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TW202138092A - 具有用於雷射切割的三維光電元件的裝置及此裝置的雷射切割處理 - Google Patents

具有用於雷射切割的三維光電元件的裝置及此裝置的雷射切割處理 Download PDF

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TW202138092A
TW202138092A TW109145459A TW109145459A TW202138092A TW 202138092 A TW202138092 A TW 202138092A TW 109145459 A TW109145459 A TW 109145459A TW 109145459 A TW109145459 A TW 109145459A TW 202138092 A TW202138092 A TW 202138092A
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TW109145459A
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弗洛里安 杜邦
奧立維爾 貞林
蒂芬妮 杜邦
梅迪 戴諾內
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法商艾勒迪亞公司
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Abstract

本說明書係關於一種經組配用於用一雷射(18)進行處理之裝置(20)，包括一支撐件(22)，該支撐件(22)對該雷射透明；及至少一個光電電路(30)，該至少一個光電電路(30)包括至少一個光電組件(50)，該至少一個光電組件(50)具有覆蓋有一主動層的一三維半導體元件(52)，該三維半導體元件包括接合到該支撐件的一基極(53)，該裝置包括置於該支撐件上並圍繞該基極的一吸收該雷射的區域(28)。

Description

具有用於雷射切割的三維光電元件的裝置及此裝置的雷射切割處理
本專利申請案主張法國專利申請案FR19/15605的優先權權益，該專利申請案以引用方式併入本文。
本揭露總體係關於具有用於雷射切割的三維光電組件的裝置及用雷射切割此類裝置的方法。
對於某些應用，期望能夠穿過支撐件對存在於對雷射實質上透明的第一支撐件上的對象進行雷射切割，以例如將對象與第一支撐件分離並將其轉移到第二支撐件上。出於此目的，通常在要分離的對象與第一支撐件之間插入吸收雷射的層，且雷射束聚焦到此吸收層上，吸收層的剝蝕致使對象與第一支撐件分離。吸收層例如對應於金屬層，特定而言金層。
在對象係光電電路的情況下，可能期望第一支撐件對應於在其上形成有光電電路的基板。這使得能夠避免必須將光電電路轉移到第一支撐件上。在這種情況下，吸收層對應於形成有光電電路的層。然而，當光電電路包含三維光電組件，特定而言三維發光二極體時，形成此等三維光電組件的方法可能對吸收層施加附加約束。實際上，形成三維光電組件之方法可包含使三維半導體元件磊晶生長之步驟，該些三維半導體元件特定而言由於磊晶步驟所需的溫度而無法直接在金屬吸收層上實施。然而，可能難以形成由非金屬材料製成的吸收層，該吸收層與三維半導體元件在此層上之磊晶生長相容且進一步具有所要的吸收特性。當特定而言出於成本原因或出於技術可行性原因，吸收層之厚度受到限制時，情況尤其如此。然後可能需要增加用於獲得吸收層的剝蝕的雷射之功率，這可致使靠近吸收層的區域，且特定而言形成要分離的光電電路的一部分的區域劣化，這係不期望的。
因此，實施例之標的係至少部分地克服具有用於雷射切割的三維光電組件的先前描述的裝置及利用雷射切割此類裝置的先前描述的方法之缺點。
實施例之標的係穿過裝置的一部分將雷射束聚焦到要從裝置移除的區域上。
實施例之另一個標的係使靠近要移除的區域的區不受處理損壞。
實施例之另一個標的係裝置製造方法不包含將一個元件轉移到另一元件上的步驟。
實施例之另一個標的係裝置製造方法包含磊晶沈積步驟。
實施例提供一種經組配用於用一雷射處理之裝置，包含一支撐件，該支撐件對該雷射透明；及至少一個光電電路，該至少一個光電電路包含至少一個光電組件，該至少一個光電組件具有覆蓋有一主動層的一三維半導體元件，該三維半導體元件包含接合到該支撐件的一基極，該裝置包含置於該支撐件上並圍繞該基極的一吸收該雷射的區域。
根據一個實施例，該吸收區域包含一光子晶體。
根據一個實施例，該光子晶體係一二維光子晶體。
根據一個實施例，該光子晶體包含由一第一材料製成之一基極層及具有不同於該第一材料的一第二材料之柱的一光柵，每個柱在該基極層中跨過該基極層之厚度的至少一部分延伸。
根據一個實施例，該第一材料對該雷射所具有之一吸收係數小於1。
根據一個實施例，該第一材料對該雷射所具有之一吸收係數在1至10的範圍內。
根據一個實施例，該第二材料對該雷射所具有之一吸收係數小於1。
根據一個實施例，該吸收區域包含圍繞該基極的一吸收區域，該吸收層由一第三材料製成，該第三材料對該雷射所具有之一吸收係數在1至10的範圍內。
根據一個實施例，該裝置包含插入在該吸收層與該支撐件之間的一電絕緣層。
根據一個實施例，該裝置包含插入在該吸收層與該三維半導體元件之間的一電絕緣層。
根據一個實施例，該支撐件包含對該雷射透明的一基板及由有利於該三維半導體元件生長的一第四材料製成的一墊，該墊插入在該基板與該三維半導體元件之該基極之間。
根據一個實施例，該吸收區域圍繞該墊。
根據一個實施例，該第四材料係來自元素週期表之第IV行、第V行或第VI行的一過渡金屬的一氮化物、一碳化物或一硼化物或此等化合物之一組合，或者該第四材料係氮化鋁、氧化鋁、硼、氮化硼、鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、鉿、氮化鉿、鈮、氮化鈮、鋯、硼酸鋯、氮化鋯、碳化矽、碳氮化鉭、氮化鎂或此等化合物中至少兩種之一混合物。
根據一個實施例，該第四材料與該第二材料完全相同。
根據一個實施例，該支撐件包含第一表面及相背對的第二表面，該雷射旨在從該第一表面到該第二表面跨過該支撐件，該吸收區域至少部分地覆蓋該第二表面。
根據一個實施例，該裝置包含該電子組件的複數個副本，該光電組件之該基極接合到該支撐件。
實施例還提供一種製造諸如先前所定義之裝置的方法，包含在該支撐件上磊晶生長該三維半導體元件。
實施例還提供一種對諸如先前所定義之裝置進行雷射處理的方法，該方法包含以下步驟：穿過該支撐件使該吸收區域暴露於該雷射束。
根據一個實施例，該方法包含以下步驟：將該光電電路接合到一插座，該光電電路仍耦合到該支撐件；及藉由該雷射破壞該吸收區域的至少一部分。
在各個附圖中，相似特徵已由相似附圖標號指定。特別地，在各個實施例之間共有的結構及/或功能特徵可具有相同附圖標號且可設置相同的結構、尺寸及材料特性。為清楚起見，已詳細說明且描述僅對於理解本文所描述之實施例有用的步驟及元件。特別地，雷射源為熟習此項技術者所熟知且在下文不再詳細描述。
在以下描述中，當參考限定絕對位置的術語(諸如術語「前」、「後」、「頂部」、「底部」、「左」、「右」等)或相對位置的術語(諸如術語「上方」、「下方」，「上」、「下」等)時，除非另外指出，否則該些術語係指圖式的取向。除非另外規定，否則表述「約」、「大約」、「實質上」及「近似」表示在10%內，且較佳地在5%內。此外，在此認為術語「絕緣」及「導電」分別意指「電絕緣」及「電導電」。
在以下描述中，層的內透射率對應於從該層出來的輻射的強度對進入該層的輻射的強度之比率。該層的吸收率等於1與內透射率之間的差值。在以下描述中，當輻射穿過層的吸收率小於60%時，該層經認為對輻射係透明的。在以下描述中，當層中的輻射的吸收率高於60%時，該層經認為吸收輻射。在以下描述中，認為雷射對應於單色輻射。實際上，雷射可具有以中心波長為中心的窄波長範圍，稱為雷射波長。在以下描述中，材料的折射率對應於材料在用於雷射處理的雷射波長下的折射率。將吸收係數k稱為有關材料的光學指數的虛數部分。根據關係α=4πk/λ，它與材料的線性吸收率α關聯。
將描述用於雷射切割形成在基板上的光電電路的實施例。術語「光電電路」用於指代包含能夠將電訊號轉換為電磁輻射或進行相反地轉換的光電組件的電路，尤其係專用於偵測、測量或發射電磁輻射的電路，或專用於光伏應用的電路。
本文更特定而言考慮包含三維光電組件(亦即包含三維半導體元件，特別地微米範圍或奈米範圍組件的光電組件)及在每個三維元件的表面上形成的主動區的光電電路。由光電組件供應的大部分電磁輻射從其發射或在其處捕獲由光電組件接收的大部分電磁輻射的區域稱為光電組件的主動區。三維元件的實例係微米線、奈米線、微米範圍或奈米範圍圓錐形元件或微米範圍或奈米範圍錐形元件。在以下描述中，描述用於包含微米線或奈米線的光電組件的實施例。然而，此類實施例可針對除微米線或奈米線之外的三維元件(例如，金字塔形的三維元件)實施。
術語「微米線」或「奈米線」指代如下三維結構：沿著較佳方向具有細長形狀；具有在5 nm至5 µm，較佳地50 nm至2.5 µm範圍內的至少兩個尺寸(稱為次尺寸)、至少等於最大次尺寸的1倍，較佳地至少5倍，且更佳地至少10倍的第三尺寸(稱為主尺寸或高度)。在某些實施例中，次尺寸可小於或等於大約1 µm，較佳地在100 nm至1 µm，更佳地100 nm至300 nm的範圍內。在某些實施例中，每根微米線或奈米線的高度可大於或等於500 nm，較佳地在1 µm至50 µm的範圍內。在以下描述中，術語「線」用於意指「微米線或奈米線」，且線沿著其延伸的較佳方向在下文稱為線的「軸線」。
第1圖係對裝置20進行雷射切割的系統10的實施例之局部簡化橫截面圖。
切割系統10包含雷射源12及具有光學軸線D的光學聚焦裝置14。源12能夠向聚焦裝置14供應入射雷射束16，該聚焦裝置14輸出會聚雷射束18。光學聚焦裝置14可包含一個光學組件、兩個光學組件或多於兩個光學組件，光學組件例如對應於透鏡。較佳地，入射雷射束16沿著光學裝置14之光學軸線D實質上係準直的。
裝置20包含具有兩個相背對表面24、26的支撐件22。雷射束18穿過表面24穿透到支撐件22中。根據一個實施例，表面24及26係平行的。根據一個實施例，表面24及26係平坦的。支撐件22之厚度可在50 µm至3 mm的範圍內。用於雷射的抗反射層(未示出)可設置在支撐件22之表面24上。支撐件22可具有單層結構或多層結構。特別地，支撐件22可包含單塊式基板及將基板覆蓋在表面26的側面上的一層或層的堆疊，基板對應於支撐件22厚度的大部分，例如，對應於大於支撐件22的90體積%。根據一個實施例，基板由半導體材料製成。半導體材料可以係矽、鍺或此等化合物中的至少兩種的混合物。較佳地，基板由矽製成，更佳地由單晶矽製成。根據另一個實施例，基板至少部分地由非半導體材料(例如絕緣材料，特定而言藍寶石)或導電材料製成。
裝置20包含吸收區域28，該吸收區域28至少部分地覆蓋表面26；及至少一個光電電路30，該至少一個光電電路30至少部分地經由吸收區域28接合到支撐件22且期望與支撐件22分離。根據一個實施例，光電電路30與吸收區域28接觸且在吸收區域28的與支撐件22相背對的一側上接合到吸收區域28。作為實例，複數個光電電路30在第1圖中示出為接合到吸收區域28。在第1圖中，吸收區域28在表面26上示出為連續的。作為變型，吸收區域28可僅存在於每個光電電路30與支撐件22之間且可不存在於光電電路30之間。
切割方法可包含處理系統10與裝置20之間的相對位移，使得雷射束18掃掠要經移除的整個吸收區域28。在切割操作期間，光學裝置14之光學軸線D較佳地垂直於表面24。
雷射之波長特定而言根據形成支撐件22之基板的材料進行選擇，使得基板對於雷射係透明的。
根據一個實施例，特定而言當支撐件22之基板係半導體時，雷射束18之波長比對應於形成支撐件22之基板的材料的能隙的波長更大，較佳地大至少500 nm，更佳地至少700 nm。這有利地使得能夠在雷射束18跨過基板期間減小雷射束18與基板之間的相互作用。根據一個實施例，雷射束18之波長小於2500 nm與對應於形成基板的材料的能隙的波長之總和。這有利地使得能夠更容易地提供形成小尺寸雷射光點的雷射束。
在支撐件22之基板係半導體基板的情況下，雷射可以係紅外線雷射，且雷射束18之波長可在200 nm至10 µm的範圍內。特別地，在支撐件22之基板由具有1.14-eV能隙(其對應於1.1 µm的波長)的鍺製成的情況下，雷射束18之波長經選擇為等於大約2 µm。特別地，在支撐件22之基板由具有0.661-eV能隙(其對應於1.87 µm的波長)的鍺製成的情況下，雷射束18之波長經選擇為等於大約2 µm或2.35 µm。
在支撐件基板22由藍寶石製成的情況下，雷射束18之波長可在300 nm至5 µm的範圍內。
根據一個實施例，雷射束18以一個脈衝、兩個脈衝或多於兩個脈衝的形式由處理系統10發射，每個脈衝所具有的持續時間在0.1 ps至1000 ns的範圍內。每個脈衝的雷射束之峰值功率在10 kW至100 MW的範圍內。
第2圖係裝置20的實施例之放大橫截面圖。
裝置20之支撐件22在第2圖中從底部到頂部包含：
-基板32；及
-有利於線生長並覆蓋基板32的晶種結構34。晶種結構34之上表面對應於支撐件22之先前描述的表面26。晶種結構34可包含有利於線生長的單個晶種層或層的堆疊，至少其上層係有利於線生長的晶種層。作為第2圖中的實例示出的晶種結構34對應於兩個晶種層36及38的堆疊，層36插入在基板32與晶種層38之間。
吸收區域28置於晶種結構34上，較佳地與晶種結構34接觸。吸收區域28包含吸收雷射的層40且較佳地至少一個中間層42插入在吸收層40與晶種結構34之間。吸收層40對雷射的吸收率大於90%。根據一個實施例，吸收層40在線性狀態下對雷射波長的吸收係數k在1至10的範圍內。
吸收層40例如由難熔金屬或由金屬氮化物，特定而言鈦(Ti)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉭(Ta)或此等金屬的氮化物，或此等金屬或此等氮化物中的至少兩種的混合物或合金製成。吸收層40之厚度可在5 nm至500 nm的範圍內。在本實施例中，中間層42形成完全圍繞吸收層40的絕緣護套44的一部分。根據一個實施例，中間層42之厚度大於5 nm，例如，在5 nm至500 nm的範圍內。中間層42由絕緣材料製成，例如由二氧化矽(SiO2 )或氮化矽(SiN)製成。特定而言在製造光電電路30的方法期間，中間層42 (其可以不存在)使得能夠防止吸收層40與晶種結構34之上層機械接觸，以避免在形成吸收層40的材料與晶種結構34的上層之間形成合金或混合物。
光電電路30包含至少一個三維光電組件50，在第2圖中示出了單個三維光電組件50。三維光電組件50包含線52，三維光電組件50的其他元件在第2圖中未示出並在下文進一步詳細描述。吸收區域28包含用於每個光電組件50的開口54。線52之基極53穿過開口54置於晶種結構34上並與晶種結構34接觸。光電電路30進一步包含覆蓋吸收區域28並覆蓋線52之下部分的絕緣層56。絕緣層56可特別地在線52周圍延伸在開口54中。絕緣護套44及可能地絕緣層56存在於吸收層40與線52之間特定而言使得能夠在形成線52期間防止在吸收層40的側面上產生寄生成核。
第3圖係裝置20的另一個實施例之放大橫截面圖，且第4圖係第3圖的沿著平面IV-IV的橫截面的頂視圖。
第3圖中所示的裝置20包含第2圖中所示的裝置20的所有元件，不同之處在於吸收區域28包含光子晶體60。較佳地，光子晶體60對應於二維光子晶體。根據一個實施例，光子晶體60之傳播模式對應於雷射之波長。在此實施例中，對雷射的吸收藉由下文進一步詳細描述的機制在光子晶體60的水準處執行。
此外，在第2圖中所示的裝置20中，晶種結構34對於每根線52包含晶種墊62，線52的基極53置於該晶種墊62上且較佳地該晶種墊62與線52的基極53接觸。晶種結構34可進一步包含層36，晶種墊62置於該層36上，較佳地晶種墊62與層36接觸，如第3圖所示；或者包含至少兩層的堆疊，晶種墊62置於該堆疊上，較佳地晶種墊62與該堆疊接觸。在本實施例中，支撐件22之表面26對應於晶種結構34之上表面。
光子晶體60包含具有第一材料的層64(在下文稱為基極層)，該第一材料在雷射之波長處具有第一折射率，具有第二材料的柱66置於該層64上，該第二材料在雷射之波長處具有第二折射率。根據一個實施例，每個柱66實質上沿著垂直於表面26的中心軸線沿著垂直於表面26測量的高度L延伸。將兩個相鄰柱66的中心軸線之間的距離稱為「a」(間距)。較佳地，第二折射率大於第一折射率。第一材料對於雷射18可以係透明的。第一材料可以係絕緣材料。第二材料對於雷射18可以係透明的。在本實施例中，柱66由與晶種墊62相同的材料製成且與晶種墊62同時地形成。如第4圖中所示，然後可將晶種墊62與相鄰柱66部分地合併。根據一個實施例，光子晶體60之柱66可由先前描述的用於吸收層40的材料中的一種製成。在這種情況下，柱66進一步起到吸收層40的作用，如將在下文進一步詳細地描述。作為變型，光子晶體60之基極層64由先前描述的用於吸收層40的材料中的一種製成。在這種情況下，基極層64進一步起到吸收層40的作用，如將在下文進一步詳細地描述。
第5圖係裝置20的另一個實施例之放大橫截面圖。第5圖中所示的裝置20包含第3圖中所示的裝置20的所有元件及第2圖中所示的裝置20的所有元件，亦即，吸收區域28包含吸收雷射的層40及光子晶體60，吸收層40位於光子晶體60的與基板32相背對的一側上。如第5圖中所示，裝置20可包含插入在吸收層40與光子晶體60之間的中間層42。作為變型，中間層42可不存在。對雷射的吸收可藉由下文進一步詳細描述的機制在吸收層40的水準處且亦在光子晶體60的水準處進行。作為變型，對雷射的吸收可僅在吸收層40的水準處而不在光子晶體60的水準處執行，然後如將在下文進一步詳細描述，光子晶體60能夠增加雷射在吸收層40中存在的持續時間。
在結合第3圖至第5圖描述的實施例中，每個柱66之高度L可在100 nm至1 µm的範圍內，較佳地在250 nm至500 nm的範圍內。柱66之高度L可等於基極層64之厚度，如第3圖及第5圖中所示。作為變型，基極層64之厚度可大於柱66之高度，基極層64在柱66之間延伸且然後還覆蓋柱66。
較佳地，柱66配置在光柵中。根據一個實施例，每個柱66與最接近的柱之間的間距a實質上係恆定的。
第6圖係光子晶體60的實施例之放大局部簡化頂視圖，其中柱66配置在六角形光柵中。這意指在頂視圖中，柱66成列配置，柱66的中心在等邊三角形的頂部處，同一列的兩個相鄰柱66的中心間隔開間距a，且兩個相鄰列的柱66的中心沿著列方向偏移距離a/2。
第7圖係光子晶體60的另一個實施例之放大局部簡化頂視圖，其中柱66配置在正方形光柵中。這意指柱66以列及行配置，柱66的中心在正方形的頂部處，同一列的兩個相鄰柱66間隔開間距a，且同一行的兩個相鄰柱66間隔開間距a。
在第3圖至第7圖中所例示的實施例中，每個柱66在平行於表面26的平面中具有直徑為D的圓形橫截面。在六角形光柵配置的情況下，直徑D可在0.2 µm至3.8 µm的範圍內。間距a可在0.4 µm至4 µm的範圍內。在正方形光柵配置的情況下，直徑D可在0.05 µm至2 µm的範圍內。間距a可在0.1 µm至4 µm的範圍內。
在第3圖至第7圖中所例示的實施例中，每個柱66的橫截面在平行於表面26的平面中係圓形的。然而，柱66的橫截面可具有不同形狀，例如橢圓形、多邊形，特定而言正方形、矩形、六角形等形狀。根據一個實施例，所有柱66具有相同橫截面。
已經用第5圖中所示的裝置20的結構執行了第一模擬及第二模擬。對於第一模擬，光子晶體60將包含矽柱66，且基極層64將由SiO2 製成。柱66分佈在六角形光柵中，每個柱66具有圓形橫截面，其直徑D等於0.97 µm。對於第一模擬，柱66之厚度L等於1 µm。吸收層40具有50 nm厚度，折射率等於4.5，且吸收係數等於3.75。
第8圖示出吸收區域28的平均吸收率Abs根據間距a對雷射之波長λ之比率a/λ變化的曲線C1及C2，當裝置20具有第5圖中所示的結構時獲得曲線C1，且當裝置20不包含光子晶體60但僅包含吸收層40時獲得曲線C2。在不存在光子晶體60的情況下，吸收區域28中的平均吸收率為大約55%。在存在光子晶體60的情況下，平均吸收率在比率a/λ的複數個範圍內超過55%，且當比率a/λ等於大約0.75時甚至達到90%。
對於第二模擬，光子晶體60將包含矽柱66且基極層64將由SiO2 製成。柱66分佈在六角形光柵中，每個柱66具有圓形橫截面。對於第二模擬，柱66之厚度L等於1 µm。
第9圖及第10圖各自示出吸收區域28中的平均吸收率Abs根據橫坐標中的比率a/λ及縱坐標中的填充因數FF而變的灰階深度圖。在頂視圖中，填充因數FF對應於柱66的面積總和對光子晶體60的總面積之比率。作為實例，對於具有圓形橫截面的柱66，填充因數FF由以下關係式[數學式1]提供： [數學式1]
Figure 02_image001
可區分第9圖中的區A及區B與第10圖中的區B’，對於區B’平均吸收率Abs大於大約70%。區B及B'針對在0.1至1範圍內的比率a/λ及在1%至50%範圍內的填充因數FF獲得，且區A針對在0.5至2範圍內的比率a/λ及在10%至70%範圍內的填充因數FF獲得。
第11圖示出對於填充因數FF等於0.3且比率a/λ等於0.6，平均吸收率Abs根據柱66之高度L變化的曲線C3。
第12圖示出對於填充因數FF等於0.5且比率a/λ等於0.6，平均吸收率Abs根據柱66之高度L變化的曲線C4。
曲線C3及C4表現出局部最大值，該局部最大值對應於不同階次下的法布裡-珀羅共振，高度L的對應值如第11圖及第12圖所指示。較佳地，柱66之高度L經選擇為實質上處於法布裡-珀羅共振之一的水準處。
在光電組件對應於發光二極體的情況下，將結合第13圖及第14圖描述光電組件50的更詳細實施例。然而，應清楚，此等實施例可涉及其他應用，特定而言專用於電磁輻射偵測或測量的光電組件或專用於光伏應用的光電組件。
第13圖係光電組件50的實施例的局部簡化橫截面圖。光電組件50包含覆蓋線52的上部分的外部壁的外殼70，外殼70至少包含覆蓋線52的上部分的主動層72的堆疊及覆蓋主動層72的半導體層74的堆疊。在本實施例中，由於外殼70覆蓋線52的側向壁，因而光電組件50稱為處於徑向組態。光電電路30進一步包含絕緣層76，該絕緣層76在絕緣層56之上且在外殼70的下部分的側向壁上延伸。光電電路30進一步包含覆蓋外殼70並形成電極的導電層78，導電層76對主動層72發射的輻射透明。導電層76可特別地覆蓋光電電路30的複數個光電組件70的外殼70，然後形成複數個電子組件50共用的電極。光電電路30進一步包含在線52之間電極層78之上延伸的導電層80。光電電路30進一步包含覆蓋光電組件30的封裝層82。
第14圖係光電組件50的另一個實施例之局部簡化橫截面圖。第14圖中所示的光電組件50包含第13圖中所示的光電組件50的所有元件，不同之處在於外殼70僅存在於線52的頂部處。然後光電組件50稱為處於軸向組態。
根據一個實施例，線52至少部分地由至少一種半導體材料製成。半導體材料選自包含以下之群：III-V化合物、II-VI化合物或IV族半導體或化合物。線52可至少部分地由主要包含III-V化合物(例如III-N化合物)的半導體材料製成。III族元素的實例包含鎵(Ga)、銦(In)或鋁(Al)。III-N化合物的實例係GaN、AlN、InN、InGaN、AlGaN或AlInGaN。亦可使用其他V族元素，例如磷或砷。線52可至少部分地由主要包含II-VI化合物的半導體材料製成。II族元素的實例包含IIA族元素，特定而言鈹(Be)及鎂(Mg)；及IIB族元件，特定而言鋅(Zn)、鎘(Cd)及汞(Hg)。Ⅵ族元素的實例包含ⅥA族元素，特定而言氧(O)及碲(Te)。II-VI化合物的實例係ZnO、ZnMgO、CdZnO、CdZnMgO、CdHgTe、CdTe或HgTe。通常，III-V或II-VI化合物中的元素可與不同莫耳分率組合。線52可至少部分地由主要包含至少一種IV族化合物的半導體材料製成。IV族半導體材料的實例係矽(Si)、碳(C)、鍺(Ge)、碳化矽合金(SiC)、矽鍺合金(SiGe)或碳化鍺合金(GeC)。線52可包含摻雜劑。作為實例，對於III-V化合物，摻雜劑可選自包含以下之群：P型II族摻雜劑，例如鎂(Mg)、鋅(Zn)、鎘(Cd)或汞(Hg)；P型IV族摻雜劑，例如碳(C)；或N型IV族摻雜劑，例如矽(Si)、鍺(Ge)、硒(Se)、硫(S)、鋱(Tb)或錫(Sn)。
晶種層38、晶種墊62及可能地層36由有利於線52的生長的材料製成。作為實例，形成晶種層38、晶種墊62及可能地層36的材料可以係來自元件週期表的第IV行、第V行或第VI行的過渡金屬的氮化物、碳化物或硼化物或此等化合物之組合。作為實例，晶種層38、晶種墊62及可能地層36可由以下項製成：氮化鋁(AlN)、氧化鋁(Al2 O3 )、硼(B)、氮化硼(BN)、鈦(Ti)、氮化鈦(TiN)、鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、鉿(Hf)、氮化鉿(HfN)、鈮(Nb)、氮化鈮(NbN)、鋯(Zr)、硼酸鋯(ZrB2 )、氮化鋯(ZrN)、碳化矽(SiC)、碳氮化鉭(TaCN)、Mgx Ny 形式的氮化鎂，其中x大約等於3且y大約等於2，例如，Mg3 N2 形式的氮化鎂。
每個絕緣層42、56、54、76可由介電材料(例如氧化矽(SiO2 )、氮化矽(Six Ny ，其中x大約等於3且y大約等於4，例如Si3 N4 )、氮氧化矽(特定而言通式SiOx Ny ，例如Si2 ON2 )、氧化鉿(HfO2 )或金剛石)製成。
主動層72可包含限制構件，諸如單量子井或多量子井。它例如由交替的GaN層與InGaN層形成，該些GaN層與InGaN層所具有的相應厚度為5 nm至20 nm (例如8 nm)及1 nm至10 nm (例如2.5 nm)。GaN層可例如係N型或P型摻雜的。根據另一個實例，主動層可包含例如所具有的厚度大於10 nm的單個InGaN層。
例如P型摻雜的半導體層74可對應於半導體層的堆疊且允許形成P-N或P-I-N接面，主動層42包含在P-N或P-I-N接面的中間P型層與N型線52之間。
電極層78能夠使發光二極體的主動層極化且能夠使由發光二極體發射的電磁輻射穿過。形成電極層78的材料可以係透明導電材料，諸如氧化銦錫(或ITO)、純氧化鋅、鋁氧化鋅、氧化鎵鋅、石墨烯或銀奈米線。作為實例，電極層78所具有的厚度在5 nm至200 nm，較佳地30 nm至100 nm的範圍內。
封裝層82可由有機材料或無機材料製成且對於由發光二極體發射的輻射至少部分地透明。封裝層82可包含發光體，該些發光體在經發光二極體所發射的光激發時能夠發射具有與發光二極體所發射的光之波長不同的波長的光。
第15圖至第18圖係在用雷射切割裝置20的方法的另一個實施例的連續步驟處獲得的結構之局部簡化橫截面圖。
第15圖示出在製造裝置20之後獲得的結構，三個光電電路30在第15圖中作為實例示出，吸收區域28在第15圖中由連續層示意性地表示。
第16圖示出在將裝置20放置成與支撐件90接觸從而致使光電電路30接合到支撐件90之後獲得的結構。根據一個實施例，光電電路30接合到支撐件90可藉由將光電電路30混合分子接合到支撐件90來獲得。根據一個實施例，支撐件90可在光電電路30之接合位置處包含墊92。然後使裝置20及支撐件90朝向彼此靠攏，直到光電電路30與墊92接觸為止。根據一個實施例，並非旨在將所有接合到支撐件22的光電電路30轉移到同一支撐件90上。出於此目的，支撐件90可包含僅用於要轉移到支撐件90上的光電電路30的墊92。在這種情況下，當使裝置20及支撐件90朝向彼此靠攏，直到光電電路30中的一些與墊92接觸為止時，不與墊92相對的光電電路30不與支撐件90接觸且因此並不接合到支撐件90。
第17圖示出在雷射18通過以將要轉移到支撐件90上的光電電路30與支撐件22分離期間獲得的結構。在操作中，雷射束18較佳地聚焦到吸收區域28上以獲得吸收區域28的剝蝕。在第2圖中所示的實施例中，雷射18由吸收層40直接吸收。在第3圖及第4圖中所示的實施例中，當柱66或基極層64由吸收雷射18的材料製成時，光子晶體60特定而言使得能夠增進雷射光吸收到柱66中或基極層64中。這使得能夠獲得光子晶體60的剝蝕。當形成光子晶體60的柱66的材料或形成光子晶體60的基極層64的材料在線性狀態下在雷射波長下所具有的吸收係數k均不在1至10的範圍內時，光子晶體60使得能夠增加雷射光子在光子晶體60中存在的時間，且因此能夠局部增加光子晶體60中的能量密度。這使得能夠藉由光子晶體60中的非線性吸收現象來增進雷射的吸收，這引起光子晶體60的剝蝕。光子晶體60的存在然後使得能夠減小雷射之強度，因為非線性吸收現象特別地在形成基極層64及柱66的材料中出現。在第5圖中所示的實施例中，光子晶體60使得能夠局部增加吸收層40中的能量密度。這使得能夠獲得吸收層40的剝蝕。根據先前描述的現象，可在光子晶體60的水準處進一步直接執行雷射吸收。
當支撐件22由半導體材料，特定而言矽製成時，可能需要使雷射波長處於紅外線範圍內，使得支撐件22對於雷射係透明的。然而，商業可獲得的紅外線雷射通常比其他頻率下的其他商業可獲得的雷射具有更低的最大能量。裝置20的先前描述的實施例有利地使得能夠執行雷射切割，即使用紅外線雷射亦如此，且因此有利地使得能夠使用特別地由矽製成的半導體支撐件22。
第18圖示出在從支撐件90移除支撐件22之後獲得的結構。接合到支撐件90的光電電路30與支撐件22分離。
第19圖至第25圖係在製造諸如第3圖中所示的裝置20的方法的實施例的連續步驟處獲得的結構的局部簡化橫截面圖。該製造方法包含以下步驟： - 在基板32上形成晶種結構34 (第19圖)，包含兩個層36及38的堆疊的晶種結構34在第19圖中作為實例示出； - 例如跨過上層38之整個厚度36蝕刻晶種結構34的上層38中的光子晶體的柱66及晶種墊62 (第20圖)，層36然後能夠起到蝕刻終止層的作用； - 沈積覆蓋晶種結構34的具有第一材料的層92，且特定而言填充柱66之間及晶種墊62周圍的開口(第21圖)； - 例如藉由化學機械平坦化(chemical-mechanical planarization；CMP)蝕刻層92直至到達柱66及晶種墊62的頂部，以僅將層92的一部分保持在柱66之間及晶種墊62周圍，從而特定而言形成光子晶體60的基極層64 (第22圖)； - 在光子晶體60上形成絕緣層56 (第23圖)； - 在絕緣層56中蝕刻開口94，以在形成光電組件的所要位置處暴露光子晶體60的柱66的頂部(第24圖)；及 - 在每個開口94中生長線52 (第25圖)，柱66起到晶種墊的作用。
製造裝置20的方法繼續進行光電組件形成步驟。
根據所使用的材料，先前描述的實施例中的沈積步驟可以係諸如如下的方法：化學氣相沈積(chemical vapor deposition；CVD)或金屬有機化學氣相沈積(metal-organic chemical vapor deposition；MOCVD) (其亦稱為金屬有機氣相磊晶(metal-organic vapor phase epitaxy；MOVPE))。然而，可使用諸如分子束磊晶(molecular-beam epitaxy；MBE)、氣源MBE (gas-source MBE；GSMBE)、金屬有機MBE(metal-organic MBE；MOMBE)、電漿輔助MBE(plasma-assisted MBE；PAMBE)、原子層磊晶(atomic layer epitaxy；ALE)或氫化物氣相磊晶(hydride vapor phase epitaxy；HVPE)的方法。然而，可使用電化學製程，例如化學浴沈積(chemical bath deposition；CBD)、水熱製程、液體氣溶膠熱解或電沈積。
製造第2圖中所示的裝置20的方法的實施例包含與先前結合第19圖至第25圖描述的彼等步驟相同的步驟，不同之處在於形成光子晶體60的步驟用沈積中間層42及吸收層40的步驟替代。
已經描述了各種實施例及變型。熟習此項技術者將理解，可組合此等各種實施例及變型之某些特徵，且熟習此項技術者將想到其他變型。最後，基於上文給出的功能指示，所描述的實施例及變型的實際實施方案在熟習此項技術者的能力範圍內。
10:切割系統 12:雷射源 14:光學聚焦裝置 16:入射雷射束 18:會聚雷射束、雷射 20:裝置 22:支撐件 24,26:表面 28:吸收區域 30:光電電路 32:基板 34:晶種結構 36,38:晶種層 40:吸收層 42:中間層、電絕緣層、主動層 44:絕緣護套 50:三維光電組件 52:線、N型線 53:基極 54:開口、絕緣層 56:絕緣層 60:光子晶體 62:晶種墊 64:基極層 66:柱 70:外殼 72:主動層 74:半導體層 76:絕緣層 78:導電層、電極層 80:導電層 82:封裝層 90:支撐件、插座 92:墊、層 94:開口
前述特徵及優點以及其他將參考隨附圖式在對通過說明而非限制性方式給出的特定實施例的以下描述中進行詳細描述，在隨附圖式中：
第1圖例示對包含吸收區域的裝置進行雷射處理的系統之實施例；
第2圖係第1圖的裝置的吸收區域的實施例之局部簡化放大視圖；
第3圖係第1圖的裝置的吸收區域的另一個實施例之局部簡化放大視圖；
第4圖係第3圖中所示的裝置的橫截面之局部簡化頂視圖；
第5圖係第1圖的裝置的吸收的另一個實施例之局部簡化放大視圖；
第6圖示出第3圖或第5圖的裝置的吸收區域的光子晶體的柱之配置；
第7圖示出第3圖或第5圖的裝置的吸收區域的光子晶體的柱之另一種配置；
第8圖示出第5圖的裝置的吸收區域的吸收率根據光子晶體的柱的間距對入射雷射的波長之比率變化之曲線；
第9圖示出第5圖的裝置的吸收區域的吸收率根據柱填充因數及光子晶體的柱的間距對入射雷射的波長之比率而變的之灰階圖；
第10圖示出第5圖的裝置的吸收區域的吸收率根據柱填充因數及光子晶體的柱的間距對入射雷射的波長之比率而變之另一個灰階圖；
第11圖示出第5圖的裝置的吸收區域的吸收率根據光子晶體層的柱在柱填充因數的第一值下的高度及光子晶體的柱的間距對入射雷射的波長之比率變化之曲線；
第12圖示出第5圖的裝置的吸收區域的吸收率根據光子晶體層的柱在柱填充因數的第二值下的高度及光子晶體的柱的間距對入射雷射的波長之比率變化之曲線；
第13圖係第1圖的裝置的光電組件的實施例之局部簡化橫截面圖；
第14圖係第1圖的裝置的光電組件的另一個實施例之局部簡化橫截面圖；
第15圖示出在對第1圖的裝置進行雷射切割之方法的實施例的步驟處獲得的結構；
第16圖示出在雷射切割方法的另一個步驟處獲得的結構；
第17圖示出在雷射切割方法的另一個步驟處獲得的結構；
第18圖示出在雷射切割方法的另一個步驟處獲得的結構；
第19圖示出在製造第5圖的裝置之方法的實施例的步驟處獲得的結構；
第20圖示出在製造方法的另一個步驟處獲得的結構；
第21圖示出在製造方法的另一個步驟處獲得的結構；
第22圖示出在製造方法的另一個步驟處獲得的結構；
第23圖示出在製造方法的另一個步驟處獲得的結構；
第24圖示出在製造方法的另一個步驟處獲得的結構；且
第25圖示出在製造方法的另一個步驟處獲得的結構。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
20:裝置
22:支撐件
26:表面
28:吸收區域
30:光電電路
32:基板
34:晶種結構
36,38:晶種層
40:吸收層
42:中間層、電絕緣層、主動層
44:絕緣護套
50:三維光電組件
52:線、N型線
53:基極
54:開口、絕緣層
56:絕緣層

Claims (18)

  1. 一種經組配用於用一雷射(18)進行處理之裝置(20)，包含：一支撐件(22)，該支撐件(22)對該雷射透明；及至少一個光電電路(30)，該至少一個光電電路(30)包含至少一個光電組件(50)，該至少一個光電組件(50)具有覆蓋有一主動層(72)的一三維半導體元件(52)，該三維半導體元件包含接合到該支撐件的一基極(53)，該裝置包含置於該支撐件上並圍繞該基極的一吸收該雷射的區域(28)，該吸收區域(28)包含一光子晶體(60)。
  2. 如請求項1所述之裝置，其中該光子晶體(60)係一二維光子晶體。
  3. 如請求項1所述之裝置，其中該光子晶體(60)包含具有一第一材料之一基極層(64)及具有不同於該第一材料的一第二材料之柱(66)的一光柵，每個柱在該基極層中跨過該基極層之厚度的至少一部分延伸。
  4. 如請求項3所述之裝置，其中該第一材料對該雷射(18)所具有之一吸收係數小於1。
  5. 如請求項3所述之裝置，其中該第一材料對該雷射(18)所具有之一吸收係數在1至10的範圍內。
  6. 如請求項3所述之裝置，其中該第二材料對該層(18)所具有之一吸收係數小於1。
  7. 如請求項1所述之裝置，其中該吸收區域(28)包含圍繞該基極(53)的一吸收層(40)，該吸收層由一第三材料製成，該第三材料對該雷射(18)所具有之一吸收係數在1至10的範圍內。
  8. 如請求項7所述之裝置，包含一電絕緣層(42)，該電絕緣層(42)插入在該吸收層(40)與該支撐件(22)之間。
  9. 如請求項7所述之裝置，包含一電絕緣層(42)，該電絕緣層(42)插入在該吸收層(40)與該三維半導體元件(52)之間。
  10. 如請求項1所述之裝置，其中該支撐件(22)包含對該雷射透明的一基板(32)及由有利於該三維半導體元件(52)生長的一第四材料製成的一墊(62)，該墊(62)插入在該基板(32)與該三維半導體元件(52)之該基極(53)之間。
  11. 如請求項10所述之裝置，其中該吸收區域(28)圍繞該墊(62)。
  12. 如請求項10所述之裝置，其中該第四材料係元素週期表之第IV行、第V行或第VI行的一過渡金屬的一氮化物、一碳化物或一硼化物或此等化合物之一組合，或者其中該第四材料係氮化鋁、氧化鋁、硼、氮化硼、鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、鉿、氮化鉿、鈮、氮化鈮、鋯、硼酸鋯、氮化鋯、碳化矽、碳氮化鉭、氮化鎂或此等化合物中至少兩種之一混合物。
  13. 如請求項10所述之裝置，其中該光子晶體(60)包含具有一第一材料之一基極層(64)及具有不同於該第一材料的一第二材料之柱(66)的一光柵，每個柱在該基極層中跨過該基極層之該厚度的至少一部分延伸，且其中該第四材料與該第二材料完全相同。
  14. 如請求項1所述之裝置，其中該支撐件(22)包含第一表面(24)及相背對的第二表面(26)，該雷射(18)旨在從該第一表面到該第二表面跨過該支撐件，該吸收區域(28)至少部分地覆蓋該第二表面。
  15. 如請求項1所述之裝置，包含該光電組件(50)的複數個副本，該光電組件(50)之該基極(53)接合到該支撐件(22)。
  16. 一種製造如請求項1所述之裝置(20)之方法，包含以下步驟：在該支撐件(22)上磊晶生長該三維半導體元件(52)。
  17. 一種用一雷射(18)處理如請求項1所述之裝置(20)之方法，該方法包含以下步驟：穿過該支撐件(22)使該吸收區域(28)暴露於該雷射束(18)。
  18. 如請求項17所述之方法，包含以下步驟：將該光電電路(30)接合到一插座(90)，該光電電路仍耦合到該支撐件(22)；及藉由該雷射(18)破壞該吸收區域(28)的至少一部分。
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