KR20220119630A - 레이저 처리 장치 및 레이저 처리 방법 - Google Patents

레이저 처리 장치 및 레이저 처리 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20220119630A
KR20220119630A KR1020227022957A KR20227022957A KR20220119630A KR 20220119630 A KR20220119630 A KR 20220119630A KR 1020227022957 A KR1020227022957 A KR 1020227022957A KR 20227022957 A KR20227022957 A KR 20227022957A KR 20220119630 A KR20220119630 A KR 20220119630A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
laser
photonic crystal
substrate
layer
nitride
Prior art date
Application number
KR1020227022957A
Other languages
English (en)
Inventor
티펜 듀퐁
마흐디 다누네
올리비에 자닌
이반-크리스토프 로빈
플로리안 듀퐁
Original Assignee
알레디아
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 알레디아 filed Critical 알레디아
Publication of KR20220119630A publication Critical patent/KR20220119630A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/18—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using absorbing layers on the workpiece, e.g. for marking or protecting purposes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/7806—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices involving the separation of the active layers from a substrate
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/32—Bonding taking account of the properties of the material involved
    • B23K26/322—Bonding taking account of the properties of the material involved involving coated metal parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/36—Electric or electronic devices
    • B23K2101/42—Printed circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/6835—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using temporarily an auxiliary support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2221/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof covered by H01L21/00
    • H01L2221/67—Apparatus for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L2221/683—Apparatus for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L2221/68304—Apparatus for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using temporarily an auxiliary support
    • H01L2221/68368—Apparatus for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using temporarily an auxiliary support used in a transfer process involving at least two transfer steps, i.e. including an intermediate handle substrate

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

본 개시는 레이저 처리를 위하여 구성된 장치(20)에 관한 것으로서, 레이저에 투명한 기판(22)과 대상체들(30)을 구비하며, 각 대상체는 광결정(40)을 통하여 기판에 접합되어 있다.

Description

레이저 처리 장치 및 레이저 처리 방법
본 특허출원은, 여기에 참조로 포함되어 있는 프랑스 특허출원 FR19/15606호의 우선권을 주장한다.
본 개시는 일반적으로 레이저 처리 장치 및 그러한 장치의 레이저 처리 방법에 관한다.
어떤 응용에서는, 지지체를 통과하는, 레이저에 실질적으로 투명한 지지체 상에 존재하는 대상체의 레이저 처리를 실행할 수 있는 것이 바람직하다. 응용의 예로는, 지지체에 접합된 대상체, 예를 들어, 전자 회로의 분리에 관한 것이다. 이 목적을 위하여, 레이저에 대하여 흡수하는 층은 분리될 대상체와 지지체 사이에 개재되어 있으며, 레이저 빔은 이 흡수층 상으로 촛점이 맞추어지고, 흡수층의 애블레이션(ablation)이 지지체로부터 대상체의 분리를 발생시킨다. 흡수층은 예를 들어 금속층, 특히 금층(gold layer)에 해당한다.
대상체가 전자 회로인 경우, 지지체는, 전자 회로가 형성된 기판에 대응하여서, 전자 회로를 지지체 상으로 이동시키는 것을 회피할 수 있게 하는 것이 바람직하다. 이 경우에, 흡수층은, 전자 회로의 층과 함께 모노리식하게 형성된 층에 대응한다.
소정의 흡수 특성을 갖는 흡수층을 형성하는 것이 어려울 수 있다는 단점이 있다. 이것은 특히, 대상체가 흡수층 상에 에피텍시에 의하여 층들을 증착함으로써 적어도 부분적으로 형성될 때의 경우일 수 있다. 사실, 이 때 금속성인 흡수층을 사용하는 것이 일반적으로는 가능하지는 않다. 그렇다면, 흡수층의 제거를 발생시키기 위하여 사용되는 레이저의 전력을 증가시킬 필요가 있다. 그러면, 흡수층에 근접한 구역, 특히 분리될 대상체의 부분을 형성하는 구역의 퇴화를 방지하는 것이 어려울 수 있다. 이것은 또한, 흡수층의 두께가 제한되어 있는 경우, 특히 비용적 이유 또는 기술적 실현가능성 이유 때문에 제한되는 경우일 수 있다.
따라서, 일 실시형태의 목적은 전술된 레이저 처리 장치들 및 그러한 장치들을 사용하여 전술된 레이저 처리 방법의 단점을 적어도 부분적으로 극복하는 것이다.
일 실시형태의 목적은 레이저 빔은 장치의 일부분을 통과하여 장치의 처리될 구역 상으로 초점을 맞추는 것이다.
일 실시형태의 다른 목적은 처리될 구역에 인접한 영역이 그 처리에 의하여 손상되지 않는 것이다.
일 실시형태의 다른 목적은 장치 제조 방법이 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 이동하는 단계를 구비하지 않는 것이다.
일 실시형태의 다른 목적은 장치를 제조하는 방법이 에피텍시 증착 단계를 구비하는 것이다.
일 실시형태의 다른 목적은 흡수층의 두께를 감소시키는 것이다.
일 실시형태는 레이저 처리를 위하여 구성된 장치를 제공하며, 레이저에 투명한 기판과 대상체를 구비하며, 각 대상체는 광결정을 통하여 기판에 접합된다.
일 실시형태에 따르면, 광결정은 2-차원 광결정이다.
일 실시형태에 따르면, 광결정은 제1 물질로 이루어져 있는 베이스층과, 제1 물질과는 다른 제2 물질로 이루어져 있는 기둥의 격자를 구비하며, 각 기둥은, 베이스층의 두께의 적어도 일부분을 가로질러서 베이스층에서 연장한다.
일 실시형태에 따르면, 제1 물질은 1보다 작은, 레이저에 대한 흡수 계수를 갖는다.
일 실시형태에 따르면, 제2 물질은 1보다 작은, 레이저에 대한 흡수 계수를 갖는다.
일 실시형태에 따르면, 기판은 상기 제2 물질로 형성된다.
일 실시형태에 따르면, 제2 물질은 1 내지 10의 범위에서, 레이저에 대한 흡수 계수를 갖는다.
일 실시형태에 따르면, 기판은 제1 및 제2 대향 표면을 구비하며, 레이저는 제1 표면에서 제2 표면으로 기판을 가로지르기 위한 것이며, 광결정은 제2 표면을 덮고 있다.
일 실시형태에 따르면, 장치는 대상체와 기판 사이에서 레이저에 대하여 흡수하는 층을 더 구비한다.
일 실시형태에 따르면, 장치는 광결정과 레이저에 대하여 흡수하는 층 사이에 개재된, 레이저에 대하여 투명한 하나 이상의 층을 더 구비한다.
일 실시형태에 따르면, 기판은 반도체이다.
일 실시형태에 따르면, 기판은 실리콘, 게르마늄, 또는 이들 화합물 중 적어도 2개의 혼합물 또는 합금으로 이루어져 있다.
일 실시형태에 따르면, 대상체는 전자 회로를 구비한다.
일 실시형태에 따르면, 대상체는, 활성층으로 덮인 3-차원 반도체 구성요소를 갖는 하나 이상의 광전자 구성품을 구비하며, 3-차원 반도체 구성요소는 하나 이상의 기둥들과 접촉하는 베이스를 구비한다.
일 실시형태에 따르면, 제2 물질은 원소 주기율표의 컬럼 IV, V 또는 VI로부터의 전이 금속의 질화물, 탄화물, 또는 붕소화물 또는 이들 화합물의 조합물이거나, 또는 제2 물질은 알루미늄 질화물, 알루미늄 산화물, 붕소, 붕소 질화물, 티타늄, 티타늄 질화물, 탄탈륨, 탄탈륨 질화물, 하프늄, 하프늄 질화물, 니오븀, 니오븀 질화물, 지르코늄, 지르코늄 붕산염, 지르코늄 질화물, 실리콘 탄화물, 탄탈륨 탄화질화물, 마그네슘 질화물, 또는 이들 화합물의 2개 이상의 혼합물이다.
일 실시형태는 또한 레이저에 대해 투명한 기판과 대상체를 구비하는 장치를 제조하는 방법을 제공하며, 각 대상체는 광결정을 통하여 기판에 접합되며, 이 방법은 광결정의 형성과 대상체의 형성을 구비한다.
일 실시형태에 따르면, 이 방법은 기판 상에 광결정을 형성하고, 광결정 상에 층들을 증착 및/또는 성장시키는 단계를 구비하는, 광결정 상에 대상체를 형성하는 것을 구비한다.
일 실시형태는 또한 레이저에 대하여 투명한 기판과 대상체를 구비하는 장치의 레이저 처리 방법을 제공하며, 각 대상체는 광결정을 통하여 기판에 접합되며, 이 방법은 기판을 통하여 레이저 빔에 광결정을 노출시키는 것을 구비한다.
일 실시형태에 따르면, 이 방법은 지지체에, 기판에 여전히 결합되어 있는 대상체를 접합하고, 광결정을 포함하거나 상기 광결정에 인접한 구역을 레이저에 의하여 파괴하는 것을 구비한다.
전술한 특징 및 장점들 뿐만 아니라 다른 특징 및 장점들이, 첨부된 도면을 참조하여 그것으로 제한되지 않는 예로서 제공된 특정 실시형태들의 나머지 설명에서 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 흡수 구역을 구비하는 장치의 레이저 처리의 시스템의 일 실시형태를 나타낸다.
도 2는 도 1의 장치의 흡수 구역의 일 실시형태의 확대도이다.
도 3은 도 1의 장치의 흡수 구역의 다른 실시형태의 확대도이다.
도 4는 도 1의 장치의 흡수 구역의 다른 실시형태의 확대도이다.
도 5는 도 1의 장치의 흡수 구역의 광결정 층의 기둥들의 배열을 보여준다.
도 6은 도 1의 장치의 흡수 구역의 광결정 층의 기둥들의 다른 배열을 보여준다.
도 7은 도 1의 장치의 흡수 구역의 다른 실시형태의 단순화된 부분 확대도이다.
도 8은 도 7에 도시된 장치의 단면을 갖는 단순화된 부분 상면도이다.
도 9는 도 1의 장치의 광전자 구성품의 일 실시형태의 단순화된 부분 단면도이다.
도 10은 도 1의 장치의 광전자 구성품의 다른 실시형태의 단순화된 부분 단면도이다.
도 11은 입사 레이저의 파장에 대한 광결정의 기둥들의 피치의 비율에 따른 도 1의 장치의 흡수 구역의 흡수 변화 커브를 보여준다.
도 12는 입사 레이저의 파장에 대한 광결정의 기둥들의 피치의 비율 및 기둥 충전율에 따른 도 1의 장치의 흡수 구역의 흡수의 그레이스케일 맵을 보여준다.
도 13은 입사 레이저의 파장에 대한 광결정의 기둥들의 피치의 비율 및 기둥 충전율에 따른 도 1의 장치의 흡수 구역의 흡수의 다른 그레이스케일 맵을 보여준다.
도 14는 입사 레이저의 파장에 대한 광결정의 기둥들의 피치의 비율 및 기둥 충전율의 제1 값에 대한 광결정층의 기둥들의 높이에 따른 도 1의 장치의 흡수 구역의 흡수 변화 커브를 보여준다.
도 15는 입사 레이저의 파장에 대한 광결정의 기둥들의 피치의 비율 및 기둥 충전율의 제2 값들에 대한 광결정층의 기둥들의 높이에 따른 도 1의 장치의 흡수 구역의 흡수 변화 커브를 보여준다.
도 16은 도 1의 장치의 제조 방법의 일 실시형태의 일 단계에서 얻어진 구조물을 보여준다.
도 17은 제조 방법의 다른 단계에서 얻어진 구조물을 보여준다.
도 18은 제조 방법의 다른 단계에서 얻어진 구조물을 보여준다.
도 19는 제조 방법의 다른 단계에서 얻어진 구조물을 보여준다.
도 20은 제조 방법의 다른 단계에서 얻어진 구조물을 보여준다.
도 21은 제조 방법의 다른 단계에서 얻어진 구조물을 보여준다.
도 22는 제조 방법의 다른 단계에서 얻어진 구조물을 보여준다.
도 23은 도 1의 장치를 구현하는 레이저 처리 방법의 일 실시형태의 일 단계에서 얻어진 구조물을 보여준다.
도 24는 레이저 처리 방법의 다른 단계에서 얻어진 구조물을 보여준다.
도 25는 레이저 처리 방법의 다른 단계에서 얻어진 구조물을 보여준다.
도 26은 레이저 처리 방법의 다른 단계에서 얻어진 구조물을 보여준다.
도 27은 도 1의 장치의 광결정층의 기둥들의 다른 배열을 보여준다.
도 28은 도 27에 도시된 배열로 얻어진 도 7과 유사한 도면이다.
도 29는 도 27에 도시된 배열에 따른 광결정층에서의 에너지 밀도의 그레이스케일 맵을 보여준다.
도 30은 도 1의 장치의 광결정층의 기둥들의 다른 배열을 보여준다.
동일한 특징들은 각 도면에서 동일한 참조부호로 지정된다. 특히, 각 실시형태에서 공통인 구조적 및/또는 기능적 특징들은 동일한 참조부호를 가질 수 있고 동일한 구조적, 치수적 및 물질적 특징을 부여할 수 있다. 명확성을 위하여, 여기에 기재된 실시형태의 이해에 유용한 단계들 및 구성요소들만이 도시되며 상세하게 설명된다. 특히, 레이저 소스는 당업자에 의하여 잘 알려져 있어서 이후에서는 상세하게 설명하지 않는다.
나머지 설명에서, 용어 "앞", "뒤", "상부면", "바닥면", "왼쪽", "오른쪽" 등과 같이, 절대 위치를 한정하거나, 또는 용어 "위", "아래", "상측", "하측" 등과 같이, 상대 위치를 한정하는 용어가 언급된다면, 다른 특별한 언급이 없다면, 도면의 방향이 언급된다. 다른 특별한 지시가 없다면, 표현, "약", "대략", "실질적으로" 및 "정도의"는 10% 내를 의미하며, 바람직하게는 5% 내를 의미한다. 또한, 여기서는, "절연성" 및 "도전성"은 각각 "전기적 절연성" 및 "전기적 도전성"을 의미한다.
나머지 설명에서, 층의 내부 투과율은, 층에 들어온 방사선의 강도에 대한 층을 나가는 방사선의 강도의 비율에 해당하며, 들어오는 방사선의 광선은 그 층에 직교한다. 층의 흡수율은 1과 내부 투과율 사이의 차와 같다. 나머지 설명에서, 층 또는 막은, 층 또는 막을 통과하는 방사선의 흡수가 60%보다 작을 때 방사선에 대하여 투명하다고 한다. 나머지 설명에서, 층 또는 막은, 층 또는 막에서의 방사선의 흡수가 60%보다 클 때 방사선에 대하여 흡수한다고 한다. 나머지 설명에서, 레이저는 단색(monochromatic) 방사선에 해당하는 것으로 고려된다. 실제적으로, 레이저는 레이저 파장이라고 불리는, 중앙 파장을 중심에 두고 좁은 파장 범위를 가질 수 있다. 나머지 설명에서, 물질의 굴절율은 레이저 처리를 위하여 사용된 레이저의 파장에서의 물질의 굴절율에 해당한다. 관련된 물질의 광학 계수의 허수부를 흡수 계수 k라고 한다. 이것은 관계 α=4πκ/λ에 따라서 물질의 선형 흡수 α에 연결된다.
도 1은 장치(20)의 처리 시스템(10)의 일 실시형태의 간략화된 부분 단면도이다.
처리 시스템(10)은 레이저 소스(12)와, 광축(D)을 갖는 광학 초점 장치(optical focusing device; 14)를 구비한다. 소스(12)는 입사 레이저 빔(16)을, 수렴 레이저 빔(18)을 제공하는, 초점 장치(14)로 공급하도록 되어 있다. 광학 초점 장치(14)는 1개의 광학 구성품, 2개의 광학 구성품, 또는 2개보다 많은 광학 구성품을 구비할 수 있으며, 광학 구성품은 예를 들어 렌즈에 해당한다. 바람직하게는, 입사 레이저 빔(16)은 광학 장치(14)의 광축(D)을 따라서 실질적으로 콜리메이트된다.
장치(20)는 2개의 대향 표면(24, 26)을 구비하는 지지체(22)를 구비한다. 레이저 빔(18)은 표면(24)을 통하여 지지체(22)로 관통한다. 일 실시형태에 따르면, 표면(24 및 26)은 평행하다. 일 실시형태에 따르면, 표면(24 및 26)은 평면이다. 일 실시형태에 따르면, 기판(22)의 두께는 50㎛ 내지 3mm의 범위에 있다. 일 실시형태에 따르면, 레이저에 대한 반-반사(antireflection) 층(미도시)이 기판(22)의 표면(24) 상에 제공된다. 기판(22)은 단층 구조 또는 다층 구조를 가질 수 있다. 일 실시형태에 따르면, 기판(22)은 반도체 물질로 이루어진다. 반도체 물질은 실리콘, 게르마늄 또는 이들 화합물의 적어도 2개의 혼합물일 수 있다. 바람직하게는, 기판(22)은 실리콘으로 이루어지며, 더 바람직하게는 단결정 실리콘으로 이루어진다. 다른 실시형태에 따르면, 기판(22)은 적어도 부분적으로 비-반도체 물질, 예를 들어 절연성 물질, 특히 사파이어, 또는 도전성 물질로 이루어진다.
장치(20)는 표면(26) 상의 흡수 구역(28)과, 흡수 구역(28)의 기판(22)의 반대측 상에서 흡수 구역(28)과 접촉하게 흡수 구역(28)에 접합되어 있고 기판(22)으로부터 분리시키고자 하는 하나 이상의 대상체(30)를 구비한다. 일 예로서, 복수의 대상체(30)가 흡수 구역에 접착되어 있는 것으로 도 1에 도시되어 있다. 대상체(30)는 전자 회로, 예를 들어 발광 다이오드를 구비하는 회로, 또는 트랜지스터, 특히 MOS 트랜지스터를 구비하는 회로를 구비할 수 있다. 도 1에서, 흡수 구역(28)은 표면(26) 상에서 연속으로 되어 있는 것으로 도시되어 있다. 변형으로서, 흡수 구역(28)은 각 대상체(30)와 기판(22) 사이에만 존재하고, 대상체들(30) 사이에는 존재하지 않을 수 있다.
처리 방법은, 레이저 빔(18)이, 처리될 흡수 구역(28)을 전체적으로 주사하도록, 처리 시스템(10)과 대상체(30) 사이에 상대적 변위를 구비할 수 있다. 처리시에는, 광학 장치(14)의 광축(D)은 바람직하게는 표면(24)에 직교한다.
레이저의 파장은, 기판(22)이 레이저에 대하여 투명하도록, 기판(22)을 형성하는 물질에 따라 선택된다.
일 실시형태에 따르면, 특히 기판(22)이 반도체 일 때, 레이저 빔(18)의 파장은, 기판(22)을 형성하는 물질의 밴드갭에 대응하는 파장보다 크며, 바람직하게는 적어도 500nm 만큼, 더 바람직하게는 적어도 700nm 만큼 더 크다. 이것은 레이저 빔(18)에 의하여 기판을 가로지르는 동안 레이저 빔(18)과 기판(22) 사이의 상호작용을 감소시킬 수 있게 하는데 유리하다. 일 실시형태에 따르면, 레이저 빔(18)의 파장은 2,500nm와 기판(22)을 형성하는 물질의 밴드갭에 대응하는 파장의 합보다 작다. 이것은 작은 치수의 레이저 스폿을 형성하는 레이저 빔을 좀 더 용이하게 제공할 수 있게 하는데 유리하다.
기판(22)이 반도체인 경우에, 레이저 빔(18)의 파장은 200nm 내지 10㎛ 범위에 있을 수 있다. 특히, 기판(22)이, 1.1㎛의 파장에 해당하는, 1.14-eV 밴드갭을 갖는 실리콘으로 이루어져 있는 경우에는, 레이저 빔(18)의 파장은 대략 2㎛인 것으로 선택된다. 기판(22)이, 1.87㎛의 파장에 해당하는, 0.661-eV 밴드갭을 갖는 게르마늄으로 이루어진 경우에는, 레이저 빔(18)의 파장은 대략 2㎛ 또는 2.35㎛인 것으로 선택된다.
기판(22)이 사파이어로 이루어지는 경우에는, 레이저 빔(18)의 파장은 300nm 내지 5㎛의 범위에 있을 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 레이저 빔(18)은 편광되어 있다. 일 실시형태에 따르면, 레이저 빔(18)은 선형 편광에 따라서 편광된다. 이것은 흡수 구역(28)과 레이저 빔(18)의 상호작용을 개선시키는데 유리하다. 다른 실시형태에 따르면, 레이저 빔(18)은 원형 편광에 따라서 편광된다. 이것은 기판(22)에서 레이저 빔(18)의 전파를 도울 수 있게 하는데 유리하다.
일 실시형태에 따르면, 레이저 빔(18)은 한 펄스, 2개의 펄스, 또는 2개 보다 많은 펄스(각 펄스는 0.1ps 내지 1,000ns의 범위의 간격을 가짐)의 형태로 처리 시스템(10)에 의하여 방출된다. 각 펄스에 대한 레이저 빔의 피크 파워는 10kW 내지 100MW의 범위에 있다.
도 2는 장치(20)의 흡수 구역(28)의 일 실시형태의 확대도이다. 본 실시형태에 따르면, 흡수 구역(28)은 광결정층(40)과 레이저에 대하여 흡수하는 층(42)의 적층에 해당한다. 일 실시형태에 따르면, 광결정층(40)은 기판(22)의 표면(26)과 흡수층(42) 사이에 개재되어 있다. 변형으로서, 흡수층(42)은 기판(22)의 표면(26)과 광결정층(40) 사이에 개재되어 있다. 일 실시형태에 따르면, 광결정층(40)의 전파 모드는 레이저의 파장에 대응한다. 바람직하게는, 광결정층(40)은 2차원 광결정에 해당한다.
일 실시형태에 따르면, 흡수층(42)의 두께는 5nm 내지 80nm의 범위에 있다. 레이저에 대한 흡수층(42)의 흡수는 80%보다 크다. 일 실시형태에 따르면, 흡수층(42)은 금속 질화물, 반도체 물질, 또는 이들 화합물의 2개 이상의 혼합물로 이루어진다. 일 실시형태에 따르면, 레이저 파장에 대한 선형 상태에서의 흡수층(42)의 흡수 계수 k는 1 내지 10의 범위에 있다.
광결정층(40)은, 레이저의 파장에서 제1 굴절율을 갖는 제1 물질의 층(44)(이후에 베이스층이라고도 함)을 구비하며, 여기에서 레이저의 파장에서 제2 굴절율을 갖는 제2 물질의 기둥(46)이 연장한다. 일 실시형태에 따르면, 각 기둥(46)은 표면(26)에 수직하게 측정된, 높이 L을 따르는 표면(26)에 수직한 중앙축을 실질적으로 따라서 연장한다. 2개의 인접하는 기둥들의 중앙축들 사이의 거리를 "a" (피치)라고 한다. 일 실시형태에 따르면, 각 기둥(46)은 베이스층(44)의 전체 두께를 실질적으로 가로질러서 연장한다. 바람직하게는, 제1 굴절율은 제2 굴절율보다 작다. 제1 물질은 레이저(18)의 파장에서 1보다 작은 흡수 계수를 가질 수 있다. 제1 물질은 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(SiN), 또는 알루미늄 산화물(Al2O3)와 같은 반도체 화합물의 질화물 또는 산화물일 수 있다. 제2 물질은 레이저 파장에서 1보다 작은 흡수 계수를 가질 수 있다. 제2 물질은 GaN과 같은, 반도체 화합물의 질화물, 또는 실리콘(Si) 또는 게르마늄(Ge) 등과 같은, 반도체 화합물일 수 있다. 광결정층(40)의 두께는 0.1㎛ 내지 3㎛ 범위에 있을 수 있다.
도 3은 장치(20)의 흡수 구역(28)의 다른 실시형태의 확대도이다. 흡수 구역(28)은 도 1에서 도시된 실시형태에 대하여 전술된 모든 구성요소들을 구비하며, 흡수층(42)이 존재하지 않는다는 차이가 있다. 광결정층(40)의 기둥(46)은 흡수층(42)에 대하여 전술된 물질들 중 하나로 이루어질 수 있다. 이 경우에, 기둥(46)은, 이후에 더 상세하게 설명될, 흡수층(42)의 역할을 또한 수행한다. 변형으로서, 광결정층(40)의 베이스층(44)은 흡수층(42)에 대하여 전술된 물질들 중 하나로 이루어진다. 이 경우에, 베이스층(44)은, 이후에 더 상세하게 설명될, 흡수층(42)의 역할을 또한 수행한다.
도 4는 장치(20)의 흡수 구역(28)의 다른 실시형태의 확대도이다. 흡수 구역(28)은 도 1에 도시된 실시형태에 대하여 전술된 모든 구성요소들을 구비하며, 광결정층(40)과 흡수층(42) 사이에 개재된 하나 이상의 중간층(48)을 더 구비한다는 차이가 있다. 중간층(48)은 레이저에 투명하다. 일 실시형태에 따르면, 중간층(48)은 반도체 물질로 이루어지며, 예를 들어 실리콘(Si), 반도체의 산화물, 예를 들어 실리콘 산화물(SiO2), 또는 반도체의 질화물, 예를 들어 실리콘 질화물(SiN)로 이루어져 있다. 일 실시형태에 따르면, 중간층(48)의 두께는 1 nm 내지 500nm, 바람직하게는 5nm 내지 500nm 의 범위에 있다. 변형으로서, 2개의 층들 또는 2개보다 많은 층들의 적층이 광결정층(40)과 흡수층(42) 사이에 개재될 수 있다. 이 경우에, 적층의 각 층은 레이저에 대하여 투명하다. 일 실시형태에 따르면, 적층의 총 두께는 1nm 내지 500nm, 바람직하게는 5nm 내지 500 nm의 범위에 있다.
흡수 구역(28)의 다른 실시형태에 따르면, 흡수 구역(42)은 존재하지 않으며 광결정층(40)의 기둥(46)을 형성하는 물질, 또는 광결정층(40)의 베이스층(44)을 형성하는 물질 모두 선형 모드에서의 레이저의 파장에서 1 내지 10 범위의 흡수 계수 k를 갖지 않는다.
흡수 구역(28)의 전술된 실시형태들에서, 각 기둥(46)의 높이(L)는 0.1㎛ 내지 3㎛의 범위에 있을 수 있다. 바람직하게는, 기둥(46)은 격자로 배열되어 있다. 일 실시형태에 따르면, 각 기둥(46)과 가장 인접한 기둥(들) 사이의 피치 a는 실질적으로 일정하다.
도 5는 광결정층(40)의 일 실시형태의 단순화된 부분 확대 상면도이며 여기서 기둥(46)은 육각형의 격자로 배열되어 있다. 이것은, 기둥(46)이, 상면도에서 볼 때, 행으로 배열되어 있고, 기둥(46)의 중앙들은 등변 삼각형의 정점들에 있고, 동일한 행의 2개의 인접한 기둥들(46)의 중앙들은 피치 a만큼 떨어져 있고 2개의 인접하는 행의 기둥(46)의 중앙은 행 방향을 따라서 거리 a/2만큼 시프트되어 있음을 의미한다.
도 6은 광결정층(40)의 일 실시형태의 단순화된 부분 확대 상면도이며 여기서 기둥들(46)은 정사각형 격자로 배열되어 있다. 이것은, 기둥들(46)이 행과 열로 배열되어 있으며, 기둥들(46)의 중앙은 정사각형의 꼭지점에 있으며, 같은 행의 2개의 인접하는 기둥들(46)은 피치 a 만큼 떨어져 있고 같은 열의 2개의 인접하는 기둥들(46)은 피치 a만큼 떨어져 있음을 의미한다.
도 5 및 도 6에 도시된 실시형태에서, 각 기둥(46)은 표면(26)에 평행한 평면에서 직경 D의 원형 단면을 갖는다. 육각형 격자 배열 또는 정사각형 격자 배열의 경우에, 직경 D는 0.05㎛ 내지 2㎛의 범위에 있을 수 있다. 피치 a는 0.1㎛ 내지 4㎛의 범위에 있을 수 있다.
도 5 및 도 6에 도시된 실시형태들에서, 표면(26)에 평행한 평면에서 각 기둥(46)의 단면은 원형이다. 그러나, 기둥(46)의 단면은 다른 형태, 예를 들어 타원, 다각형, 특히 정사각형, 직사각형, 육각형 등의 다각형을 가질 수 있다. 일 실시형태에 따르면, 모든 기둥들(46)은 동일한 단면을 갖는다.
도 7은 장치(20)의 다른 실시형태의 확대 단면도이며, 도 8은 평면 VIII-VIII에 따른 도 7의 단면을 갖는 상면도이다. 도 7에 도시된 장치(20)는 도 3에 도시된 장치(20)의 모든 구성요소들을 구비한다. 또한, 본 실시형태에서, 각 대상체(30)는, 하나 이상의 3차원 광전자 구성품(50)을 구비하는 광전자 회로에 대응하며, 하나의 3차원 광전자 구성품(50)이 도 7에 도시되어 있다. 3차원 광전자 구성품(50)은 와이어를 구비하며, 3차원 광전자 구성품(50)의 다른 구성요소들은 도 7에는 도시되지 않으며 이후에 더 상세하게 설명된다. 각 와이어(52)의 베이스(53)가 하나 이상의 기둥들(46) 상에, 바람직하게는 복수의 기둥들(46) 상에 놓여 있다.
장치(20)는 와이어(52)의 성장을 돕고 기판(22)을 덮고 있는 시드 구조물(54)을 더 구비한다. 시드 구조물(54)은 광결정(40)의 일부 패드(46)를 구비하며 부가 시드층 또는 부가 층의 적층을 구비할 수 있다. 도 7에서 예로서 도시된 시드 구조물(54)은 특히 시드층(56)을 구비하며, 층(56)은 기판(22)과 광결정층(40) 사이에 개재되어 있다.
일 실시형태에 따르면, 광결정층(40)의 베이스층(44)은 흡수층(42)에 대하여 전술된 물질들 중 하나로 이루어진다. 본 실시형태에서, 레이저 흡수는 이후에 더 상세하게 설명되는 메카니즘에 의하여 광결정층(40)의 레벨에서 실행된다.
대상체(30)의 광전자 구성품(50)의 더 상세한 실시형태들이, 광전자 구성품(50)이 3차원 형태의 발광 다이오드에 대응하는 경우에서, 도 9 및 도 10과 관련하여 설명될 것이다. 그러나 이들 실시형태들은 다른 응용들, 특히 전자기 방사선의 검출 및 측정에 전용된 광전자 구성품 또는 광전지 응용에 전용된 광전자 구성품들에 관계할 수 있음을 명확히 해야 한다.
도 9는 광전자 회로(30)의 광전자 구성품(50)의 일 실시형태의 단순화된 부분 단면도이다. 광전자 회로(30)는 광결정층(40)을 덮고 있는 절연층(58)을 더 구비한다.
3차원 광전자 구성품(50)은, 도 9 및 도 10에 개략적으로 도시된, 광결정층(40)으로부터 돌출된 와이어(52)를 구비한다. 광전자 구성품(50)은 와이어(52)의 상측 부분의 외벽을 덮고 있는 쉘(60)을 더 구비하며, 쉘(60)은 와이어(52)의 상측 부분을 덮고 있는 활성층(62)과 활성층(62)을 덮고 있는 반도체층(62)의 하나 이상의 적층을 구비한다. 본 실시형태에서, 와이어(52)의 측벽을 쉘(60)이 덮고 있기 때문에 광전자 구성품(50)을 방사상 구조라고 한다. 광전자 회로(30)는 절연층(58) 상과 쉘(60)의 하측 부분의 측벽 상에서 연장하고 있는 절연층(66)을 더 구비한다. 광전자 회로(30)는 쉘(60)을 덮고 있으며 전극을 형성하는 도전층(68)을 더 구비하며, 도전층(68)은 활성층(62)에 의하여 방출된 방사선에 투명하다. 도전층(68)은 특히 광전자 회로(30)의 복수의 광전자 구성품(50)의 쉘(60)들을 덮을 수 있어서, 복수의 광전자 구성품(50)에 공통인 전극을 형성한다. 광전자 회로(30)는 와이어들(52) 사이에 있는 전극층(68) 상에서 연장하는 도전층(70)을 더 구비한다. 광전자 회로(30)는 광전자 구성품(50)을 덮고 있는 캡슐화층(72)을 더 구비한다.
도 10은 광전자 구성품(50)의 다른 실시형태의 단순화된 부분 단면도이다. 도 10에 도시된 광전자 구성품(50)은 도 9에 도시된 광전자 구성품(50)의 모든 구성요소를 구비하며, 쉘(60)이 와이어(52)의 상부면에만 존재한다는 차이점이 있다. 이 때, 광전자 구성품(50)을 축상 구조라고 한다.
일 실시형태에 따르면, 와이어(52)는 하나 이상의 반도체 물질로 적어도 부분적으로 이루어져 있다. 반도체 물질은, III-V 화합물, II-VI 화합물, 또는 그룹-IV 반도체 또는 화합물을 구비하는 그룹으로부터 선택된다. 와이어(52)는 III-V 화합물, 예를 들어 III-N 화합물을 주로 구비하는 반도체 물질로 적어도 부분적으로 이루어질 수 있다. 그룹-III 원소의 예로는 갈륨(Ga), 인듐(In), 또는 알루미늄(Al)을 구비한다. III-N 화합물의 예로는 GaN, AlN, InN, InGaN, AlGaN, 또는 AlInGaN이다. 다른 그룹-V 원소들로는, 예를 들어 인 또는 비소를 또한 사용할 수 있다. 와이어(52)는 II-VI 화합물을 주로 구비하는 반도체 물질로 적어도 부분적으로 이루어질 수 있다. 그룹-II 원소의 예로는 그룹-IIA 원소들, 특히 베릴륨(Be) 및 마그네슘(Mg), 그리고 그룹-IIB 원소들, 특히 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 및 수은(Hg)을 구비한다. 그룹-VI 원소의 예로는 그룹-VIA 원소들, 특히 산소(O) 및 텔루륨(Te)을 구비한다. II-VI 화합물의 예들로는 ZnO, ZnMgO, CdZnO, CdZnMgO, CdHgTe, CdTe, 또는 HgTe이다. 일반적으로, III-V 또는 II-VI 화합물에서의 원소들은 다른 몰분율로 결합될 수 있다. 와이어(52)는 하나 이상의 그룹-IV 화합물을 주로 구비하는 반도체 물질들로 적어도 부분적으로 이루어질 수 있다. 그룹-IV 반도체 물질들의 예들로는 실리콘(Si), 탄소(C), 게르마늄(Ge), 실리콘 카바이드 합금(SiC), 실리콘-게르마늄 합금(SiGe), 또는 게르마늄 카바이드 합금(GeC)이다. 와이어(52)는 도펀트를 구비할 수 있다. 예로서, III-V 화합물에 대하여, 도펀트는 P-형 그룹-II 도펀트, 예를 들어 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 또는 수은(Hg), P-형 그룹-IV 도펀트, 예를 들어 탄소(C), 또는 N-형 그룹-IV 도펀트, 예를 들어, 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 셀레늄(Se), 황(S), 테르븀(Tb), 또는 주석(Sn)을 구비하는 그룹으로부터 선택될 수 있다.
시드 구조물(54)은 와이어(52)의 성장을 돕는 물질로 이루어진다. 예로서, 패드(46)를 형성하는 물질은 원소 주기율표의 컬럼 IV, V, 또는 VI로부터의 전이 금속의 질화물, 탄화물 또는 붕화물, 또는 이들 화합물의 조합물일 수 있다. 예로서, 각 패드(46)는 알루미늄 질화물(AlN), 알루미늄 산화물(Al2O3), 붕소(B), 붕소 질화물(BN), 티타늄(Ti), 티타늄 질화물(TiN), 탄탈륨(Ta), 탄탈륨 질화물(TaN), 하프늄(Hf), 하프늄 질화물(HfN), 니오븀(Nb), 니오븀 질화물(NbN), 지르코늄(Zr), 붕화 지르코늄(ZrB2), 지르코늄 질화물(ZrN), 실리콘 카바이드(SiC), 탄탈륨 탄질화물(TaCN), MgxNy 형태의 마그네슘 질화물(여기서 x는 대략 3이며 y는 대략 2이며, 예를 들어 Mg3N2 형태의 마그네슘 질화물)로 이루어질 수 있다.
각 절연층(58, 66)은, 유전체 물질, 예를 들어 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(SixNy, 여기서 x는 대략 3이며 y는 대략 4로서, 예를 들어 Si3N4), 실리콘 산질화물(상세하게는 일반식 SiOxNy, 예를 들어, Si2ON2), 하프늄 산화물(HfO2), 또는 다이아몬드로 이루어질 수 있다.
활성층(62)은, 단일 양자벽 또는 다중 양자벽과 같은, 구속 수단을 구비할 수 있다. 예를 들어 5 내지 20nm(예를 들어 8nm) 및 1 내지 10nm(예를 들어, 2.5nm)의 두께를 각각 갖는 GaN 및 InGaN 층의 교번으로 형성된다. GaN층들은 예를 들어 N- 또는 P-형 도핑될 수 있다. 다른 예에 따르면, 활성층은, 예를 들어 10nm보다 큰 두께를 갖는 단일 InGaN층을 구비할 수 있다.
예를 들어 P-형 도핑된 반도체층(64)은 반도체층의 적층에 해당할 수 있고 P-N 또는 P-I-N 접합의 형성을 허용하며, 활성층(62)은. P-N 또는 P-I-N 접합의 N-형 와이어(52)와 중간 P-형층 사이에 구비된다.
전극층(68)은 발광 다이오드의 활성층을 분극시킬 수 있고 발광 다이오드에 의하여 방출된 전자기 방사선을 통과시킬 수 있다. 전극층(68)을 형성하는 물질은 인듐 주석 산화물(또는 ITO), 순수 아연산화물, 알루미늄 아연 산화물, 갈륨 아연 산화물, 그래핀, 또는 은 나노와이어와 같은 투명 도전성 물질일 수 있다. 예로서, 전극층(68)은 5nm 내지 200nm 범위의 두께, 바람직하게는 30nm 내지 100nm의 두께를 갖는다.
캡슐화층(72)은 유기 물질 또는 무기 물질로 이루어질 수 있고 발광 다이오드에 의하여 방출된 방사선에 적어도 부분적으로 투명하다. 캡슐화층(72)은, 캡슐화층이 발광다이오드에 의하여 방출된 광에 의하여 여기될 때, 발광 다이오드에 의하여 방출된 광의 파장과는 다른 파장의 광을 방출할 수 있는 발광체를 구비할 수 있다.
제1 시뮬레이션들이 실행되었다. 이 제1 시뮬레이션들에 대하여, 광결정층(40)은 Si로 이루어진 기둥(46)을 구비하고 베이스층(44)은 SiO2로 이루어져 있다. 기둥들(46)은 육각형 격자로 분포되어 있었고, 각 기둥(46)은 0.97㎛의 직경 D를 갖는 원형 단면을 갖는다. 제1 시뮬레이션들에 대하여, 기둥(46)의 두께(L)는 1㎛이다. 흡수층(42)은 50nm 두께를 가지며, 굴절율은 4.5이고 흡수 계수는 3.75이다.
도 11은, 레이저의 파장(λ)에 대한 피치 a의 비율(a/λ)에 따른 흡수 구역(28)의 평균 흡수(Abs)의 변화의 커브 C1 및 C2를 보여주며, 커브 C1은, 구역(28)이 도 4에 도시된 구조물을 가질 때 얻어진 것이며, 커브 C2는, 구역(28)이 광결정층(40)을 구비하지 않고 흡수층(42)만 구비할 때 얻어진 것이다. 광결정층(40)이 없는 경우에, 흡수 구역(28)에서의 평균 흡수는 대략 55%이다. 광결정층(40)이 존재하는 경우에는, 평균 흡수는, 비율(a/λ)의 많은 범위 상에서 55%를 초과하며, 비율(a/λ)이 대략 0.75인 경우에는 90%까지도 도달한다.
제2 시뮬레이션들이 실행되었다. 이들 제2 시뮬젤이션들에 대하여, 광결정층(40)은 Si로 이루어진 기둥(46)을 구비하며 베이스층(44)은 SiO2로 이루어져 있다. 기둥(46)은 육각형 격자로 분포되어 있으며, 각 기둥(46)은 원형의 단면을 갖는다. 제2 시뮬레이션들에 대하여, 기둥들(46)의 두께(L)는 1㎛이다.
도 12 및 도 13은 각각 가로 좌표의 비율(a/λ)과 세로 좌표의 충전율(FF)에 따른 흡수 구역(28)에서의 평균 흡수(Abs)의, 그레이스케일로의 심도 맵(depth map)을 보여준다. 충전율(FF)은, 상면도에서 볼 때, 광결정층(40)의 총 면적에 대한 기둥들(46)의 면적의 합의 비율에 대응한다. 예로서, 원형의 단면을 갖는 기둥들(46)에 대하여, 충전율(FF)은 다음의 관계 [식 1]로 제공된다.
[식 1]
Figure pct00001
평균 흡수(Abs)가 대략 70%보다 큰 도 12에서의 영역 A 및 영역 B 그리고 도 13에서의 영역 B'를 구별할 수 있다. 영역 B 및 B'는 0.1 내지 1의 범위에서의 비율(a/λ)과 1% 내지 50%의 범위에서의 충전율(FF)에 대하여 얻어지며 영역 A는 0.5 내지 2의 범위의 비율(a/λ)과 10% 내지 70%의 범위에서의 충전율(FF)에 대하여 얻어진다.
도 14는 0.3인 충전율(FF) 및 0.6인 비율(a/λ)에 대한 기둥들(46)의 높이(L)에 따른 평균 흡수(Abs)의 변화의 커브 C3을 보여준다.
도 15는 0.5인 충전율(FF)과 0.6인 비율(a/λ)에 대한 기둥(46)의 높이(L)에 따른 평균 흡수(Abs)의 변화의 커브 C4를 보여준다.
커브 C3 및 C4는, 다른 차수에서의 페브리-페롯 공명에 대응하는 국부 최대값을 나타내며, 높이(L)의 해당 값들이 도 14 및 도 15에 표시되어 있다. 페브리 페롯 공명들 중 하나의 레벨에 실질적으로 있도록 기둥들(46)의 높이(L)를 선택하는 것이 바람직하다.
도 16 내지 도 22은 흡수 구역(28)이 도 2에 도시된 구조물을 갖는 장치(20)를 제조하는 방법의 연속 단계들에서 얻어진 구조물의 단순화된 부분 단면도들이다. 제조 방법은,
- 기판(22)의 제조 단계(도 16)와,
- 소정 높이(L)와 대략 같은 깊이로, 기판(22)에서, 아래로 개구(80)를 에칭하는 단계로서, 개구(80)의 단면은 기둥(46)의 소정 단면에 대응하는 단계(도 17)와,
- 기판(22)을 덮고 특히 개구(80)를 채우는 제2 물질의 층(82)을 증착하는 단계(도 18)와,
- 예를 들어 화학적-기계적 평탄화(CMP)에 의하여, 기판(22)까지 도달하도록 층(82)을 에칭하여 광결정층(40)의 기둥들(46)을 형성하는 개구(80) 내의 층(82)의 부분만이 유지되게 하는 단계로서, 기둥(46)을 둘러싸는 기판(22)의 부분이 광결정층(40)의 베이스층(44)을 형성하는, 단계(도 19)와,
- 광결정층(40) 상에서의 흡수층(42)의 증착 또는 성장 단계(도 20)와,
- 흡수층(42) 상에 층들(84)의 적층을 형성하는 단계(도 21)와,
- 대상체(30)를 한정하도록 흡수층(42)까지 아래로 층들의 적층(84)을, 예를 들어 에칭 마스크(86)를 사용하여, 에칭하는 단계로서, 도 22에는 단일 대상체가 부분적으로 도시되어 있는, 단계
를 구비한다.
도 23 내지 도 26은 장치(20)의 레이저 처리 방법의 다른 실시형태의 연속 단계에서 얻어진 구조물의 단순화된 부분 단면도이다.
도 23은 장치(20)의 제조 후에 얻어진 구조물을 보여준다.
도 24는 지지체(90)와 접촉하게 장치(20)를 놓아서 대상체(30)를 지지체(90)에 접합시킨 후에 얻어진 구조물을 보여준다. 일 실시형태에 따르면, 대상체(30)를 지지체(90)로 접합하는 것은 대상체(30)를 지지체(90)로 하이브리드 분자 접합에 의하여 얻어질 수 있다. 일 실시형태에 따르면, 지지체(90)는 대상체(30)의 접합 위치에 패드(92)를 구비할 수 있다. 장치(20) 및 지지체(90)는 이 때 대상체(30)가 패드(92)와 접촉할 때까지 서로를 향하여 가져온다. 일 실시형태에 따르면, 지지체(22)에 접합된 대상체(30) 모두가 동일한 지지체(90) 상으로 이동되기 위한 것은 아니다. 이 목적으로 위하여, 지지체(90)는, 지지체(90) 상으로 이동될 대상체(30)에 대해서만 패드(92)를 구비할 수 있다. 이 경우에, 장치(20) 및 지지체(90)가, 대상체(30)의 일부가 패드(92)와 접촉하게 될 때까지 서로를 향하여 가져올 때, 패드(92) 앞에 있지 않은 대상체(30)는 지지체(90)와 접촉하지 않고 따라서 지지체(90)에 접합하지 않는다.
도 25는 지지체(90) 상으로 이동될 대상체(30)를 기판(22)으로부터 분리시킬 레이저(19)의 통과 시에 얻어진 구조물을 보여준다. 작동시에, 레이저 빔(18)은 바람직하게는 흡수 구역(28) 상으로 촛점이 맞추어진다. 흡수 구역(28)의 광결정층(40)은 흡수 구역(28)에 의하여 레이저 광의 흡수를 증가시킬 수 있게 한다.
흡수 구역(28)이 흡수층(42)을 구비할 때, 광결정층(40)은 특히 흡수층(42)에서 레이저(18)의 광의 흡수를 증가시킬 수 있게 한다. 이것은 흡수층(42)의 애블레이션을 얻게 할 수 있다. 기둥(46) 또는 베이스층(44)이 레이저(18)를 흡수하는 물질로 이루어져 있을 때, 광결정층(40)은 특히 기둥(46) 또는 베이스층(44)에서 레이저 광의 흡수를 증가시킬 수 있게 한다. 이것은 광결정층(40)의 애블레이션을 얻을 수 있게 한다.
흡수층(42)이 존재하지 않을 때, 그리고 광결정층(40)의 기둥(46)을 형성하는 물질도, 광결정층(40)의 베이스층(44)을 형성하는 물질도 어느 것도 선형 모드의 레이저의 파장에서 1 내지 10의 범위에서 흡수 계수 k를 갖지 않을 때, 광결정층(40)은 광결정층(40) 및 광결정층(40) 부근에서의 에너지 밀도를 국부적으로 증가시킨다. 이것은 광결정층(40)과 광결정층(40)의 부근, 특히 기판(22)에서 비선형 흡수 현상에 의하여 레이저의 흡수를 증가시킬 수 있게 하며, 이것은 광결정층(40)의 애블레이션을 일으킨다. 광결정층(40)의 존재는, 비선형 흡수 현상이 광졀정층(40) 및/또는 광결정층(40)의 부근, 특히 기판(22)에 나타나게 하는 레이저의 강도를 감소시킬 수 있게 한다.
기판(22)이 반도체 물질, 특히 실리콘으로 이루어질 때, 기판(22)이 레이저에 투명하도록, 레이저 파장이 적외선 대역에 있어야할 필요가 있을 수 있다. 그러나, 상용적으로-사용가능한 적외선 레이저들은 일반적으로 다른 주파수의 다른 상용적-사용가능한 레이저들보다 낮은 최대 에너지를 갖는다. 광결정층(40)의 사용은 적외선 레이저를 가지고도 레이저 절단을 실행할 수 있게 하는데 유리하며, 따라서 반도체 기판(22), 특히 실리콘으로 이루어진 반도체 기판(22)을 사용할 수 있게 하는데 유리하다.
도 26은 지지체(90)로부터 기판(22)을 떼어놓은 후 얻어진 구조물을 보여준다. 지지체(90)에 접합된 대상체(30)는 기판(22)으로부터 분리된다.
전술된 실시형태들에서, 기둥들(46)은 규칙적인 격자로 분포되어 있다. 다른 실시형태에 따르면, 기둥들(46)의 격자는 광결정층(40) 및/또는 광결정층(40)의 부근에서의 에너지의 밀도의 분포를 변경하는 결함들을 구비할 수 있다. 결함은 특히, 기둥들(46)의 격자에서의 기둥(46)의 부재, 또는 인접한 기둥들과는 다른 치수를 갖는 기둥들(46)의 존재, 예를 들어 원형 단면을 갖는 기둥들의 경우에서 인접한 기둥들의 직경과는 다른 직경 D을 갖는 기둥들의 존재에 대응할 수 있다.
도 27은 기둥(46)이 기둥들(46)의 격자에서 빠진 도 5에 유사한 상면도이다.
도 28은 도 27에 도시된 배열을 가지고 얻어진 도 7과 유사한 상면도이다. 90% 보다 큰 평균 흡수 Abs를, 비율(a/λ)이 대략 0.53인 것에 대하여 얻는다.
도 29는, 0.7 충전율을 가지고 비율(a/λ)이 대략 0.66일 때 도 27에 도시된 배열을 갖는 광결정층(40)에 위치된 평면으로서, 표면(26)에 평행하고 표면(26)으로부터 0.6㎛만큼 떨어져 있는 평면에서 얻어진 에너지 밀도를 보여주는 그레이스케일 심도맵이다. 도 29에 도시된 바와 같이, 에너지 밀도의 국부 증가가 기둥이 빠진 위치에서 얻어진다. 이것은, 평균 흡수에 대하여도, 에너지 밀도 피크들의 최대값들을 위치시키게 할 수 있다. 일 실시형태에 따르면, 광결정층의 격자의 결함은, 에너지 피크의 최대값이 이동될 대상체(30)의 레벨에 위치되도록 분포된다. 이것은, 레이저(18)의 위치설정이 덜 정확하게 실행된다고 할지라도, 정확한 위치에서 에너지 밀도 피크를 얻을 수 있게 한다. 결함의 존재는, 흡수가 소정 위치에서 가장 높은 영역에 위치설정하게 할 수 있다.
도 30은, 하나의 기둥(46)이 광결정층(40)의 기둥들의 어레이에서 다른 기둥들보다 큰 직경을 갖는 경우로서 도 5와 유사한 상면도이다. 파라미터 a 및 D에 따라서, 에너지 밀도 분포는 도 29와 유사한 일반적인 형태를 가질 수 있다.
다양한 실시형태들 및 변형들이 설명되어 있다. 당업자는 이들 다양한 실시형태들과 변형들의 일분 특징들이 결합될 수 있음을 이해할 것이며, 다른 변형들이 당업자에게 나타날 것이다. 마리작으로, 설명된 실시형태들 및 변형들의 실제적인 구현은 이상에서의 기능적 지시에 기초하여 당업자의 능력 내에 있다.

Claims (19)

  1. 레이저(18) 처리를 위하여 구성된 장치(20)로서, 상기 레이저에 투명한 기판(22)과 대상체들(30)을 구비하며, 각 대상체는 광결정(40)을 통하여 기판에 접합되는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광결정(40)은 2-차원 광결정인 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광결정(40)은 제1 물질의 베이스층과, 제1 물질과는 다른 제2 물질의 기둥들(46)의 격자를 구비하며, 각 기둥은, 상기 베이스층의 두께의 적어도 일부분을 가로질러서 상기 베이스층에서 연장하는 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 물질은 1보다 작은, 상기 레이저(18)에 대한 흡수 계수를 갖는 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 물질은 1보다 작은, 상기 레이저에 대한 흡수 계수를 갖는 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기판(22)은 상기 제2 물질로 형성되는 장치.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 물질은 1 내지 10의 범위에서, 상기 레이저(18)에 대한 흡수 계수를 갖는 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판(22)은 제1 및 제2 대향 표면(24, 26)을 구비하며, 상기 레이저(18)는 상기 제1 표면에서 상기 제2 표면으로 상기 기판을 가로지르기 위한 것이며, 상기 광결정(40)은 상기 제2 표면을 덮고 있는 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 대상체들(30)과 상기 기판(22) 사이에 상기 레이저(18)에 대하여 흡수하는 층(44)을 더 구비하는 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광결정(40)과 상기 레이저에 대하여 흡수하는 층(44) 사이에 개재된, 상기 레이저(18)에 대하여 투명한 하나 이상의 층(48)을 더 구비하는 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판(22)은 반도체인 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 기판(22)은 실리콘, 게르마늄, 또는 이들 화합물들 중 2개 이상의 혼합물 또는 합금으로 이루어진 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 대상체(30)는 전자 회로를 구비하는 장치.
  14. 제3항에 있어서,
    상기 대상체(30)는, 활성층(72)으로 덮인 3-차원 반도체 구성요소(52)를 갖는 하나 이상의 광전자 구성품(50)을 구비하며, 상기 3-차원 반도체 구성요소는 하나 이상의 기둥들(46)과 접촉하는 베이스(53)를 구비하는 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제2 물질은 원소들의 주기율표의 컬럼 IV, V 또는 VI로부터의 전이 금속의 질화물, 탄화물, 또는 붕소화물 또는 이들 화합물들의 조합물이거나, 또는 상기 제2 물질은 알루미늄 질화물, 알루미늄 산화물, 붕소, 붕소 질화물, 티타늄, 티타늄 질화물, 탄탈륨, 탄탈륨 질화물, 하프늄, 하프늄 질화물, 니오븀, 니오븀 질화물, 지르코늄, 지르코늄 붕산염, 지르코늄 질화물, 실리콘 탄화물, 탄탈륨 탄화질화물, 마그네슘 질화물, 또는 이들 화합물들의 2개 이상의 혼합물인 장치.
  16. 레이저에 대해 투명한 기판(22)과 대상체들(30)을 구비하는 장치(20)를 제조하는 방법으로서, 각 대상체는 광결정(40)을 통하여 상기 기판에 접합되며, 상기 방법은 상기 광결정을 형성하는 것과 대상체를 형성하는 것을 구비하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 기판 상에 상기 광결정을 형성하는 것과, 상기 광결정 상에 층들을 증착 및/또는 성장시키는 단계들을 구비하는, 상기 광결정 상에 상기 대상체를 형성하는 것을 구비하는 방법.
  18. 상기 레이저에 대하여 투명한 기판(22)과 대상체들(30)을 구비하는 장치(20)를 레이저(18)로 처리하는 방법으로서, 각 대상체는 광결정(40)을 통하여 상기 기판에 접합되며, 상기 방법은 상기 기판을 통하여 레이저 빔(18)에 상기 광결정을 노출시키는 것을 구비하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    지지체(90)에, 상기 기판(22)에 여전히 결합되어 있는 대상체(30)를 접합하는 것과, 상기 광결정을 포함하거나 상기 광결정에 인접한 구역을 상기 레이저(18)에 의하여 파괴하는 것을 구비하는 방법.
KR1020227022957A 2019-12-26 2020-12-18 레이저 처리 장치 및 레이저 처리 방법 KR20220119630A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1915606 2019-12-26
FR1915606A FR3105748B1 (fr) 2019-12-26 2019-12-26 Dispositif pour traitement par laser et procédé de traitement au laser
PCT/EP2020/087242 WO2021130136A1 (fr) 2019-12-26 2020-12-18 Dispositif pour traitement par laser et procédé de traitement au laser

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220119630A true KR20220119630A (ko) 2022-08-30

Family

ID=70918521

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227022957A KR20220119630A (ko) 2019-12-26 2020-12-18 레이저 처리 장치 및 레이저 처리 방법

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20230035764A1 (ko)
EP (1) EP4082037A1 (ko)
JP (1) JP2023508443A (ko)
KR (1) KR20220119630A (ko)
CN (1) CN114868241A (ko)
FR (1) FR3105748B1 (ko)
WO (1) WO2021130136A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11908723B2 (en) * 2021-12-03 2024-02-20 International Business Machines Corporation Silicon handler with laser-release layers
EP4389692A1 (en) * 2022-12-19 2024-06-26 Epinovatech AB A device and a method for hydrogen storage

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7052941B2 (en) * 2003-06-24 2006-05-30 Sang-Yun Lee Method for making a three-dimensional integrated circuit structure
CN107112205B (zh) * 2015-01-16 2020-12-22 住友电气工业株式会社 半导体衬底及其制造方法，组合半导体衬底及其制造方法
KR102066928B1 (ko) * 2015-07-01 2020-01-16 센서 일렉트로닉 테크놀로지, 인크 기판 구조체 제거
US10892381B2 (en) * 2018-02-28 2021-01-12 Sensor Electronic Technology, Inc. Semiconductor structure with layer having protrusions

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023508443A (ja) 2023-03-02
FR3105748B1 (fr) 2022-09-02
FR3105748A1 (fr) 2021-07-02
EP4082037A1 (fr) 2022-11-02
US20230035764A1 (en) 2023-02-02
WO2021130136A1 (fr) 2021-07-01
CN114868241A (zh) 2022-08-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8183587B2 (en) LED with upstanding nanowire structure and method of producing such
US9214613B2 (en) Method of forming light-generating device including reflective layer
US8148890B2 (en) Light-emitting device and method for manufacturing the same
KR20090096704A (ko) 직립 나노와이어 구조를 갖는 ｌｅｄ 및 이를 제조하는 방법
KR20170013247A (ko) 반도체 구조물과 초격자를 사용하는 진보된 전자 디바이스 구조
JP7366071B2 (ja) ダイオードアレイを備えた光電子デバイス
KR20220119630A (ko) 레이저 처리 장치 및 레이저 처리 방법
EP3347917B1 (fr) Dispositif electroluminescent a capteur de lumiere integre
KR20090111810A (ko) 시준 리플렉터를 갖는 나노구조 ｌｅｄ 어레이
CN103227259A (zh) 半导体发光元件、半导体发光元件的制造方法和发光装置
US20240047505A1 (en) Optoelectronic device with axial three-dimensional light-emitting diodes
US6967112B2 (en) Three-dimensional quantum dot structure for infrared photodetection
US8816367B2 (en) Semiconductor light emitting device and method for manufacturing same
CN110178229B (zh) 具有提取增强的带有发光二极管的光电设备
JP7514560B2 (ja) レーザ切断用の三次元光電子部品を備えたデバイス、及び、このようなデバイスのレーザ切断方法
CN112956021B (zh) 包括发光二极管的具有改进的光提取的光电器件
RU2402837C1 (ru) Полупроводниковый светоизлучающий прибор с пористым буферным слоем
EP3144983B1 (fr) Dispositif électroluminescent à puits quantiques multiples
US20240063191A1 (en) Optoelectronic device with axial-type three-dimensional light-emitting diodes
WO2022221271A1 (en) Silicon-germanium avalanche photodiode
KR101078469B1 (ko) 발광 다이오드 칩 및 이의 제조 방법
KR101346803B1 (ko) 발광 다이오드 소자 및 그의 제조 방법
Lin Gallium nitride based optoelectronic devices on silicon-on-insulator substrates

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination