KR20220113727A - 레이저 절단을 위한 3차원 광전자 구성품을 갖는 장치 및 레이저로 그러한 장치를 절단하는 방법. - Google Patents

레이저 절단을 위한 3차원 광전자 구성품을 갖는 장치 및 레이저로 그러한 장치를 절단하는 방법. Download PDF

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Abstract

본 개시는, 레이저(18) 처리를 위해 구성된 장치(20)에 관하며, 레이저에 투명한 지지체(22)와, 활성층(72)으로 덮인 3차원 반도체 구성요소(52)를 갖는 하나 이상의 광전자 구성품(50)을 구비하는 하나 이상의 광전자 회로(30)를 포함하며, 3차원 반도체 구성요소는 지지체에 접합된 베이스(53)를 포함하며, 장치는, 지지체 상에 놓여 있고 베이스를 둘러싸는, 레이저에 대하여 흡수하는 구역(28)을 포함한다.

Description

레이저 절단을 위한 3차원 광전자 구성품을 갖는 장치 및 레이저로 그러한 장치를 절단하는 방법.
본 특허출원은, 여기에 참조로 포함되어 있는 프랑스 특허출원 FR19/15605호의 우선권을 주장한다.
본 개시는 일반적으로 레이저 절단을 위한 3차원 광전자 구성품을 갖는 장치와 레이저로 그러한 장치들을 절단하는 방법에 관한 것이다.
어떤 응용에서는, 예를 들어, 대상체를 제1 지지체로부터 분리하고 제2 지지체로 이동시킬 수 있도록, 지지체를 통과하는, 레이저에 실질적으로 투명한 제1 지지체 상에 존재하는 대상체의 레이저 절단을 실행하는 것이 바람직하다. 이 목적을 위하여, 레이저를 흡수하는 층은 일반적으로 분리될 대상체와 제1 지지체 사이에 일반적으로 개재되어 있으며, 레이저 빔은 이 흡수층으로 촛점이 맞추어지며, 흡수층의 애블레이션(ablation)은 제1 지지체로부터 대상체의 분리를 발생시킨다. 흡수층은 예를 들어 금속층, 특히 금층(gold layer)에 해당한다.
대상체가 광전자 회로인 경우, 제1 지지층은 광전자 회로가 형성된 기판에 대응한다. 이것은 광전자 회로를 제1 지지체로 이동시키는 것을 피할 수 있게 한다. 이 경우에, 흡수층은, 광전자 회로와 함께 형성된 층에 대응한다. 그러나, 광전자 회로가 3차원 광전자 구성품, 특히 3차원 발광 다이오드를 구비할 때, 이들 3차원 광전자 구성품을 형성하는 방법은 흡수층에 부가적인 조건이 부여될 수 있다. 사실, 3차원 광전자 구성품을 형성하는 방법은, 특히 에피텍시 단계들에서 필요한 온도들로 인하여, 금속성의 흡수층 상에 직접 구현될 수 없는 3차원 반도체 구성요소의 에피텍시 성장의 단계를 구비할 수 있다. 그러나, 이 층 상에서의 3차원 반도체 구성요소의 에피텍시 성장과 잘 맞고, 소정의 흡수 특성을 갖는 비-금속성 물질로 이루어진 흡수층을 형성하는 것은 어려울 수 있다. 특히, 흡수층의 두께가, 특히 비용적 이유 또는 기술적 실현가능성 이유 때문에 제한되는 경우가 있을 수 있다. 그 때, 흡수층의 애블레이션을 얻기 위하여 사용되는 레이저의 파워를 증가시킬 필요가 있을 수 있는데, 이것은 흡수층에 근접한 구역의 퇴화, 특히 분리될 광전자 회로의 부분을 형성하는 구역의 퇴화를 발생시킬 수 있고, 이것은 바람직하지 않다.
따라서, 일 실시형태의 목적은 레이저 절단을 위한 3차원 광전자 구성품을 갖는 전술된 장치들과 레이저로 그런 장치들을 절단하는 전술된 방법의 단점을 적어도 부분적으로 극복하는 것이다.
일 실시형태의 목적은 레이저 빔이 장치의 일부를 통과하여 장치의 제거될 구역에 초점이 맞추어지게 하는 것이다.
일 실시형태의 다른 목적은 제거될 구역에 근접한 영역들이 그 처리에 의하여 손상되지 않게 하는 것이다.
일 실시형태의 다른 목적은 장치 제조 방법이 하나의 구성요소를 또다른 구성요소로 이동하는 단계를 구비하지 않는 것이다.
일 실시형태의 다른 목적은 장치 제조 방법은 에피텍시 증착 단계를 구비하는 것이다.
일 실시형태는 레이저 처리를 위해 구성된 장치를 제공하며, 레이저에 투명한 지지체와, 활성층으로 덮인 3차원 반도체 구성요소를 갖는 하나 이상의 광전자 구성품을 구비하는 하나 이상의 광전자 회로를 구비하며, 3차원 반도체 구성요소는 지지체에 접합된 베이스를 구비하며, 장치는, 지지체 상에 놓여 있고 베이스를 둘러싸는, 레이저를 흡수하는 구역을 구비한다.
일 실시형태에 따르면, 흡수 구역은 광결정(photonic crystal)을 구비한다.
일 실시형태에 따르면, 광결정은 2차원 광결정이다.
일 실시형태에 따르면, 광결정은 제1 물질로 이루어진 베이스층과, 제1 물질과는 다른 제2 물질의 기둥들의 격자를 구비하며, 각 기둥은 베이스층의 두께의 적어도 일부를 가로질러 베이스층에서 연장하고 있다.
일 실시형태에 따르면, 제1 물질은 1보다 작은 레이저에 대한 흡수 계수를 갖는다.
일 실시형태에 따르면, 제1 물질은 1 내지 10의 범위에서 레이저에 대한 흡수 계수를 갖는다.
일 실시형태에 따르면, 제2 물질은 1보다 작은 레이저에 대한 흡수 계수를 갖는다.
일 실시형태에 따르면, 흡수 구역은 베이스를 둘러싸는 흡수 구역을 구비하며, 흡수층은 1 내지 10의 범위의 레이저에 대한 흡수 계수를 갖는 제3 물질로 이루어져 있다.
일 실시형태에 따르면, 장치는 흡수층과 지지체 사이에 개재된 전기적-절연층을 구비한다.
일 실시형태에 따르면, 장치는 흡수층과 3차원 반도체 구성요소 사이에 개재된 전기적-절연층을 구비한다.
일 실시형태에 따르면, 지지체는 레이저에 대하여 투명한 기판과, 기판과 3차원 반도체 구성요소의 베이스 사이에 개재된 3차원 반도체 구성요소의 성장을 돕는 제4 물질로 이루어진 패드를 구비한다.
일 실시형태에 따르면, 흡수 구역은 패드를 둘러싸고 있다.
일 실시형태에 따르면, 제4 물질은 원소 주기율표의 컬럼 IV, V 또는 VI로부터의 전이 금속의 질화물, 탄화물, 또는 붕소화물 또는 이들 화합물의 조합물이거나, 또는 제4 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 실시형태에 따르면, 제4 물질은 제2 물질과 동일하다.
일 실시형태에 따르면, 지지체는 제1 및 제2 대향 표면을 구비하며, 레이저는 제1 표면에서 제2 표면까지 지지체를 가로지르기 위한 것이며, 흡수 구역은 제2 표면을 적어도 부분적으로 덮고 있다.
일 실시형태에 따르면, 장치는 전자 구성품의 복수의 복사물을 구비하며, 상기 광전자 구성품의 베이스는 지지체에 접합되어 있다.
일 실시형태는, 지지체 상에 3차원 반도체 구성요소를 에피텍셜로 성장시키는 것을 구비하는, 이전에 정의된 바와 같은 장치를 제조하는 방법을 또한 제공한다.
일 실시형태는, 이전에 정의된 바와 같은 장치의 레이저 처리의 방법을 또한 제공하며, 이 방법은 지지체를 통과하는 레이저 빔에 흡수 구역을 노출시키는 것을 구비한다.
일 실시형태에 따르면, 방법은, 지지체에 여전히 결합되어 있는 광전자 회로를 리셉터클에 접합하고, 레이저에 의하여 흡수 구역의 적어도 일부분을 파괴하는 것을 구비한다.
이전의 특징 및 장점들 뿐만 아니라 다른 특징 및 장점들이, 첨부된 도면을 참조하여 그것으로 제한되지 않는 예로서 제공된 특정 실시형태들의 다음의 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 단순화된 부분 확대도이다.
도 3은 도 1의 장치의 흡수 구역의 다른 실시형태의 단순화된 부분 확대도이다.
도 4는 도 3에 도시된 장치의 단면을 갖는 단순화된 부분 상면도이다.
도 5는 도 1의 장치의 흡수의 다른 실시형태의 단순화된 부분 확대도이다.
도 6은 도 3 또는 도 5의 장치의 흡수 구역의 광결정의 기둥들의 배열을 보여준다.
도 7은 도 3 또는 도 5의 장치의 흡수 구역의 광결정의 기둥들의 다른 배열을 보여준다.
도 8은 입사 레이저의 파장에 대한 광결정의 기둥들의 피치의 비율에 따른 도 5의 장치의 흡수 구역의 흡수 변화 커브를 보여준다.
도 9는 입사 레이저의 파장에 대한 광결정의 기둥들의 피치의 비율 및 기둥 충전율에 따른 도 5의 장치의 흡수 구역의 흡수의 그레이스케일(grayscale) 맵을 보여준다.
도 10은 입사 레이저의 파장에 대한 광결정의 기둥들의 피치의 비율 및 기둥 충전율에 따른 도 5의 장치의 흡수 구역의 흡수의 다른 그레이스케일 맵을 보여준다.
도 11은 입사 레이저의 파장에 대한 광결정의 기둥들의 피지의 비율 및 기둥 충전율의 제1 값들에 대한 광결정층의 기둥들의 높이에 따른 도 5의 장치의 흡수 구역의 흡수 변화의 커브를 보여준다.
도 12는 입사 레이저의 파장에 대한 광결정의 기둥들의 피치의 비율 및 기둥 충전율의 제2 값들에 대한 광결정층의 기둥들의 높이에 따른 도 5의 장치의 흡수 영역의 흡수 변화 커브를 보여준다.
도 13은 도 1의 장치의 광전자 구성품의 일 실시형태의 단순화된 부분 단면도이다.
도 14는 도 1의 장치의 광전자 구성품의 다른 실시형태의 단순화된 부분 단면도이다.
도 15는 도 1의 장치의 레이저 절단 방법의 일 실시형태의 일 단계에서 획득된 구조물을 보여준다.
도 16은 레이저 절단 방법의 다른 단계에서 획득된 구조물을 보여준다.
도 17은 레이저 절단 방법의 다른 단계에서 획득된 구조물을 보여준다.
도 18은 레이저 절단 방법의 다른 단계에서 획득된 구조물을 보여준다.
도 19는 도 5의 장치를 제조하는 방법의 일 실시형태의 일 단계에서 획득된 구조물을 보여준다.
도 20은 제조 방법의 다른 단계에서 획득된 구조물을 보여준다.
도 21은 제조 방법의 다른 단계에서 획득된 구조물을 보여준다.
도 22는 제조 방법의 다른 단계에서 획득된 구조물을 보여준다.
도 23은 제조 방법의 다른 단계에서 획득된 구조물을 보여준다.
도 24는 제조 방법의 다른 단계에서 획득된 구조물을 보여준다.
도 25는 제조 방법의 다른 단계에서 획득된 구조물을 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.
이하의 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.
다음의 설명에서, 층의 내부 투과율은, 층에 들어온 방사선의 강도에 대한 층을 나가는 방사선의 강도의 비율에 해당한다. 층의 흡수율은 1과 내부 투과율 사이의 차와 같다. 다음의 설명에서, 층은, 층을 통과하는 방사선의 흡수가 60%보다 작을 때 방사선에 대하여 투명하다고 한다. 다음의 설명에서, 층은, 층에서의 방사선의 흡수가 60%보다 클 때 방사선에 대하여 흡수한다고 한다. 다음의 설명에서, 레이저는 단색(monochromatic) 방사선에 해당한다고 고려된다. 실질적으로, 레이저는 레이저 파장이라고 불리는, 중앙 파장을 중심에 두고 좁은 파장 범위를 가질 수 있다. 다음의 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 따른 물질의 선형 흡수 α에 연결된다.
실시형태들은 기판 상에 형성된 광전자 회로들의 레이저 절단에 대하여 설명될 것이다. 용어 "광전자 회로"는 전기 신호를 전자기 방사선으로 변환하거나 또는 그 반대로 변환할 수 있는 광전자 구성품을 구비하는 회로, 특히 전자기 방사선을 검출하고, 측정하고 또는 방출하는데 전용된 회로, 또는 광전지 응용에 전용된 회로를 나타내기 위하여 사용된다.
3차원 광전자 구성품, 즉 3차원 반도체 구성요소, 특히 마이크로미터-범위 또는 나노미터-범위의 구성품과, 각 3차원 구성요소의 표면에 형성된 활성 영역을 구비하는 광전자 구성품을 구비하는 광전자 회로가 여기서는 더 상세하게 고려된다. 광전자 구성품에 의하여 공급된 전자기 방사선의 대부분이 방출되거나 또는 광전자 구성품에 의하여 수신된 전자기 방사선의 대부분이 캡처되는 구역을 광전자 구성품의 활성 영역이라고 한다. 3차원 구성요서의 예로는, 마이크로와이어, 나노와이어, 마이크로미터-범위 또는 나노미터-범위의 원뿔 구성요소, 또는 마이크로미터-범위 또는 나노미터-범위의 테이퍼드 구성요소들이 있다. 다음의 설명에서, 실시형태들은 마이크로와이어 또는 나노와이어를 구비하는 광전자 구성품에 대하여 설명된다. 그러나, 그런 실시형태들은 마이크로와이어 또는 나노와이어 이외의 3차원 구성요소, 예를 들어, 피라미드-형 3차원 구성요소에 대하여도 구현될 수 있다.
용어 "마이크로와이어" 또는 "나노와이어"는 선호된 방향을 따라서 길고 가는 형상의 3차원 구조물로서, 5nm 내지 5㎛, 바람직하게는 50nm 내지 2.5㎛의 범위의, 마이너 치수라고 불리는, 적어도 두 개의 치수와, 가장 큰 마이너 치수의 1배이상, 바람직하게는 5배 이상, 더 바람직하게는 10배 이상의, 메이저 치수 또는 높이라고 불리는, 3번째 치수를 갖는다. 일부 실시형태에서는, 마이너 치수는 대략 1㎛ 이하이며, 바람직하게는 100nm 내지 1㎛의 범위, 더 바람직하게는 100nm 내지 300nm의 범위에 있을 수 있다. 일부 실시형태에서는, 각 마이크로와이어 또는 나노와이어의 높이는 500nm 이상, 바람직하게는 1㎛ 내지 50㎛의 범위에 있을 수 있다. 다음의 설명에서, 용어 "와이어"는 "마이크로와이어" 또는 "나노와이어"를 의미하기 위하여 사용되며, 와이어가 연장하는 선호 방향을 이후 와이어의 "축"이라고 한다.
도 1은 장치(20)의 레이저 절단의 시스템(10)의 일 실시형태의 간략화된 부분 단면도이다.
절단 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 출력하는 초점 장치(14)로 공급할 수 있다. 광학 초점 장치(14)는 1개의 광학 구성품, 2개의 광학 구성품, 또는 2개 보다 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. 지지체(22)의 두께는 50㎛ 내지 3mm의 범위에 있을 수 있다. 레이저에 대한 반-반사(antireflection)층(미도시)이 지지체(22)의 표면(24) 상에 제공될 수 있다. 지지체(22)는 단층 구조 또는 다층 구조를 가질 수 있다. 특히, 지지체(22)는 모노블록 기판 및 표면(26)의 측면 상에 기판을 덮는 층 또는 층의 적층을 구비하며, 이 기판은 기판(22)의 두께의 대부분, 예를 들어 지지체(22)의 90 vol.%보다 많은 부분에 해당한다. 일 실시형태에 따르면, 기판은 반도체 물질로 이루어진다. 반도체 물질은 실리콘, 게르마늄 또는 이들 화합물의 적어도 2개의 혼합물일 수 있다. 바람직하게는, 기판은 실리콘으로 이루어지며, 더 바람직하게는 단결정 실리콘으로 이루어진다. 다른 실시형태에 따르면, 기판은 적어도 부분적으로 비-반도체 물질, 예를 들어 절연성 물질, 특히 사파이어, 또는 도전성 물질로 이루어진다.
장치(20)는 표면(26)을 적어도 부분적으로 덮고 있는 흡수 구역(28)과, 적어도 부분적으로 흡수 구역(28)을 통하여 지지체(22)에 접합되어 있으며, 지지체(22)로부터 분리시키고자하는 하나 이상의 광전자 회로(30)를 구비한다. 일 실시형태에 따르면, 광전자 회로(30)는 흡수 구역(28)과 접촉하게 흡수 구역(28)의 지지체(22) 반대측 상에서 흡수 구역(28)과 접착되어 있다. 일 예로서, 복수의 광전자 회로(30)가 흡수 구역(28)에 접착되어 있는 것으로 도 1에 도시되어 있다. 도 1에서, 흡수 구역(28)은 표면(26) 상에서 연속으로 되어 있는 것으로 도시되어 있다. 변형으로서, 흡수 구역(28)은 각 광전자 회로(30)와 지지체(22) 사이에만 존재하고, 광전자 회로들(30) 사이에는 존재하지 않을 수 있다.
절단 방법은, 레이저빔(18)이 제거될 흡수 구역(28) 전체를 스위핑하도록, 처리 시스템(10)과 장치(20) 사이에 상대적 변위를 구비할 수 있다. 절단 동작에서는, 광학 장치(14)의 광축(D)은 바람직하게는 표면(24)에 수직하다.
레이저의 파장은, 기판이 레이저에 대하여 투명하도록, 지지체(22)의 기판을 형성하는 물질에 따라 특별히 선택된다.
일 실시형태에 따르면, 특히 지지체(22)의 기판이 반도체 일 때, 레이저 빔(18)의 파장은, 지지체(22)의 기판을 형성하는 물질의 밴드갭에 대응하는 파장보다 크며, 바람직하게는 500nm 이상 만큼, 더 바람직하게는 700nm 이상 만큼 더 크다. 이것은 레이저 빔(18)에 의하여 기판을 가로지르는 동안 레이저 빔(18)과 기판 사이의 상호작용을 감소시킬 수 있게 하는데 유리하다. 일 실시형태에 따르면, 레이저 빔(18)의 파장은 2,500nm와 기판을 형성하는 물질의 밴드갭에 대응하는 파장의 합보다 작다. 이것은 작은 치수의 레이저 스폿을 형성하는 레이저빔을 좀 더 용이하게 제공할 수 있게 하는데 유리하다.
지지체(22)의 기판이 반도체 기판인 경우에, 레이저는 적외선 레이저일 수 있고, 레이저 빔(18)의 파장은 200nm 내지 10㎛ 범위에 있을 수 있다. 특히, 지지체(22)의 기판이, 1.1㎛의 파장에 해당하는, 1.14-eV 밴드갭을 갖는 게르마늄으로 이루어져 있는 경우에는, 레이저 빔(18)의 파장은 대략 2㎛인 것으로 선택된다. 지지체(22)의 기판이, 1.87㎛의 파장에 해당하는, 0.661-eV 밴드갭을 갖는 게르마늄으로 이루어지는 경우에는, 레이저 빔(18)의 파장은 대략 2㎛ 또는 2.35㎛인 것으로 선택된다.
지지체 기판(22)이 사파이어로 이루어지는 경우, 레이저 빔(18)의 파장은 300nm 내지 5㎛의 범위에 있을 수 있다.
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 내지100MW의 범위에 있다.
도 2는 장치(20)의 일 실시형태의 확대 단면도이다.
장치(20)의 지지체(22)는 도 2에 바닥부에서 상부면으로,
기판(32)과,
와이어의 성장을 돕고 기판(32)을 덮고 있는 시드 구조물(34)
을 구비한다. 시드 구조물(34)의 상측 표면은 지지체(22)의 이미-설명된 표면(26)에 대응한다. 시드 구조물(34)은 와이어의 성장을 돕는 단일 시드층, 또는 층들의 적층으로서, 적어도 상측층은 와이어의 성장을 돕는 적층을 구비한다. 도 2에 예로서 도시된 시드 구조물(34)은 2개의 시드층(36 및 38)의 적층에 대응하며, 층(36)은 기판(32)과 시드층(38) 사이에 개재되어 있다.
흡수 구역(28)은 시드 구조물(34) 상에, 바람직하게는 시드 구조물(34)과 접촉하게 놓여 있다. 흡수 구역(28)은 레이저에 대하여 흡수하는 층(40)과, 바람직하게는 흡수층(40)과 시드 구조물(34) 사이에 개재된 하나 이상의 중간층(42)을 구비한다. 레이저에 대한 흡수층(40)의 흡수는 90%보다 더 크다. 일 실시형태에 따르면, 레이저 파장에 대한 선형 상태에서의 흡수층(40)의 흡수 계수 k는 1 내지 10의 범위에 있다.
흡수층(40)은 예를 들어 내화금속 또는 금속질화물, 특히 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 몰리브뎀(Mo), 탄탈륨(Ta), 또는 이들 금속들의 질화물, 또는 이들 금속들 또는 이들 질화물 중 2개 이상의 혼합물 또는 합금으로 이루어져 있다. 흡수층(40)의 두께는 5nm 내지 500nm의 범위에 있을 수 있다. 본 실시형태에서, 중간층(42)은, 흡수층(40)을 완전히 둘러싸는 절연성 시스(sheath; 44)의 부분을 형성한다. 일 실시형태에 따르면, 중간층(42)의 두께는 5nm보다 크며, 예를 들어, 5nm 내지 500nm의 범위에 있다. 중간층(42)은 절연성 물질, 예를 들어 실리콘이산화물(SiO2) 또는 실리콘질화물(SiN)로 이루어져 있다. 중간층(없을 수도 있음)은, 특히 광전자 회로(30)를 제조하는 방법 중에, 흡수층(40)을 형성하는 물질과 시드 구조물(34)의 상측층 사이에서 합금 또는 혼합물을 형성하는 것을 회피하기 위하여 흡수층(40)이 시드 구조물(34)의 상측층과 기계적 접촉하는 것을 방지하게 할 수 있다.
광전자 회로(30)는 하나 이상의 3차원 광전자 구성품(50)을 구비하며, 도 2에서는 하나의 3차원 광전자 구성품(50)이 도시되어 있다. 3차원 광전자 구성품(50)은 와이어(52)를 구비하며, 3차원 광전자 구성품(50)의 다른 구성요소들은 도 2에 도시되지 않고 이후에도 더 상세하게 설명되지 않는다. 흡수 구역(28)은 각 광전자 구성품(50)을 위한 개구(54)를 구비한다. 와이어(52)의 베이스(53)는 개구(54)를 통하여 시드 구조물(34) 상에 놓여서 시드 구조물(34)과 접촉하고 있다. 광전자 회로(30)는, 흡수 구역(28)을 덮고 있으며 와이어(52)의 하측부를 덮고 있는 절연층(56)을 더 구비한다. 절연층(56)은 특히 와이어(52) 주변의 개구(54)에서 연장할 수 있다. 흡수층(40)과 와이어(52) 사이에서의, 절연성 시스(44)와, 가능하다면 절연층(56)의 존재는, 와이어(52)의 형성 중에, 흡수층(40)의 측면에서의 기생 핵생성을 방지할 수 있게 한다.
도 3은 장치(20)의 다른 실시형태의 확대 단면도이고 도 4는 평면 IV-IV에 따른 도 3의 단면을 갖는 상면도이다.
도 3에 도시된 장치(20)는, 흡수 구역(28)이 광결정(60)을 구비한다는 점 이외에는, 도 2에 도시된 장치(20)의 모든 구성요소들을 구비한다. 바람직하게는 광결정(60)은 2차원 광결정에 해당한다. 일 실시형태에 따르면, 광결정(60)의 전파 모드는 레이저의 파장에 대응한다. 이 실시형태에서, 레이저의 흡수는 이후에 더 상세하게 설명될 메카니즘에 의하여 광결정(60)의 레벨에서 실행된다.
또한, 도 2에 도시된 장치(20)에서, 시드 구조물(34)은, 각 와이어(52)에 대하여, 와이어(52)의 베이스(53)가 놓여 있는, 바람직하게는 와이어(52)의 베이스(53)와 접촉하고 있는, 시드 패드(62)를 구비한다. 시드 구조물(34)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 층(36)을 더 구비할 수 있는데, 그 위에는 시드 패드(62)가 놓여 있으며(바람직하게는 층(36)과 접촉하고 있음), 또는 적어도 2층의 적층을 구비하는데, 그 위에는 시드 패드(62)가 놓여 있다(바람직하게는, 적층과 접촉하고 있음). 지지체(22)의 표면(26)은 본 실시형태에서는 시드 구조물(34)의 상측 표면에 해당한다.
광결정(60)은, 그 레이저의 파장에서 제1 굴절율을 갖는 제1 물질의 층(이후에 베이스층이라고 함)을 구비하며, 그 레이저의 파장에서 제2 굴절율을 갖는 제2 물질의 기둥(66)이 그 위에 존재한다. 일 실시형태에서, 각 기둥(66)은 표면(26)에 직교하게 측정된 높이(L)로, 표면(26)에 수직한 중앙축을 실질적으로 따라서 연장한다. 2개의 인접하는 기둥(66)의 중앙축들 사이의 거리를 "a"(피치)라고 한다. 바람직하게는, 제2 굴절율은 제1 굴절율보다 크다. 제1 물질은 레이저(18)에 대하여 투명할 수 있다. 제1 물질은 절연성 물질일 수 있다. 제2 물질은 레이저(18)에 대하여 투명할 수 있다. 본 실시형태에서, 기둥(66)은 시드 패드(62)와 동일한 물질로 이루어져 있고 시드 패드(62)와 동시에 형성된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 이 때, 시드 패드(62)는 인접하는 기둥(66)과 부분적으로 합쳐질 수 있다. 일 실시형태에 따르면, 광결정(60)의 기둥들(66)은 흡수층(40)에 대하여 이미 설명된 물질들 중 하나로 이루어질 수 있다. 이 경우에, 기둥들(66)은 또한 이후에 더 상세하게 설명될 바와 같은 흡수층(40)의 역활을 한다. 변형으로서, 광결정(60)의 베이스층(64)은 흡수층(40)에 대하여 이미 설명된 물질들 중 하나로 이루어진다. 이 경우에, 베이스층(64)은 또한 이후에 더 상세하게 설명될 바와 같은 흡수층(40)의 역활을 한다.
도 5는 장치(20)의 다른 실시형태의 확대 단면도이다 도 5에 도시된 장치(20)는 도 3에 도시된 장치(20)의 모든 구성요소와 도 2에 도시된 장치(20)의 모든 구성요소를 구비하는데, 즉, 흡수 영역(28)은, 레이저에 대하여 흡수하는 층(40)과 광결정(60)을 구비하며, 흡수층(40)은 광결정(40)의 기판(32)의 반대측에 위치된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 장치(20)는 흡수층(40)과 광결정(60) 사이에 개재되어 있는 중간층(42)을 구비할 수 있다. 변형으로서, 중간층(42)은 존재하지 않을 수 있다. 레이저의 흡수는 흡수층(40)의 레벨에서 실행될 수 있고 또한 이후에 더 상세하게 설명될 메카니즘에 의하여 광결정(60)의 레벨에서도 실행된다. 변형으로서, 레이저의 흡수는 흡수층(40)의 레벨에서만 실행될 수 있고 광결정(60)의 레벨에서는 실행되지 않을 수 있으며, 이 때 광결정(60)은, 이후에 더 상세하게 설명될 바와 같이, 흡수층(40)에서 레이저가 존재의 기간을 증가시킬 수 있게 한다.
도 3 내지 도 5와 관련하여 설명된 실시형태들에서, 각 기둥(66)의 높이(L)는 100nm 내지 1㎛의 범위에 있으며, 바람직하게는 250nm 내지 500nm의 범위에 있다. 기둥(66)의 높이(L)는 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 베이스층(64)의 두께와 동일할 수 있다. 변형으로서, 베이스층(64)의 두께는 기둥(66)의 높이보다 클 수 있는데, 베이스층(64)은 기둥들(66) 사이에서 연장하고 그런 후 기둥들(66)을 또한 덮는다.
바람직하게는, 기둥들(66)은 격자로 배열되어 있다. 일 실시형태에 따르면, 각 기둥(66)과 가장 근접한 기둥들 사이의 피치 a는 실질적으로 일정하다.
도 6은, 기둥들(66)이 육각형 격자로 배열되어 있는 광결정(60)의 일 실시형태의 단순화된 부분 확대 상면도이다. 이것은, 기둥들(66)이, 상면도에서 볼 때, 행들로 배열되어 있으며, 기둥들(66)의 중앙은 등변 삼각형의 꼭지점들에 있으며, 동일한 행의 2개의 인접하는 기둥들(66)의 중앙은 피치 a 만큼 떨어져 있고 2개의 인접하는 행의 기둥들(66)의 중앙은 행 방향을 따라 거리 a/2만큼 시프트되어 있음을 의미한다.
도 7은, 기둥들(66)이 정사각 격자로 배열되어 있는 광결정(60)의 다른 실시형태의 단순화된 부분 확대 상면도이다. 이것은, 기둥들(66)이 행과 열로 배열되어 있으며, 기둥들(66)의 중앙은 정사각형의 꼭지점에 있으며, 같은 행의 2개의 인접하는 기둥들(66)은 피치 a만큼 떨어져 있고 같은 열의 2개의 인접하는 기둥들(66)은 피치 a만큼 떨어져 있다.
도 3 내지 도 7에 도시된 실시형태에 있어서, 각 기둥(66)은 표면(26)에 평행한 평면에서 직경 D의 원형 단면을 갖는다. 육각형 격자 배열의 경우에, 직경 D는 0.2㎛ 내지 3.8㎛의 범위에 있을 수 있다. 피치 a는 0.4㎛ 내지 4㎛의 범위에 있을 수 있다. 정사각형 격자 배열의 경우에는, 직경 D는 0.05㎛ 내지 2㎛의 범위에 있을 수 있다. 피치 a는 0.1㎛ 내지 4㎛의 범위에 있을 수 있다.
도 3 내지 도 7에 도시된 실시형태에서, 각 기둥(66)의 단면은 표면(26)에 평행한 평면에서 원형이다. 그러나, 기둥(66)의 단면은 다른 형태를 가질 수 있는데, 예를 들어 타원형, 다각형, 특히 정사각형, 사각형, 육각형 등이다. 일 실시형태에 따르면, 모든 기둥들(66)은 동일한 단면을 갖는다.
제1 및 제2 시뮬레이션은 도 5에 도시된 장치(20)의 구조물로 실행된다. 제1 시뮬레이션에 대하여, 광결정(60)은 실리콘 기둥(66)을 구비하고 베이스층(64)은 SiO2로 이루어져 있다. 기둥들(66)은 육각형 격자로 분포되어 있었고, 각 기둥(66)은 0.97㎛의 직경 D를 갖는 원형 단면을 갖는다. 제1 시뮬레이션에 대하여, 기둥(66)의 두께(L)는 1㎛이다. 흡수층(40)은 50nm 두께를 가지며, 굴절율은 4.5이고 흡수 계수는 3.75이다.
도 8은, 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 장치(20)가 도 5에 도시된 구조물을 가질 때 얻어진 것이며 커브 C2는 장치(20)가 광결정(60)을 구비하지 않고 흡수층(40)만 구비할 때 얻어진 것이다. 광결정(60)이 없는 경우에, 흡수 구역(28)에서의 평균 흡수는 대략 55%이다. 광결정(60)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 시뮬레이션에 대하여, 광결정(60)은 실리콘 기둥(66)을 구비하며 베이스층(64)은 SiO2로 이루어져 있다. 기둥(66)은 육각형 격자로 분포되어 있으며, 각 기둥(66)은 원형의 단면을 갖는다. 제2 시뮬레이션에서, 기둥들(66)의 두께(L)는 1㎛이다.
도 9 및 도 10은 각각 가로 좌표의 비율(a/λ)과 세로 좌표의 충전율(FF)에 따른 흡수 구역(28)에서의 평균 흡수(Abs)의 그레이스케일 심도 맵(grayscale depth map)을 보여준다. 충전율(FF)은, 상면도에서 볼 때, 광결정(60)의 총 면적에 대한 기둥들(66)의 면적의 합의 비율에 대응한다. 예로서, 원형의 단면을 갖는 기둥들(66)에 대하여, 충전율(FF)은 다음의 관계 [식 1]로 제공된다.
[식 1]
Figure pct00001
평균 흡수(Abs)가 대략 70%보다 큰 도 9에서 영역 A 및 영역 B 그리고 도 10에서의 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 11은 0.3인 충전율(FF) 및 0.6인 비율(a/λ)에 대한 기둥들(66)의 높이(L)에 따른 평균 흡수(Abs)의 변화의 커브 C3를 보여준다.
도 12는 0.5인 충전율(FF)과 0.6인 비율(a/λ)에 대한 기둥(66)의 높이(L)에 따른 평균 흡수(Abs)의 변형의 커브 C4를 보여준다.
커브 C3 및 C4는, 다른 차수에서의 페브리-페롯 공명에 대응하는 국부 최대값을 나타내며, 높이(L)의 해당 값들이 도 11 및 도 12에 표시되어 있다. 페브리 페롯 공명들 중 하나의 레벨에 실질적으로 있도록 기둥들(66)의 높이(L)를 선택하는 것이 바람직하다.
광전자 구성품(50)의 더 상세한 실시형태들이, 광전자 구성품이 발광 다이오드에 대응하는 경우에서, 도 13 및 도 14와 관련하여 설명될 것이다. 그러나 이 실시형태들은 다른 응용, 특히 전자기 방사선 검출 또는 측정에 전용된 광전자 구성품 또는 광전지 응용에 전용된 광전자 구성품에 관할 수 있음을 명확하게 해야한다.
도 13은 광전자 구성부품(50)의 일 실시형태의 단순화된 부분 단면도이다. 광전자 구성품(50)은 와이어(52)의 상측 부분의 외벽을 덮고 있는 쉘(70)을 구비하며, 쉘(70)은 와이어(52)의 상측 부분을 덮고 있는 활성층(72)과 활성층(72)을 덮고 있는 반도체층(74)의 적층을 적어도 구비한다. 본 실시형태에서, 와이어(52)의 측벽을 쉘(70)이 덮고 있기 때문에 광전자 구성품(50)을 방사상 구조라고 한다. 광전자 회로(30)는, 절연층(56) 상에서 연장하고 쉘(70)의 하측 부분의 측벽 상에서 연장하는 절연층(76)을 더 구비한다. 광전자 회로(30)는 쉘(70)을 덮고 전극을 형성하는 도전층(78)을 더 구비하며, 도전층(78)은 활성층(72)에 의하여 방출된 방사선에 투명하다. 도전층(78)은 특히 광전자 회로(30)의 복수의 광전자 구성품(50)의 쉘(70)을 덮을 수 있고, 그 때 복수의 광전자 구성품(50)에 공동인 전극을 형성한다. 광전자 회로(30)는 와이어들(52) 사이에 있는 전극층(78) 상에서 연장하는 도전층(80)을 더 구비한다. 광전자 회로(30)는 광전자 구성품(50)을 덮고 있는 캡슐화층(82)을 더 구비한다.
도 14는 광전자 구성품(50)의 다른 실시형태의 단순화된 부분 단면도이다. 도 14에 도시된 광전자 구성품(50)은 도 13에 도시된 광전자 구성품(50)의 모든 구성요소를 구비하며, 쉘(70)이 와이어(52)의 상부면에만 존재한다는 차이점이 있다. 이 때 광전자 구성품(50)을 축형 구조라고 한다.
일 실시형태에 따르면, 와이어(52)는 적어도 부분적으로 하나 이상의 반도체 물질로 이루어진다. 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.
시드층(38), 시드 패드(62), 및 가능하다면 층(36)은 와이어(52)의 성장을 돕는 물질로 이루어진다. 예로서, 시드층(38), 시드 패드(62), 및 가능하다면 층(36)을 형성하는 물질은 원소 주기율표의 컬럼 IV, V, 또는 VI로부터의 전이 금속의 질화물, 탄화물, 또는 붕화물 또는 이들 화합물의 조합물일 수 있다. 예로서, 시드층(38), 시드 패드(62), 및 가능하다면 층(36)은 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), 지르코늄 보레이트(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(42, 56, 54, 76)은, 예를 들어 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(SixNy, 여기서 x는 대략 3이며 y는 대략 4이며, 예를 들어 Si3N4), 실리콘 산질화물(상세하게는 일반식 SiOxNy, 예를 들어, Si2ON2), 하프늄 산화물(HfO2), 또는 다이아몬드로 이루어질 수 있다.
활성층(72)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(74)은 반도체층의 적층에 해당할 수 있고 P-N 또는 P-I-N 접합의 형성을 허용하며, 활성층(72)은. P-N 또는 P-I-N 접합의 N-형 와이어(52)와 중간 P-형층 사이에 구비된다.
전극층(78)은 발광 다이오드의 활성층을 분극시킬 수 있고 발광 다이오드에 의하여 방출된 전자기 방사선을 통과시킬 수 있다. 전극층(78)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(78)은 5nm 내지 200nm 범위의 두께, 바람직하게는 30nm 내지 100nm의 두께를 갖는다.
캡슐화층(82)은 유기 물질 또는 무기 물질로 이루어질 수 있고 발광 다이오드에 의하여 방출된 방사선에 적어도 부분적으로 투명하다. 캡슐화층(82)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.
도 15 내지 도 18은 레이저로 장치(20)를 절단하는 방법의 다른 실시형태의 연속 단계들에서 얻어진 구조물의 단순화된 부분 단면도들이다.
도 15는 장치(20)의 제조 이후에 얻어진 구조물을 보여주며, 3개의 광전자 회로들(30)이 도 15에 도시되어 있으며, 흡수 구역(28)은 도 15에서 연속층으로 개략적으로 표시되어 있다.
도 16은, 장치(20)를 지지체(90)에 접촉하게 놓아서 광전자 회로(30)를 지지체(90)에 접합시킨 후에 얻어진 구조물을 보여준다. 일 실시형태에 따르면, 광전자 회로(30)를 지지체(90)에 접합시키는 것은, 광전자 회로(30)를 지지체(90)에 혼합 분자(hybrid molecular) 접합에 의하여 얻을 수 있다. 일 실시형태에 따르면, 지지체(90)는 광전자 회로(30)의 접합 위치에 패드(92)를 구비할 수 있다. 그런 후, 광전자 회로(30)가 패드(92)에 접촉될 때까지 장치(20)와 지지체(90)를 서로를 향하여 가져온다. 일 실시형태에 따르면, 지지체(22)에 접합된 광전자 회로들(30) 모두를 동일한 지지체(90)로 이동시키기 위한 것은 아니다. 이 목적을 위하여, 지지체(90)는, 지지체(90)로 이동될 광전자 회로(30)만을 위한 패드(92)을 구비할 수 있다. 이 경우에, 장치(20)와 지지체(90)는, 광전자 회로(30)의 일부가 패드(92)와 접촉할 때까지 서로를 향하여 이동하며, 패드(92)와 대향하지 않는 광전자 회로(30)는 지지체와 접촉하지 않고 따라서 지지체에 접합되지 않는다.
도 17은 지지체(90)로 이동될 광전자 회로(30)를 지지체(22)로부터 분리시키기 위하여 레이저(18)를 통과시키는 동안 얻어진 구조물을 보여준다. 작동에서, 레이저 빔(18)은 바람직하게는, 흡수 구역(28)의 애블레이션을 얻기 위하여, 흡수 구역(28) 상에 촛점이 맞추어진다. 도 2에 도시된 실시형태에서, 레이저(18)는 흡수층(40)에 의하여 직접 흡수된다. 도 3 및 도 4에 도시된 실시형태에서, 기둥들(66) 또는 베이스층(64)이 레이저(18)를 흡수하는 물질로 이루어질 때, 광결정(60)은 특히 기둥들(66) 또는 베이스층(64)으로 레이저광의 흡수를 증가시킬 수 있다. 이것은 광결정(60)의 애블레이션을 얻을 수 있게 할 수 있다. 광결정(60)의 기둥들(66)을 형성하는 물질도, 광결정(60)의 베이스층(64)을 형성하는 물질도 어느 것도 선형 상태의 레이저 파장에서 1 내지 10 범위의 흡수 계수 k를 갖지 않는다면, 광결정(60)은 광결정(60)에서의 레이저 광자가 존재하는 시간을 증가시킬 수 있게 하며, 따라서 광결정(60)에서의 에너지 밀도를 국부적으로 증가시킬 수 있다. 이것은 광결정(60)에서의 비선형 흡수 현상에 의하여 레이저의 흡수를 증가시킬 수 있게 하며, 이것은 광결정(60)의 애블레이션을 발생시킨다. 이 때 광결정(60)의 존재는, 특히 베이스층(64)과 기둥들(66)을 형성하는 물질과 함께 비선형 흡수 현상이 나타나는 레이저의 강도를 감소시킬 수 있게 한다. 도 5에 도시된 실시형태에서, 광결정(60)은 흡수층(40)에서의 에너지 밀도를 국부적으로 증가시킬 수 있게 한다. 이것은 흡수층(40)의 애블레이션을 얻게 할 수 있게 한다. 레이저 흡수는, 또한 이미 설명된 현상에 따라서 광결정(60)의 레벨에서 바로 실행될 수 있다.
지지체(22)가 반도체 물질, 특히 실리콘으로 이루어진 경우에는, 지지체(22)가 레이저에 투명하도록, 레이저 파장이 적외선 범위에 있어야 할 필요가 있을 수 있다. 그러나, 상용적으로-사용가능한 적외선 레이저는 일반적으로 다른 주파수의 다른 상용적-사용가능한 레이저들보다 낮은 최대 에너지를 갖는다. 장치(20)의 이미 설명된 실시형태들은 적외선 레이저를 가지고도 레이저 절단을 실행할 수 있게 하는데 유리하며, 따라서 반도체 지지체(22), 특히 실리콘으로 이루어진 반도체 지지체(22)를 사용할 수 있게 하는데 유리하다.
도 18은 지지체(90)로부터 지지체(22)를 제거한 후 얻어진 구조물을 보여준다. 지지체(90)에 접합된 광전자 회로(30)는 지지체(22)로부터 분리되어 있다.
도 19 내지 도 25는 도 3에 도시된 바와 같이 장치(20)를 제조하는 방법의 일 실시형태의 연속적인 단계에서 얻어진 구조물의 단순화된 부분 단면도들이다. 제조 방법은,
- 기판(32)에 시드 구조물(34)을 형성하는 단계(도 19)로서, 시드 구조물(34)은 도 19에서 예로서 도시된 2개의 층(36 및 38)의 적층을 구비하는, 단계와,
- 시드 구조물(34)의 상측층(38)에서 시드 패드(62)와 광결정의 기둥들(66)을, 예를 들어 상측층(38)의 전체 두께(36)에 걸처 에칭하는 단계(도 20)로서, 이 때 층(36)은 에칭 정지층의 역할을 할 수 있는, 단계와,
- 시드 구조물(34), 특히 기둥들(66) 사이와 시드 패드(62) 주위의 개구들을 채우는 제1 물질의 층(92)을 증착하는 단계(도 21)와,
- 예를 들어, 화학적-기계적 평탄화(CMP)에 의하여, 층(92)을, 기둥들(66)과 시드 패드(62)의 상부면에 도달하도록 에칭하여, 기둥들(66) 사이와 시드 패드(62) 주위에 있는 층(92) 부분만을 유지하게 하고, 따라서 특히 광결정(60)의 베이스층(64)을 형성하는 단계(도 22)와,
광결정(60) 상에 절연층(56)을 형성하는 단계(도 23)와,
광전자 구성품을 형성하는 소정의 위치에 광결정(60)의 기둥들(66)의 상부면을 노출시키도록 절연층(56)에 개구(94)를 에칭하는 단계(도 24)와,
각 개구(94)에서, 와이어(52)를 성장시키는 단계로서, 기둥들(66)은 시드 패드의 역할을 하는, 단계
를 구비한다.
장치(20)를 제조하는 방법은 광전자 구성품 형성 단계와 함께 수행한다.
사용된 물질에 따라서, 이미 설명된 실시형태들에서의 증착 단계들은 화학기상증착(CVD) 또는 유기-금속 화학기상증착(MOCVD)(유기-금속 화학기상에피텍시(MOCVD)라고도 알려짐)과 같은 방법일 수 있다. 그러나, 분자빔 에피텍시(MBE), 가스원 MBE(GSMBE), 유기-금속 MBE(MOMBE), 플라즈마-보조 MBE(PAMBE), 원자층 에피텍시(ALE), 또는 하이브리드 기상 에피텍시(HVPE)와 같은 방법이 사용될 수 있다. 그러나, 전기화학적 처리가 사용될 수 있는데, 예를 들어, 화학용액증착(chemical bath deposition; CBD), 열수 과정(hydrothermal processes), 액체 분무 열분해(Liquid aerosol pyrolysis), 또는 전착이 있다.
도 2에 도시된 장치(20)를 제조하는 방법의 일 실시형태는 도 19 내지 도 25와 관련하여 이미 설명된 것과 동일한 단계를 구비하며, 광결정(60)을 형성하는 단계들이 중간층(42)과 흡수층(40)의 증착의 단계로 대체된다는 점이 다르다.
다양한 실시형태와 변형들이 설명되어 있다. 당업자는, 이들 다양한 실시형태와 변형들의 일부 특징들이 결합될 수 있고, 다른 변형들이 당업자에게 나타날 것임을 이해할 것이다. 마지막으로, 설명된 실시형태들 및 변형들의 실제적인 구현은 이전에 제공된 기능적 지시들에 기초하여 당업자의 능력 내에 있다.

Claims (18)

  1. 레이저(18) 처리를 위해 구성된 장치(20)로서, 상기 레이저에 투명한 지지체(22)와, 활성층(72)으로 덮인 3차원 반도체 구성요소(52)를 갖는 하나 이상의 광전자 구성품(50)을 구비하는 하나 이상의 광전자 회로(30)를 구비하며, 상기 3차원 반도체 구성요소는 상기 지지체에 접합된 베이스(53)를 구비하며, 상기 장치는, 상기 지지체 상에 놓여 있고 상기 베이스를 둘러싸는, 상기 레이저에 대하여 흡수하는 구역(28)을 구비하며, 상기 흡수 구역(28)은 광결정(photonic crystal)(60)을 구비하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광결정(60)은 2차원 광결정인 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광결정(60)은 제1 물질의 베이스층(64)과, 상기 제1 물질과는 다른 제2 물질의 기둥들(66)의 격자를 구비하며, 각 기둥은 상기 베이스층의 두께의 적어도 일부를 가로질러 상기 베이스층에서 연장하고 있는 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 물질은 1보다 작은, 상기 레이저(18)에 대한 흡수 계수를 갖는 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 물질은, 1 내지 10의 범위에서, 상기 레이저(18)에 대한 흡수 계수를 갖는 장치.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 물질은, 1보다 작은, 상기 레이저(18)에 대한 흡수 계수를 갖는 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡수 구역(28)은 상기 베이스(53)를 둘러싸는 흡수층(40)을 구비하며, 상기 흡수층은, 1 내지 10의 범위에서, 상기 레이저(18)에 대한 흡수 계수를 갖는 제3 물질로 이루어져 있는 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 흡수층(40)과 상기 지지체(22) 사이에 개재된 전기적-절연층(42)을 구비하는 장치.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 흡수층(40)과 상기 3차원 반도체 구성요소(52) 사이에 개재된 전기적-절연층(42)을 구비하는 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지체(22)는 상기 레이저에 대하여 투명한 기판(32)과, 상기 기판(32)과 상기 3차원 반도체 구성요소(52)의 베이스(53) 사이에 개재된 3차원 반도체 구성요소(52)의 성장을 돕는 제4 물질로 이루어진 패드(62)를 구비하는 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 흡수 구역(28)은 상기 패드(62)를 둘러싸고 있는 장치.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 제4 물질은 원소 주기율표의 컬럼 IV, V 또는 VI의 전이 금속의 질화물, 탄화물, 또는 붕소화물 또는 이들 화합물의 조합물이거나, 또는 상기 제4 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 혼합물인 장치.
  13. 제10항 및 제3항에 있어서,
    상기 제4 물질은 상기 제2 물질과 동일한 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지체(22)는 제1 및 제2 대향 표면(24, 26)을 구비하며, 상기 레이저(18)는 상기 제1 표면에서 상기 제2 표면까지 상기 지지체를 가로지르기 위한 것이며, 상기 흡수 구역(28)은 상기 제2 표면을 적어도 부분적으로 덮고 있는 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광전자 구성품(50)의 복수의 복사물을 구비하며, 상기 광전자 구성품(50)들의 베이스(53)들은 상기 지지체(22)에 접합되어 있는 장치.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 장치(20)를 제조하는 방법으로서,
    상기 지지체(22) 상에 상기 3차원 반도체 구성요소(52)를 에피텍셜로 성장시키는 단계를 구비하는 방법.
  17. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따르는 장치(20)의 레이저(18) 처리 방법으로서,
    상기 방법은 상기 지지체(22)를 통과하는 레이저 빔(18)에 상기 흡수 구역(28)을 노출시키는 단계를 구비하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 지지체(22)에 여전히 결합되어 있는 광전자 회로(30)를 리셉터클(90)에 접합하는 단계 및 상기 레이저(18)에 의하여 상기 흡수 구역(28)의 적어도 일부분을 파괴하는 단계를 구비하는 방법.
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