスパイク状インクルージョンの、前記エピタキシャル層からの飛び出し部分の先端部を破壊し、該スパイク状インクルージョンの前記エピタキシャル層からの飛び出し高さを減少させ、前記エピタキシャル層からのスパイク状インクルージョンの飛び出し高さを減少させたエピタキシャルウェーハを用いて前記接合する工程を行うことを特徴とする接合型発光素子ウェーハの製造方法である。なお、本発明において「接合」とは、２枚のウェーハを接着剤などで一体とすることを指し、「接着」や「貼り合わせ」を含む概念である。

【0032】

以下、本発明の接合型発光素子ウェーハの製造方法の態様を第一実施形態、第二実施形態、及び第三実施形態を例示して説明する。それぞれの実施形態で類似の構成要素は図面中に同一の符号を付して説明する。また、重複する説明は省略する。

【0033】

［第一実施形態］
まず、第一の実施形態を説明する。

【0034】

まず、図１に示すように出発基板１１上に、順次エピタキシャル成長を行い、各層を形成し、エピタキシャルウェーハ２０を作製する。これにより、エッチングストップ層１２や、活性層１４を含むエピタキシャル層１８を成長する。より具体的には、以下のようにして各層のエピタキシャル成長を行うことができる。

【0035】

図１に示すように第一導電型の例えばＧａＡｓからなる出発基板１１上にエッチングストップ層１２をエピタキシャル成長させる。エッチングストップ層１２は、例えば、第一導電型のＧａＡｓバッファ層を積層した後、第一導電型のＧａ_ｘＩｎ_１－ｘＰ（０．４≦ｘ≦０．６）第一エッチングストップ層を例えば０．１μｍ、第一導電型のＧａＡｓ第二エッチングストップ層を例えば０．１μｍ成長させることにより形成することができる。さらに、エッチングストップ層１２上に、例えば、第一導電型の（Ａｌ_ｙＧａ_１－ｙ）_ｘＩｎ_１－ｘＰ（０．４≦ｘ≦０．６，０．６≦ｙ≦１．０）第一クラッド層１３を例えば１．０μｍ、ノンドープの（Ａｌ_ｙＧａ_１－ｙ）_ｘＩｎ_１－ｘＰ（０．４≦ｘ≦０．６，０≦ｙ≦０．５）活性層１４、第二導電型の（Ａｌ_ｙＧａ_１－ｙ）_ｘＩｎ_１－ｘＰ（０．４≦ｘ≦０．６，０．６≦ｙ≦１．０）第二クラッド層１５を例えば１．０μｍ、第二導電型のＧａ_ｘＩｎ_１－ｘＰ（０．５≦ｘ≦１．０）中間層（不図示）を例えば０．１μｍ、第二導電型のＧａＰ窓層１６を例えば５μｍ、順次成長した、エピタキシャル層（エピタキシャル機能層）１８としての発光素子構造を有する発光素子用エピタキシャルウェーハ２０（以下、単に「エピタキシャルウェーハ」と略称することがある。）を作製する。ここで、第一クラッド層１３から第二クラッド層１５までをダブルヘテロ（ＤＨ）構造部と称する。エピタキシャルウェーハ２０上には成長炉内から剥落し、エピタキシャルウェーハ２０上に落下して形成されたスパイク状インクルージョン２２が存在する（図１参照）。

【0036】

本発明の説明において、スパイク状インクルージョン２２は、エピタキシャル層１８に内在する異物であって、上記のように不定形の槍状のものを指す。スパイク状インクルージョン２２の「飛び出し高さ」とは、スパイク状インクルージョン２２がエピタキシャル層１８の表面（図１の場合、窓層１６の表面）から飛び出している高さのことを指す。

【0037】

前記に例示した膜厚はあくまで例示であり、素子の動作仕様により膜厚は変更されるべきパラメーターにすぎず、ここで記載した膜厚に限定されないことは言うまでもない。また、各層は単一組成層ではなく、例示した範囲の組成内で複数組成層を有することを概念として含むことは言うまでもない。また、キャリア濃度の水準は、各層で均一ではなく、各層内で複数の水準を有することを概念として含むことは言うまでもない。

【0038】

活性層は、単一組成から構成されてもよく、また、バリア層と活性層を複数交互に積層した構造であっても、類似の機能を有することはいうまでもなく、両者いずれもが選択可能であることは言うまでもない。

【0039】

このようにして準備したエピタキシャルウェーハ２０は、後述のように、被接合ウェーハである透明基板に接合されるのであるが、本発明では、後述の接合工程の前に、エピタキシャルウェーハ２０のエピタキシャル層１８を、保護膜を介してダミーウェーハに対向させて圧力を印加する。

【0040】

ダミーウェーハを図２に示した。ダミーウェーハ４１は、例えばシリコンウェーハとすることができる。第一実施形態では、ダミーウェーハ４１上に保護膜４２を形成する（図２参照）。保護膜４２は例えば感光性レジストを用いることができる。ダミーウェーハ４１上に感光性レジストからなる保護膜４２を塗布した後、９０℃前後に保持するプリベーク処理を行い、レジストに含まれる溶剤を飛ばしておくことが好ましい。ダミーウェーハ４１は平坦で、スパイク状インクルージョン２２を破壊できる機械的強度を有し、安価であればよく、材質としては上記のシリコンの他、例えば、石英、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＳｉＣなどから選択することができる。

【0041】

また、保護膜４２として感光性レジストを例示したが、エピタキシャルウェーハ２０表面の保護に要する材料で、濡れ性が良い材料であればどのような材料でも選択可能である。ポリ酢酸ビニル、ワックス、各種レジスト、ＨｏｇｏＭａｘ（登録商標：プロピレングリコールモノメチルエーテル・ポリビニルアルコール含有物）、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、アモルファスフッ素系樹脂（例えばＣＹＴＯＰ（登録商標））、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などが選択可能である。

【0042】

図２に示した保護膜４２を形成したダミーウェーハ４１を用いて、エピタキシャルウェーハ２０のエピタキシャル層１８を、保護膜４２を介してダミーウェーハ４１に対向させて圧力を印加する様子を図３に示した。

【0043】

エピタキシャルウェーハ２０の成長面（スパイク状インクルージョン２２を有する面）を、ダミーウェーハ４１の保護膜４２のある面に対向させ、後述の接合時と同じ要領でエピタキシャルウェーハに圧力を印加し、ダミーウェーハ４１に押し付ける（図３参照）。この際、スパイク状インクルージョン２２に選択的に圧力が印加され、先端部が砕けて高さが減じる。インクルージョン２２の高さのうち、保護膜４２の厚みを突き抜けてダミーウェーハ４１にあたる部分が破壊され、保護膜４２の厚み分のインクルージョン２２の高さは残る。よって、残存高さを低くするためには、保護膜４２は薄い方が好適である。保護材の粘度を調整することで、より薄く塗布することが可能で、残存高さをさらに減少させることができる。

【0044】

インクルージョン２２の飛び出し高さは１０μｍ以上の場合が多いため、保護膜４２の厚さは少なくとも１０μｍ以下であることが好ましい。保護膜４２の厚さがインクルージョン２２の飛び出し高さ以上の場合、インクルージョン２２に圧力が印加されず、その結果、インクルージョン２２が破壊されない。

【0045】

一方で、保護膜４２は、インクルージョン２２の破壊により生じた破片（パーティクル）が保護膜４２に埋まることで、エピタキシャルウェーハ２０の表面への傷をつけること防ぐ役目もあり、薄すぎるとエピタキシャルウェーハ２０の表面に傷がつくリスクが高くなる。よって、エピタキシャルウェーハ２０の表面保護のためには０．０５μｍ以上の厚さがあることが好ましい。

【0046】

保護膜４２の厚さをより薄く（例えば０．０５μｍ未満）にした場合、インクルージョン２２の破壊により発生したパーティクルにより、エピタキシャルウェーハ２０の表面が傷つく可能性があるが、輝度向上を目的にエピタキシャルウェーハ２０の表面を粗面化処理する場合も多く、その場合は、パーティクルによるエピタキシャルウェーハ２０の表面の傷は問題にならないので、例えば０．０１μｍ程度の薄膜とすることができる。

【0047】

尚、このインクルージョン２２の破壊後の残存高さ（エピタキシャル層１８からの飛び出し高さ）が、後工程での接合における接着層厚さより低ければ、インクルージョンの残存部は接着層（ＢＣＢなど）に包含され被接合基板に衝突しないので、接合不良面積は最小限に抑えられる。よって、保護膜４２の厚さを接着層の厚さ以下とすることで、インクルージョン２２による接合不良の低減が期待できる。例えば、接着層の厚さが０．６μｍの場合、保護膜４２の厚さは０．６μｍ未満に設計することが好適である。

【0048】

図３に示したような、ダミーウェーハ４１によるインクルージョン２２の破壊工程後、ダミーウェーハ４１からエピタキシャルウェーハ２０を外し、エピタキシャルウェーハ２０の上に付着した保護膜４２と残留パーティクルを除去する（図４参照）。これらの除去のため、保護膜４２に感光性レジストやワックスを選択した場合は有機溶剤で、非水溶性のＢＣＢやＣＹＴＯＰ、シリコーンを選択した場合はリンス液、例えば薄め液や剥離液で、水溶性のＨｏｇｏＭａｘを選択した場合は純水で洗浄する。このようにして洗浄し、保護膜４２とパーティクルを除去することで、スパイク状インクルージョン２２の高さを減じたエピタキシャルウェーハ２０を得ることができる（図４参照）。

【0049】

以上のようにして、エピタキシャル層１８からのスパイク状インクルージョン２２の飛び出し高さを減少させたエピタキシャルウェーハ２０を用いて、被接合ウェーハである透明基板３０と接着層２５を介して接合する（図５参照）。この接合工程は、より具体的には、以下のようにして行うことができる。

【0050】

接着層としては、可視光透過性であり、かつ、紫外光非透過性の接着層２５を用いる。本発明の説明において、紫外光非透過性とは、１７０ｎｍ以上３６０ｎｍ以下の波長域に光吸収端を有し、光吸収端における透過率が５０％以下であることを指す。被接合ウェーハである透明基板としては、可視光透過性であり、かつ、紫外光透過性である材質のものを用いる。エピタキシャルウェーハ２０上に可視光透過性であり、かつ、紫外光非透過性の接合材（好ましくは熱硬化型接合材）として、例えばベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）をスピンコートし、被接合基板である透明基板３０（例えばサファイアウェーハ）と対向させて重ね合わせ、熱圧着することでエピタキシャルウェーハ２０と透明基板３０（例えばサファイアウェーハ）とを、接着層２５（例えばＢＣＢ）を介して接合した接合型発光素子ウェーハ（エピタキシャルウェーハ接合基板）を作製する。スピンコートにてＢＣＢを塗布する際、設計膜厚は例えば０．６μｍとすることができる。

【0051】

本実施形態においては、被接合基板がサファイアの場合を例示したが、平坦性と可視光およびＵＶ光透過性を有するものであればどのような材料でもよく、石英などを選択できる。

【0052】

また、本実施形態においては、接着層２５を形成する接合材としてＢＣＢを例示したが、ＢＣＢに限定されるものではなく、可視光透過性かつＵＶ光非透過性のものであれば、どのような材料でも選択可能である。接合材は熱硬化性であることが好ましく、ＢＣＢの他、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ＳＯＧ、ポリイミド、及びアモルファスフッ素樹脂（例えばＣＹＴＯＰ）などを用いてもよい。

【0053】

また、本実施形態において、図５では、ＢＣＢは層状に塗布した状態である場合を例示しているが、層状に限定されないことは言うまでもない。感光性ＢＣＢを用いて孤立島状やライン状、その他の形状にパターン化し、接合の工程を行っても同様な結果が得られることは言うまでもない。

【0054】

以上のようにして、図５に示した、活性層１４を含むエピタキシャル層１８を有する発光素子用エピタキシャルウェーハ２０と、可視光透過性であり、かつ、紫外光透過性である透明基板３０とが、可視光透過性であり、かつ、紫外光非透過性の接着層２５を介して接合している接合型発光素子ウェーハを製造することができる。また、図５の接合型発光素子ウェーハでは、エピタキシャル層１８に内在するスパイク状インクルージョン２２のエピタキシャル層１８からの飛び出し高さが、接着層２５の厚さ以下であるものである。

【0055】

また、本発明の接合型発光素子ウェーハは、さらに以下のように加工することができる。図６に示したように、出発基板１１を除去する。具体的には、ＧａＡｓ出発基板１１をウェットエッチング等により除去し、エッチングストップ層１２の第一エッチングストップ層を露出させ、エッチャントを切り替えて第二エッチングストップ層を除去して第一クラッド層１３を露出させる。以上の処理を行うことにより、ＤＨ層と窓層のみを保持するエピタキシャル接合基板を作製することができる（図６）。本実施形態において、０．６μｍのＢＣＢ厚を例示したが、この厚さに限定されない。

【0056】

また、以下のように、続けて、素子分離を行い、各素子の電極等を形成することができる。以下の素子分離及び電極形成等の方法は例示である。

【0057】

まず、図７に示したように、例えば以下のようにして、素子分離を行う。フォトリソグラフィー法によりパターンを形成し、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）により素子分離加工を行う。ＩＣＰに使用するガスは塩素およびアルゴンである。ＩＣＰ加工はＢＣＢ層を露出させる工程と第二クラッド層１５を露出させる工程の２回行う。

【0058】

本実施形態においては第二クラッド層１５を露出させた場合を例示したが、第二クラッド層１５を露出させる場合に限定されないことは言うまでもなく、最低限、活性層１４が分離されていれば加工目的が達成されるため、第二クラッド層１５の露出ではなく、ＧａＰ窓層１６が露出する場合でも同様の効果が得られることは言うまでもない。

【0059】

素子分離加工後、図８に示したように、端面処理として発光素子保護膜５２を形成する。本実施形態においては、発光素子保護膜５２としてＳｉＯ_２を使用することができる。保護膜はＳｉＯ_２に限定されるものではなく、端面が保護でき、かつ絶縁性を有する材料であればどのような材料でも選択可能である。ＳｉＮｘや酸化チタン、酸化マグネシウムなども選択可能である。

【0060】

発光素子保護膜５２を形成した後、図９に示したように、素子の電極５４の形成を行う。例えば、第一導電型層あるいは第二導電型層夫々に接する電極５４を形成し、熱処理を施すことでオーミックコンタクトを形成する。本実施形態においては第一導電型をＮ型とし、第二導電型をＰ型として設計し、Ｎ型層に接する電極にＡｕとＳｉを含有する金属を、Ｐ型層に接する電極にＡｕとＢｅを含有する金属を使用することができる。

【0061】

本実施形態においては、Ｎ型電極として例えばＡｕとＳｉの金属を使用できるが、この材料に限定されるものではなく、ＡｕとＧｅを含有する金属を使用してもよい。また、Ｐ型電極として例えばＡｕとＢｅの金属を使用できるが、この材料に限定されるものではなく、ＡｕとＺｎを含有する金属を使用してもよい。

【0062】

本実施形態において、ＡｌＧａＩｎＰ系発光素子を用いた接合ウェーハの場合を例示したが、この材料と機能に限定されるものではなく、スパイク状インクルージョン２２（スパイク状突起異物）による不良が発生するエピタキシャルウェーハ２０を接合する接合型発光素子ウェーハを製造する際に、材料系を問わず適用できるのは言うまでもない。

【0063】

［第二実施形態］
次に、本発明の接合型発光素子ウェーハの製造方法の第二実施形態を説明する。エピタキシャルウェーハ２０を形成するまでの工程・構造は第一実施形態と同様である。第一実施形態と異なり、図３に示したダミーウェーハ４１を用いた圧力印加の際の保護膜４２を、（ダミーウェーハ４１ではなく、）図１に示したエピタキシャルウェーハ２０の表面上（図１では窓層１６の表面上）に形成する。このようなエピタキシャルウェーハ２０及びダミーウェーハ４１を用いて、保護膜４２を介してエピタキシャルウェーハ２０の表面に圧力を印加する。スパイク状インクルージョン２２の破壊方法、およびその後の工程は第一実施形態と同様である。

【0064】

［第三実施形態］
次に、本発明の接合型発光素子ウェーハの製造方法の第三実施形態を説明する。エピタキシャルウェーハ２０を形成するまでの工程・構造は第一実施形態と同様である。第一実施形態と異なり、図３に示したダミーウェーハ４１を用いた圧力印加の際の保護膜４２を、図１に示したエピタキシャルウェーハ２０上に形成するとともに、図２に示したダミーウェーハ４１にも形成する。すなわち、保護膜４２を、エピタキシャルウェーハ２０の表面上（図１では窓層１６の表面上）及びダミーウェーハ４１の双方に形成する。このとき、保護膜の総厚さ（エピタキシャルウェーハ２０の表面上に形成した保護膜の厚さとダミーウェーハ４１の表面上に形成した保護膜の厚さの合計）を接着層の厚さ以下とすることで、インクルージョン２２による接合不良の低減が期待できる。スパイク状インクルージョン２２の破壊方法、およびその後の工程は第一実施形態と同様である。

【0065】

第一実施形態～第三実施形態のいずれにおいても、本発明によれば、エピタキシャルウェーハ２０のエピタキシャル成長に起因し、完全に無くすことが困難なスパイク状インクルージョン２２（スパイク状凸部）の、接合における影響を低減し、接合不良部の面積を減少させることができる。

【実施例0066】

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明について詳細に説明するが、これらは本発明を限定するものではない。

【0067】

（実施例１）
第一実施形態に沿って接合型発光素子ウェーハを製造した。

【0068】

まず、図１に示したように、第一導電型のＧａＡｓ出発基板１１上に、第一導電型のＧａＡｓバッファ層積層後、第一導電型のＧａ_ｘＩｎ_１－ｘＰ（０．４≦ｘ≦０．６）第一エッチングストップ層を０．１μｍ、第一導電型のＧａＡｓ第二エッチングストップ層を０．１μｍエピタキシャル成長し、エッチングストップ層１２とした。さらに、第一導電型の（Ａｌ_ｙＧａ_１－ｙ）_ｘＩｎ_１－ｘＰ（０．４≦ｘ≦０．６，０．６≦ｙ≦１．０）第一クラッド層１３を１．０μｍ、ノンドープの（Ａｌ_ｙＧａ_１－ｙ）_ｘＩｎ_１－ｘＰ（０．４≦ｘ≦０．６，０≦ｙ≦０．５）活性層１４、第二導電型の（Ａｌ_ｙＧａ_１－ｙ）_ｘＩｎ_１－ｘＰ（０．４≦ｘ≦０．６，０．６≦ｙ≦１．０）第二クラッド層１５を１．０μｍ、第二導電型のＧａ_ｘＩｎ_１－ｘＰ（０．５≦ｘ≦１．０）中間層（不図示）を０．１μｍ、第二導電型のＧａＰ窓層１６を５μｍ、順次成長し、エピタキシャル層（エピタキシャル機能層）１８としての発光素子構造を有するエピタキシャルウェーハ２０を準備した。エピタキシャルウェーハ２０上には、成長炉内から剥落し、エピタキシャルウェーハ上に落下して形成されたスパイク状インクルージョン２２が存在した（図１参照）。

【0069】

次に、図２に示したように、ダミーウェーハ４１としてシリコンウェーハを準備し、感光性レジストをダミーウェーハ上に塗布し０．５μｍの保護膜４２とした。塗布後、９０℃前後に保持するプリベーク処理を行い、レジストに含まれる溶剤を飛ばした。

【0070】

次に、図３に示したように、エピタキシャルウェーハ２０の成長面（スパイク状インクルージョン２２を有する面）とダミーウェーハの保護膜４２を形成した面を対向させて重ね、エピタキシャルウェーハ２０に圧力を印加し、ダミーウェーハ４１に押し付けた。

【0071】

圧力印加処理後、図４に示したように、ダミーウェーハ４１からエピタキシャルウェーハ２０を外し、エピタキシャルウェーハ２０上に付着した塗布膜（保護膜４２）と残留パーティクルを除去した。

【0072】

次に、図５に示したように、エピタキシャルウェーハ２０上に接着層２５としてベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）をスピンコートし、被接合基板であるサファイアウェーハ（透明基板３０）と対向させて重ね合わせ、熱圧着することでエピタキシャルウェーハ２０とサファイアウェーハ（透明基板３０）とをＢＣＢ（接着層２５）を介して接合した。ＢＣＢの塗布設計膜厚は０．６μｍとした。

【0073】

次に、図６に示したように、ＧａＡｓ出発基板１１をウェットエッチングで除去し、第一エッチングストップ層を露出させ、エッチャントを切り替えて第二エッチングストップ層を除去して第一クラッド層１３を露出させ、ＤＨ層と窓層１６のみを保持するエピタキシャル接合基板を作製した。

【0074】

次に、図７に示したように、フォトリソグラフィー法によりパターンを形成し、ＩＣＰにより素子分離加工を行った。ＩＣＰに使用するガスは塩素およびアルゴンである。ＩＣＰ加工はＢＣＢ層（接着層２５）を露出させる工程と第二クラッド層１５を露出させる工程の２回行った。

【0075】

素子分離加工後、図８に示したように、端面処理としてＳｉＯ_２からなる発光素子保護膜５２を形成した。

【0076】

次に、図９に示したように、発光素子保護膜５２の形成後、第一導電型層あるいは第二導電型層夫々に接する電極５４を形成し、熱処理を施すことでオーミックコンタクトを形成した。本実施例においては第一導電型をＮ型とし、第二導電型をＰ型として設計し、Ｎ型層に接する電極にＡｕとＳｉを含有する金属を、Ｐ型層に接する電極にＡｕとＢｅを含有する金属を使用した。

【0077】

（実施例２）
エピタキシャルウェーハ２０を形成するまでの工程・構造は実施例１と同様とした。保護膜４２をエピタキシャルウェーハ２０上に形成した以外、実施例１と同様の手法で、スパイク状インクルージョン２２の破壊、ダミーウェーハ４１の剥離、エピタキシャルウェーハ２０の洗浄、ＢＣＢを介したサファイアウェーハ（透明基板３０）との接合、出発基板１１の除去、素子形成を行った。

【0078】

（実施例３）
エピタキシャルウェーハ２０を形成するまでの工程・構造は実施例１と同様とした。保護膜４２をエピタキシャルウェーハ２０上とダミーウェーハ４１上の双方に形成した以外、実施例１と同様の手法で、スパイク状インクルージョン２２の破壊、ダミーウェーハ４１の剥離、エピタキシャルウェーハ２０の洗浄、ＢＣＢを介したサファイアウェーハ（透明基板３０）との接合、出発基板１１の除去、素子形成を行った。

【0079】

（比較例）
エピタキシャルウェーハ２０を形成するまでの工程・構造は実施例１～３と同様とした。実施例１～３に示されたスパイク状インクルージョン２２の破壊処理を行わなかった（すなわち、ダミーウェーハ４１を用いなかった）以外は、実施例１～３と同様の手法で、素子を作製した。

【0080】

（実施例と比較例との比較）
図１０に実施例１の処理を施した後のインクルージョン２２が存在する箇所の接合の状態を示し、図１１に従来処理のまま接合した場合の比較例のインクルージョンが存在する箇所を示す。いずれの場合も図の中心付近にインクルージョンが存在するが、インクルージョンが存在する領域は塗布膜が均一にならず、インクルージョン付近の膜厚が厚くなる。その膜厚分布が生じている領域（実線矢印表示部）は、実施例においては比較例比で、直径は約半分であった。特に顕著に膜厚が厚い領域（点線矢印部）の領域比では、比較例比で１／３以下であった。

【0081】

また、従来例（図１１）ではインクルージョンの周辺に多数の黒点部と黒点を囲むようにリング状の領域が確認できる。黒点部は接合処理時にインクルージョンが砕けて飛び散ったパーティクルであり、黒点周辺部のリング状の領域は局所的にＢＣＢが厚くなっている領域である。従来例では、インクルージョンを起源とするパーティクルがインクルージョン周辺に散布されているが、実施例において、このようなインクルージョンを起点とするパーティクルは存在しないか、著しく減少した。

【0082】

図１２に、保護膜４２のトータル厚さが０．５μｍの場合の実施例と比較例におけるＢＣＢ厚さ不良域の幅を示す。実施例１～３では、比較例と比べて、不良部径が減少した。

【0083】

実施例１においてはダミーウェーハ上に０．５μｍのＢＣＢ保護膜４２を、実施例２においてはエピタキシャルウェーハ上に０．５μｍのＢＣＢ保護膜４２を、実施例３においてはエピタキシャルウェーハおよびダミーウェーハ双方に粘度調整を行って０．２５μｍ厚のＢＣＢ保護膜４２を塗布した。実施例３ではやや改善効果が低下した。これは、双方のウェーハ上に保護膜４２を塗布したことで単膜を塗布した場合より保護膜４２が実効的に厚くなり、インクルージョン残存高さの減少効果が低下したと考えられる。

【0084】

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

【符号の説明】

【0085】

１１…出発基板、
１２…エッチングストップ層、
１３…第一クラッド層、
１４…活性層、
１５…第二クラッド層、
１６…窓層、
１８…（活性層を含む）エピタキシャル層、
２０…発光素子用エピタキシャルウェーハ、
２２…スパイク状インクルージョン、
２５…接着層、
３０…透明基板、
４１…ダミーウェーハ、
４２…保護膜、
５２…発光素子保護膜、
５４…電極。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【手続補正書】

【提出日】2023-03-15

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【請求項1】

活性層を含むエピタキシャル層を有する発光素子用エピタキシャルウェーハと、
可視光透過性であり、かつ、紫外光透過性である透明基板とが、
可視光透過性であり、かつ、紫外光非透過性の接着層を介して接合している接合型発光素子ウェーハであって、
前記エピタキシャル層に内在するスパイク状インクルージョンの該エピタキシャル層からの飛び出し高さが、前記接着層の厚さ以下であり、前記スパイク状インクルージョンの先端部が破壊されたものであることを特徴とする接合型発光素子ウェーハ。

【請求項2】

前記接着層が、ベンゾシクロブテン、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ＳＯＧ、ポリイミド、及びアモルファスフッ素樹脂からなる群より選択されるものであることを特徴とする請求項１に記載の接合型発光素子ウェーハ。

【請求項3】

出発基板上に、活性層を含むエピタキシャル層を有する発光素子用エピタキシャルウェーハを作製する工程と、
可視光透過性であり、かつ、紫外光透過性である透明基板を準備する工程と、
前記発光素子用エピタキシャルウェーハと、前記透明基板を、可視光透過性であり、かつ、紫外光非透過性の接着層を介して接合する工程と
を有する接合型発光素子ウェーハの製造方法において、
前記接合する工程の前に、前記エピタキシャルウェーハの前記エピタキシャル層を、保護膜を介してダミーウェーハに対向させて圧力を印加することにより、
前記エピタキシャル層に内在するスパイク状インクルージョンの、前記エピタキシャル層からの飛び出し部分の先端部を、エピタキシャル層からの飛び出し高さが、接着層の厚さ以下となる高さまで破壊し、該スパイク状インクルージョンの前記エピタキシャル層からの飛び出し高さを減少させ、
前記エピタキシャル層からのスパイク状インクルージョンの飛び出し高さを減少させたエピタキシャルウェーハを用いて前記接合する工程を行うことを特徴とする接合型発光素子ウェーハの製造方法。

【請求項4】

前記保護膜の厚さを、０．０１μｍ以上１０μｍ以下とすることを特徴とする請求項３に記載の接合型発光素子ウェーハの製造方法。

【請求項5】

前記保護膜の厚さを、０．０５μｍ以上１０μｍ以下とすることを特徴とする請求項４に記載の接合型発光素子ウェーハの製造方法。

【請求項6】

前記接着層を、ベンゾシクロブテン、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ＳＯＧ、ポリイミド、及びアモルファスフッ素樹脂からなる群より選択されるものとすることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の接合型発光素子ウェーハの製造方法。