CN1251327C - 半导体集成电路、信号传输装置、光电装置和电子仪器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可以将多个器件小型化集成、即高密度集成的半导体集成电路、信号传输装置、光电装置及电子仪器，其特征在于，通过粘合剂，将至少两个微瓦片状元件(1)和(2)重叠粘贴固定在衬底(10)的上面。

Description

半导体集成电路、信号传输装置、 光电装置和电子仪器
技术领域
本发明涉及一种半导体集成电路、信号传输装置、光电装置及电子仪器。特别是涉及具有多个微瓦片状元件重叠粘贴固定构造的半导体集成电路、信号传输装置、电气光学装置和电子仪器。
背景技术
在硅半导体衬底上，设置砷化镓制作的表面发射激光器(VCSEL)、光电二极管(PD)及高电子迁移率晶体管(HEMT)等，或者是把微硅晶体管粘贴固定到玻璃衬底上，用以取代液晶显示器(LCD)各象素的薄膜晶体管(TFT)，这些可以被认为是在材料不同的衬底上形成半导体元件的技术。
作为具有这种不同材料的半导体集成电路，可以列举光电集成电路(OEIC)。光电集成电路是具有光输入输出装置的集成电路。虽然采用电信号进行集成电路内的信号处理，但是与集成电路外部的输入输出是采用光信号进行的。
发明内容
可是，由于集成电路内部结构的微细化，使计算机的CPU内部的运算速度(工作时钟)逐年提高。但是，总线中的信号传输速度几乎逐渐达到了极限，成为计算机处理速度的瓶颈。如果该总线的信号传输能采用光信号进行，则能够明显提高计算机处理速度。为实现这个目的，则需要在用硅集成电路中内置微小的光发射/接收元件。
然而，由于硅是间接跃迁型半导体，所以不能发光。因此，需要将硅与硅以外的半导体发光元件组合起来，构成集成电路。
这里，有希望作为半导体发光元件的是，由砷化镓(GaAs)等化合物半导体构成的表面发射激光器(VCSEL)。可是，表面发射激光器同硅晶格不匹配，因此，很难利用晶体取向附生等的半导体制造工艺，直接地在硅集成电路上形成。
通常，表面发射激光器可以在砷化镓衬底上形成。因此，可以考虑使用一种融合电信号传输电路和光信号传输电路的方法，即，将砷化镓衬底上的表面发射激光器制作成芯片，然后把该芯片机械性地安装在硅集成电路衬底上。
另一方面，表面发射激光器与通过切断晶片从侧面发光的端面发射激光器不同，表面发射激光器，是从半导体表面发光。因此，现有技术，不能在同一个衬底上面，同时设置表面发射激光器及接受从表面发射激光器放射的一部分光，并自动控制光发射量的APC(Automatic Power Control自动功率控制)电路。因此，过去要想对表面发射激光器设置APC电路，则需要多个衬底(结构)，在使装置大型化的同时，存在着制造工艺复杂，制造成本提高的问题。
另外，过去是用一根光纤同时传输多个波长不同的激光，进行波分复用(WDM：wavelength Division Multiplexing)光通信。从前的波分复用光通信，是将分别发射不同波长的激光的多个表面发射激光器等作为光发射源，采用由波导等组成的光合成装置，将其多个激光进行合成后，入射到一根光纤上。
另外，虽然可以在一个衬底上形成多个表面发射激光器，但是不能在一个衬底上形成波长不同的多个表面发射激光器，在一个衬底上只能放射一个波长的激光。因此，从前的波分复用通信，是在多个表面发射激光器衬底上形成光发射源，所以光发射源和光合成装置体积较大，同时，还需要将各表面发射激光器衬底与光合成装置对准位置，存在着制造工艺复杂的问题。
鉴于上述情况，本发明的目的是提供一种可以将多个装置小型化、即能够高密度集成的半导体集成电路，信号传输装置，光电装置及电子仪器。
另外，本发明的目的还包括提供一种能够在同一个衬底上设置表面发射激光器和自动功率控制(APC)电路的半导体集成电路、信号传输装置、光电装置以及电子仪器。
此外，本发明的目的还在于提供一种能够在一个衬底上设置具有不同光发射波长的多个光发射元件的半导体集成电路，信号传输装置，光电装置以及电子仪器。
为了达到上述目的，本发明的半导体集成电路的特征是，包括：衬底；通过粘合剂配置在所述衬底上的第一微瓦片状元件；通过粘合剂配置在所述第一微瓦片状元件上的第二微瓦片状元件。
根据本发明，可以使各微瓦片状元件具有电子器件或光学器件的功能，可使具有任意功能的器件立体组合，使其半导体集成电路的小型化(高密度化)成为可能。这里的各微瓦片状元件，既可以是化合物半导体，也可以是硅半导体，微瓦片状元件粘贴固定的衬底既可以是硅半导体衬底，也可以是化合物半导体衬底。因此，把从前不能在一个整体衬底上形成的化合物半导体和硅半导体进行三维组合，现在可以使其形成非常小型的混合衬底。
另外，本发明的半导体集成电路，优选的是采用具有绝缘性及透明性的至少其中一种特性的粘合剂将所述微瓦片状元件粘贴固定在所述衬底上。
根据本发明，还能实现，例如，采用绝缘性粘合剂，防止微瓦片状元件形成的电子器件和衬底上形成的电子电路之间的电连接的金属配线等的短路，另外，根据本发明，例如使光发射元件或光接收元件形成微瓦片状元件时，可以防止其微瓦片状元件的放射光或入射光被粘合剂而阻断。
还有，本发明的半导体集成电路，优选所述微瓦片状元件中的一个和其它微瓦片状元件具有不同功能的器件。
根据本发明，可以使在一个整体衬底上不能形成的具有不同功能的多个装置，小型化形成三维组合的一个半导体集成电路。
此外，本发明的半导体集成电路，优选所述微瓦片状元件中至少一个是光发射元件，所述微瓦片状元件中至少一个是光接收元件。
根据本发明，能够非常小型化地形成具有光发射元件和光接收元件组合的半导体集成电路。
此外，本发明的半导体集成电路，所述光发射元件优选是表面发射激光器或发光二极管中任意一个。
此外，本发明的半导体集成电路优选所述光接收元件是光电二极管。
根据本发明，可以形成极为小型的半导体集成电路，所述半导体集成电路，是将在一个单片衬底上不能形成的，具有表面发射激光器和光电二极管进行组合而形成的。
此外，本发明的半导体集成电路，优选在所述光发射元件的光发射轴上，配置所述光接收元件的光接收部分。
根据本发明，可以采用粘贴固定在其光发射元件上的光接收元件，接受从光发射元件放射出的光。
此外，本发明的半导体集成电路，优选所述光接收元件，接受所述光发射元件放射光的一部分，并且检测该光接收量。
根据本发明，可以使光发射元件和检测其光发射元件放射光的输出的光接收元件，非常小型的形成于一个半导体衬底上。而且，例如，假设光发射元件为表面发射激光器，则表面发射激光器和检测表面发射激光输出的光接收元件，可以极为小型地形成于一个半导体衬底。
还有，本发明的半导体集成电路，优选具有光发射量自动输出控制电路，作用是根据所述光接收元件检测出的光接收量，来控制所述光发射元件的光发射量。
根据本发明，能够以一个衬底形成非常小型的带有自动控制光发射量的自动输出控制电路的光发射装置，因此，不受周围温度的变化及部件的逐年老化的影响，可以形成非常小型化的，长年稳定输出所规定的光发射量的光发射装置。
此外，本发明的半导体集成电路，优选所述光接收元件至少单面设置多层膜反射层。
根据本发明，通过设置多层膜反射层以对于特定波长的光(例如所述光发射元件放射出的光)具有非反射层功能，能够降低由于光接收元件的反射光(回光)引起的噪声。
此外，本发明的半导体集成电路，优选所述多层膜反射层，对于所述光发射元件放射光的反射率低于10％。
此外，本发明的半导体集成电路，优选所述光接收元件光接收面的反面覆盖非透明材料。
根据本发明，可以降低光接收元件两面产生反射光(回光)，进而可以降低反射光引起的噪音。
此外，本发明的半导体集成电路，优选所述衬底是透明衬底，在该透明衬底的上表面，用透明粘合剂粘贴固定构成所述光发射元件的表面发射激光器；在该表面发射激光器的上面，通过透明粘合剂粘贴固定有构成所述光接收元件的光电二极管；在该光电二极管的上表面，覆盖非透明材料。
根据本发明，可以利用在光电二极管上面设置的非透明粘合剂吸收表面发射激光器放射的光中透过光电二极管的光等，所以能够抑制散射光，降低回光引起的噪音。
此外，本发明的半导体集成电路，令人满意的是，在所述衬底的至少一个面，通过非透明粘合剂粘贴固定作为所述光接收元件的光电二极管，在该光电二极管的上面，通过透明粘合剂粘贴固定作为所述光发射元件的表面发射激光器，该表面发射激光器的上表面，覆盖透明保护材料。
根据本发明，能够利用在光电二极管下面设置的非透明粘合剂，吸收表面发射激光器放射的光、及透过光电二极管的光等，所以可以抑制散射光，降低回光引起的噪音。
此外，本发明的半导体集成电路，优选所述至少二个微瓦片状元件是具有相互不同的光发射波长的光发射元件。
根据本发明，可以立体组合发射不同波长光的多个光发射元件，可以使发射多个不同波长的光的光发射装置小型化形成高密度集成的半导体集成电路。
还有，本发明的半导体集成电路，优选所述光发射元件是表面发射激光器，为了使各表面发射激光器的光轴不一致，而分别配置了该表面发射激光器。
根据本发明，可以对在一个单片衬底上不能形成的，发射不同波长激光的多个表面发射激光器，进行三维组合形成于非常小型的一个衬底上。
此外，本发明的半导体集成电路，最理想的是，所述微瓦片状元件，是由具有所述表面发射激光器功能的激光结构部分和该激光结构部分所连接的具有微小瓦片形状的微瓦片部分组成，所述微瓦片部分相对于其它表面发射激光器放射的光是透明的。
根据本发明，可以形成更小型且发射不同波长激光的多个表面发射激光器，一个微瓦片状元件的表面发射激光器放射的激光透过其它微瓦片状元件的微瓦片部分，因此，可以尽可能地缩小各微瓦片状元件上设置的表面发射激光器的间隔，使其小型化，形成放射不同波长激光的多个表面发射激光器。
此外，本发明的半导体集成电路，最好的是，所述微瓦片状元件是由具有所述表面发射激光器功能的激光结构部分和该激光结构部分所连接的微瓦片部分组成，所述微瓦片部分相对于所述表面发射激光器放射的光是透明的。
根据本发明，在作为微瓦片状元件的表面发射激光器的微瓦片部分一侧(下侧)，放射的激光可以透过微瓦片部分，不仅在表面发射激光器的上侧，即使在下侧也可以形成更小型的，放射不同波长激光的多个表面发射激光器。
另外，本发明的半导体集成电路，最好的是，所述微瓦片状元件是通过在半导体衬底上形成半导体元件，然后将作为该半导体衬底的表层的含有该半导体元件的功能层从该半导体衬底剥离而形成的。
根据本发明，可以作为微瓦片状元件，把从半导体衬底上剥离的半导体元件，接合到任意的物体(衬底)上，形成集成电路。
这里，半导体元件既可以是化合物半导体，也可以是硅半导体。半导体元件接合的物体(衬底)，可以是硅半导体衬底、化合物半导体衬底、还可以是其它物质。因此，根据本发明，可以在与其半导体元件材料不同的衬底上，形成半导体元件，就像在硅半导体衬底上，形成用砷化镓制作的表面发射激光器或者光电二极管等那样的半导体元件。而且，在半导体衬底上完成半导体元件后，要切割成微瓦片状，所以，在制作成集成电路前，可以预先进行半导体元件的测试和筛选。
此外，本发明的半导体集成电路，优选所述微瓦片状元件的形成，是在半导体衬底上形成半导体元件，在该半导体衬底上的该半导体元件形成的那一面，粘贴薄膜，然后使该半导体衬底上的含有该半导体元件的功能层，脱离该半导体衬底，从而形成所述微瓦片状元件。
根据本发明，可以只把含有半导体元件的功能层作为微瓦片状元件，从半导体衬底上切下来，固定到薄膜上，进行处理，所以，可以一个一个选择半导体元件(微瓦片状元件)，粘贴固定到最后的衬底上，同时，还能够使得可处理的微瓦片状元件的尺寸较从前的封装技术的尺寸还小。
本发明的信号传输装置，其特征在于包括所述的半导体集成电路，会聚设置在该半导体集成电路上的多个所述表面发射激光器放射光的透镜，以及入射该透镜会聚的所述放射光的光纤。
根据本发明，可采用传输信号，分别对多个表面发射激光器发射出的波长不同的多束激光进行调制，形成波分复用(WDM)光通信装置。该波分复用光通信装置仅用透镜就可以将多个激光输入到一根光纤上，所以，现在不需要从前的波分复用光通信装置所用的光合成装置，也不需要各光发射源与光合成装置之间的位置对准，所以，简化制造工艺的同时，更可使装置小型化。
本发明的信号传输装置的光学系统包括，按照所述透镜的焦距配置的所述半导体集成电路，所述透镜及所述光纤，该光学系统优选相对于所述放射光是会聚光学系统。
本发明的光电装置的特征在于具备所述半导体集成电路。
根据本发明，例如，可以将微瓦片状元件，例如硅晶体管、电阻、电容器等多个重叠粘合，取代具有光电装置的液晶显示器、等离子显示器或者有机EL(电致发光)显示器的各象素，通常作为驱动晶体管使用的薄膜晶体管(TFT)、电阻、电容等。因此，与使用薄膜晶体管的情况比较，既可获得高性能的转换功能，又可以高速改变显示状态。
本发明的电子仪器的特征在于包括所述光电装置。
根据本发明，可以使具有能够高速改变显示状态的显示装置的电子仪器小型化。
本发明的电子仪器的特征在于包括所述半导体集成电路。
根据本发明，可以使电子仪器的尺寸更加小型化，可进行更高速的信号处理，进而可以降低电子仪器的制造成本。
附图说明
图1是根据第一实施方式的半导体集成电路的剖面示意图。
图2是根据第一实施方式的半导体集成电路的具体示例的剖面示意图。
图3是表示根据第一实施方式的半导体集成电路形成的表面发射激光器的自动输出控制电路的电路图。
图4是表示根据第一实施方式的半导体集成电路中的微瓦片状元件的变形例的剖面示意图。
图5是表示根据第一实施方式的半导体集成电路中的微瓦片状元件的变形例的剖面示意图。
图6是表示根据第一实施方式的半导体集成电路中的变形例的剖面示意图。
图7是表示根据第一实施方式的半导体集成电路中的变形例的剖面示意图。
图8是表示根据第二实施方式的半导体集成电路的剖面示意图。
图9是表示采用根据第二实施方式的半导体集成电路的波分复用光通信装置的重要部位立体图。
图10是表示根据第二实施方式的波分复用光通信装置的光学系统示意图。
图11是表示根据第二实施方式的半导体集成电路具体例子的重要部位示意图。
图12是表示根据第二实施方式的半导体集成电路变形例的重要部位示意图。
图13是表示根据第一和第二实施方式的半导体集成电路的制造方法的第一步骤剖面示意图。
图14是表示根据第一和第二实施方式的半导体集成电路的制造方法的第二步骤剖面示意图。
图15是表示根据第一和第二实施方式的半导体集成电路的制造方法的第三步骤剖面示意图。
图16是表示根据第一和第二实施方式的半导体集成电路的制造方法的第四步骤剖面示意图。
图17是表示根据第一和第二实施方式的半导体集成电路的制造方法的第五步骤剖面示意图。
图18是表示根据第一和第二实施方式的半导体集成电路的制造方法的第六步骤剖面示意图。
图19是表示根据第一和第二实施方式的半导体集成电路的制造方法的第七步骤剖面示意图。
图20是表示根据第一和第二实施方式的半导体集成电路的制造方法的第八步骤剖面示意图。
图21是表示根据第一和第二实施方式的半导体集成电路的制造方法的第九步骤剖面示意图。
图22是表示根据第一和第二实施方式的半导体集成电路的制造方法的第十一步骤剖面示意图。
图23是表示包括本实施方式的光电装置的电子仪器的一个示例图。
图24是表示包括本实施方式的电气光学装置的电子仪器的一个示例图。
图25是表示包括本实施方式的光电装置的电子仪器的一个示例图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明涉及的半导体集成电路进行说明。
(第一实施方式)
图1是根据第一实施方式的半导体集成电路的剖面示意图。图1所示的半导体集成电路是由衬底10、微瓦片状元件1及微瓦片状元件2构成。
微瓦片状元件1及微瓦片状元件2是微瓦片形状(板形状)的半导体器件，例如，厚度是1至20μm、纵横的大小是数十μm至数百μm的四角形板状构件。关于该微瓦片状元件1及微瓦片状元件2的制造方法，将在以后予以说明。还有，微瓦片状元件1及微瓦片状元件2的形状不限于四角形，也可以是其它形状。
微瓦片状元件1及微瓦片状元件2，通过粘合剂11进行重叠粘合，用粘合剂11粘贴固定到衬底10的一面上。在微瓦片状元件1及微瓦片状元件2上分别设置光发射元件、光接收元件、晶体管或二极管等各种器件(无图示)。并且，微瓦片状元件1及微瓦片状元件2的器件和设置在衬底10上的电子电路，采用金属配线12和13进行连接。
粘合剂11，例如，可以由树脂构成，最好具有绝缘性和透明性。由于粘合剂11具有绝缘性，因此，确实可以避免金属配线12和13的短路。
另外，微瓦片状元件1及微瓦片状元件2，最好具备相互不同功能的器件(元件)。
例如，可以列举出以下组合：
1)微瓦片状元件1是光发射元件，微瓦片状元件2是光接收元件；
2)微瓦片状元件1是发射波长λ1光的光发射元件，微瓦片状元件2是发射波长λ2光的光发射元件；
3)微瓦片状元件1是检测波长λ1光的光接收元件，微瓦片状元件2是检测波长λ2光的光接收元件；
4)微瓦片状元件1是晶体管，微瓦片状元件2是二极管等的组合。
其中，作为光发射元件，例如，可列举出由砷化镓制成的表面发射激光器(VCSEL)及发光二极管(LED)；作为光接收元件，可列举出有光电二极管(PD)等。另外，作为晶体管，例如，可列举出有高电子迁移率晶体管(HEMT)和HTB。而且，微瓦片状元件也可以含有电阻或电容器等，也可以由电阻或电容器等单独形成微瓦片状元件。
下面，参照图2就本实施方式的具体例子进行说明。图2是根据本实施方式具体例子的半导体集成电路的剖面示意图。本具体例子是，将光发射元件(表面发射激光器)和光接收元件(光电二极管)分别作为图1中的微瓦片状元件1和2，进行重叠粘贴固定。
也就是说，该半导体集成电路是由透明的衬底10a，形成表面发射激光器21的微瓦片状元件1a，形成光电二极管22的微瓦片状元件2a构成。粘贴固定衬底10a和微瓦片状元件1a及微瓦片状元件2a的粘合剂11a具有透明性和绝缘性。这里，微瓦片状元件1a和微瓦片状元件1b也可以相反配置。
微瓦片状元件1a的表面发射激光器21向衬底10a放射激光(波长λ0)的同时，也向微瓦片状元件1b放射激光(波长λ0)。而且，微瓦片状元件1b的光电二极管22，配置在表面发射激光器21的光发射轴上。因此，向微瓦片状元件1b放射的激光(波长λ0)，入射到光电二极管22上，通过光电二极管22，检测出表面发射激光器21放射的激光(波长λ0)的输出(光发射量)。
向衬底10a放射的激光(波长λ0)，透过透明的衬底10a，可被用于通信信号等。
下面，参照图3围绕带有采用了上述半导体集成电路的自动输出控制(APC：Auto Power Control自动功率控制)电路的表面发射激光器结构例进行说明。图3给出了带有自动输出控制电路的表面发射激光器的自动输出控制电路的电路图。
微瓦片状元件1a的表面发射激光器21放射的激光的一部分，入射到微瓦片状元件1b的光电二极管22上。因此，有与表面发射激光器21的激光输出相应的电流通过光电二极管22。光监测电路23向驱动电路24，输出与通过光电二极管22的电流大小相应的输出控制信号。这里，光监测电路将通过光电二极管22的电流大小与规定的标准值进行比较，而生成输出控制信号，以便使其电流变成所期望的固定值，即，使表面发射激光器21的激光输出成为所希望的固定值。驱动电路驱动表面发射激光器21，使其输出与该输出控制信号相应的激光。
这样，表面发射激光器21的激光输出，可不受周围温度变化和时间变化等的影响，可以保持所希望的规定值。
而且，由于将光监测电路23和驱动电路24，设置在衬底10a、微瓦片状元件1a或微瓦片状元件1b上，因此，可以将表面发射激光器和自动输出控制电路(APC)设置在一个衬底上，从而，使表面发射激光装置大幅度小型化的同时，还能够简化制造工艺，降低制造成本。
下面，参照图4至图7，就降低由于具有所述半导体集成电路中的光电二极管22的微瓦片状元件1b的反射光(回光)引起的噪音的构成的示例进行说明。图4是表示图2所示的半导体集成电路中的微瓦片状元件2a的变形例的剖面示意图。
微瓦片状元件2a由以下部件构成，即形成微瓦片状元件2a的微瓦片状部件的一侧(上面一侧)设置的光电二极管光接收部分22a、在光电二极管光接收部分22a上面的周边部分设置的第一电极22b、设置在微瓦片状材料中的光电二极管光接收部分22a同一面上的第二电极22c，以及在瓦片状材料的其它面(下面一侧)上设置的多层膜反射层22d。
这里采用的多层膜反射层22d具有波长选择性，对于微瓦片状元件1a的表面发射激光器21所放射激光(波长λ0)的反射率低于10％，对于其激光(波长λ0)，起到非反射(Anti Reflection)层的作用。
因此，通过在微瓦片状元件2a上设置多层膜反射层22d，可以抑制微瓦片状元件2a的激光(波长λ0)反射，降低噪声。
另外，多层膜反射层22d也可以不设在瓦片状材料的下面一侧，而设在上面一侧。
图5是表示对图4所示的微瓦片状元件2a进行改进的微瓦片状元件2b的剖面示意图。微瓦片状元件2b与微瓦片状元件2a的不同点是，在微瓦片状元件2b上设置了多层膜反射层22e。多层膜反射层22e设置在光电二极管光接收部分22a的上面。
这样一来，微瓦片状元件2b，不仅在下面，在上面也可以抑制微瓦片状元件2a放射的激光(波长λ0)的反射，进而，可以进一步降低噪音。
图6给出了图2所示的半导体集成电路变形例的剖面示意图。该半导体集成电路与图2所示半导体集成电路的不同点在于，该半导体电路设置了非透明材料30。非透明材料30覆盖在形成光电二极管22的微瓦片状元件2a的上面。
这样，在微瓦片状元件1a的表面发射激光器21放射的激光(波长λ0中，透过微瓦片状元件2a的激光被非透明材料30吸收，因此，可以大幅度地减少因透过微瓦片状元件2a的激光引起的散射光，而进一步降低因回光而产生的噪声。
下面就非透明材料30的形成方法进行说明。作为非透明材料30，可以在树脂中混入碳黑等染料。当使用树脂作为非透明材料30时，其涂敷方法，可以采用：液滴喷出方式(喷墨方式)、分配涂敷方式(dispenser)、旋涂方式、滚涂方式以及印刷方式中的任何一种方式。
另外，非透明材料30，最好是具有绝缘性的物质。
图7是图6所示的半导体集成电路的变形例的剖面示意图。本半导体集成电路与图6所示的半导体集成电路的不同点在于，其一，微瓦片状元件1a与微瓦片状元件2a的位置相反；其二，半导体集成电路，设置了表面发射激光器21的微瓦片状元件1a的上面被透明保护层31覆盖；其三，微瓦片状元件2a同衬底10a是通过非透明粘合剂11b粘贴固定；其四，在衬底10a的上面及下面设置了非反射(Anti Reflection)层41和42。这里，当衬底10由非透明材料组成时，衬底10的下面不需要设置反射层。另外，衬底10的下面也可以设置光吸收层，以此替代在衬底10的下面设置非反射层。而且，透明保护层31可以采用和所述非透明材料30同样的形成方法形成。
因此，本半导体集成电路，同图6所示的半导体集成电路相反，向衬底10a的上方(附图的上方)放射激光(波长λ0)，和图6所示的半导体集成电路一样，可以大幅度地减少由于透过微瓦片状元件2a的激光引起的散射光，降低回光引起的噪音。
(第二实施方式)
下面，参照图8至图12就本发明的第二实施方式进行说明。根据本实施方式，在衬底上重叠粘贴固定的二个微瓦片状元件，是分别具有不同光发射波长的光发射元件。
图8是根据第二实施方式的半导体集成电路剖面示意图。图8所示的半导体集成电路是由衬底10、微瓦片状元件1a及微瓦片状元件1b构成。
微瓦片状元件1a及微瓦片状元件1b与图1所示的微瓦片状元件1一样，具有微瓦片形状(板形状)。微瓦片状元件1a上设置了放射激光(波长λ2)的表面发射激光器21a，微瓦片状元件1b上设置了放射激光(波长λ1)的表面发射激光器21b。而且，微瓦片状元件1a和微瓦片状元件1b重叠粘贴固定在衬底10的一个面上。
这里，微瓦片状元件1a的表面发射激光器21a的光发射轴同微瓦片状元件1b表面发射激光器21b的光发射轴不一致，仅离开特定的间隔d。使两个光发射轴不一致的理由是防止以下情况发生，即，如果光发射轴一致，例如，当只希望表面发射激光器21a发光时，其激光入射到了表面发射激光器21b上，表面发射激光器21b被激，使表面发射激光器21b也放射激光。
通过粘合剂11将微瓦片状元件1a，粘贴固定在衬底10上，微瓦片状元件1b通过粘合剂11a粘贴固定在微瓦片状元件1a上。
衬底10可以是透明衬底，也可以是非透明衬底。当衬底10为透明衬底，是激光透过衬底10射出的结构(下面发射激光)时，粘合剂11采用透明粘合剂。另一方面，从微瓦片状元件1a的角度看，激光从与衬底10的相反一侧(上方)射出的结构(上面发射激光)时，粘合剂11采用非透明粘合剂。粘贴固定微瓦片状元件1a和微瓦片状元件1b的粘合剂11，是使用透明粘合剂。
所述半导体集成电路是二个微瓦片状元件重叠粘贴固定，但也可以重叠粘贴固定3个以上的微瓦片状元件。
因此，根据图8所示的半导体集成电路，可以在一个衬底上设置具有不同光发射波长的多个光发射元件(表面发射激光器)，而且，可以极大地缩小各光发射元件的光发射轴间隔，例如，达到数十μm。
下面，就图8所示的半导体集成电路的应用例，参照图9进行说明。图9是表示采用图8所示的半导体集成电路的波分复用光通信装置(信号传输装置)的重要部位立体透视图。
本波分复用光通信装置(WDM)的构成包括，衬底10和三个微瓦片状元件1a、1b、和1c构成的半导体集成电路，一个透镜40，以及一根光纤50。
在各微瓦片状元件1a、1b、和1c上，各设置一个放射波长分别为λ1、波长λ2和波长λ3激光的表面发射激光器(无图示)。从各微瓦片状元件1a、1b、和1c放射出的三种激光(波长λ1、波长λ2和波长λ3)，通过透镜40会聚后，导入光纤50的光入射端，在光纤50内传输。
因此，采用传输信号对波长λ1、波长λ2和波长λ3的三种激光分别进行调制，从而，可以形成波分复用(WDM)光通信装置。本波分复用光通信装置，只用透镜40，便可以将多个激光输入到一根光纤内，因此，不再需要从前的波分复用光通信装置用的光合成装置，所以，也不需要各光发射源与光合成装置之间的位置对准，既可简化制造工艺，同时，还可使装置小型化。
图10是由透镜40，衬底10以及光纤50形成的光学系统示意图。该光学系统为会聚光学系统。即，如果设粘贴固定在衬底10上的微瓦片状元件1a、1b、和1c与透镜40间的距离为F1、设透镜40与光纤50的光入射端的间隔为F2、设透镜40的焦距为F，配置衬底10、透镜40和光纤50，则下式成立，
(F1×F2)/(F1+F2)＝F
构成该配置的光学系统的放大倍数，用下式表示：
放大倍数＝F2/F1
其中，F1＞F2
该光学系统为会聚光学系统。
因此，作为微瓦片状元件1a的表面发射激光器配置位置的发光点A，与微瓦片状元件1b的表面发射激光器配置位置的发光点B的距离d，被透镜40缩小，在光纤50的光入射端面，入射光点A′与入射光点B′的距离变为d′。
而且，距离d与距离d′的关系为d＞d′。
因此，像单模光纤那样，也可以将多个波长的激光导入纤芯直径小的光纤内。
下面，就图8所示的半导体集成电路的具体例子，参照图11进行说明。本半导体集成电路与图8所示的半导体集成电路一样，放射波长λ2激光的微瓦片状元件1a和放射波长λ1激光的微片状元件1b是重叠粘合的。
本半导体集成电路的微瓦片状元件1a，由微瓦片部分21a1和光发射部分21a2构成。而微瓦片状元件1b，由微瓦片部分21b1和光发射部分21b2构成。微瓦片部分21a1和21b1，起着表面发射激光器下侧的多层膜反射层的作用；光发射部分21a2和21b2，具有发光层和上侧的多层膜反射层的功能。因此，微瓦片部分21a1和21b1与光发射部分21a2和21b2成为一体，而形成表面发射激光器。
另外，例如，微瓦片状元件1b的微瓦片部分21b1，由具有比波长λ1和波长λ2的带隙更大的材料构成，其对于波长λ1光的反
另外，例如，微瓦片状元件1b的微瓦片部分21b1，由具有比波长λ1和波长λ2的带隙更大的材料构成，其对于波长λ1光的反射率高(反射率99％以上，越高越好)，对于波长λ2光的反射率低(反射率10％以下，越低越好)。
这样，在微瓦片状元件1b的微瓦片部分21b1上的点P2，对于微瓦片状元件1a放射的激光(波长λ2)是透明(无反射和吸收)的，在微瓦片状元件1b的上方，放射波长λ1激光和波长λ2激光。
另外，例如，微瓦片状元件1a的微瓦片部分21a1，由具有比波长λ1和波长λ2的带隙更大的材料构成，其对于波长λ1光的反射率低(反射率10％以下，越低越好)，对于波长λ2光的反射率高(反射率99％以上，越高越好)。
由此，微瓦片状元件1a的微瓦片部分21a1上的点P1，对于微瓦片状元件1b放射的激光(波长λ1)是透明(无反射和吸收)的，在微瓦片状元件1a的下方，放射波长λ1激光和波长λ2激光。
图12是图11所示半导体集成电路的变形例。
半导体集成电路也和图11所示的半导体集成电路一样，是由放射波长λ2激光的微瓦片状元件1a和放射波长λ1激光的微瓦片状元件1b重叠粘合而成的。
本半导体集成电路的微瓦片状元件1a，由微瓦片部分1a1和表面发射激光部分60a构成。另外，微瓦片状元件1b，由微瓦片部分1b1和表面发射激光部分60b构成。
表面发射激光部分60a和21b，具有表面发射激光器的功能，是由下侧的多层膜反射层61a和61b、光发射层(活性层)62a和62b，以及上侧的多层膜反射层63a和63b构成的。微瓦片部分1a1和1b2例如，作为多层膜反射层而形成的，其对于波长λ1和波长λ2的光，起着非反射层(透明)作用。因此，表面发射激光部分60a和21b与微瓦片部分1a1和1b2，是功能性分离的。
这里，在微瓦片状元件1a的表面发射激光部分60a中的下侧衍射晶格反射层61a和上侧衍射晶格反射层63a，对于波长λ2光的反射率高。另外，微瓦片状元件1b的表面发射激光部分60b的下侧衍射晶格反射层61b以及上侧衍射晶格反射层63b，对于波长λ1光的反射率高。
因此，该半导体集成电路也和图11所示的半导体集成电路一样，向微瓦片状元件1b的上方，放射波长λ1的激光和波长λ2的激光；向微瓦片状元件1a的下方，放射波长λ1和波长λ2的激光。
(微瓦片状元件的制造方法)
下面，参照图13至图22，就所述微瓦片状元件和所述半导体集成电路的制造方法进行说明。在本制造方法中，虽然介绍的是，微瓦片状元件的化合物半导体器件(化合物半导体元件)粘贴固定到称为衬底的硅LSI芯片上的情况。不过，可与半导体器件的种类及LSI芯片的种类无关应用本发明。而且，所谓本实施方式中的“半导体衬底”，是指由半导体物质构成的物体，但是，不局限于板状的衬底，无论什么形状，如果是半导体物质就被包括在“半导体衬底”中。
<第一步骤>
图13是表示本半导体集成电路的制造方法的第一步骤剖面示意图。图13中，衬底110是半导体衬底，例如，假设为砷化镓化合物半导体衬底。在衬底110的最下层，设置牺牲层111。牺牲层111由砷化铝(AlAs)构成，例如，厚度是数百nm的层。
例如，在牺牲层111的上层设置功能层112。例如，功能层112的厚度为1μm到10(20)μm的程度。而且，在功能层112中生成半导体器件(半导体元件)113。作为半导体器件113，例如，可列举出：发光二极管(LED)、表面发射激光器(VCSEL)、光电二极管(PD)、高电子迁移率晶体管(HEMT)以及异质双极晶体管(HBT：hetero bipolar Transistor)。这些半导体器件113，无论哪一个都是在衬底110上，层压多层的外延层形成的元件。另外，在各半导体器件113中，还形成电极，也进行动作测试。
<第二步骤>
图14是表示半导体集成电路制造方法的第二步骤剖面示意图。在本步骤中，为了分离各半导体器件113，形成隔离槽121，隔离槽121的槽深，至少要能够到达牺牲层111。例如，隔离槽的宽度及深度都设为10μm至数百μm。另外，为了使后面将要阐述的，选择性的蚀刻液流入该隔离槽121，而隔离槽121为畅通无阻、贯通的槽。而且，优选隔离槽121形成棋盘格子状。
另外，隔离槽121相互间的间隔为数十μm至数百μm，被隔离槽121分割形成的各半导体器件113的尺寸为具有数十μm至数百μm面积的四方形。作为隔离槽121的形成方法，采用：光刻，湿式蚀刻法，或者干式蚀刻法。另外，在衬底不发生裂缝的范围内，也可以采用切割U字形槽的方式形成隔离槽121。
<第三步骤>
图15是表示本半导体集成电路制造方法的第三步骤的剖面示意图。在本步骤中，衬底110的表面(半导体器件113侧)粘贴固定中间复制薄膜131.中间复制薄膜131是表面涂覆了粘合剂的软薄膜。
<第四步骤>
图16是表示本半导体集成电路制造方法的第四步骤剖面示意图。在本步骤中，将选择蚀刻液141注入到隔离槽121。在本步骤中，为了只对牺牲层111进行选择性的蚀刻，所以作为选择蚀刻液141，采用了对于砷化铝选择性高的低浓度盐酸。
<第五步骤>
图17是表示本半导体集成电路制造方法的第五步骤剖面示意图。在本步骤中，在第四步骤中，将选择蚀刻液141注入到隔离槽121后，经过一定时间，将整个牺牲层111进行选择性蚀刻后从衬底110上去除。
<第六步骤>
图18是表示本半导体集成电路制造方法的第六步骤剖面示意图。在第五步骤中，如果牺牲层111全部被蚀刻，则功能层112，便从衬底110上被分开。而且，在本步骤中，通过从衬底110上剥离中间复制薄膜131，使粘贴固定在中间复制薄膜131上的功能层112，从衬底110上剥离。
因此，形成半导体器件113的功能层112，通过隔离槽121的形成及牺牲层111的蚀刻，而被分割，被作为规定形状(例如，微瓦片状)的半导体元件(上述实施方式的“微瓦片状元件”)，粘贴、保持在中间复制薄膜131上。这里，优选功能层的厚度，例如是1μm至10μm的程度，大小(纵横)，是例如数十μm至数百μm。
<第七步骤>
图19是表示本半导体集成电路制造方法的第七步骤剖面示意图。在本步骤中，(已经粘贴固定了微瓦片状元件)移动中间复制薄膜131，将微瓦片状元件161定位在最终衬底171的希望位置。这里，最终衬底171，例如，是由硅半导体组成，形成LSI区172。另外，在最终衬底171的希望位置上，为了粘贴固定微瓦片状元件161，而涂敷了粘合剂173。也可以在微瓦片状元件上涂敷粘合剂。
<第八步骤>
图20是表示本半导体集成电路制造方法的第八步骤剖面示意图。在本步骤中，将定位在最后衬底171的希望位置上的微瓦片状元件161，隔着中间复制薄膜131，用压紧器181按压，粘接到最终衬底171上。这里，因为在希望的位置涂敷着粘合剂173，因此，微瓦片状元件161，便可以粘接到其最终衬底171的希望位置上。
<第九步骤>
图21是表示本半导体集成电路制造方法第九步骤的剖面示意图。在本步骤中，使中间复制薄膜131失去粘力，从微瓦片状元件161上揭下中间复制薄膜131。
中间复制薄膜131的粘合剂，设定为UV硬化性或者热硬化性的粘合剂。当为UV硬化性的粘合剂时，将压紧器181定为透明材料，从压紧器的前端开始照射紫外线(UV)，使中间复制薄膜131失去其粘力。当采用热硬化性的粘合剂时，加热压紧器181即可。或者，也可以在第六步骤以后，对中间复制薄膜131进行全面紫外线照射等，使粘力全面消失。虽说叫粘力消失，但实际上，还残留有少量的粘性，微瓦片状元件161非常薄，也非常轻，所以，被保持在中间复制薄膜131上。
<第十步骤>
本步骤无图示。在本步骤中，施行加热处理等，将微瓦片状元件161正式固定到最终衬底171上。
<第十一步骤>
图22是表示本半导体集成电路制造方法的第十一步骤剖面示意图。在本步骤中，通过配线191，将微瓦片状元件161的电极与最终衬底171上的电路进行电连接，使得完成一个LSI芯片等的半导体集成电路。作为最终衬底171，不仅可以用硅半导体，还可以使用玻璃衬底、石英衬底或者塑料薄膜。
<第十二步骤>
在本步骤中，如图22所示，通过所述步骤，在最后衬底171上形成的微瓦片状元件161的上面，如图1所示，进一步重叠粘贴固定微瓦片状元件。该微瓦片状元件的粘贴固定，可重复进行前面的第一步骤至第十一步骤。
这样一来，便可以简便、迅速地，将多个微瓦片状元件重叠地粘贴固定在规定的衬底上。
(应用例)
下面，就有关本发明的半导体集成电路的应用例进行说明。
作为第一应用例，是将所述第一实施方式的半导体集成电路作为光电集成电路使用。即，如第一实施方式所示，将光发射元件(表面发射激光器)和光接收元件(光电二极管)重叠粘合的同时，设置APC电路，使其成为具备光输出装置的集成电路。或是如第二实施方式所示，使其成为具备将不同光发射波长的光发射元件多个重叠粘合在一起的光发射装置(输出装置)的集成电路。或者作为具备将分别选择性检测不同波长光的光接收元件多个重叠粘合在一起的光接收装置(输入装置)的集成电路。采用这些集成电路，例如，可构成计算机。
另外，虽然在形成CPU的集成电路内的信号处理上，采用电信号进行，但是，在CPU与存储装置等之间的数据传输总线，采用光输入输出装置。
这样，根据本应用例，可比现有技术大幅度提高成为计算机处理速度瓶颈的总线信号传递速度。
另外，根据本应用例，因为采用微瓦片状元件重叠粘合的结构，所以，使计算机等大幅度小型化成为可能。
而且，根据本应用例，因为在构成总线的输入输出装置上采用了具有APC电路的表面发射激光器，所以，可以保持长期、稳定的高性能状态。
作为第二应用例，可提供一种光电装置，其中，具有光电装置的液晶显示器、等离子显示器或有机EL(电致发光)显示器的各象素；并作为驱动晶体管，取代通常使用的薄膜晶体管(TFT)、电阻、电容器等，将多个微瓦片状元件的硅晶体管、电阻和电容器等的重叠粘贴固定后构成上述第一实施方式的半导体集成电路。
这样，与使用TFT的情况比较，根据本应用例，可以获得高性能转换功能，可以提供高速转换显示状态的光电装置。
(电子仪器)
下面，围绕配备有上述实施方式的半导体集成电路或光电装置的电子仪器的例子进行说明。
图23是表示移动电话的一个示例的立体透视图。在图23中，符号1000是表示使用所述半导体集成电路的移动电话主体，符号1001是表示使用所述光电装置的显示部分。
图24是表示手表型电子仪器的一个示例的立体透视图。在图24中，符号1100是表示使用所述半导体集成电路的手表主体，符号1101是表示使用所述光电装置的显示部分。
图25是表示文字处理机、微机等便携式信息处理装置的一个示例的立体透视图。图25中，符号1200是表示信息处理装置，符号1202是表示键盘等的输入部分，符号1024是表示采用所述半导体集成电路的信息处理装置的主体，符号1206是表示采用所述光电装置的显示部分。
图23至图25所示的电子仪器，因为具备所述实施方式的半导体集成电路或光电装置，所以，可以实现显示水平优异，尤其具有高速响应、明亮的画面显示部分的电子仪器。另外，因采用了上述实施方式的半导体集成电路，所以，可使电子仪器比现有技术小型化。另外还有，由于采用了上述实施方式的半导体集成电路，可比从前降低制造成本。
另外，本发明的技术范围，不仅限于上述的实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围内，可以有许多改变。在实施形式中列举的具体材料和层结构等，仅仅是其中一例，可以进行适当修改。
例如，在上述实施方式中，重叠粘合的二个微瓦片状元件相互间平行配置，但是，本发明不限于此，微瓦片状元件相互间也可以是具有所希望的角度，斜着粘贴固定。
另外，在上述实施方式中，二个微瓦片状元件，每个都是将一面整个重叠粘贴固定，但本发明不限于此，也可以是微瓦片状元件的一面的部分叠合的结构。这种构造适用于第二实施形式，还可以是分别具有不同光发射波长的二个微瓦片状元件，其中一个微瓦片状元件的光发射轴与另一个微瓦片状元件不重叠的构造。
另外，在多个微瓦片状元件各自具有不同光发射波长的光发射元件的实施方式中，不仅限于向同一方向放射光的形式，也可以向相互不同的方向放射光。
另外，在上述实施形式中的粘合剂、非透明材料以及透明保护层，例如，也可以采用由液滴喷出装置(喷墨装置)，喷出含有粘合剂、非透明材料或透明保护材料的液体的液滴喷出方式形成。这样，既可以大幅度降低在制造半导体集成电路时的粘合剂、非透明材料及透明保护材料的使用量，降低成本，也可以缩短制造时间。
根据以上说明，很明显根据本发明，因为具有多个微瓦片状元件重叠粘合在一起的结构，所以，可以将多个器件高密度集成。
附图标记说明
1、1a、1b、1c、2、2a          微瓦片状元件
1a1、1b1                   微瓦片部分
10、10a                       衬底
11、11a                       粘合剂
12、13                        金属配线
21、21a、21b                  表面发射激光器
21a1、21b1                 微瓦片部分
21a2、21b2                 光发射部分
22                            光电二极管
22a                           光电二极管光接收部分
22b                           第一电极
22c                           第二电极
22d、22e                      多层膜反射层
23                            光监测电路
24                            驱动电路
30                            非透明材料
31                 透明保护层
40                 透镜
41、42             非反射层
50                 光纤
60a、60b           表面发射激光部分
61a、61b           下侧多层膜反射层
62a、62b           光发射层(活性层)
63a、63b           上侧多层膜反射层

Claims (25)

1.一种半导体集成电路，包括：
衬底；
通过粘合剂配置在所述衬底上的第一微瓦片状元件；
通过粘合剂配置在所述第一微瓦片状元件上的第二微瓦片状元件。
2.根据权利要求1所述的半导体集成电路，其特征在于：所述微瓦片状元件是利用具有绝缘性或透明性中至少其中一种特性的粘合剂，粘贴固定在所述的衬底上。
3.根据权利要求1所述的半导体集成电路，其特征在于：所述微瓦片状元件中的其中一个是具有与其它微瓦片状元件不同功能的器件。
4.根据权利要求3所述的半导体集成电路，其特征在于：所述微瓦片状元件中其中一个是光发射元件，其中另一个是光接收元件。
5.根据权利要求4所述的半导体集成电路，其特征在于：所述光发射元件是表面发射激光器和发光二极管二者之中的一个。
6.根据权利要求4所述的半导体集成电路，其特征在于：所述光接收元件是光电二极管。
7.根据权利要求4至6中任一所述的半导体集成电路，其特征还在于：在所述光发射元件的光发射轴上，配置了所述光接收元件的光接收部分。
8.根据权利要求4至6中任一所述的半导体集成电路，其特征还在于：所述光接收元件，接收来自所述光发射元件的光的一部分，并检测光接收量。
9.根据权利要求4至6中任一所述的半导体集成电路，其特征还在于：具有自动输出控制电路，其根据所述光接收元件检测出的光接收量，控制所述光发射元件的光发射量。
10.根据权利要求4至6中任一所述的半导体集成电路，其特征还在于：在所述光接收元件至少一个面设置了多层膜反射层。
11.根据权利要求10所述的半导体集成电路，其特征在于：所述多层膜反射层，相对于来自所述光发射元件的光的反射率低于10％。
12.根据权利要求4至6中任一所述的半导体集成电路，其特征还在于：所述光接收元件的光接收面的反面用非透明材料覆盖。
13.根据权利要求12所述的半导体集成电路，其特征在于：所述衬底是透明衬底；
在该透明衬底的上面，通过透明粘合剂粘贴固定构成所
述光发射元件的表面发射激光器；
在该表面发射激光器的上面，通过透明粘合剂粘贴固定构成所述光接收元件的光电二极管；在该光电二极管的上表面用非透明材料覆盖。
14.根据权利要求12所述的半导体集成电路，其特征在于：至少在所述衬底的上表面，通过非透明粘合剂粘贴固定构成所述光接收元件的光电二极管；
在该光电二极管的上表面，通过透明粘合剂粘贴固定构成所述光发射元件的表面发射激光器；以及
在该表面发射激光器的上面用透明保护材料覆盖。
15.根据权利要求1或2所述的半导体集成电路，其特征还在于：
所述第一和第二微瓦片状元件是具有相互不同发射波长的光发射元件。
16.根据权利要求15所述的半导体集成电路，其特征在于：所述光发射元件是表面发射激光器；
为使各表面发射激光的光轴不一致，分别配置表面发射激光器。
17.根据权利要求16所述的半导体集成电路，其特征在于：所述微瓦片状元件包括：具有所述表面发射激光器功能的激光结构部分，以及连接该激光结构部分的微瓦片状的微瓦片部分；
所述微瓦片部分，对于其它表面发射激光器放射的光是透明的。
18.根据权利要求16所述的半导体集成电路，其特征还在于：所述微瓦片状元件包括：具有所述表面发射激光器功能的激光结构部分，以及连接该激光结构部分的微瓦片状的微瓦片部分；
所述微瓦片部分，对于所述表面发射激光器放射的光是透明的。
19.根据权利要求1所述的半导体集成电路，其特征还在于：所述微瓦片状元件的形成包括：在半导体衬底上形成半导体元件，然后只将作为该半导体衬底的表层的含有该半导体元件的功能层从该半导体衬底剥离。
20.根据权利要求1所述的半导体集成电路，其特征在于：所述微瓦片状元件的形成包括：在半导体衬底上形成半导体元件，将薄膜粘贴在该半导体衬底中形成该半导体元件的一面，并使包含该半导体衬底中的该半导体元件的功能层从该半导体衬底脱离。
21.一种信号传输装置，其特征在于包括：权利要求16所述的半导体集成电路；透镜，用于会聚该半导体集成电路中设置的多个所述表面发射激光器的放射光；以及光纤，用于入射通过该透镜会聚的所述放射光。
22.根据权利要求21所述的信号传输装置，其特征在于：按照所述透镜的焦距配置所述半导体集成电路、所述透镜及所述光纤而形成的光学系统，所述光学系统是对于所述放射光的会聚光学系统。
23.一种光电装置，其特征在于：包括权利要求1至6中任一所述的半导体集成电路。
24.一种电子仪器，其特征在于：包括权利要求23所述的光电装置。
25.一种电子仪器，其特征在于：包括权利要求1至6中任一所述的半导体集成电路。
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