透光导电薄膜的半导体晶片结合方法 本发明属于半导体器件领域中的一种制造器件方法，尤其是指发光二极管的磊晶片与基片的结合技术。
在发光二极管领域，一种常用于提高发光二极管亮度的方法便是采用透明的晶片。以660毫微米(nm)的铝镓砷(AlGaAs)红色发光二极管为例，这类发光二极管的结构，大致可以分为三种。第一种是如图1中所示的二极管结构，它含有一以带导电性的砷化镓(GaAs)为基片(11)的单异质。单异质结构是生长一带正导电性的AlGaAs层(12)，再生长一带负导电性地AlGaAs层(13)。这种发光二极管的发光亮度为500～800毫坎德拉(mcd)；第二种是如图2中所示的二极管结构，它包含一带正导电性的AlGaAs底层(22)、一未掺杂质的活性AlGaAs中层(23)，以及带一负导电性AlGaAs上层(24)，而其基片是带正导电性的GaAs层(21)。这类发光二极管的发光亮度大约为1.5坎德拉(cd)；第三种是如图3中所示的二极管结构，它类似于第二种结构，它包含有一带正导电性的AlGsAs底层(31)、一未掺杂质的活性AlGaAs中层(32)，以及一带负导电性AlGaAs上层(33)。但是基片则为带正导电性的AlGaAs基片(31)所取代。这种发光二极管的发光亮度大约可达3坎德拉(cd)，它比第二种发光二极管亮度高一倍。其主要原因就是采用了透明基片，而使得发光二极管产生的光往透明基片方向进行时，不会被吸收。上述二极管结构中，各半导体层都是以液相磊晶法生长，虽然图3中的二极管结构具有最好的发光效率，但是要生长非常厚的AlGaAs基片是非常困难的。
在生产高效率的其它颜色范围的发光二极管，例如从绿光到红光范围，即波长在560至630毫微米(nm)的高亮度铝镓铟磷(AlGaInP)发光二极管，如图4所示。这种传统的双异质包含一带负导电性的(AlGaInP)底层(43)、一未掺杂质的(AlGaInP)活性层(44)，以及一带正导电性的(AlGaInP)上层(45)。为了增加来自电极接触端(47)及(41)的导电电流的流散，在双异质的上层(45)又生长一层带正导电性的厚度层(46)。
目前的AlGaInP二极管中，一般是以带负导电性的GaAs作为基片，然而因为大部分发向基片的光都是被此不透光的基片吸收，二极管的发光效率受到了限制。美国加州惠普公司的F.A.凯斯(F.A.Kish)等人提出一种将GaAs腐蚀而以一透明而同样带负导电性的磷化镓(GaP)基片结合，以取代原改良式二极管，其中所使用的晶片结合技术是先前由美国麻州林肯实验室的Z.L.廖(Z.L.Liau)等人所研究发展的。虽然这种改良式二极管有较高的发光度，可是有二个缺点，其一是晶片结合必须在相当高的温度中进行，一般大约是830℃以上。另一个缺点是在磷化镓(GaP)和铝镓铟磷(AlGaInP)的结合面上，由于晶格常数的不匹配，很容易导致晶片的弯曲或破裂。
本发明的目的在于提出一种以一透光导电薄膜置于半导体晶片与另一含半导体元件的晶片间，作为其间粘接剂的半导体晶片结合技术，这样它不仅具有非常好的导电性及透光性，而且它可以用以作为两种不同材料之间不同晶体结构相结合的缓冲层。使得晶体结合技术可以在较低的温度下进行，从而克服了现有技术所存在的问题。
本发明所采用的技术方案在于，先将原先用以生长双异质的基片，以传统的腐蚀技术去除，然后以一层透光导薄膜镀在新的透明基片上，再将双异质和新基片紧夹在一起而置于高温炉中加热一段时间之后，晶片即相结合而完成高效率的发光二极管。其具体步骤如下：
a、准备一个含半导体元件的晶片；
b、准备第二个半导体基片；
c、在第二半导体基片上形成一层透光导电薄膜，该薄膜可以是氧
化铟锡(ITO)材料，也可以是氧化镉锡(CTO)等材料；
d、将第二个半导体基片与第一晶片紧夹，使透光导电薄膜介于第
二基片与第一晶片之间；
e、将紧夹的两晶片置于高温炉中加热一段时间，即可完成晶片的
结合。
本发明的特点在于具有良好的导电性和透光性，同时可以在较低的温度中，以较短时间完成晶片的结合，同时由于加入一层透光导电薄膜后，可以使晶片可以避免杂质扩散或超品格及量子井结构层与层间元素的互相扩散而导致元件的劣化。本发明除了容易生产之外，透光薄膜又可作为缓冲层以适应不同材料之间晶格结构的差异。由于薄膜本身并非结晶层，不同材料的不同晶格常数及热膨胀系数都可以被缓冲其应变，结合后的晶片也较不易弯曲，由此本发明可以结合较大的晶片，因此它具有较大的实用性。
图1为一种含有AlGaAs单异质的传统式发光二极管的结构切面图。
图2为一种含有AlGaAs双异质以及GaAs基片的传统式发光二极管的
结构切面图。
图3为一种含有AlGaAs双异质以及AlGaAs基片的传统式发光二极管
的结构切面图。
图4为一种含有AlGaInP双异质以及被结合的GaP基片的发光二极管
的结构切面图。
图5为本发明的发光二极管的结构切面图，它含有一AlGaAs双异质
以及镀有一层ITO薄膜的结合基片GaP。
图6为本发明将二片GaP基片以ITO薄膜结合在500℃温度中经一小
时处理后的电流电压特性图。
图7为本发明将二片GaP基片以ITO薄膜结合在700℃温度中经一小
时处理后的电流电压特性图。
图8为本发明的发光二极管结构切面图，它包含一AlGaInP双异质
以及镀有一层ITO薄膜的结合基片GaP。
现在结合上述附图来进一步说明本发明的一个较好具体实施例。本发明主要以透明的基片取代不透光的基片，提供一种简易及高效率的生产方式来制造高发光亮度的发光二极管。它是将一片镀有氧化铟锡(ITO)透光薄膜的负导电型磷化镓(GAP)透明基片与另一片负导电型的GaP基片，在500℃的温度下，经过一小时的加热结合而完成。以图6中可以看出这种结合的基片有很好的电流一电压线性关系。图7是另一种结合基片的电流一电压特性关系图。该结合基片则是在700℃的温度下，经过一小时的加热结合而制成，其电流与电压也有很好的线性关系。必须注意的是结合介面中的透光导电薄膜要有良好的透光性和导电性，虽然本发明使用的是ITO材料，具有类似特性的其他材料，如氧化镉锡CTO(Cadium-Tin-Oxide)薄膜也具有同样的功能，利用这种基片结合技术可以提高发光二极管的亮度。
本发明所制造的发光二极管的发光强度大约与图3中的传统式二极管相同，但它避免了必须生长非常厚的铝镓砷AlGaAs基片的困难。
如图2所示，传统发光二极管中的双异质有一带正导电性的基片，在基片上先生长一层带正导电性的铝镓砷AlGaAs层，其上再成长一层未掺杂质的活性AlGaAs层，最后再成长一带负导电性的AlGaAs。
本发明如图5所示，传统式二极管已经先用一般腐蚀技术选择性的将其基片予以腐蚀去除。新的基片为同样是带正导电性的磷化镓GaP透明基片(51)，基片表面被镀以一层薄的ITO透光导电薄膜(52)，再将它与去除基片的双异质紧夹后置于通有氮气或氢气的高温炉中，在大约500℃的温度下加热约一小时，即可完成晶片的结合。因此本发明的结构包含有一带正导电性的GaP透明基片(51)、一薄的ITO透光导电膜(52)。一带正导电性的AlGaAs底层(53)、一未掺杂质的活性AlGaAs中层(54)，以及一带负导电性AlGaAs上层(55)。
本发明的另一实施便是也可以用于生产如图4所示的含有AlGaInP的传统式二极管；先将带负导电性的GaAs基片腐蚀去除，再以镀有ITO薄膜的带负导电性的GaP基片取代结合，以完成如图8所示的二极管。虽然双异质的材料不同，同样的结合技术仍可以使用。在图8的结构中，由下而上包含有电极接触端(81)、一带负导电性的GaP基片(82)、一薄的ITO透光导电膜(83)、一带负导电性的AlGaInP底层(84)、一未掺杂质的AlGaInP活性层(85)、一带正导电性的AlGaInP上层(86)以及一带正导电性的厚度层(87)和另一电极接触端(88)。