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オプトエレクトロニクス応用のための(Al、In、Ga)NおよびZn(S、Se)のウェハボンディング方法

国内特許コード P110004101
整理番号 E067P06
掲載日 2011年7月6日
出願番号 特願2007-520436
公表番号 特表2008-506259
登録番号 特許第5303696号
出願日 平成17年7月6日(2005.7.6)
公表日 平成20年2月28日(2008.2.28)
登録日 平成25年7月5日(2013.7.5)
国際出願番号 US2005023802
国際公開番号 WO2006014421
国際出願日 平成17年7月6日(2005.7.6)
国際公開日 平成18年2月9日(2006.2.9)
優先権データ
  • 60/585,673 (2004.7.6) US
発明者
  • 村井 章彦
  • リー・マッカーシー
  • ウメシュ・ケー・ミシュラ
  • スティーブン・ピー・デンバース
  • カールステン・クルーゼ
  • シュテファン・フィゲ
  • デトレフ・ホンメル
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
発明の名称 オプトエレクトロニクス応用のための(Al、In、Ga)NおよびZn(S、Se)のウェハボンディング方法
発明の概要 (Al、In、Ga)NおよびZn(S、Se)間のウェハボンディング構造を作製する方法。比較的短い光の波長に対して高反射でかつ導電性のある分布ブラッグ反射器(DBR)をZn(S、Se)およびMgS/(Zn、Cd)Se材料を用いて作製できる。ウェハボンディング技術を用いて、この高品質DBR構造をGaN系光デバイス構造と組み合わせることができる。
従来技術、競合技術の概要


1.本発明の技術分野
本発明はオプトエレクトロニクス応用のためのウェハボンディングに関するものである。より具体的には、本発明はオプトエレクトロニクス応用への(Al、In、Ga)NおよびZn(S、Se)のウェハボンディングに関するものである。
2.関連技術の説明
(注:本願は、明細書中に例えば[x]のように括弧に入れられた1つ以上の参照文献番号を用いて示される様々な多くの文献を参照している。参照文献番号順に並べたこれら様々な文献のリストは以下の「参考文献」と題されたセクションに見出すことができる。これら文献のそれぞれは参照として本明細書に組み込まれる。)
InP/GaAs、(AlGa1-x0.5In0.5P/GaP、InP/GaN、GaAs/GaNのような材料の様々な組み合わせを用いたウェハボンディング技術はオプトエレクトロニクス集積、発光ダイオード(LED)、垂直共振器型面発光レーザ(VCSEL)および電子デバイスへの応用のために研究されてきた[非特許文献1、2、3、4]。



窒化物材料系においては分布ブラッグ反射器(DBR)構造を作製するために幾つかの挑戦が行われている。一般的な方法は1/4波長厚のGaN層とAlGaN層を交互に積層した構造をエピタキシャル成長することである。GaNとAlNは2.5%の格子不整合があるために、層内にクラックが発生しないように3元材料のAlNの組成は小さくしなければならない。そのため、高反射を実現するためにはミラー対の数が多くなり、反射ストップバンドの帯域が非常に狭くなる[非特許文献5]。



別の方法としては、クラックの発生を避けるためにAlInN/GaNの組み合わせを用いる方法である[非特許文献6]。しかし、この方法でも導電性のあるDBR、特に導電性p型DBR構造を作製することは依然として困難である。



それゆえに、オプトエレクトロニクス応用のためのウェハボンディング方法の改良が必要である。本発明はこの必要性を満足させるものである。
【非特許文献1】
Appl.Phys.Lett.56,737-39(1990)
【非特許文献2】
Appl.Phys.Lett.64,2839-41(1994)
【非特許文献3】
Appl.Phys.Lett.68,2147(1996)
【非特許文献4】
Appl.Phys.Lett.81,3152-54(2002)
【非特許文献5】
Appl.Phys.Lett.73,3653-3655(1988)
【非特許文献6】
Appl.Phys.Lett.83,668-670(2003)
【非特許文献7】
Appl.Phys.Lett.72,1238-40(1998)

産業上の利用分野


関連出願の相互参照
本出願は米国特許法第119条(e)に基づいて、本発明の譲受人に譲渡された以下の同時係属の特許出願の利益を主張するものである。



シュテファン・フィゲ(Stephan Figge)、カールステン・クルーゼ(Carsten Kruse)、村井 章彦(Akihiko Murai)、デトレフ・ホンメル(Detlef Hommel)、リー・マッカーシー(Lee McCarthy)、ウメシュ・K.ミシュラ(Umesh K. Mishra)、スティーブン・P.デンバース(Steven P. DenBaars)による米国特許仮出願第60/585,673号、2004年7月6日出願、発明の名称「オプトエレクトロニクス応用への(Al、In、Ga)NおよびZn(S、Se)のウェハボンディング方法(METHOD FOR WAFER BONDING (Al,In,Ga)N AND Zn(S,Se) FOR OPTOELECTRONIC APPLICATIONS)」、代理人整理番号30794.116-US-P1(2004-455);
この出願は参照として本明細書中に組み込まれる。

特許請求の範囲 【請求項1】
(a)GaAs上にZn(S,Se)を成長することによりZnSSeウェハを作製する工程、
(b)サファイア上に(Al,In,Ga)Nを成長することによりAlGaInNウェハを作製する工程、および
(c)前記ZnSSeウェハおよび前記AlGaInNウェハを重ね合わせて、この重ね合わされたZnSSeおよびAlGaInNウェハを融着する工程を備えたウェハボンディング方法であって、前記Zn(S、Se)内に組み込まれた分布ブラッグ反射器(DBR)構造を備え、かつ(Al,In,Ga)Nが光デバイス構造を備えたことを特徴とするウェハボンディング方法。

【請求項2】
前記ZnSSeウェハは重ね合わせて融着される前に平坦化および清浄化されることを特徴とする請求項1に記載の方法。

【請求項3】
前記Zn(S、Se)は分子線エピタキシー(MBE)法を用いて成長することを特徴とする請求項1に記載の方法。

【請求項4】
前記GaAsは(001)GaAsであることを特徴とする請求項1に記載の方法。

【請求項5】
前記AlGaInNウェハは重ね合わせて融着される前に清浄化されることを特徴とする請求項1に記載の方法。

【請求項6】
前記(Al、In、Ga)Nは有機金属気相成長(MOCVD)法を用いて成長することを特徴とする請求項1に記載の方法。

【請求項7】
前記サファイアはc面(0001)サファイアであることを特徴とする請求項1に記載の方法。

【請求項8】
前記ZnSSeウェハは熱処理と化学機械研磨を用いて平坦化されることを特徴とする請求項1に記載の方法。

【請求項9】
前記ZnSSeウェハの表面は、融着工程のために平滑な表面を得る必要性から除去されなければいけないA型およびB型の突起を有することを特徴とする請求項に記載の方法。

【請求項10】
前記A型突起は、前記ZnSSeウェハに窒素雰囲気において180℃で1時間の第1の熱処理工程を施すことによって、前記ZnSSeウェハから除去されることを特徴とする請求項に記載の方法。

【請求項11】
前記B型突起は、前記第1の熱処理工程が行われた後で、前記ZnSSeウェハをコロイド状シリカ懸濁液と研磨布を用いて研磨することによって、前記ZnSSeウェハから除去されることを特徴とする請求項10に記載の方法。

【請求項12】
研磨後に新しく発生したA型突起が前記ZnSSeウェハ上に現れ、該新しく発生したA型突起が前記ZnSSeウェハに窒素雰囲気において180℃で1時間の第2の熱処理工程を施すことによって前記ZnSSeウェハから除去されて、その結果、ボンディングに適した表面が得られることを特徴とする請求項11に記載の方法。

【請求項13】
前記AlGaInNウェハは酸素プラズマ中で酸化されて、引き続きHCl中で酸化物が除去されることを特徴とする請求項1に記載の方法。

【請求項14】
前記ZnSSeウェハと前記AlGaInNウェハはグラファイトボートとねじの構成を用いて2MPaの1軸性圧力下で重ね合わされることを特徴とする請求項1に記載の方法。

【請求項15】
前記ZnSSeウェハおよび前記AlGaInNウェハは窒素雰囲気において所定の温度と所定の長さの時間、1軸性圧力下で重ね合されることを特徴とする請求項14に記載の方法。

【請求項16】
前記ZnSSeウェハおよび前記AlGaInNウェハは加熱炉の中に装着され、前記加熱炉はN2 ガス流の中で270℃の温度まで1時間加熱されることを特徴とした請求項15に記載の方法。

【請求項17】
(a)GaAs上にZn(S,Se)を成長することによりZnSSeウェハを作製する工程、
(b)サファイア上に(Al,In,Ga)Nを成長することによりAlGaInNウェハを作製する工程、および
(c)前記ZnSSeウェハおよび前記AlGaInNウェハを重ね合わせて、この重ね合わされたZnSSeおよびAlGaInNウェハを融着する工程
を備えたウェハボンディング方法を用いて作製される、重ね合わせて融着されたZnSSeおよびAlGaInNウェハを含むデバイスであって、前記Zn(S、Se)内に組み込まれた分布ブラッグ反射器(DBR)構造を備え、かつ(Al,In,Ga)Nが光デバイス構造を備えたことを特徴とするデバイス
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2007520436thum.jpg
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) ERATO 中村不均一結晶プロジェクト 領域
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