CN1305135C - 半导体装置及其制造方法、光电装置和电子仪器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种能够解决在衬底上机械安装芯片半导体元件时的问题的半导体装置及其制造方法、光电装置以及电子仪器。一种半导体装置包括：微瓦片状元件(1)，其粘结在衬底(10)上；绝缘性功能膜(12)，设置其以覆盖至少一部分微瓦片状元件(1)。

Description

半导体装置及其制造方法、光电装置和电子仪器
技术领域
本发明涉及一种半导体装置及其制造方法、光电装置以及电子仪器。
背景技术
现有技术是在硅半导体衬底上，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。
作为这种具有不同材质的半导体集成电路，可以举例的有光电集成电路(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采用光信号进行。
发明内容
但是，对于计算机来说，由于集成电路内部结构的细化，使CPU内部的运算速度(工作时钟)逐年提高。但是，总线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问题。如果使用光进行总线的信号传输，则计算机的处理速度的极限可以显著提高。为了实现这个目的，则需要在硅制作的集成电路中内置微型光发射和接收元件。
然而，由于硅是间接跃迁型半导体而不能发光。所以，有必要将硅同其它的半导体发光元件进行组合来构成集成电路。
在这里，有希望成为半导体发光元件的有砷化镓(GaAs)等由化合物半导体形成的表面发射激光器(VCSEL)。但是，由于表面发射激光器与硅晶格不匹配，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。
但是，把制成芯片的表面发射激光器等的半导体发光元件和光电二极管等的半导体光接收元件机械地安装在硅半导体衬底上，在这种情况下，半导体元件存在着寿命短等可靠性问题，因此，在实际应用上需要抑制半导体元件的性能的降低等。
另外，尤其是当作为半导体元件，使用该半导体发光元件和半导体光接收元件时，为了方便光的发射接收，对于覆盖这些半导体元件的薄膜和将其粘结在衬底上的粘合剂，也需要控制其的光特性。
本发明鉴于上述情况，其目的在于，解决芯片半导体元件机械地安装在衬底时的问题，提供半导体装置及其制造方法、光电装置以及电子仪器。
为了达到上述目的，本发明的半导体装置，其特征在于包括：微瓦片状元件，其粘结在衬底上；绝缘性功能膜，设置其以覆盖至少一部分所述微瓦片状元件。
根据本发明的半导体装置，使其微瓦片状元件具有电子器件或光学器件的功能，因此，可以形成具有任意功能的器件，可以使半导体装置小型化(高密度化)。
另外，该绝缘性功能膜，设置其以覆盖至少一部分该微瓦片状元件。所以，例如可以使该功能膜对于氧气和水分具有阻透性，可抑制元件性能降低，延长元件的寿命。这里，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，微瓦片状元件接合的衬底，可以是硅半导体衬底，也可以是化合物半导体衬底。
此外，该半导体装置，该功能膜最好以密封状态覆盖该微瓦片状元件。
这样，尤其是当功能膜对氧气和水分具有阻透性时，可以切实防止因这些氧气和水分造成微瓦片状元件的劣化。
还有，在该半导体装置中，该微瓦片状元件，最好是表面发射激光器或发光二极管等的发光元件，或者是光电二极管等的光接收元件。
这样，通过例如机械地安装在硅集成电路衬底上，就可以融合电信号传输电路和光信号传输电路。
还有，该半导体装置中，该功能膜最好对于可见光及红外光透明。
这样，通过设置与发光元件或光接收元件的微瓦片状元件的光发射部分或光接收部分相适应的该功能膜，使该功能膜不妨碍微瓦片状元件的光发射或光接收。
还有，该半导体装置，该功能膜最好对于可见光及红外光非透明。
这样，通过在形成发光元件或光接收元件的微瓦片状元件的光发射部分或光接收部分的反面，设置功能膜，使得该微瓦片状元件变薄，即使在其透光的情况下，也可以防止因该功能膜造成透过微瓦片状元件的光向外部泄漏。
还有，在该半导体装置中，最好是该衬底是透明的，采用对于可见光和红外光透明的粘合剂将该微瓦片状元件粘结在该透明的衬底上。
这样，当发光元件或光接收元件的微瓦片状元件的光发射部分或光接收部分设置在衬底一例时，不会因该粘合剂，而妨碍微瓦片状元件的光发射或光接收。
还有，在该半导体装置中，该微瓦片状元件，最好是采用对于可见光和红外光非透明的粘合剂，粘结在该衬底上。
这样，将发光元件或光接收元件的微瓦片状元件的光发射部分或光接收部分，设置在形成面的反面的衬底一侧，使得该微瓦片状元件变薄，即使在其透光的情况下，也可以通过该粘合剂防止透过微瓦片状元件的光从衬底一侧泄漏。
还有，在该半导体装置中，在衬底上设置多个该微瓦片状元件，最好是这些微瓦片状元件其中之一是和其它微瓦片状元件具有不同功能的器件。
这样，可以形成包括多个具有不同功能的器件的紧密组合的一个半导体装置，虽然不能通过单片衬底形成这样的一个半导体装置。
还有，该半导体装置中的该功能膜优选由树脂膜、无机膜或者包括这些的叠层膜形成。
这样，根据微瓦片状元件的功能，可以适当选择使用具有所要求性状的材料构成的膜，因此，可以使微瓦片状元件的功能得以进一步优化。
还有，在该半导体装置中，最好该功能膜具有防止光反射功能。这样，可以防止因光反射产生的噪音等不良情况发生。
根据该半导体装置的制造方法，分离成微瓦片状的半导体元件，可以粘结在任意物体上，形成集成电路。另外，使该微瓦片状元件具有电子器件或光学器件的功能，从而，可以形成具有任意功能的器件，可以使半导体装置小型化(高密度化)。而且，设置绝缘性功能膜以覆盖至少一部分所述微瓦片状元件，例如，使该功能膜对氧气和水分具有阻透性，则可抑制元件性能降低，延长元件寿命。
另外，在半导体衬底上完成半导体元件后，要将其切割分离成微瓦片状，所以，在加工完成集成电路之前，可以预先对半导体元件进行测试筛选。
根据本半导体装置的制造方法，把含有半导体元件的功能层从半导体衬底上分离下作为微瓦片状元件，固定到薄膜上，可以进行装卸，因此，可以一个个选择半导体元件，固定到最终的衬底上，同时，可以装卸的半导体元件的尺寸也比现有安装技术的尺寸小。
另外，该微瓦片状元件具有电子器件或光学器件功能，从而，可以形成具有任意功能的器件，可以使半导体装置小型化(高密度化)。还有，设置绝缘性功能膜以覆盖至少一部分所述微瓦片状元件，例如，使该功能膜对氧气和水分具有阻透性，可抑制元件性能降低，延长元件寿命。另外，在半导体衬底上完成半导体元件后，要将其切割分离成微瓦片状，所以，在加工完成集成电路之前，可以预先对半导体元件进行测试筛选。还有，该半导体装置的制造方法，优选采用液滴喷出法或分配涂覆法形成该绝缘功能膜。这样，可以在任意位置上涂敷功能膜材料。而且，可以大幅度地减少功能膜材料的使用量，从而降低制造成本。还有，在该半导体装置的制造方法中，优选的是其它衬底所粘结的微瓦片状元件中的半导体元件连接在其它衬底上形成的电路。这样，在该功能层中的半导体元件电连接至在上述其它衬底上形成电路，可以制造出具有复合功能的半导体装置。
本发明的光电装置，其特征在于包括上述半导体装置或按照上述制造方法所得到的半导体装置。
采用该光电装置可以实现小型化(高密度化)，而且配备了可抑制元件功能降低的半导体装置，所以可靠性更高。
本发明的电子仪器，其特征在于包括上述光电装置。该电子仪器因具备上述光电装置，所以可靠性更高、性能更好。
根据本发明的一种半导体装置，其特征在于包括：衬底；表面发射激光器，在所述衬底上，通过对可见光和红外光非透明的粘合剂粘贴在所述衬底上；配线，用于连接设于所述衬底的电极和设于所述表面发射激光器的电极；以及绝缘性功能膜，对于可见光和红外光具有透明性，并至少密封所述表面发射激光器的所述发光部和所述配线，其中，所述表面发射激光器包括：上部反射镜、下部反射镜、夹在所述上部反射镜和所述下部反射镜之间的半导体层结构、以及配置在所述下部反射镜和所述衬底之间的高导电层，所述高导电层具有与所述下部反射镜相同的导电型，且具有比所述下部反射镜高的载体浓度，所述半导体层结构包括电流狭窄层，所述功能膜用作防止反射膜。其中，所述电流狭窄层形成为环状并由氧化物构成。
根据本发明的一种半导体装置的制造方法，其特征在于包括以下步骤：准备衬底；准备半导体衬底，所述半导体衬底包括牺牲层和所述牺牲层上层的功能层；在所述功能层上形成多个表面发射激光器；在所述半导体衬底上将所述多个表面发射激光器分别分割开，形成深度到达所述牺牲层的分离槽；将复制薄膜粘贴在所述功能层以及所述多个表面发射激光器上；向所述分离槽内注入蚀刻液，选择性地对所述牺牲层进行蚀刻，并将所述功能层以及所述多个表面发射激光器从所述半导体衬底上切割分离；移动所述复制薄膜，以使所述多个表面发射激光器中的至少一个位于所述衬底的预定位置；隔着所述复制薄膜将所述至少一个表面发射激光器压紧，并利用对可见光和红外光非透明的粘合剂粘贴固定在所述衬底的所述预定位置上；形成用于电连接所述表面发射激光器上形成的电极和所述衬底上形成的电路的配线；以及形成功能膜以密封所述半导体元件和所述配线，所述功能膜对于可见光和红外光透明，且具有绝缘性以及防止反射功能。其中采用液滴喷出法或者分配涂敷法形成所述功能膜
附图说明
图1是根据本发明的半导体装置的一个实施方式的简要构成的主要部分的剖面示意图。
图2是为了说明微瓦片状元件上形成的表面发射激光器的简要构成的主要部分的剖面示意图。
图3是表示图2所示的表面发射激光器内电流路径的示意图。
图4是根据本发明的半导体装置另一个实施方式的简要构成的主要部分的剖面示意图。
图5是表示图4所示的半导体装置变形例的简要构成的主要部分的剖面示意图。
图6是为了说明根据本发明的半导体装置制造方法的一个实施方式的第一步骤的主要部分的剖面示意图。
图7是为了说明该制造方法的一个示例的第二步骤的主要部分的剖面示意图。
图8是为了说明该制造方法的一个示例的第三步骤的主要部分的剖面示意图。
图9是为了说明该制造方法的一个示例的第四步骤的主要部分的剖面示意图。
图10是为了说明该制造方法的一个示例的第五步骤的主要部分的剖面示意图。
图11是为了说明该制造方法的一个示例的第六步骤的主要部分的剖面示意图。
图12是为了说明该制造方法的一个示例的第七步骤的主要部分的剖面示意图。
图13是为了说明该制造方法的一个示例的第八步骤的主要部分的剖面示意图。
图14是为了说明该制造方法的一个示例的第九步骤的主要部分的剖面示意图。
图15是为了说明该制造方法的一个示例的第十一步骤的主要部分的剖面示意图。
图16是包括根据本发明的光电装置的电子仪器应用于移动电话的一个示例。
图17是包括根据本发明的光电装置的电子仪器应用于手表的一个示例。
图18是包括根据本发明的光电装置的电子仪器应用于便携型信息处理装置的一个示例。
具体实施方式
下面，就根据本发明的半导体装置，参照附图进行说明。
(第一实施方式)
图1是表示本发明的半导体装置的第一实施方式图。该半导体装置是由衬底10和微瓦片状元件1以及覆盖其的功能膜12构成。这里，在本实施方式例中，示出了构成表面发射型半导体激光器的半导体装置示例。
微瓦片状元件1是形成半导体器件(半导体元件)的微瓦片状(似板状)元件，是具有如图2所示的结构的表面发射激光器。
该表面发射激光器，包括，在由平面为矩形的n型砷化镓化合物半导体(n型GaAs层)构成的高导电层(高载体浓度层)52b的全部上表面形成下部反射镜层结构(以下称“下部反射镜”)52a，在下部反射镜52a的上面，按各层53a至53f的顺序层压以形成圆柱形台面式晶体管。另外，在台面式晶体管周围，适当设置聚酰亚胺等的绝缘层54、电极53g和53h。由各层53a至53h构成的半导体元件53、下部反射镜52a，构成具有表面发射激光器的微瓦片状元件1。
这里，所说的本发明的“微瓦片状元件1”，是指作为半导体元件，为了发挥所希望的功能，至少需要具有的元件结构。例如，当发挥上述的表面发射激光器的功能时，至少形成上部反射镜53e、下部反射镜52a以及这些反射镜层中夹层的半导体层结构。不过，为了发挥其功能，也可以包括次要元件，如接触层53f、和电极53g和53h以及绝缘层54。而且，将功能层和高载体浓度层52b统称为半导体元件构件500。并且台面式晶体管的形状可以是任意的。
该台面式晶体管按以下顺序形成：首先，在下部反射镜52a的上面，形成由n型Al0.5Ga0.5As构成的n型包层53a；其上面是活化层53b、由p型Al0.5Ga0.5As构成的p型包层53c；在台面式晶体管的周边部分，形成环状的水平氧化层(电流狭窄层)53d；上部反射镜层结构(以下称“上部反射镜”)53e；由p型GaAs层构成的接触层53f。另外，在台面式晶体管周围形成绝缘层54，在接触层53f的上面及下部反射镜52a的上面，分别形成p型(阴极)电极53g及n型(阳极)电极53h，通过对两电极间施加电压，就可以从台面式晶体管的上端沿其轴方向发射激光。另外，阴极电极53g形成环状，激光变成从台面式晶体管的中心射出。
这里，高导电层52b，是为了确保电流路径，用于减小半导体元件的电阻，它和下部反射镜52a具有相同的导电型，由载体浓度为5至10×1018cm-3的高载体浓度层构成。虽然，作为高载体浓度层，GaAs层最好，但也可以为AlxGa1-xAs层(x小于等于0.2)。不过，在AlxGa1-xAs层的情况下，有x越大，电阻越高的趋势。高导电层52b的厚度大于等于0.3μm，最好是大于等于1μm。
活性层53b，是由GaAs势阱层和Al0.3Ga0.7As阻挡层构成，形成具有包括三层的多量子井结构(MQW)的势阱层。
各反射镜52a和53e分别构成谐振器作为激光反射镜，例如，由不同组成的两种AlxGa1-xAs层交替层叠，形成分布式布喇格反射型多层膜反射镜(DBR反射镜)。在该例中，下部反射镜52a包括约30对交替层叠的n型Al0.15Ga0.85As层和n型Al0.9Ga0.1As，上部反射镜53e包括约25对交替层叠的p型Al0.15Ga0.85As层和p型Al0.9Ga0.1As。每个AlxGa1-xAs层均具有相当于激光振荡波长1/4的光学厚度，具有约为1至5×1018cm-3的载体浓度。上部反射镜53e掺入C(碳)杂质形成p型，下部反射镜52a掺入Si杂质形成n型。因此，由上部反射镜53e、未掺杂质的活性层53b、以及下部反射镜52a构成了pin二极管。而且，根据激光器的极性，下部和上部反射镜的导电型也可以相反。另外，也可以采用介质多层膜和金属薄膜形成，替代半导体多层膜。
电流狭窄层53d是以Al氧化物为主体的绝缘层，具有缩小用于发光的活性区的面积以降低阈值电流和缩小射束宽度的效果。
具有这样的元件结构的表面发射激光器的电流路径如图3所示。
在图3中，将上部反射镜53e的电阻R3、下部反射镜52a的电阻R1以及高载体浓度层53b的电阻R2相互连接在电极53g和53h之间形成电路，电流在该电路内流动。其中R1和R2并联，因此，如果将它视为总电阻R，则该电路为电阻R和R3串联。
而且，在此例中，下部反射镜的电阻率，约为1.1×10-2Ωcm(DBR反射镜为30对、载体浓度为5×1018cm-3)、当厚度为3μm时R1＝20Ω。另一方面，高载体浓度层的电阻率，在此例中，约为1.3×10-3Ωcm(n-GaAs层具有载体浓度为1×1019cm-3)，所以当厚度为1μm时R2＝6.7Ω，当厚度为2μm时R2＝3.35Ω。如上所述，R1和R2为并联，因此，总电阻R在高载体浓度层的厚度为1μm时R＝5.0Ω，当高载体浓度层的厚度为2μm时R＝2.9Ω。这些值为没有高载体浓度层的单个下部反射镜1/4至1/6，因此可减小表面发射激光器内的电阻。
另外，如果使下部反射镜52a自身的载体浓度提高到1×1019cm-3左右并赋予导电性，那么光吸收损失就会增大，作为反射层的功能(光学特性)将会受到损害。因此，在此例中，为了防止对激光器的光学特性产生影响，把导电性高、光吸收系数大，且影响光学特性的高载体浓度层，设置在从活性层看的下部反射镜的下层(非激光束出射光路部分)。
还有，根据对半导体元件特性的影响，应适当进行形成高导电层的位置的设计，并不限于上述的位置，例如，也可以在功能层中插入高导电层。
上述微瓦片状元件1的厚度，例如约为1μm至10(20)μm。而且，在这样的微瓦片状元件1中，形成半导体器件(半导体元件)。作为半导体器件，除了该表面发射激光器(VCSEL)以外，还可以形成发光二极管(LED)、光电二极管(PD)、高电子迁移率晶体管(HEMT)、异质双极晶体管(HBT)等。这些半导体器件，都是在特定的衬底上层压多层外延层形成的元件。另外，各半导体器件，也可以形成电极以进行动作测试。
而且，该微瓦片状元件1，采用后述的方法，以特定的形状从衬底上分离。其大小(长宽)，例如数十μm至数百μm。
用于制造该微瓦片状元件1的衬底和其它的衬底10粘合以形成OEIC等半导体装置。即，在图1和图2中，微瓦片状元件1，通过粘接层11，粘贴固定在Si制的衬底10上。在衬底10的表面，形成为了连接到预先单独形成的电路(无图示)的阴极电极61和阳极电极62。而且，电极53g和电极61，通过在绝缘层63表面上形成的配线64进行连接，电极53h和电极62是通过在绝缘层63表面上形成的配线65进行连接。
作为形成该粘接层11的粘合剂，最好是具有绝缘性的树脂制品。由于粘合剂11具有绝缘性，所以，通过同该绝缘层63同时发挥绝缘性，可以确实地防止配线64和65短路。而且，在本例中，如上述，微瓦片状元件1中的表面发射激光器向衬底10的相反一侧射出光，因此，最好粘合剂对于可见光及红外光非透明。这样，即便是微瓦片状元件1较薄，使该微瓦片状元件1容易从发光一侧的反面透过光线，也可以采用该粘合剂防止透过微瓦片状元件1的光从衬底10的一侧泄漏。
作为绝缘性粘合剂，可使用丙烯酸类树脂、环氧类树脂、三聚氰酰胺类树脂、聚酰亚胺类树脂等紫外线硬化型或热硬化型物质。另外，作为化学反应硬化型物质，也可以使用两种液体混合硬化型环氧树脂。
由这些树脂形成的粘合剂，其透光率有少许差别，基本上透明，即，是透明的物质。因此，通过对这些树脂添加碳黑等黑色颜料、黑色染料等，可以减少透光率，变成非透明(光吸收性)。而且，如果像这样添加碳黑，随着添加量的增多，其绝缘性能会降低，在这种情况，可以根据需要涂敷将添加碳黑的粘合剂和未添加碳黑的粘合剂进行两层层压。
另外，像这样被粘贴到衬底10上的微瓦片状元件1，如图1所示，与配线64和65一起被绝缘性功能膜12覆盖。形成功能膜12以具备与根据微瓦片状元件1中半导体元件功能的功能(特性)，由树脂膜、无机膜或包括它们的层压膜等形成。
本例中，设置该功能膜12以覆盖和密封全部微瓦片状元件1，起到保护层的功能。也就是说，在本例中，形成对氧气和水分具有阻透性的功能膜12，因此，可以防止微瓦片状元件1中的表面发射激光器等，因为氧气和水分而提前老化。
对于用于形成这样对氧气和水分具有阻透性的功能膜12的材料，如上所述，可以使用树脂材料和无机材料。尤其适于使用丙烯酸类树脂、环氧类树脂、三聚氰酰胺类树脂、聚酰亚胺类树脂等树脂材料。而且，由于该功能膜12覆盖了微瓦片状元件1中的表面发射激光器的射出光的一侧，所以，是对可见光及红外光透明的。并且，如上所述，因为该各种树脂是透明的，所以，与形成该粘接层11不同，不添加黑色颜料等直接使用，因此可以作为该例中的透明功能膜12使用。
另外，如上所述，根据微瓦片状元件1中的半导体元件(半导体器件)的功能可以使用各种类型的膜作为功能膜12，而且其材料也可以使用各种材料。
例如，半导体元件(半导体器件)，除了上述表面发射激光器以外，还可以使用发光元件(发光二极管)、光接收元件(光电二极管)、晶体管或二极管等形成的各种器件(无图示)。而且，在其使用方式上，例如，是发光元件和光接收元件时，可以使其光发射部分和光接收部分，或朝向衬底10的一面，或朝向衬底10的反面、或朝向衬底10的表面方向。此时，对于这些发光元件和光接收元件的光发射部分和光接收部分，最好采用对可见光和红外光透明的功能膜12。另外，对于光发射部分和光接收部分的反面，最好采用对可见光和红外光非透明的物质覆盖。
另外，在以局部保护和绝缘为目的时，功能膜12不是覆盖全部微瓦片状元件1，而只是其重要部分，例如，也可以覆盖上述发光元件和光接收元件的其发光部分和光接收部分，或者也可以只覆盖配线部分。
此外，作为功能膜12，不仅可以使用上述树脂材料，还可以使用SiOx、SiN、AlN、AlOx、ZrOx、ZnOx、TiOx、TaOx、Y2O3等的氧化物和氮化物，也可以使用金刚石等无机材料，甚至还可以使用由这些无机材料形成的膜和由上述树脂材料形成的层压膜等。
另外，作为这样的树脂膜(功能膜12)的形成方法，可以采用液滴喷出法(喷墨法)、分配涂敷法、旋涂法、滚涂法以及印刷法等。尤其是需要选择位置时，例如，只选择涂敷发光部分和光接收部分时，最好采用液滴喷出法和分配涂敷法。如果采用液滴喷出法和分配涂敷法，则可以在任意位置涂敷功能膜12的材料，因此，可以只在衬底10的特定位置，选择涂敷功能膜12的材料。而且，可以大幅度减少功能膜12的材料使用量，进而能够降低制造成本。
另外，利用这些无机膜和金刚石膜，形成功能膜12时，也可以赋予其散热层功能。即，微瓦片状元件1中的半导体元件因其驱动而发热，若元件温度上升，元件特性就会下降，但通过功能膜12散热，就可以防止元件特性下降。
作为这种无机膜(功能膜12)的形成方法，可采用真空沉积法、CVD法、或利用形成用于形成膜的材料的前体膜(例如形成SiO2膜时为聚硅氮烷(polysilazane))进行制膜，然后通过氧化处理(加热处理)或氮化处理等，形成需要的材质膜的方法等。
此外，作为功能膜12，可以将由这些无机材料形成的膜进行层压后使用，或者将由上述树脂材料形成的膜进行层压后使用，还可以把这些由无机材料形成的膜和由树脂材料形成的膜进行层压使用。在此情况下，可以制作成具有综合各种膜的特性功能的复合性功能膜。例如，将折射率不同的无机材料进行层压，或者将由无机材料形成的膜和由树脂材料形成的膜进行层压，以此，使其具备防止反射膜的功能。
这里，作为最简单的例子，如果考虑在GaAs(折射率n＝3.6)的表面形成单层防止反射膜的情况，则以厚度d＝λ/4n形成具有折射率n的膜时，可以得到波长λ的最低的反射率。另外，当膜的折射率n值约为GaAs折射率3.6的平方根＝1.89时，该反射率最低。
另外，使用氧化钇(Y2O3；折射率n＝1.87)作为膜的材料，如果以膜的厚度d为113.6nm来计算，则在λ＝850nm的情况下，反射率为0.5％，仍然具有良好的防止反射膜功能。
此外，使用氧化锆(ZrO2；折射率n＝2.0)作为膜的材料，如果以膜的厚度d为106.25nm来计算，则在λ＝850nm的情况下，反射率为2％，仍然具有良好的防止反射膜功能。
还有，通过将铬等金属膜层压在上述树脂材料形成的膜及由无机材料形成的膜上，可以使透明膜非透明，而且可以提高对氧气及水分的阻透性。
还有，不仅可以使用硅半导体制成的衬底，还可以使用由石英玻璃、蓝宝石、金属、陶瓷以及塑料薄膜等任何一种材料作为衬底10。而且，当以硅半导体为衬底10的时，也可以作为含有CCD(电荷耦合器件)的衬底。当以石英等玻璃衬底为衬底10时，可以将它用于液晶显示器(LCD)、有机EL装置等显示器。当以塑料薄膜作为衬底10的时，可以将它用于液晶显示器、有机电致发光面板或者IC薄膜插件等。
还有，可在衬底10上设置多个该微瓦片状元件1，此时，最好是这些微瓦片状元件1中的一个是和其它微瓦片状元件1具有不同功能的器件。
例如，可以列举出以下几种组合：
(1)一个微瓦片状元件1含有发光元件，另一个微瓦片状元件1含有光接收元件；
(2)一个微瓦片状元件1含有发射波长λ1的光的发光元件，另一个微瓦片状元件1具有发射波长λ2的光的发光元件；
(3)一个微瓦片状元件1含有用于检测波长λ1的光的光接收元件，另一个微瓦片状元件1含有用于检测波长λ2的光的光接收元件；
(4)一个微瓦片状元件1含有晶体管，另一个微瓦片状元件1含有二极管。
其中，作为发光元件，例如，可列举出由砷化镓制成的表面发射激光器(VCSEL)及光电二极管(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)等。而且，微瓦片状元件1具备的半导体元件(半导体器件)，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。
(第二实施方式)
图4表示根据本发明的半导体装置的第二实施方式的示意图。该半导体装置，特别是使用两种元件叠合构成微瓦片状元件1。
即，图4所示的半导体装置包括在透明的衬底10a上设置了形成表面发射激光器21的微瓦片状元件1a和形成光电二极管22的微瓦片状元件1b，以及设置功能膜30以覆盖这些元件。
用于分别粘结衬底10a和微瓦片状元件1a及微瓦片状元件1b的粘接层11a、11b，是通过透明及绝缘的粘合剂形成的。而且，微瓦片状元件1a和微瓦片状元件1b之间的粘接层11b，也作为用于覆盖和保护微瓦片状元件1a的功能膜。此外，功能膜30为非透明材料，即，是通过添加上述碳黑等黑色颜料等的树脂材料等形成的。
在本实施方式中，从微瓦片状元件1a的表面发射激光器21，向衬底10a出射激光(波长λ0)，同时也向微瓦片状元件1b出射激光(波长λ0)。另外，微瓦片状元件1b的光电二极管22是配置在表面发射激光器21的发光轴上。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检测出从表面发射激光器21出射的激光(波长λ0)的输出(发光量)。
一方面，发射到衬底10a的激光(波长λ0)，透过透明的衬底10a，可作为通信信号等使用。
另外，由微瓦片状元件1a的表面发射激光器21发射，入射到微瓦片状元件1b的光电二极管22中的激光(波长λ0)，透过微瓦片状元件1b，被非透明功能膜30吸收，从而防止向外部泄漏。因此，可大幅度减少透过微瓦片状元件1b的激光的散射光，而且可以降低回光引起的噪音。
图5是表示图4所示的半导体装置的变形例的示意图。图5所示的半导体装置与图4所示的半导体装置的不同之处在于，微瓦片状元件1a和微瓦片状元件1b的位置上下相反；分别设置在这些微瓦片状元件1a和1b上的表面发射激光器21以及光电二极管22的方向也相反；微瓦片状元件1a上设置的表面发射激光器21，通过透明功能膜31覆盖；微瓦片状元件1b和衬底10a，是通过由非透明粘合剂形成的粘接层11c粘贴固定的；衬底10a的上面及下面设置了防止反射(Anti Reflection)层41和42。这里，当衬底10a是由非透明材料形成时，衬底10a的下面不需要设置非反射层。而且，在衬底10a的下面，也可以设置光吸收层，以此替代设置非反射层。另外，关于功能膜31由透明材料，即，由上述透明树脂材料或无机材料形成。
因此，该半导体装置与图4所示的半导体装置相反，是向衬底10a的上方(附图的上方)出射激光(波长λ0)。另外，和图4所示的半导体装置一样，可大幅度减少透过微瓦片状元件1b的激光的散射光，而且可以降低回光引起的噪音。
(微瓦片状元件的制造方法)
下面，就该微瓦片状元件及该半导体装置的制造方法进行说明。
在本制造方法中，虽然介绍的是把微瓦片状元件的化合物半导体器件(化合物半导体元件)粘结到成为衬底的硅LSI芯片上的情况，但是本发明也适用于与半导体器件的种类和LSI芯片种类无关的情况。此外，本实施方式中的“半导体衬底”虽然是指由半导体物质形成的材料体，但并不限于平板状的衬底，无论形状如何，只要是半导体材料，都包含在“半导体衬底”内。
<第一步骤>
图6是表示本制造方法的第一步骤剖面示意图。图6中的衬底110为半导体衬底，例如，假设采用砷化镓化合物半导体衬底，衬底110上的最底层设置有牺牲层111。牺牲层111由砷化铝(AlAs)构成，厚度为例如数百nm。
例如，在牺牲层111的上层设置有功能层112。功能层112的厚度为例如从1μm到10(20)μm左右。而且，在功能层112上形成半导体器件(半导体元件)113。半导体器件113可以是例如发光二极管(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)、异质双极型晶体管(HBT)等。这些半导体器件113都是在衬底110上重叠多层外延层后形成的元件。另外，在各半导体器件113内还形成电极，进行动作测试。
<第二步骤>
图7是表示本制造方法的第二步骤剖面示意图。在该步骤，将各个半导体器件113分割开形成分离槽121。分离槽121至少需达到牺牲层111的深度。例如，分离槽的宽度和深度都在10μm到数百μm。另外，为使后述的选择蚀刻液在该分离槽121内流动，而将分离槽121形成畅通无阻的贯通的槽。进而，分离槽121形成围棋盘状的格子。
另外，由于分离槽121相互间的间隔在数十μm到数百μm，因此被分离槽121分割形成的各半导体器件113的面积成为边长从数十μm到数百μm的四方块。分离槽121的形成方法可以有光蚀刻法和湿式蚀刻方法，以及干式蚀刻方法。另外，只要在衬底上不产生裂缝的范围内，也可以用切割U型槽的方式形成分离槽121。
<第三步骤>
图8是表示本制造方法的第三步骤剖面示意图。在该步骤，中间复制薄膜131粘贴在衬底110的表面(半导体器件113一侧)。中间复制薄膜131是表面上涂抹了粘合剂的柔性带状薄膜。
<第四步骤>
图9是表示本制造方法的第四步骤的剖面示意图。在该步骤，在分离槽121内注入选择蚀刻液141。在该步骤因为只对牺牲层111实施有选择的蚀刻，因此使用对砷化铝选择性高的低浓度的盐酸作为选择蚀刻液141。
<第五步骤>
图10是表示本制造方法的第五步骤的剖面示意图。在该步骤，在第四步骤中向分离槽121内注入选择蚀刻液141后，经过规定的时间，通过对牺牲层111的全部进行选择地蚀刻将其从衬底110上去除。
<第六步骤>
图11是表示本制造方法的第六步骤的剖面示意图。在第五步骤，如果对牺牲层111进行全面蚀刻，就可以从衬底110中切割分离功能层112。然后，在该步骤，通过从衬底110剥离中间复制薄膜131，便可以从衬底110上拉开粘在中间复制薄膜131上的功能层112。
因此，形成半导体器件113的功能层112，由于分离槽121的形成以及牺牲层111的蚀刻而被分割，变为特定形状的(例如瓦片状)的半导体元件(上述实施方式中的“微瓦片状元件”)，粘贴保留在中间复制薄膜131上。这里，最好功能层的厚度例如从1μm到8μm，大小(长宽)例如是从数十μm到数百μm。
<第七步骤>
图12是表示本制造方法的第七步骤的剖面示意图。在该步骤，通过移动(粘结微瓦片状元件161)中间复制胶片131，将微瓦片状元件161定位在最终衬底171(衬底10、10a)的希望位置。这里，最终衬底171，例如，可以由硅半导体形成，并在其上形成LSI区域172。另外，在最终衬底171的希望位置，涂敷粘贴固定微瓦片状元件161用的粘合剂173。
<第八步骤>
图13是是表示本制造方法的第八步骤的剖面示意图。在该步骤，使用压紧器181，将定位在最终衬底171特定位置上的微瓦状元件161，越过中间复制胶片131，压紧接合到最终衬底171上。这里，因为在该特定位置涂敷了粘合剂173，所以，微瓦状元件161，被粘贴固定到该最终衬底171的特定位置上。
<第九步骤>
图14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，优选设定为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最终固定到最终衬底171上。
<第十一步骤>
图15是表示本半导体集成电路制造方法的第十一步骤的剖面示意图。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15所示，通过该步骤，在最终衬底171上形成的微瓦片状元件161的上面，如图1所示，形成树脂材料或无机材料膜，形成功能膜以覆盖至少一部分微瓦片状元件161。另外，可以根据微瓦片状元件161上设置的半导体元件(半导体器件)适当地选择该功能膜的特性和形状。
此外，进一步重叠粘贴固定微瓦片状元件时，可重复进行前面的第一步骤至第十二步骤。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。
(应用实例)
下面，就根据本发明的半导体装置的应用实例进行说明。
作为第一应用实例，使用如第二实施方式所述的半导体装置作为光电集成电路。即，如上述的第二实施方式所示，将发光元件(表面发射激光器)和光接收元件(光电二极管)进行层叠粘结，同时，设置APC电路，使其成为具备光输出装置的集成电路。或者，将具有不同发射波长的多个发光元件进行层叠粘结，使其成为具有光发射装置(输出装置)的集成电路。或者将分别选择检测不同波长光的光接收元件，进行多枚层压粘结，使其具备光接收装置(输入装置)的集成电路。
采用这些集成电路，例如，构成计算机。而且，在形成CPU的集成电路内的信号处理，采用电信号进行，但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。
因此，根据本应用实例，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输速度。
另外，根据本应用实例，因为采用的是层叠微瓦片状元件结构，所以，可以使计算机等可以实现大幅度小型化。
而且，根据本应用实例，因为构成总线的输入输出装置采用了具有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。
作为第二应用实例，在光电装置的液晶显示器、等离子显示器或是有机EL(电致发光)显示器上的各象素，取代通常作为驱动用晶体管使用的薄膜晶体管(TFT)、电阻、电容器等，可采用在微瓦片状元件上形成的硅晶体管、电阻、电容器等构成半导体装置。
因此，根据本应用实例，与使用TFT的情况相比较，可以获得高性能转换功能，并可以提供高速转换显示状态的光电装置。
(电子仪器)
以下对配备有上述实施方式的半导体装置或光电装置的电子仪器的例子进行说明。
图16是移动电话例子的立体透视图。在图16中，符号1000表示使用了该半导体装置的移动电话主体，符号1001表示使用了该光电装置的显示部分。
图17是电子手表例子的立体透视图。在图17中，符号1100表示使用了该半导体装置的手表主体，符号1101表示使用了该光电装置的显示部分。
图18是文字处理机、个人计算机等便携型信息处理装置例子的立体透视图。在图18中，符号1200是信息处理装置，符号1202是键盘等输入部分，符号1204是使用了该半导体装置的信息处理装置主体，符号1206是使用了该光电装置的显示部分。
图16至图18表示的电子仪器由于设置了该实施方式的半导体装置或是光电装置，所以可以实现显示水平优异，特别是包含了高速响应和明亮的画面显示部分的电子仪器。另外，通过使用该实施方式的半导体装置，可比现有的电子仪器更加小型，同时，由于使用了该实施方式的半导体装置，而使制造成本比现有仪器更加低廉。
本发明的技术范围并不仅限于该实施方式，在不脱离本发明的主题范围之内可以有各种变形，实施方式中所列举的具体的材料或是层的构成只是其中一种例子，可以进行适当的变化。
另外，在该实施方式中给出的例子，是以具有不同功能形成的多种微瓦片状元件为半导体装置，将这些微瓦片状元件进行层叠粘结。但本发明不限于这些，微瓦片状元件也可以分别独立地配置在衬底上。
综上所述，根据本发明，设置绝缘性功能膜以覆盖至少一部分的微瓦片状元件，例如，使该功能膜对氧气和水分具有阻透性，抑制元件性能降低，延长元件寿命。从而具有很高的可靠性。
以上所述，仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
附图标记说明
1、1a、1b          微瓦片状元件
10、10a            衬底
11、11a、11b       粘接层
12、30、31         功能膜
21                 表面发射激光器
22                 光电二极管

Claims (11)

1.一种半导体装置，其特征在于包括：
衬底；
表面发射激光器，在所述衬底上，通过对可见光和红外光非透明的粘合剂粘贴在所述衬底上；
配线，用于连接设于所述衬底的电极和设于所述表面发射激光器的电极；以及
绝缘性功能膜，对于可见光和红外光具有透明性，并至少密封所述表面发射激光器的所述发光部和所述配线，其中，
所述表面发射激光器包括：上部反射镜、下部反射镜、夹在所述上部反射镜和所述下部反射镜之间的半导体层结构、以及配置在所述下部反射镜和所述衬底之间的高导电层，
所述高导电层具有与所述下部反射镜相同的导电型，且具有比所述下部反射镜高的载体浓度，
所述半导体层结构包括电流狭窄层，
所述功能膜用作防止反射膜。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述功能膜对于氧气和水分具有阻透性。
3.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述电流狭窄层形成为环状。
4.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述电流狭窄层由氧化物构成。
5.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述功能膜由树脂膜构成。
6.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述功能膜由无机膜构成。
7.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述功能膜由无机膜和树脂膜的叠层膜构成。
8.一种半导体装置的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
准备衬底；
准备半导体衬底，所述半导体衬底包括牺牲层和所述牺牲层上层的功能层；
在所述功能层上形成多个表面发射激光器；
在所述半导体衬底上将所述多个表面发射激光器分别分割开，形成深度到达所述牺牲层的分离槽；
将复制薄膜粘贴在所述功能层以及所述多个表面发射激光器上；
向所述分离槽内注入蚀刻液，选择性地对所述牺牲层进行蚀刻，并将所述功能层以及所述多个表面发射激光器从所述半导体衬底上切割分离；
移动所述复制薄膜，以使所述多个表面发射激光器中的至少一个位于所述衬底的预定位置；
隔着所述复制薄膜将所述至少一个表面发射激光器压紧，并利用对可见光和红外光非透明的粘合剂粘贴固定在所述衬底的所述预定位置上；
形成用于电连接所述表面发射激光器上形成的电极和所述衬底上形成的电路的配线；以及
形成功能膜以密封所述半导体元件和所述配线，所述功能膜对于可见光和红外光透明，且具有绝缘性以及防止反射功能。
9.根据权利要求8所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，采用液滴喷出法或者分配涂敷法形成所述功能膜。
10.一种光电装置，其特征在于包括权利要求1中所述的半导体装置或者根据权利要求8中所述的制造方法而得到的半导体装置。
11.一种电子仪器，其特征在于包括权利要求10所述的光电装置。
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