CN114868241A - 激光处理装置和激光处理方法 - Google Patents

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弗洛里安·杜邦
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Abstract

本发明涉及一种被配置用于激光处理的装置(20)，该装置包括对激光透明的基板(22)和物体(30)，每个物体经由光子晶体(40)结合到基板。

Description

激光处理装置和激光处理方法
本专利申请要求法国专利申请FR19/15606的优先权权益，该申请通过引用并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及激光处理装置和这种装置的激光处理方法。
背景技术
对于某些应用，希望能够通过支撑件对存在于支撑件上的物体进行激光处理，该支撑件对激光基本上为透明的。应用示例涉及结合到支撑件上的物体(例如电子电路)的分离。为此，将吸收激光的层插置在待分离的物体与支撑件之间，并且将激光束聚焦到该吸收层上，吸收层的烧蚀导致物体与支撑件的分离。例如吸收层对应于金属层，尤其是金层。
在物体为电子电路的情况下，可能希望支撑件对应于上面形成有电子电路的基板，以避免电子电路转移到支撑件上。在这种情况下，吸收层对应于与电子电路的层一体形成的层。
缺点是可能难以形成具有所需吸收特性的吸收层。当物体至少部分地通过在吸收层上经外延沉积各层而形成时，尤其可能出现这种情况。实际上，通常不可能使用金属的吸收层。于是，有必要增加激光功率，以去除吸收层。于是，可能难以防止靠近吸收层的区域的劣化，尤其是形成物体的待分离部分的那些区域。当吸收层的厚度受到限制时，尤其是出于成本原因或技术可行性原因，情况可能更是如此。
发明内容
因此，实施例的目的是至少部分地克服前述激光处理装置和使用此类装置的前述激光处理方法的缺点。
实施例的目的是使激光束通过装置的一部分而聚焦到装置的待处理区域上。
实施例的另一目的是使靠近待处理区域的区域不因处理而损坏。
实施例的另一目的是使装置制造方法不包括将一个元件转移到另一个元件上的步骤。
实施例的另一目的是制造装置的方法包括外延沉积步骤。
实施例的另一目的是减小吸收层的厚度。
实施例提供了一种被配置用于激光处理的装置，该装置包括对激光透明的基板和物体，每个物体经由光子晶体结合到基板。
根据一实施例，光子晶体为二维光子晶体。
根据一实施例，光子晶体包括由第一材料制成的基部层和由不同于第一材料的第二材料制成的柱(pilier)的栅格，每个柱在基部层中延伸穿过基部层的厚度的至少一部分。
根据一实施例，第一材料对激光的吸收系数小于1。
根据一实施例，第二材料对激光的吸收系数小于1。
根据一实施例，基板由所述第二材料形成。
根据一实施例，第二材料对激光的吸收系数在1至10的范围内。
根据一实施例，基板包括相对的第一表面和第二表面，激光旨在从第一表面穿过基板到第二表面，光子晶体覆盖第二表面。
根据一实施例，该装置进一步包括在物体与基板之间的吸收激光的层。
根据一实施例，该装置进一步包括介于光子晶体与吸收激光的层之间的对激光透明的至少一个层。
根据一实施例，基板为半导体。
根据一实施例，基板由硅、锗或这些化合物中的至少两种的混合物或合金制成。
根据一实施例，物体包括电子电路。
根据一实施例，物体包括至少一个光电器件，该光电器件具有覆盖有有源层的三维半导体元件，该三维半导体元件包括与至少一个柱接触的基部。
根据一实施例，第二材料为元素周期表的第IV、V或VI列的过渡金属的氮化物、碳化物或硼化物或这些化合物的组合，或者第二材料为氮化铝、氧化铝、硼、氮化硼、钛、氮化钛、钽、氮化钽、铪、氮化铪、铌、氮化铌、锆、硼化锆、氮化锆、碳化硅、碳氮化钽、氮化镁或这些化合物中的至少两种的混合物。
实施例还提供了一种制造装置的方法，该装置包括对激光透明的基板和物体，每个物体经由光子晶体结合到基板，该方法包括光子晶体的形成和物体的形成。
根据一实施例，该方法包括在基板上形成光子晶体和在光子晶体上形成物体，包括在光子晶体上沉积和/或生长层的步骤。
实施例还提供了一种对装置进行激光处理的方法，该装置包括对激光透明的基板和物体，每个物体经由光子晶体结合到基板，该方法包括将光子晶体暴露于穿过基板的激光束。
根据一实施例，该方法包括将物体结合到支撑件，该物体仍联接到基板，以及通过激光破坏包括光子晶体或邻近光子晶体的区域。
附图说明
前述特征和优点以及其它特征和优点将在特定实施例的公开内容的其余部分中详细描述，这些特定实施例参考附图以说明性而非限制性的方式给出，其中：
图1示出了包括吸收区域的装置的激光处理系统的实施例；
图2是图1的装置的吸收区域的实施例的放大视图；
图3是图1的装置的吸收区域的另一实施例的放大视图；
图4是图1的装置的吸收区域的另一实施例的放大视图；
图5示出了图1的装置的吸收区域的光子晶体层的柱的排列；
图6示出了图1的装置的吸收区域的光子晶体层的柱的另一种排列；
图7是图1的装置的吸收区域的另一实施例的局部简化放大视图；
图8是图7所示装置的横截面的局部简化俯视图；
图9是图1的装置的光电器件的实施例的局部简化剖视图；
图10是图1的装置的光电器件的另一实施例的局部简化剖视图；
图11示出了根据光子晶体的柱的节距与入射激光的波长的比率，图1的装置的吸收区域的吸收率的变化曲线；
图12示出了根据柱填充因子以及根据光子晶体的柱的节距与入射激光的波长的比率，图1的装置的吸收区域的吸收率的灰度图；
图13示出了根据柱填充因子以及根据光子晶体的柱的节距与入射激光的波长的比率，图1的装置的吸收区域的吸收率的另一灰度图；
图14示出了根据柱填充因子的第一值的光子晶体层的柱的高度以及根据光子晶体的柱的节距与入射激光的波长的比率，图1的装置的吸收区域的吸收率的变化曲线；
图15示出了根据柱填充因子的第二值的光子晶体层的柱的高度以及根据光子晶体的柱的节距与入射激光的波长的比率，图1的装置的吸收区域的吸收率的变化曲线；
图16示出了在制造图1的装置的方法的实施例的步骤中获得的结构；
图17示出了在制造方法的另一步骤中获得的结构；
图18示出了在制造方法的另一步骤中获得的结构；
图19示出了在制造方法的另一步骤中获得的结构；
图20示出了在制造方法的另一步骤中获得的结构；
图21示出了在制造方法的另一步骤中获得的结构；
图22示出了在制造方法的另一步骤中获得的结构；
图23示出了在实施图1的装置的激光处理方法的实施例的步骤中获得的结构；
图24示出了在激光处理方法的另一步骤中获得的结构；
图25示出了在激光处理方法的另一步骤中获得的结构；
图26示出了在激光处理方法的另一步骤中获得的结构；
图27示出了图1的装置的光子晶体层的柱的另一种排列；
图28是根据图27所示的排列获得的类似于图7的示图；
图29示出了根据图27所示的排列的光子晶体层中的能量密度的灰度图；以及
图30示出了图1的装置的光子晶体层的柱的另一种排列。
具体实施方式
在不同的附图中，相同的特征由相同的附图标记表示。特别地，在各种实施例中共同的结构和/或功能特征可以具有相同的附图标记，并且可以配置相同的结构、尺寸和材料特性。为了清楚起见，仅详细示出和描述有助于理解本文所描述的实施例的步骤和元件。特别地，激光源对本领域技术人员来说是众所周知的，在下文中不再详述。
在本公开的其余部分中，当提到限定绝对位置的术语(比如术语“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“左”、“右”等)或相对位置的术语(比如术语“上方”、“下方”、“上部”、“下部”等)时，除非另有规定，否则指的是图的方向。除非另有规定，否则表述“大约”、“近似”、“基本上”和“约为”表示在10％以内，优选地在5％以内。此外，本文认为术语“绝缘”和“传导”分别表示“电绝缘”和“导电”。
在本公开的其余部分中，层的内部透射率对应于离开该层的辐射强度与进入该层的辐射强度的比率，入射辐射的光线垂直于该层。层的吸收率等于1与内部透射率之间的差值。在本公开的其余部分中，当穿过层或膜的辐射的吸收率小于60％时，该层或膜被认为对辐射是透明的。在本公开的其余部分中，当穿过层或膜的辐射的吸收率大于60％时，该层或膜被认为吸收辐射。在本公开的其余部分中，认为激光对应于单色辐射。实际上，激光可以具有以中心波长为中心的窄波长范围，称为激光的波长。在本公开的其余部分中，材料的折射率对应于材料在用于激光处理的激光的波长下的折射率。称吸收系数k为有关材料的光学指数的虚数部分。根据关系式α＝4πk/λ，它与材料的线性吸收率α有关。
图1是装置20的处理系统10的实施例的局部简化剖视图。
处理系统10包括激光源12和具有光轴D的光学聚焦装置14。源12适于向聚焦装置14提供入射激光束16，该聚焦装置提供会聚激光束18。光学聚焦装置14可以包括一个光学器件、两个光学器件或者多于两个的光学器件，一个光学器件例如对应于一个透镜。优选地，入射激光束16基本上沿着光学装置14的光轴D准直。
装置20包括基板22，该基板包括两个相对的表面24、26。激光束18通过表面24穿透到基板22中。根据一实施例，表面24和26平行。根据一实施例，表面24和26为平面。根据一实施例，基板22的厚度在50μm至3mm的范围内。根据一实施例，在基板22的表面24上设置用于激光的抗反射层(未示出)。基板22可以具有单层结构或多层结构。根据一实施例，基板22由半导体材料制成。半导体材料可以是硅、锗或这些化合物中的至少两种的混合物。优选地，基板22由硅制成，更优选地由单晶硅制成。根据另一实施例，基板22至少部分地由非半导体材料(例如绝缘材料，尤其是蓝宝石)或者传导材料制成。
装置20包括在表面26上的吸收区域28和至少一个物体30，该物体与吸收区域28接触，并在吸收区域28的与基板22相对的一侧结合到吸收区域，并且该物体需要从基板22分离。作为示例，多个物体30在图1中显示为结合到吸收区域。物体30可以包括电子电路，例如包括发光二极管的电路或者包括晶体管(尤其是MOS晶体管)的电路。在图1中，吸收区域28在表面26上显示为连续的。作为变型，吸收区域28可以仅存在于每个物体30与基板22之间，而不存在于物体30之间。
处理方法可以包括处理系统10与物体20之间的相对移位，使得激光束18完全扫描待处理的吸收区域28。在处理过程中，光学装置14的光轴D优选地垂直于表面24。
根据形成基板22的材料选择激光的波长，使得基板22对于激光为透明的。
根据一实施例，尤其是当基板22为半导体时，激光束18的波长大于与形成基板22的材料的带隙对应的波长，优选地大至少500nm，更优选地大至少700nm。这有利地能够在激光束18穿过基板22的过程中减少激光束18与基板22之间的相互作用。根据一实施例，激光束18的波长小于2500nm和与形成基板22的材料的带隙对应的波长的总和。这有利地使得能够更容易地提供形成小尺寸的激光光斑的激光束。
在基板22为半导体的情况下，激光束18的波长可以在200nm到10μm的范围内。特别地，在基板22由具有1.14eV带隙(其对应于1.1μm的波长)的硅制成的情况下，激光束18的波长选择为大约等于2μm。在基板22由具有0.661eV带隙(其对应于1.87μm的波长)的锗制成的情况下，激光束18的波长选择为大约等于2μm或2.35μm。
在基板22由蓝宝石制成的情况下，激光束18的波长可以在300nm到5μm的范围内。
根据一实施例，激光束18被偏振。根据一实施例，激光束18根据直线偏振进行偏振。这有利地能够改善激光束18与吸收区域28的相互作用。根据另一实施例，激光束18根据圆偏振进行偏振。这有利地能够有利于激光束18在基板22中的传播。
根据一实施例，激光束18由处理系统10以一个脉冲、两个脉冲或多于两个脉冲的形式发射，每个脉冲的持续时间在0.1ps至1,000ns的范围内。每个脉冲的激光束的峰值功率在10kW到100MW的范围内。
图2是装置20的吸收区域28的实施例的放大视图。根据本实施例，吸收区域28对应于光子晶体层40和吸收激光的层42的堆叠。根据一实施例，光子晶体层40介于基板22的表面26与吸收层42之间。作为一种变型，吸收层42介于基板22的表面26与光子晶体层40之间。根据一实施例，光子晶体层40的传播模式对应于激光的波长。优选地，光子晶体层40对应于二维光子晶体。
根据一实施例，吸收层42的厚度在5nm到80nm的范围内。吸收层42对激光的吸收率大于80％。根据一实施例，吸收层42由金属氮化物、半导体材料或这些化合物中的至少两种的混合物制成。根据一实施例，在线性状态下的吸收层42对于激光波长的吸收系数k在1至10的范围内。
光子晶体层40包括在激光波长处具有第一折射率的第一材料的层44(在下文中称为基部层)，其中在激光波长处具有第二折射率的第二材料的柱46延伸。根据一实施例，每个柱46基本上沿着垂直于表面26的中心轴线沿垂直于表面26测量的高度L延伸。两个相邻柱的中心轴线之间的距离称为“a”(节距)。根据一实施例，每个柱46基本上在基部层44的整个厚度上延伸。优选地，第一折射率小于第二折射率。第一材料在激光18的波长处可以具有小于1的吸收系数。第一材料可以为半导体化合物的氮化物或氧化物，比如氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)或氧化铝(Al2O3)。第二材料在激光的波长处可以具有小于1的吸收系数。第二材料可以是半导体化合物的氮化物，比如GaN，或者半导体化合物，比如硅(Si)或锗(Ge)。光子晶体层40的厚度可以在0.1μm到3μm的范围内。
图3是装置20的吸收区域28的另一实施例的放大视图。吸收区域28包括前面针对图1所示实施例描述的所有元件，不同之处在于不存在吸收层42。光子晶体层40的柱46可以由前面描述的用于吸收层42的材料中的一种制成。在这种情况下，柱46还起到吸收层42的作用，这将在下文中进一步详细描述。作为变型，光子晶体层40的基部层44由前面描述的用于吸收层42的材料中的一种制成。在这种情况下，基部层44还起到吸收层42的作用，这将在下文中进一步详细描述。
图4是装置20的吸收区域28的另一实施例的放大视图。吸收区域28包括前面针对图1所示实施例描述的所有元件，不同之处在于，该吸收区域还包括介于光子晶体层40与吸收层42之间的至少一个中间层48。中间层48对于激光是透明的。根据一实施例，中间层48由半导体材料(例如由硅(Si))制成，由半导体的氧化物(例如氧化硅(SiO2))制成，或者由半导体的氮化物(例如氮化硅(SiN))制成。根据一实施例，中间层48的厚度在1nm到500nm的范围内，优选地在5nm到500nm的范围内。作为变型，两层或两层以上的堆叠可以介于光子晶体层40与吸收层42之间。在这种情况下，堆叠的每一层对于激光均是透明的。根据一实施例，堆叠的总厚度在1nm到500nm的范围内，优选地在5nm到500nm的范围内。
根据吸收区域28的另一实施例，吸收层42不存在，并且形成光子晶体层40的柱46的材料和形成光子晶体层40的基部层44的材料在线性模式下在激光的波长处的吸收系数k均不在1至10的范围内。
在吸收区域28的前述实施例中，每个柱46的高度L可以在0.1μm到3μm的范围内。优选地，柱46排列成栅格。根据一实施例，每个柱46与最近的柱之间的节距a基本上恒定。
图5是光子晶体层40的一实施例的局部简化放大俯视图，其中柱46排列成六边形栅格。这意味着在俯视图中，柱46排列成行，柱46的中心位于等边三角形的顶点，同一行的两个相邻柱46的中心由节距a间隔开，并且两个相邻行的柱46的中心沿行方向偏移距离a/2。
图6是光子晶体层40的一实施例的放大局部简化俯视图，其中柱46排列成方形栅格。这意味着柱46排列成行和成列，柱46的中心位于方形的顶部，同一行的两个相邻柱46由节距a间隔开，且同一列的两个相邻柱46由节距a间隔开。
在图5和图6所示的实施例中，每个柱46在平行于表面26的平面中具有直径D的圆形横截面。在六边形栅格排列或方形栅格排列的情况下，直径D可以在0.05μm到2μm的范围内。节距a可以在0.1μm到4μm的范围内。
在图5和图6所示的实施例中，每个柱46在平行于表面26的平面中的横截面为圆形。然而，柱46的横截面可以具有不同的形状，例如椭圆形、多边形，特别地方形、矩形、六边形等。根据一实施例，所有柱46具有相同的横截面。
图7是装置20的另一实施例的放大剖视图，并且图8是图7沿平面VIII-VIII的俯视剖视图。图7所示的装置20包括图3所示的装置20的所有元件。此外，在本实施例中，每个物体30对应于包括至少一个三维光电器件50的光电电路，图7中示出了单个三维光电器件50。三维光电器件50包括布线，并且三维光电器件50的其他元件未在图7中示出，并且将在下文中进一步详细描述。每根布线52的基部53位于至少一个柱46上，优选地位于多个柱46上。
装置20还包括有利于布线52的生长并覆盖基板22的种子结构54。种子结构54包括光子晶体层40的某些衬垫46，并且可以包括附加的种子层或附加层的堆叠。在图7中作为示例示出的种子结构54特别包括种子层56，层56介于基板22与光子晶体层40之间。
根据一实施例，光子晶体层40的基部层44由前面描述的用于吸收层42的材料中的一种制成。在本实施例中，通过下文中进一步详细描述的机制，在光子晶体层40的水平(位置，niveau)上执行激光吸收。
在光电器件50对应于三维类型的发光二极管的情况下，将结合图9和图10描述物体30的光电器件50的更详细的实施例。然而，应当理解，这些实施例可以涉及其他应用，尤其是专用于检测或测量电磁辐射的光电器件或者专用于光伏应用的光电器件。
图9是光电电路30的光电器件50的实施例的局部简化剖视图。光电器件50还包括覆盖光子晶体层40的绝缘层58。
三维光电器件50包括从光子晶体层40突出的布线52，如图9和图10示意性所示。光电器件50还包括覆盖布线52的上部部分的外壁的壳层(coque)60，壳层60包括覆盖布线52的上部部分的有源层62和覆盖有源层62的半导体层64的至少一个堆叠。在本实施例中，由于壳层60覆盖布线52的侧壁，因此光电器件50被认为处于径向配置中。光电电路30还包括绝缘层66，该绝缘层在绝缘层58上方和壳层60的下部部分的侧壁上延伸。光电电路30还包括覆盖壳层60并形成电极的传导层68，传导层68对于由有源层62发出的辐射为透明的。传导层68尤其可以覆盖光电电路30的多个光电器件50的壳层60，然后形成多个电子器件50共用的电极。光电电路30还包括在布线52之间的电极层68上方延伸的传导层70。光电电路30还包括覆盖光电器件50的封装层72。
图10是光电器件50的另一实施例的局部简化剖视图。图10所示的光电器件50包括图9所示的光电器件50的所有元件，不同之处在于壳层60仅存在于布线52的顶部。于是，光电器件50被认为处于轴向配置中。
根据一实施例，布线52至少部分地由至少一种半导体材料制成。半导体材料选自包括III-V化合物、II-VI化合物或者IV族半导体或化合物的组。布线52可以至少部分地由主要包括III-V化合物(例如III-N化合物)的半导体材料制成。III族元素的示例包括镓(Ga)、铟(In)或铝(Al)。III-N化合物的示例为GaN、AlN、InN、InGaN、AlGaN或AlInGaN。也可以使用其他V族元素，例如磷或砷。布线52可以至少部分地由主要包含II-VI化合物的半导体材料制成。II族元素的示例包括IIA族元素，尤其是铍(Be)和镁(Mg)，以及IIB族元素，尤其是锌(Zn)、镉(Cd)和汞(Hg)。VI族元素的示例包括VIA族元素，尤其是氧(O)和碲(Te)。II-VI化合物的示例为ZnO、ZnMgO、CdZnO、CdZnMgO、CdHgTe、CdTe或HgTe。通常，III-V化合物或II-VI化合物中的元素可以以不同的摩尔分数组合。布线52可以至少部分地由主要包括至少一种IV族化合物的半导体材料制成。IV族半导体材料的示例为硅(Si)、碳(C)、锗(Ge)、碳化硅合金(SiC)、硅锗合金(SiGe)或碳化锗合金(GeC)。布线52可以包括掺杂物。例如，对于III-V化合物，掺杂物可以选自包括P型II族掺杂物(例如镁(Mg)、锌(Zn)、镉(Cd)或汞(Hg))、P型IV族掺杂物(例如碳(C))或N型IV族掺杂物(例如硅(Si)、锗(Ge)、硒(Se)、硫(S)、铽(Tb)或锡(Sn))的组。
种子结构54由有利于布线52的生长的材料制成。例如，形成衬垫46的材料可以是元素周期表中第IV、V或VI列的过渡金属的氮化物、碳化物或硼化物，或者这些化合物的组合。作为示例，每个衬垫46可以由以下制成：氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)、硼(B)、氮化硼(BN)、钛(Ti)、氮化钛(TiN)、钽(Ta)、氮化钽(TaN)、铪(Hf)、氮化铪(HfN)、铌(Nb)、氮化铌(NbN)、锆(Zr)、硼化锆(ZrB2)、氮化锆(ZrN)、碳化硅(SiC)、碳氮化钽(TaCN)、MgxNy形式的氮化镁，其中x约等于3，且y约等于2，例如Mg3N2形式的氮化镁。
每个绝缘层58、66可以由介电材料制成，例如氧化硅(SiO2)、氮化硅(SixNy，其中x约等于3，且y约等于4，例如Si3N4)、氮氧化硅(尤其是通式为SiOxNy，例如Si2ON2)、氧化铪(HfO2)或金刚石。
有源层62可以包括限制器件，比如单量子阱或多量子阱。例如，它由交替的GaN层和InGaN层形成，GaN和InGaN层分别具有5至20nm(例如，8nm)和1至10nm(例如，2.5nm)的厚度。GaN层例如可以是N型或P型掺杂的。根据另一示例，有源层可以包括例如具有大于10nm的厚度的单个InGaN层。
例如P型掺杂的半导体层64可以对应于半导体层的堆叠，并且允许形成P-N结或P-I-N结，有源层62包括在中间P型层与P-N结或P-I-N结的N型布线52之间。
电极层68能够极化发光二极管的有源层，并且允许发光二极管发出的电磁辐射通过。形成电极层68的材料可以为透明的传导材料，比如铟锡氧化物(或ITO)、纯氧化锌、铝锌氧化物、镓锌氧化物、石墨烯或银纳米线。例如，电极层68的厚度在5nm至200nm的范围内，优选地在30nm至100nm的范围内。
封装层72可以由有机材料或无机材料制成，并且对于发光二极管发出的辐射为至少部分透明的。封装层72可以包括荧光体，当荧光体被发光二极管发出的光激发时，能够发出与发光二极管发出的光的波长不同的波长的光。
首次模拟已进行。对于这些首次模拟，光子晶体层40包括由Si制成的柱46，并且基部层44由SiO2制成。柱46以六边形栅格分布，每个柱46具有直径D等于0.97μm的圆形横截面。对于初步模拟，柱46的厚度L等于1μm。吸收层42的厚度为50nm，折射率等于4.5，且吸收系数等于3.75。
图11示出了吸收区域28的平均吸收率Abs根据节距a与激光的波长λ的比率a/λ变化的曲线C1和C2，当区域28具有图4所示的结构时获得曲线C1，并且当区域28不包括光子晶体层40而仅包括吸收层42时获得曲线C2。在不存在光子晶体层40的情况下，吸收区域28中的平均吸收率约为55％。在存在光子晶体层40的情况下，在比率a/λ的多个范围内，平均吸收率超过55％，并且当比率a/λ等于大约0.75时，甚至达到90％。
第二次模拟已进行。对于这些第二次模拟，光子晶体层40包括由Si制成的柱46，并且基部层44由SiO2制成。柱46以六边形栅格分布，每个柱46具有圆形横截面。对于第二次模拟，柱46的厚度L等于1μm。
图12和图13各自以灰度图示出了根据横坐标中的比率a/λ和纵坐标中的填充因子FF的均吸收区域28中的平均吸收率Abs的深度图。填充因子FF对应于俯视图中柱46的面积总和与光子晶体层40的总面积之比。作为示例，对于具有圆形横截面的柱46，填充因子FF由以下关系式[数学式1]提供：
[数学式1]
Figure BDA0003709970080000131
可以在图12中区分区域A和区域B以及在图13中区分区域B'，其中平均吸收率Abs大于大约70％。当比率a/λ在0.1到1的范围内且填充因子FF在1％到50％的范围内时，获得区域B和区域B'，当比率a/λ在0.5到2的范围内且填充因子FF在10％到70％的范围内时，获得区域A。
图14示出了填充因子FF等于0.3且比率a/λ等于0.6时，平均吸收率Abs根据柱46的高度L变化的曲线C3。
图15示出了填充因子FF等于0.5且比率a/λ等于0.6时，平均吸收率Abs根据柱46的高度L变化的曲线C4。
曲线C3和曲线C4显示了对应于不同阶次的法布里-珀罗共振的局部最大值，图14和图15中示出了高度L的对应值。优选地选择柱46的高度L基本上处于法布里-珀罗共振之一的水平。
图16至图22是在制造装置20的方法的连续步骤中获得的结构的局部简化剖视图，其中吸收区域28具有图2所示的结构。该制造方法包括以下步骤：
-制造基板22(图16)；
-在基板22中向下蚀刻开口80，直至基本上等于期望高度L的深度，开口80的横截面对应于柱46的期望横截面(图17)；
-沉积覆盖基板22且尤其是填充开口80的第二材料的层82(图18)；
-例如通过化学机械平坦化(CMP)蚀刻层82以到达基板22，以将层82的部分仅保留在开口80中，这些部分形成光子晶体层40的柱46，基板22的围绕柱46的部分形成光子晶体层40的基部层44(图19)；
-在光子晶体层40上沉积或生长吸收层42(图20)；
-在吸收层42上形成层84的堆叠(图21)；以及
-向下蚀刻层堆叠84直到吸收层42，以界定物体30(图22)，例如通过使用蚀刻掩模86，在图22中部分地示出了单个物体。
图23至图26是在装置20的激光处理方法的另一实施例的连续步骤中获得的结构的局部简化剖视图。
图23示出了在制造装置20之后获得的结构。
图24示出了在将装置20放置成与支撑件90接触从而导致物体30结合到支撑件90之后获得的结构。根据一实施例，物体30结合到支撑件90可以通过物体与支撑件90的混合分子键合来获得。根据一实施例，支撑件90可以包括在物体30的结合位置处的衬垫92。然后使装置20和支撑件90相互靠近，直到物体30与衬垫92接触。根据一实施例，并非所有结合到基板22的物体30都旨在转移到同一支撑件90上。为此，支撑件90可以包括仅用于待转移到支撑件90上的物体30的衬垫92。在这种情况下，当装置20和支撑件90彼此靠近直到一些物体30与衬垫92接触时，不在衬垫92前侧的物体30不与支撑件90接触，因此不会结合到支撑件90。
图25示出了在激光18穿过以从基板22分离待转移到支撑件90上的物体30的过程中获得的结构。在操作中，激光束18优选地聚焦在吸收区域28上。吸收区域28的光子晶体层40能够增加吸收区域28对激光的吸收率。
当吸收区域28包括吸收层42时，光子晶体层40尤其能够增加吸收层42中对激光18的光的吸收率。这使得能够获得吸收层42的烧蚀。当柱46或基部层44由吸收激光18的材料制成时，光子晶体层40尤其能够增加柱46或基部层44中对激光的吸收率。这使得能够获得光子晶体层40的烧蚀。
当不存在吸收层42时，并且形成光子晶体层40的柱46的材料和形成光子晶体层40的基部层44的材料在线性模式下在激光波长处的吸收系数k均不在1至10的范围内时，光子晶体层40能够局部地增加光子晶体层40中和光子晶体层40附近的能量密度。这使得能够通过光子晶体层40中和光子晶体层40附近(尤其是基板22中)的非线性吸收现象来增加激光的吸收率，这导致光子晶体层40的烧蚀。于是，光子晶体层40的存在能够降低因在光子晶体层40中和/或光子晶体层40附近(尤其是基板22中)出现非线性吸收现象而导致的激光的强度。
当基板22由半导体材料(尤其是硅)制成时，可能需要激光波长在红外波段中，使得基板22对于激光为透明的。然而，商用红外激光器通常比在其它频率下的其它商用激光器具有更低的最大能量。光子晶体层40的使用有利地使得即使利用红外激光器也能够执行激光切割，并且因此有利地使得能够使用尤其是由硅制成的半导体基板22。
图26示出了在将基板22从支撑件90上拉开之后获得的结构。结合到支撑件90的物体30从基板22上分离。
在前述实施例中，柱46以规则栅格分布。根据另一实施例，柱46的栅格可以包括缺陷，以改变光子晶体层40中和/或光子晶体层40附近的能量密度分布。缺陷可以尤其对应于在柱46的栅格中缺少一柱46，或者对应于存在尺寸不同于相邻柱的柱46，例如，在柱具有圆形横截面的情况下，具有的直径D不同于相邻柱的直径。
图27是类似于图5的俯视图，其中在柱46的栅格中缺少一柱46。
图28是根据图27所示的排列获得的类似于图7的俯视图。对于大约等于0.53的比率a/λ，获得大于90％的平均吸收率Abs。
图29是灰度级深度图，示出了在图27所示的排列的情况下，当比率a/λ等于大约0.66且填充因子为0.7时，在位于光子晶体层40中的平面中获得的能量密度，该平面平行于表面26，并且与表面26间隔0.6μm。如图29所示，在缺失柱的位置处，获得能量密度的局部增加。这使得即使对于平均吸收率，也能够定位能量密度峰值的最大值。根据一实施例，光子晶体层的栅格的缺陷分布成使得能量峰值的最大值位于待转移物体30的水平。这使得能够在精确位置处获得能量密度峰值，即使激光18的定位不太精确。缺陷的存在能够将吸收率最高的区域定位在期望位置处。
图30是类似于图5的俯视图，其中柱46的直径大于光子晶体层40的柱的阵列中的其他柱。根据参数a和D，能量密度分布可以具有类似于图29的一般形状。
已描述了各种实施例和变型。本领域技术人员将理解，可以组合这些不同实施例和变型的某些特征，并且本领域技术人员将想到其他变型。最后，基于上文给出的功能指示，所描述的实施例和变型的实际实施方式在本领域技术人员的能力范围内。

Claims (19)

1.一种被配置为用激光(18)进行处理的装置(20)，该装置包括对激光透明的基板(22)和物体(30)，每个物体经由光子晶体(40)结合到所述基板。
2.根据权利要求1的装置，其中，所述光子晶体(40)为二维光子晶体。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述光子晶体(40)包括第一材料的基部层(44)和不同于所述第一材料的第二材料的柱(46)的栅格，每个柱在所述基部层中延伸穿过所述基部层的厚度的至少一部分。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述第一材料对激光(18)的吸收系数小于1。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，所述第二材料对激光的吸收系数小于1。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述基板(22)由所述第二材料形成。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述第二材料对激光(18)的吸收系数在1至10的范围内。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其中，所述基板(22)包括相对的第一表面和第二表面(24，26)，激光(18)旨在从所述第一表面穿过所述基板到所述第二表面，所述光子晶体(40)覆盖所述第二表面。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，进一步包括在所述物体(30)与所述基板(22)之间的吸收激光(18)的层(44)。
10.根据权利要求9所述的装置，进一步包括介于所述光子晶体(40)与吸收激光的层(44)之间的对激光(18)透明的至少一个层(48)。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的装置，其中，所述基板(22)为半导体。
12.根据权利要求11的装置，其中，所述基板(22)由硅、锗或这些化合物中的至少两种的混合物或合金制成。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的装置，其中，所述物体(30)包括电子电路。
14.根据权利要求3所述的装置，其中，所述物体(30)包括至少一个光电器件(50)，所述光电器件具有覆盖有有源层(72)的三维半导体元件(52)，所述三维半导体元件包括与至少一个所述柱(46)接触的基部(53)。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述第二材料为元素周期表的第IV、V或VI列的过渡金属的氮化物、碳化物或硼化物或这些化合物的组合，或者其中，所述第二材料为氮化铝、氧化铝、硼、氮化硼、钛、氮化钛、钽、氮化钽、铪、氮化铪、铌、氮化铌、锆、硼化锆、氮化锆、碳化硅、碳氮化钽、氮化镁或这些化合物中的至少两种的混合物。
16.一种制造装置(20)的方法，所述装置包括对激光透明的基板(22)和物体(30)，每个物体经由光子晶体(40)结合到所述基板，所述方法包括所述光子晶体的形成和所述物体的形成。
17.根据权利要求16所述的方法，包括在所述基板上形成所述光子晶体和在所述光子晶体上形成所述物体，包括在所述光子晶体上沉积和/或生长层的步骤。
18.一种用激光(18)处理装置(20)的方法，所述装置包括对激光透明的基板(22)和物体(30)，每个物体经由光子晶体(40)结合到所述基板，所述方法包括将所述光子晶体暴露于穿过所述基板的激光束(18)。
19.根据权利要求18所述的方法，包括将所述物体(30)结合到支撑件(90)，所述物体仍联接到所述基板(22)，以及通过激光(18)破坏包括所述光子晶体或邻近所述光子晶体的区域。
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