發(fā)光二極管和基板的制作方法
【專利摘要】薄層基板具有多個微米級導(dǎo)電晶須組件，所述晶須組件平行排列并且從基板的一個表面延伸到另一表面，以提供穿過基板的導(dǎo)電路徑。這種基板可用于微米級LED。
【專利說明】發(fā)光二極管和基板
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求2011年5月17日提交的、標(biāo)題為“MICRON SIZED LEDS SUPPORTED BYALUMINA CERAMICS”的美國臨時專利申請N0.61/486，997的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容以引用方式并入本文。
【背景技術(shù)】
[0003]發(fā)光二極管或LED正以越來越多樣的方式被使用，并且LED的尺寸變得越來越小，以在更小的空間內(nèi)容納更多的二極管。二極管是最簡單的一種半導(dǎo)體器件，它包括與富空穴(P型)材料電接觸地布置的富電子(N型)材料。當(dāng)電流流過二極管時，負(fù)電子向一個方向移動，而正空穴向相反方向移動。當(dāng)電子遇到并“落入”空穴中時，它失去能量，能量作為光子發(fā)射。與常規(guī)白熾燈泡相比，LED每瓦特輸出更多流明的光，并且一些LED可具有50，000小時或更長的壽命。
[0004]氮化物半導(dǎo)體是一種可取的半導(dǎo)體材料體系，其用于在綠-藍(lán)-紫外光譜中操作的發(fā)光器件。目前，在藍(lán)寶石基板上生長的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)用于傳統(tǒng)藍(lán)色LED、綠色LED、紫外(UV)LED和藍(lán)色激光二極管(LD)器件。這些器件可用在包括全色顯示器、交通信號燈、圖像掃描儀、固態(tài)照明和高密度光學(xué)存儲盤的各種應(yīng)用中。然而，氮化物半導(dǎo)體生成大塊單晶很困難且成本高。因此，常常使用異質(zhì)外延技術(shù)在諸如藍(lán)寶石的不同材料的基板上生長氮化物半導(dǎo)體。為了提高生長層的結(jié)晶質(zhì)量，可能需要低溫下的緩沖層生長、圖案化、外延橫向過生長或附加生長步驟來將晶體缺陷降低至發(fā)光器件的操作所需要的水平。需要進一步提高結(jié)晶質(zhì)量以使得能夠開發(fā)與傳統(tǒng)器件相比壽命更長、輸出功率更高且成本更低的更小的發(fā)光器件。
[0005]由于藍(lán)寶石具有低熱導(dǎo)率并且電絕緣，所以藍(lán)寶石上的氮化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的功能受到限制。在藍(lán)寶石基板上生長的發(fā)光器件的兩個電觸點均位于頂面上以形成橫向型器件。這減小了光發(fā)射的可用面積。由于在橫向器件中兩個觸點均位于頂面上，所以顯著的橫向電流流過芯片，從而導(dǎo)致發(fā)光器件變熱，這加速了器件的劣化。另外，藍(lán)寶石的熱膨脹系數(shù)也很難與氮化物及其合金匹配。結(jié)果，藍(lán)寶石基板上的氮化物基膜的生長呈現(xiàn)與晶片(wafer)直徑相稱的挑戰(zhàn)。由于這些挑戰(zhàn)，制造商已發(fā)現(xiàn)無論相關(guān)成本降低的可能性如何，很難提供更大的基板尺寸。
[0006]因此，仍可取的是為半導(dǎo)體器件提供另選基板并降低諸如LED的半導(dǎo)體二極管的成本，同時減小二極管的尺寸并且每單位空間生成更多的二極管。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明公開了基板、制備所述基板的方法、用所述基板制備的半導(dǎo)體二極管以及各種使用方法。所述基板可包括基本上平行的微米級晶須的陣列，所述晶須能夠提供從基板的一面到另一面的多個電流路徑。這些路徑中的每一個由此可為諸如半導(dǎo)體二極管的微電子系統(tǒng)提供單獨的觸點。[0008]在一個實施方式中，一種基板包括:基體(matrix)材料；多個間隔開且基本上平行的導(dǎo)電晶須組件，所述晶須組件嵌入在所述基體材料中并在所述基板的第一表面與所述基板的相對的第二表面之間縱向延伸。
[0009]在一個實施方式中，一種生成半導(dǎo)體二極管陣列的方法包括以下步驟:為所述二極管形成基板。所述形成基板的步驟包括以下步驟:在基體材料中形成多個間隔開且基本上平行的導(dǎo)電晶須組件的基體，其中所述晶須組件在所述基體的第一表面與所述基體的相對的第二表面之間縱向延伸，并且具有在所述第一表面中暴露的第一端面以及在所述第二表面中暴露的第二端面；以及對至少所述基體的所述第一表面進行拋光，以提供所述晶須組件的拋光的第一端面以便于其上的晶體生長。所述方法還包括以下步驟:在所述第一表面上與所述晶須組件的暴露的第一端面外延地生長至少一個半導(dǎo)體層；在所述半導(dǎo)體層上沉積第一電接觸層以用于提供與所述半導(dǎo)體層的第一電接觸；以及在所述基體的所述第二表面上沉積第二電接觸層，該第二電接觸層與所述晶須組件的所述第二端面接觸，以用于經(jīng)由所述基本上平行的晶須組件提供與所述半導(dǎo)體層的第二電接觸。
[0010]在一個實施方式中，一種基板包括多個間隔開且基本上平行的導(dǎo)電晶須組件的基體，所述晶須組件在所述基板的第一表面與所述基板的相對的第二表面之間縱向延伸，并且所述基板通過包括以下步驟的方法生成:在基體材料中形成所述多個間隔開且基本上平行的晶須組件的所述基體；以及使所述基體材料固化以形成所述基板。
[0011]在一個實施方式中，一種生成用于微電子系統(tǒng)的基板的方法包括形成耐火基體。所述耐火基體包括:耐火材料中的多個間隔開且基本上平行的導(dǎo)電晶須組件，其中，所述晶須組件在所述材料的第一表面與所述材料的相對的第二表面之間縱向延伸，并且具有在所述第一表面中暴露的第一端面以及在所述第二表面中暴露的第二端面。所述方法還包括以下步驟:對所述耐火材料進行燒結(jié)以將所述晶須組件固定在所述耐火材料中。所述耐火材料可包括可燒結(jié)陶瓷。在一些情況下，可燒結(jié)陶瓷在等于或大于大約1，00(TC的溫度下穩(wěn)定。所述可燒結(jié)陶瓷還可在大約1，00(rc下具有小于大約Imm Hg的蒸氣壓。
[0012]在一個實施方式中，一種半導(dǎo)體二極管陣列包括:至少一個第一晶須組件，其包括導(dǎo)電材料；至少一個第二晶須組件，其包括導(dǎo)電材料，并且被設(shè)置為與所述第一晶須組件間隔開且基本上平行于所述第一晶須組件，各個晶須組件具有第一端面、第二端面以及從所述第一端面延伸到所述第二端面的縱向尺寸。所述陣列還包括:電絕緣材料，其設(shè)置在所述第一晶須組件和所述第二晶須組件之間并保持所述第一晶須組件和所述第二晶須組件，并且封裝所述晶須組件的至少一部分，所述電絕緣材料具有第一表面以及與所述第一表面相對的第二表面，所述晶須組件的所述第一端面在所述第一表面中暴露，所述晶須組件的所述第二端面在所述第二表面中暴露；以及電致發(fā)光材料，其設(shè)置在所述第一端面上。
[0013]一種半導(dǎo)體二極管片材包括:多個碳化硅晶須組件，其彼此間隔開并且在基板中基本上平行地對齊，其中，所述基板包括基體材料，所述基板片材具有第一表面以及與所述第一表面相對的第二表面，所述晶須組件具有位于所述基板片材的所述第一表面中的第一端面以及位于所述基板片材的所述第二表面中的第二端面。所述片材還包括:至少一個II1-氮化物半導(dǎo)體層，其與所述第一端面外延地設(shè)置在所述第一表面上；第一電接觸層，其在所述II1-氮化物層上以用于提供與所述II1-氮化物層的第一電接觸；以及第二電接觸層，其在所述基板片材的所述第二表面上，與所述晶須的所述第二端面接觸，以用于經(jīng)由所述晶須組件提供與所述II1-氮化物層的第二電接觸。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1A-1C是實施方式中可使用的(111)取向的P -碳化硅晶須的掃描電子顯微鏡圖像。
[0015]圖2A-2B示出根據(jù)實施方式的可用于晶須的對齊(alignment)的帶有凹槽的表面的示例。
[0016]圖3示出根據(jù)實施方式的在表面凹槽上沉積并在其中對齊的晶須。
[0017]圖4是根據(jù)實施方式的形成基板的方法的示意圖。
[0018]圖5是根據(jù)實施方式的形成基板的另選方法的示意圖。
[0019]圖6是根據(jù)實施方式的基板錠(substrate ingot)的代表性示圖。
[0020]圖7示出根據(jù)實施方式的圖6的基板錠的代表性截面圖。
[0021]圖8是根據(jù)實施方式的形成在基板層上的LED陣列的代表性示圖。
[0022]圖9示出根據(jù)實施方式的代表性LED像素的立體圖。
[0023]圖10是根據(jù)實施方式的形成基板的方法的示意圖。
[0024]圖11是根據(jù)實施方式的形成多層基板的方法的示意圖。
[0025]圖12是根據(jù)實施方式的根據(jù)圖11所示的方法制成的基板錠的代表性示圖。
[0026]圖13是根據(jù)實施方式的形成在來自圖11的錠的基板層上的LED陣列的代表性示圖。
【具體實施方式】
[0027]半導(dǎo)體二極管(半導(dǎo)體p-n結(jié)二極管)包括發(fā)光二極管(LED)及其伴隨物(激光二極管(LD))。起初限于紅色，接下來發(fā)光效率優(yōu)于白熾燈的將市售的顏色是黃色、橙色和琥珀色LED。推動向可見光譜的短波長區(qū)域(從綠色到紫色)中延伸操作越來越有挑戰(zhàn)性。
[0028]已嘗試用碳化硅(SiC)和I1-VI材料(如，ZnSe)制備LED和LD，但由于SiC 二極管的非常低的效率以及I1-VI材料由于相對容易形成缺陷而造成的短器件壽命，此類器件的效用減弱。結(jié)果，對于這些波長，具有纖鋅礦晶體結(jié)構(gòu)的II1-V氮化物材料(GaN、A1N、InN及其合金)已成為關(guān)注焦點。由于每一種氮化物材料的電子能帶結(jié)構(gòu)擁有直接躍遷(在室溫下帶隙能從約1.9eV (InN)到約3.4eV (GaN)到約6.2eV (AlN)變化)以及相當(dāng)高的熱導(dǎo)率，正在大功率和高溫電子器件以及短波長(可見和紫外)光電子器件領(lǐng)域研究GaN和(AlIn) GaN 體系。
[0029]由于沒有合適的大塊晶體技術(shù)來生成GaN基板，所以通常在諸如硅、砷化鎵和藍(lán)寶石的高度晶格失配和熱膨脹失配的基板上使用外延。所得到的異質(zhì)外延膜總是具有量級為IOltl位錯/cm2的高度缺陷性，并且由于缺陷和雜質(zhì)而高導(dǎo)電。所述膜還由于未優(yōu)化的生長方法而呈現(xiàn)出差的表面形貌。高n型背景與共用p型雜質(zhì)的相對深的離子化水平耦合，導(dǎo)致無法生長P型材料，并且阻礙了雙極和注入型器件的發(fā)展。盡管有這些問題，仍實現(xiàn)了金屬-絕緣體-半導(dǎo)體LED的制造，因此證明了此材料體系的潛力。
[0030]使用薄的低溫AlN并且稍后使用GaN緩沖層有利于通過金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)在藍(lán)寶石基板上生長高質(zhì)量的GaN膜(鏡面的且沒有裂紋)，這樣得到了基于p_n結(jié)的第一 GaN電致發(fā)光器件?？赏ㄟ^在單晶基板(優(yōu)選為藍(lán)寶石(Al2O3)或碳化硅(SiC))上生長GaN來制備GaN基LED材料或晶粒。單晶或單晶固體是這樣的材料:其中直到樣品的邊緣，整個樣品的晶格連續(xù)且未斷裂，沒有晶界，并且基本上不存在與晶界相關(guān)的缺陷。
[0031]可通過生長Al2O3或SiC的單晶梨晶(single crystal boule),然后將梨晶切成晶片來制備藍(lán)寶石和碳化硅基板。然后，可對各個晶片進行拋光。在GaN基材料和相關(guān)層生長到基板上之后，通過將基板切成小片來制備成品LED晶粒。然后，可測試各個晶粒并將其裝到接觸的包裝中，從而形成成品LED。對于在諸如平板顯示器的小面積裝置中可能需要成千或成百萬的二極管來形成像素的應(yīng)用，以這樣的方式制備半導(dǎo)體二極管的成本較高。
[0032]如目前所述，可通過在嵌入基板材料中的導(dǎo)電晶須的微米級截面上所沉積的半導(dǎo)體薄膜來提供切割自單晶梨晶的晶片的另選方式。晶須的材料可以是能夠提供用于在其上外延生長半導(dǎo)體的表面的材料。此類晶須材料的一些不例可包括碳化娃或娃。一個實施方式提供了一種基板，所述基板具有嵌入支撐基體材料中的對齊的微米級晶須。示例性基板可具有在耐火陶瓷基體中基本上平行地對齊的微米級碳化硅單晶晶須。所述陶瓷可以是氧化鋁陶瓷基體，所述基板可用于在其上沉積II1-氮化物薄膜，以生成諸如LED的半導(dǎo)體二極管?？沙练e在基板上的LED層的一些示例可包括足以提供工作LED的II1-氮化物層、n-摻雜II1-氮化物層、P-摻雜II1-氮化物層、量子阱層、發(fā)光層、包層及以上各層的組合。在一個實施方式中，基板可以是柔性的，基體材料可以是柔性陶瓷或聚合物。
[0033]圖1A-1C示出(111)取向的立方相單晶P-SiC晶須的掃描電子顯微鏡圖像。一種此類晶須可得自美國馬薩諸塞州瓦德希爾(Ward Hill, Massachusetts)的Alpha Aesar公司?？捎玫统杀竟に噺牡練ば纬蒘iC晶須，其中在高溫下引入碳以與高硅含量的稻殼反應(yīng)。晶須的平均近似直徑為約I U m至約3 ii m,平均近似長度為18 u m。
[0034]SiC晶須是P -相單晶，它們可取向以允許(111)平面(與晶須軸垂直的平面)可用作生長平面。SiC晶須的(111)平面具有與4H或6H SiC的(001)平面基本上相同的晶格常數(shù)，例如可合成生長為梨晶。因此，SiC晶須可基本上為II1-氮化物外延生長提供與4H或6H SiC相同的成核條件，但成本遠(yuǎn)低于4H或6H SiC晶片。在一個實施方式中，SiC晶須的(111)平面由此可為GaN基層(可以是一些類型的半導(dǎo)體二極管的組成層)的外延生長提供結(jié)晶位點。
[0035]根據(jù)一個實施方式為了提供晶須的對齊陣列，可使用具有模板表面的基礎(chǔ)組件(例如，圖2A和圖2B所示的組件21、22)，所述模板表面具有多個基本上對齊的凹槽23、25。凹槽23、25可以是平行凹槽。如圖3所示，晶須28可落到凹槽25中，并且基本上與其它晶須平行地自己對齊。晶須28可作為水溶液施加到組件21、22的表面，然后晶須由此可脫離溶液落到表面上。另選地，可將晶須28撒在表面上，可搖動組件21、22以使晶須落到凹槽23、25中以進行對齊。
[0036]帶凹槽的基礎(chǔ)組件21、22的材料可以是能夠開槽或模制以包含凹槽的任何類型的材料。帶凹槽的組件21、22可以是模制的塑料片、模制的陶瓷或者可被蝕刻以在表面上開槽的任何類型的材料，例如玻璃或硅晶片。預(yù)成形組件的一些示例包括衍射光柵和增亮膜(可類似于圖2B所示的示例)。實施方式中可使用的一種增亮膜是由3M公司制造的Vikuiti?膜，其凹槽間距為24iim (約41凹槽/mm)或50iim (約20凹槽/mm)。所公開的材料旨在僅為示例，可用于提供帶凹槽的組件21、22的材料的類型不限于本文所公開的那些。表面中每毫米的凹槽數(shù)可在約100凹槽/mm至約10凹槽/mm的范圍內(nèi)。在一個實施方式中，每毫米的凹槽數(shù)可為約10凹槽/mm。在一個實施方式中，可存在約20凹槽/mm。在一個實施方式中，可存在約30凹槽/mm。在一個實施方式中，可存在約40凹槽/mm。在一個實施方式中，可存在約50凹槽/mm。在一個實施方式中，可存在約60凹槽/mm。在一個實施方式中，可存在約70凹槽/mm。在一個實施方式中，可存在約80凹槽/mm。在一個實施方式中，可存在約90凹槽/mm。在一個實施方式中，可存在約100凹槽/mm。其它實施方式的凹槽密度的值可介于所列值中的任意兩個值之間，或者為任何其它合適的每毫米凹槽密度。凹槽數(shù)的選擇可取決于晶須陣列的最終期望用途以及所需的晶須數(shù)。
[0037]在一個實施方式中，帶凹槽的組件21A可以是陶瓷，例如氧化鋁、氧化鋯、帶有SiC晶須的氧化鋁或帶有SiC晶須的氧化鋯。在一個實施方式中，如圖4所示，晶須28可懸浮在液體中以形成混合物30。所述液體可以是水或者不影響晶須28的結(jié)構(gòu)完整性的任何其它合適的液體，例如一元醇(例如乙醇或甲醇)或二醇(例如乙二醇)。所述液體還可包含合適的表面活性劑以抑制晶須28的凝聚。表面活性劑的一些示例包括(但不限于)多元羧酸、聚乙烯亞胺、脂肪醇、聚甲醛乙二醇、糖苷烷基醚和烷基硫酸鹽。在一個實施方式中，SiC晶須可完全分散于按體積計含乙醇(25%)、乙二醇(75%)和聚乙烯亞胺(1%)的混合物中。
[0038]可將混合物30沉積在帶凹槽的組件21A的表面上，以覆蓋所述表面并形成第一中間階段34，其中一些晶須28可落到凹槽23中，而其它晶須可與凹槽成一角度擱置并且仍留在凹槽上方。在一個實施方式中，可搖動組件21A以將另外的一些晶須28搖到凹槽23中。可在不會將晶須從凹槽移走的方向(可與凹槽的縱向方向成約45°的角度)上例如用橡膠掃帚拭去未落到凹槽23中的多余液體和晶須28。然后，可允許另外的液體從表面蒸發(fā)，從而形成落在凹槽23內(nèi)的晶須28的第二中間階段36。
[0039]如圖4和圖5所示，一旦晶須28已落到凹槽23、25中，就可通過將晶須困在可傾倒在晶須上以固化并將晶須保持在其中的物質(zhì)中來將晶須固定就位。在液體基本上從表面蒸發(fā)之后，可將保持材料38傾倒在凹槽23和晶須28上。根據(jù)晶須基板46的期望最終用途，保持材料可基本上是能夠進入凹槽23中并固化以將晶須相對于彼此保持在固定的位置的任何類型的材料。在一個實施方式中，材料38可以是電絕緣材料。材料38的一些示例包括(不限于)聚合物、環(huán)氧樹脂和陶瓷，可將所述材料傾倒在晶須上并使其固化以將晶須保持在固化的材料中。聚合物的一些示例可包括聚酰亞胺和聚砜。
[0040]在一個實施方式中，材料38可以是陶瓷粉末或漿料，其可被傾倒在晶須28上以至少部分地包封晶須，從而得到第三中間階段40。然后，可通過處理步驟42使陶瓷硬化，處理步驟42可包括通過使液體組分從漿料蒸發(fā)來使得漿料38能夠干燥。所述干燥可用熱、微波或者能夠提供材料的干燥的其它類似技術(shù)來增強。用基礎(chǔ)組件21A以足以將粉末壓緊并保持在一起的壓力壓縮陶瓷38。這樣的壓力可等于或大于約lOMpa。然后，可對陶瓷進行燒結(jié)以形成晶須28的固體陶瓷基體46。所述燒結(jié)可在多種溫度下進行，例如至少為陶瓷的熔融溫度的約2/3并且低于陶瓷的熔融溫度?？蓤?zhí)行所述燒結(jié)達(dá)足以使陶瓷粘結(jié)在一起的時間周期?；w46可以是顆?；虬舻男问?，并且可以是錠，從其可切割多個基板薄層。
[0041]圖5示出與參照圖4所描述的類似的工藝，但在該實施方式中帶凹槽的組件21B可為能夠移除的模具?？蓪⒕ы?8的混合物30傾倒在表面上并使得晶須落到凹槽23中?？蓪⑻沾蓾{料38或者能夠圍繞晶須28固化的其它材料傾倒在晶須上，以在帶凹槽的基座21B上形成陶瓷和晶須的組合物41。在一個實施方式中，在陶瓷至少部分地干燥并達(dá)到足夠的固化階段之后，可施加壓力和燒結(jié)(如果基礎(chǔ)組件21B能夠抵御燒結(jié)溫度的話)?？蓪⒒A(chǔ)組件21B與形成的嵌入有晶須28的陶瓷層47分離。在一個實施方式中，可在分離之后施加另外的硬化或燒結(jié)。
[0042]在一個實施方式中，漿料38可以是約33.3重量％的氧化鋁粉末、約6.7重量％的PVA粘結(jié)劑、約4.2重量％的甘油增塑劑和約0.8重量％的NH4PMA分散劑在約55.0重量％的水中的水氧化鋁漿料。在另選實施方式中，漿料38可以是約63.53重量％的氧化鋁粉末Cd50 - 0.35 u m)、約4.7重量％的聚乙烯醇縮丁醛粘結(jié)劑、約4.45重量％的鄰苯二甲酸丁芐酯增塑劑和約1.27重量％的鯡魚油分散劑在約26.05重量％的甲苯/乙醇(共沸混合物)中的醇-氧化鋁漿料。
[0043]在另選實施方式中，基體材料38可以是這樣的材料:其能夠在處理過程中支撐晶須28，但隨后可用聚合物代替，從而得到包含晶須的柔性片材。這樣的聚合物片材可用作(例如)諸如TV屏幕的柔性顯示器屏幕。在一個實施方式中，基體材料可以是碳，它將能夠抵御外延生長所需的更高的溫度，但隨后可(例如)通過氧化或其它方法被移除，并可被柔性聚合物代替。
[0044]圖6示出沿圖4中的線V1-VI截取的基板錠46的代表性俯視圖，示出晶須28可被如何對齊并保持在陶瓷基板50中的圖示。示出了三行晶須28，它們可能已落到帶凹槽的基礎(chǔ)組件2IA的凹槽23中。圖7示出在垂直于晶須方向的平面中沿線A-A、B-B和C-C截取的圖6的基板錠46的多個截面圖。如圖6和圖7所示，由于晶須28在分散混合物30 (圖4)中隨機分布并隨機落到凹槽23中，晶須28在陶瓷50中的分布可能也是隨機的，使得在主要如截面C-C中所示的一些區(qū)域中晶須疊置，和/或如截面B-B的上部或截面A-A的中心部分中所示也許根本沒有晶須。
[0045]基板錠46可被處理以便于進一步應(yīng)用。在一個實施方式中，如圖8所示，基板可沿著垂直于晶須方向的平面切割成薄層52。這樣的層可為至少約20 厚。另選地，所述層可為約30iim、或約40iim、或約50iim、或約60iim、或約70iim、或約80iim、或約90 y m、或約100 u m、或介于所列厚度值中任意值之間的任何厚度、或足夠使用基板的任何厚度。頂面53和底面54中的一者或二者可用(例如)金剛石基拋光工具來進行拋光，以使表面光滑并在拋光平面上提供暴露的近似圓形晶須橫截面。表面53、54可類似于圖7中所示的橫截面，并可在表面上暴露大量的微米級晶須橫截面。
[0046]薄層52可用作基板層以在其上形成微電子系統(tǒng)。一些示例性系統(tǒng)可包括LED和LD。圖8示出LED的一般層的截面圖。在SiC晶須嵌入陶瓷中的實施方式中，晶須28垂直于表面53、54的取向暴露了晶須的(111)取向面55,以便于半導(dǎo)體層在其上外延生長。在晶須28導(dǎo)電(SiC晶須)的實施方式中，對齊的晶須可提供穿過基板層52的電流路徑。一旦必要的LED層56和電觸點58、59形成在表面53、54上，則暴露的各個晶須28就可能構(gòu)成潛在的工作LED。圖9中示出了單晶須LED的實施方式。各個LED可具有與晶須28的直徑(對于SiC晶須而言，為約I y m至約3 u m)對應(yīng)的有效工作區(qū)域。底面54中暴露的晶須面55可提供電觸點中的一個。另選地，如圖9所示，可在底面54上設(shè)置底部接觸層62。由于如先前所討論的隨機沉積，一些潛在的電路徑可能未完成，如圖8中的兩個左側(cè)晶須柱60所示。[0047]使用耐火陶瓷作為基板材料50來保持晶須28提供了良好的機械支撐，并允許GaN基LED層的高溫(至少約900°C )外延生長。用于制備LED的GaN基層的一些示例包括(但不限于)GaN、AlGaN, AIN、GaInN, AlGaInN, InN、GalnAsN、GaInPN 或其組合。在一個實施方式中，如圖9所示，LED層可包括GaN墊層64、n型GaN層65、n型AlGaN包層66、由InGaN制成的發(fā)光層67、p型AlGaN包層68和p型GaN接觸層69,各層依次形成在基板層的頂面53上。在另外的實施方式中，根據(jù)所生成的LED的類型，可在基板50上設(shè)置其它類型和布置方式的LED層。也可在基板50上生長或沉積類似類型和布置方式的LD層(包括n型層和P型層)。
[0048]嵌入基板50中的晶須28可提供與LED層的底部的電接觸。頂部和底部接觸層58和62可由金屬或任何其它類型的導(dǎo)電材料(例如，導(dǎo)電聚合物或者鋅或錫氧化物)形成，其一些示例可包括(但不限于)有機改性陶瓷、聚苯胺、Mg/Ag、In、Ag、Pt、Au或其組合。盡管未示出，可在發(fā)光層67附近施加磷光涂層以生成期望的白光。
[0049]生長半導(dǎo)體層的方法可包括各種技術(shù)中的任意一種。一些示例性方法可包括(但不限于)MOCVD (金屬有機化學(xué)氣相沉積)方法、HVPE (氫化物氣相外延)方法或MBE (分子束外延)方法。在一些情況下，MOCVD方法可對層的厚度提供更好的控制，并且提供更可再現(xiàn)的批量生產(chǎn)。
[0050]在MOCVD方法中，氫(H2)或氮(N2)可用作載氣，三甲基鎵(TMG )或三乙基鎵(TEG )可用作Ga源(是III族元素)，三甲基鋁(TMA)或三乙基鋁(TEA)可用作Al源，三甲基銦(TMI)或三乙基銦(TEI)可用作In源，銨(NH3)或肼(N2H4)可用作氮(N)源(是V族元素)。另外，例如，Si基材料(例如，甲硅烷(SiH4)和乙硅烷(Si2H6))和Ge基材料(例如，甲鍺烷(GeH4))可用作n型摻雜物，Mg基材料(例如，雙環(huán)戊二烯基鎂(Cp2Mg)和雙乙基環(huán)戊二烯基鎂(EtCp2Mg))可用作p型摻雜物。
[0051]圖10中示出形成基板的另選方法。在一個實施方式中，具有基本上相同且均勻間隔開的凹槽和對應(yīng)峰頂(類似于早前所述的增亮膜的那些)的材料可用作基礎(chǔ)組件22。在一個實施方式中，凹槽和峰頂限定縱向尺寸，凹槽的基部和峰頂在與縱向尺寸正交的方向上限定約90°的角度。以與先前參照圖4所討論的類似的方式，可將晶須28沉積到基礎(chǔ)組件22的凹槽25中，可將材料38沉積在晶須上以至少部分地環(huán)繞晶須并保持晶須。
[0052]一旦材料38至少部分地固化以形成其中保持有晶須28的第一基板構(gòu)件70，可將第一基板組件與基礎(chǔ)組件22分離。在一個實施方式中，可使用基礎(chǔ)組件22來形成另外的基板構(gòu)件70，其中，各個基板構(gòu)件將具有與其它基板構(gòu)件的表面構(gòu)造基本上互補的表面構(gòu)造。另選地，可使用多個基本上相同的基礎(chǔ)組件22來基本上同時地生成多個基板構(gòu)件70，或者一個基板構(gòu)件可被分成互補的件。然后可將兩個基板構(gòu)件70-1和70-2面對面地設(shè)置，使得交錯的峰頂和凹槽形成基板部分75。
[0053]在一個實施方式中，材料38可以是陶瓷粉末(例如，氧化鋁或氧化鋯，或者其它另選的陶瓷)的漿料。所述漿料可具有例如早前參照圖4和圖5所描述的那些組成。漿料38可流延到基礎(chǔ)組件22上，以形成潤濕的生氧化鋁帶或膜70，術(shù)語“生”是指未燒制/未燒結(jié)的陶瓷。兩個生氧化鋁帶或膜構(gòu)件70-1和70-2可交織并層壓在一起以形成層壓物75。在一個實施方式中，可將晶須大致線性地排列在層壓物75中?？赏ㄟ^施加適當(dāng)?shù)膲毫硎箮?gòu)件70-1和70-2層壓在一起，所述壓力足以將氧化鋁顆粒緊密地包裹在一起并使層粘結(jié)在一起以形成統(tǒng)一的陶瓷結(jié)構(gòu)。此壓力可為至少約lOMpa，并且可為約15Mpa，或著另選地約20Mpa，或著另選地約25Mpa，或著另選地約30MPa，或著另選地約35Mpa，或者介于所列值中的任兩個之間的任何壓力值，或者大于約35Mpa。
[0054]為了大規(guī)模制造，可在流延機上進行流延，流延機具有用于基礎(chǔ)組件22的帶材的進料輥和收卷輥、漿料分配頭干燥通道、以及用于分離的膜70的收卷輥。
[0055]在一個實施方式中，層壓層75從而得到類似于圖4的基板錠46的固化錠。另選地，層壓的層75可用另外的陶瓷粉末77 (在一個實施方式中，可以是氧化鋁或氧化鋯)包封，并可用另外的隨機碳化硅晶須加強，可將組合物壓縮以形成顆粒80，從而形成統(tǒng)一的陶瓷結(jié)構(gòu)。在一個實施方式中，可對顆粒80進行燒結(jié)以使顆粒固化，從而得到基板錠。在一個實施方式中，以具有SiC晶須的氧化鋁作為基體材料，可發(fā)生氧化鋁與SiC晶須中的SiC的部分反應(yīng)，從而形成薄的(10_30nm)莫來石(3Al203_2Si02)粘結(jié)層，這可使復(fù)合材料機械上更強，并且提供足夠的溫度穩(wěn)定性以便于進一步處理，例如切割、拋光以及其上接受另外的沉積。
[0056]另選地，顆粒80可被進一步包封在外部涂層82中，所述外部涂層82可針對水蒸氣和堿金屬鹽提供另外的腐蝕保護。涂層82可為約Imm至約3mm厚，并且所述涂層可為莫來石、硅酸鉺、鋯石或其它類型的陶瓷涂層，并且可通過浸潰或噴涂或者任何其它類型的適當(dāng)施加方法來施加。然后可將最終涂覆的顆粒燒結(jié)以形成基板錠84。
[0057]在一個實施方式中，可通過將顆粒浸潰到濃縮的莫來石懸浮液(45體積％)中來對顆粒進行涂覆，其中聚乙烯亞胺的濃度可為約0.1625mg至約0.175mg PEI/m2莫來石表面?？蓪㈩w粒按照約1.Ws的速率插入，保持浸沒約60s，然后按照約1.4mm/s的速率抽出。然后，可在環(huán)境條件下使涂覆的顆粒干燥，在約600°C下熱處理以燒盡任何有機物，并在約1600°C下燒結(jié)。
[0058]在另一實施方式中，如圖11所示，可將多個層壓的層75-1、75_2和75-3層疊在一起，從而得到具有晶須28的多行陣列的復(fù)合物90。在各種實施方式中，層75-1、75-2和75-3可被壓在一起和/或封裝在另外的陶瓷77中和/或如參照圖10所討論的設(shè)置有保護性外部涂層82。如參照先前圖10的實施方式所討論的，陶瓷粒子可通過燒結(jié)而熔合，以形成最終基板錠100，所述基板錠可呈棒、顆粒的形狀，或者可能如圖12所示呈塊的形狀。
[0059]基板錠100 (或者另選地，圖10的任何其它基板錠75、80或84)可被切片成薄基板層或片材105。根據(jù)期望的后續(xù)使用，如果需要可對片材105的至少一個表面進行拋光。片材105可單獨使用，或者與其它層(105-1 - 105-4)聯(lián)合使用以形成更大的基板片材110，作為用于微電子應(yīng)用的基板材料。如圖13所示在層105中示出沿圖12的線XII1-XIII截取的層105的橫截面。層105可用于以與圖8的層52類似的方式生成LED。在各種實施方式中，與涉及層52 (圖8和圖9)的LED的形成有關(guān)的討論也適用于具有層105的LED的形成。
[0060]圖13示出使用基板層105的示例性LED陣列的橫截面。LED層56 (可為GaN基層)可外延生長在晶須28的暴露面55上，可根據(jù)需要分別施加上電接觸層58和下電接觸層59。
[0061]實例1:碳化硅晶須在氧化鋁中的基板
[0062]參照圖4和圖10給出下面的實例。將約3mg的碳化硅(SiC)晶須28與約IOml的水混合，以形成晶須分散體30，將3滴晶須分散體施加到3M增亮膜22的表面。將膜單獨擱置以使得水蒸發(fā)，并使晶須能夠落到膜的凹槽中并在其中對齊。水基本上在約2小時內(nèi)完全蒸發(fā)。
[0063]根據(jù)下表制備氧化鋁漿料38:
[0064]

百分比
氧化鋁50-70%
魚油1-2%
二甲苯15-20%
變性乙醇15-20%
聚(乙烯醇縮丁醛)，B-98-粘結(jié)劑2-3%
鄰苯二甲酸丁芐酯，S-160-增塑劑1-2%
聚(亞烷基二醇)-增塑劑1-2%
總重 100.00%
[0065]將漿料直接流延到干燥膜上以形成潤濕的生氧化鋁帶70。在室溫條件下將氧化鋁漿料干燥約24小時，以使晶須周圍的氧化鋁硬化，將帶70從膜22上剝離。
[0066]移除兩段帶70-1、70_2，將第一段反轉(zhuǎn)并置于第二段上以使峰頂互相嚙合。將層置于壓機中并用約34Mpa的力壓縮，以使層75層壓。將層壓的帶置于直徑為13_(1/2英寸)的模具中，使得氧化鋁粉末和碳化硅晶須的混合物圍繞帶分布。再次將復(fù)合物置于壓機中并用約34Mpa的力一起壓縮，以形成顆粒80。在環(huán)境空氣中在約1600°C下對所得顆粒進行燒結(jié)約2小時。
[0067]在垂直于晶須的縱向軸線的平面中截取厚度約50 的切片，以得到薄基板層，所述基板層具有在頂面和底面之間延伸的晶須對齊陣列(圖8中的層52)。
[0068]實例2:晶須基板上的發(fā)光二極管陣列
[0069]將利用通過實例I的方法生成的薄基板層構(gòu)造LED陣列。將基板層置于外延生長設(shè)備中涂覆有SiC的石墨夾具上，將在生長設(shè)備中在氫氣流下使基板的溫度升高至1，IOO0C,以去除任何氧化。將使基板溫度降低至600°C，并且將夾帶TMG的氫氣(20sCCm)(通過將氫氣鼓泡通入三甲基鎵(TMG-1II族元素源)中而獲得)和NH3 (氮源)(4slm)供應(yīng)到生長設(shè)備中達(dá)10分鐘。隨后，III族元素源的供應(yīng)將停止，將基板溫度升高至900°C，然后熱處理五分鐘，從而形成GaN緩沖層。如本文所用，術(shù)語“seem”是指厘米3/分鐘，術(shù)語“slm”是指升/分鐘，其中各體積被轉(zhuǎn)換為體積歸一狀態(tài)。
[0070]隨后，將基板溫度升高至1，100°C，并且將夾帶TMG的氫氣(20SCCm)(通過將氫氣鼓泡通入TMG (III族元素源)中而獲得)和NH3 (氮源)(4slm)供應(yīng)到生長設(shè)備中，由此生長GaN單晶層(厚度:4i!m)，從而得到III族氮化物半導(dǎo)體層。
[0071]為了生成發(fā)射約460nm的波長的LED，在GaN單晶的生長之后，使用31114充當(dāng)摻雜物將由摻雜硅的GaN層(載體濃度:1 X IO1Vcm3)形成的n型層層壓。隨后，將基板溫度降低至750 C，將依次層壓由五個層單兀(各包括Ina 16Ga0,84N層(厚度:3nm)和GaN層(厚度:7nm?形成的MQW發(fā)光層。隨后，將基板溫度再次升高，將層壓由摻雜鎂的GaN層形成的p型層(厚度:100nm)。然后，將在基板的底面上沉積Mg/Ag的電接觸層(厚度10nm)，將在頂部LED層上沉積NiO/Au的頂部半透明電極層(厚度7nm)。
[0072]本公開不限于所述特定系統(tǒng)、裝置和方法，因此這些是可變化的。說明書中所使用的術(shù)語僅是為了描述特定版本或?qū)嵤┓绞?，而非旨在限制范圍?br> [0073]在上面的【具體實施方式】中參照了形成其一部分的附圖。在附圖中，除非上下文另外指明，否則類似的標(biāo)號通常指代類似的組件?！揪唧w實施方式】、附圖和權(quán)利要求中所描述的示意性實施方式并非旨在限制。在不脫離本文所呈現(xiàn)的主題的精神或范圍的情況下，可使用其它實施方式，可進行其它改變。將容易地理解，本文概括描述并且在圖中示出的本公開的方面可按照各種各樣不同的構(gòu)型布置、置換、組合、分離和設(shè)計，其全部是本文中明確可以想到的。
[0074]本公開不限于此申請中所描述的特定實施方式，所述實施方式旨在作為各個方面的說明。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將明顯的是，在不脫離其精神和范圍的情況下，可進行許多修改和變化。除了本文列舉的那些之外，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，在本公開的范圍內(nèi)的功能上等同的方法和設(shè)備將從上面的描述而變得明顯。這樣的修改和變化旨在落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。僅由所附權(quán)利要求的條款連同這些權(quán)利要求所保護的等價物的全部范圍來限定本公開。應(yīng)當(dāng)理解，本公開不限于特定的方法、系統(tǒng)或組件，其當(dāng)然可以變化。還應(yīng)理解，本文使用的術(shù)語僅為了描述特定的實施方式，并非旨在進行限制。
[0075]如此文獻(xiàn)中所用，除非上下文明確地另外指明，否則單數(shù)形式“一個”、“一種”和“該”包括多數(shù)形式。除非另外限定，否則本文所用的所有科技術(shù)語具有與本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通常理解的含義相同的含義。此公開中的任何內(nèi)容均不應(yīng)解釋為承認(rèn)此公開中描述的實施方式不能因為是在先發(fā)明而先于這些公開。如此文獻(xiàn)中所用，術(shù)語“包括”表示“包含(但不限于)”。
[0076]盡管各種組合物、方法和裝置以“包括”各種組件或步驟(被解釋為表示“包含(但不限于)”)的方式描述，所述組合物、方法和裝置也可“基本上由”或“由”所述各種組件和步驟“組成”，這樣的術(shù)語應(yīng)該被解釋為限定基本上閉合的成員組。
[0077]針對在本文中基本上任何復(fù)數(shù)和/或單數(shù)術(shù)語的使用，本【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員可以從復(fù)數(shù)轉(zhuǎn)化為單數(shù)和/或從單數(shù)轉(zhuǎn)化為復(fù)數(shù)以適合于上下文和/或應(yīng)用。為了清楚起見，可以在此明確地闡述各種單數(shù)/復(fù)數(shù)的置換。
[0078]本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，一般來說，本文所使用的措詞，特別是在所附權(quán)利要求(例如，所附權(quán)利要求的主體)中使用的措詞，通常旨在是“開放式”措詞(例如，措詞“包括”應(yīng)被理解為“包含但不限于”，措詞“具有”應(yīng)被理解為“至少具有”，措詞“包括”應(yīng)被理解為“包含但不限于”等)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將進一步理解的是，如果所引入的權(quán)利要求記載中的特定的數(shù)目是有意圖的，則這樣的意圖將在權(quán)利要求中明確地記載，并且在沒有這樣的記載時，不存在這樣的意圖。例如，作為對理解的輔助，下面所附的權(quán)利要求可以包含對“至少一個”和“一個或更多個”的引入性用語的使用，以引入權(quán)利要求記載。然而，即使當(dāng)相同的權(quán)利要求包括引入性用語“一個或更多個”或者“至少一個”以及諸如“一”或“一個”的不定冠詞(例如，“一”和/或“一個”應(yīng)被解釋為表示“至少一個”或“一個或更多個”)時，使用這樣的用語也不應(yīng)被解釋為暗示由不定冠詞“一”或“一個”所引入的權(quán)利要求記載將包含這種所引入的權(quán)利要求記載的任何特定的權(quán)利要求限制到僅包含一個這樣的記載的實施方式；對于使用用于引入權(quán)利要求記載的定冠詞來說也是如此。另外，即使明確地記載了所引入的權(quán)利要求記載的特定數(shù)目，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，這樣的記載也應(yīng)該被理解為至少表示所記載的數(shù)目(例如，在沒有其它修飾的情況下，“兩個記載”的無修飾的記載表示至少兩個記載或者兩個或更多個記載)。此外，在使用與“A、B和C中的至少一個等”類似的常規(guī)表述的情況下，一般來說，這種結(jié)構(gòu)旨在表示本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的該常規(guī)表述的含義(例如，“具有A、B和C中的至少一個的系統(tǒng)”將包括但不限于僅具有A的系統(tǒng)、僅具有B的系統(tǒng)、僅具有C的系統(tǒng)、具有A和B的系統(tǒng)、具有A和C的系統(tǒng)、具有B和C的系統(tǒng)和/或具有A、B和C的系統(tǒng)等)。在使用與“A、B或C中的至少一個等”類似的常規(guī)表述的情況下，一般來說，這種結(jié)構(gòu)旨在表示本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的該常規(guī)表述的含義(例如，“具有A、B或C中的至少一個的系統(tǒng)”將包括但不限于僅具有A的系統(tǒng)、僅具有B的系統(tǒng)、僅具有C的系統(tǒng)、具有A和B的系統(tǒng)、具有A和C的系統(tǒng)、具有B和C的系統(tǒng)和/或具有A、B和C的系統(tǒng)等)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將進一步理解的是，示出兩個或更多個替代性措詞的幾乎任何轉(zhuǎn)折詞和/或短語，無論是在說明書、權(quán)利要求或附圖中，都應(yīng)被理解為考慮可能包括措詞中的一個、措詞中任一個或全部措詞。例如，短語“A或B”將被理解為可能包括“A”或“B”或“A和B”。
[0079]此外，當(dāng)本公開的特征或方面被描述為馬庫什組合的措辭時，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，本公開因此還可按照該馬庫什組合中任意獨立構(gòu)件或構(gòu)件的子組合來描述。
[0080]如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，針對任何目的及全部目的，例如以提供撰寫的說明書的形式，本文所公開的全部范圍還包括任何及全部可能的子范圍及其子范圍的組合。所列出的任何范圍可以容易地被理解為充分地描述和實現(xiàn)了被劃分為至少相等的兩等份、三等份、四等份、五等份、十等份等的相同范圍。作為非限制性示例，本文討論的每個范圍可容易地劃分為前三分之一、中間三分之一和后三分之一等。如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，例如“達(dá)到”、“至少”、“大于”、“小于”等這樣的所有語言，包括所記載的數(shù)目，并指代上述隨后可劃分成子范圍的范圍。最后，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的，范圍包括各個單獨構(gòu)件。因此，例如，具有I至3個元素的組指代具有I個、2個或3個元素的組。類似地,具有I至5個元素的組指代具有I個、2個、3個、4個或5個元素的組，以此類推。
[0081]上述和其它各種特征和功能或其替代形式可組合成許多其它不同的系統(tǒng)或應(yīng)用。本領(lǐng)域技術(shù)人員隨后可對其進行各種目前未預(yù)見或未預(yù)料到的替代、修改、變化或改進，其各自也旨在被所公開的實施方式涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種基板，該基板包括: 基體材料；以及 多個間隔開且基本上平行的導(dǎo)電晶須組件，所述晶須組件嵌入在所述基體材料中并在所述基板的第一表面與所述基板的相對的第二表面之間縱向延伸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基板，其中，所述晶須組件包括至少一個導(dǎo)電單晶晶須。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基板，其中，所述晶須組件包括至少一個單晶碳化硅晶須。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基板，其中，所述晶須組件包括至少一個單晶硅晶須。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基板，其中，所述晶須組件包括至少一個單晶氧化鋁晶須。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基板，其中，所述晶須組件的橫截面直徑為大約I微米至大約3微米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基板，其中，晶須組件在所述基板的所述第一表面處具有暴露的第一端面，并且所述第一端面具有(111)晶向橫截面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基板，其中，各個所述晶須組件包括被設(shè)置為與其它晶須至少部分地接觸的多個單晶碳化硅晶須，以從所述第一表面延伸到所述第二表面并提供從所述第一表面延伸到所述第二表面的電路徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基板,其中,所述基體材料包括溫度穩(wěn)定性大于大約1000°C并且在大約1000°c下蒸氣壓小于大約Imm Hg的耐火材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基板,其中,所述基體材料包括燒結(jié)陶瓷材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基板，其中，所述基體材料包括氧化鋁、氧化鋁和碳化硅晶須、氧化鋁和硅晶須、氧化鋯和碳化硅晶須、以及氧化鋯和硅晶須中的至少一項的燒結(jié)陶瓷。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基板，其中，所述基體材料包括聚合物。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基板，其中，所述聚合物包括聚酰亞胺和聚砜中的至少一個。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基板，其中，所述第一表面被拋光以暴露所述晶須組件的(111)晶向橫截面，以用于其上的外延晶體生長。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基板，其中， 所述晶須組件包括橫截面直徑為大約I微米至大約3微米的至少一個單晶碳化硅晶須； 所述基體材料包括氧化鋁的燒結(jié)陶瓷；并且 所述晶須組件在所述基板的所述第一表面處具有暴露的第一端面，并且該第一端面具有碳化娃的(111)取向橫截面。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的基板，其中，所述基板的所述第一表面適合于在其上形成發(fā)光二極管(LED)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基板，其中，所述基板的所述第一表面和第二表面中的至少一個適合于在其上形成發(fā)光二極管(LED)。
18.—種生成半導(dǎo)體二極管陣列的方法，該方法包括以下步驟: 為所述二極管形成基板，形成基板的步驟包括: 在基體材料中形成多個間隔開且基本上平行的導(dǎo)電晶須組件的基體，并且所述晶須組件在所述基體的第一表面與所述基體的相對的第二表面之間縱向延伸，并具有在所述第一表面中暴露的第一端面以及在所述第二表面中暴露的第二端面；以及 對至少所述基體的所述第一表面進行拋光，以提供所述晶須組件的拋光的第一端面，以用于在基體的所述第一表面上的晶體生長； 在所述第一表面上與所述晶須組件的暴露的第一端面外延地生長至少一個半導(dǎo)體層； 在所述半導(dǎo)體層上沉積第一電接觸層，以用于提供與所述半導(dǎo)體層的第一電接觸；以及 在所述基體的所述第二表面上沉積第二電接觸層，該第二電接觸層與所述晶須組件的所述第二端面接觸，以用于經(jīng)由基本上平行的晶須組件提供與所述半導(dǎo)體層的第二電接觸。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述導(dǎo)電晶須組件包括硅和碳化硅中的至少一個。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述基體材料包括電絕緣材料，以用于將所述晶須組件彼此電絕緣。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述半導(dǎo)體包括II1-氮化物半導(dǎo)體。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述半導(dǎo)體包括GaN、AlGaN,AIN、GaInN,AlGaInN, InN、GaInAsN 和 GaInPN 中的至少一個。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述半導(dǎo)體包括GaN。
24.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述拋光步驟包括以下步驟:暴露所述晶須組件的所述第一端面的(111)晶向橫截面。
25.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述形成基板的步驟包括以下步驟: 在表面中提供多個基本上平行的凹槽； 形成碳化硅晶須的液體懸浮液； 將所述晶須的液體懸浮液置于帶凹槽的表面上，并使得所述晶須落到所述凹槽中并在所述凹槽中自己對齊，以形成基本上平行的碳化硅晶須組件，各個晶須組件包括至少一個碳化娃晶須；以及 將陶瓷漿料傾倒在落下的晶須上，并使得所述漿料干燥以將所述晶須保持在陶瓷材料中。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，在表面中提供多個平行的凹槽的步驟包括以下步驟:在所述表面中按照大約20凹槽/mm至大約200凹槽/mm形成平行的凹槽。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，所述凹槽具有基部以及介于凹槽之間的對應(yīng)居間峰頂，所述凹槽和峰頂限定縱向尺寸，所述凹槽的所述基部和所述峰頂這二者在與所述縱向尺寸正交的方向上限定大約90°的角度。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，在表面中提供多個平行的凹槽的步驟包括以下步驟:獲得具有按照大約40凹槽/mm至大約200凹槽/mm蝕刻的平行凹槽的材料。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中，所述凹槽具有基部以及介于凹槽之間的對應(yīng)居間峰頂，所述凹槽和峰頂限定縱向尺寸，所述凹槽的所述基部和所述峰頂這二者在與所述縱向尺寸正交的方向上限定大約90°的角度。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中，具有平行凹槽的所述材料包括增亮膜和衍射光柵中的至少一個。
31.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中，所述陶瓷漿料填充在所述凹槽中并形成與所述凹槽對應(yīng)的峰頂，并且所述方法還包括以下步驟: 在使得所述漿料干燥之后，將干燥的漿料從所述表面移除，以形成表面上具有嵌入在峰頂中的晶須的第一陶瓷膜； 按照與所述第一陶瓷膜相同的方式形成第二陶瓷膜； 將所述第一陶瓷膜和第二陶瓷膜彼此接觸地設(shè)置，并且所述第一陶瓷膜的峰頂基本上設(shè)置在所述第二陶瓷膜的峰頂之間；以及 對所述第一陶瓷膜和第二陶瓷膜施加壓力，以將所述層層壓在一起，并且所述晶須組件呈大致線性陣列。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，該方法還包括以下步驟: 將層壓層封裝在另外的陶瓷材料中，以形成大致棒狀組件，并且所述晶須縱向地設(shè)置在所述大致棒狀組件中； 對所述大致棒狀組件施加壓力，以形成統(tǒng)一的陶瓷結(jié)構(gòu)；以及 進行燒結(jié)，以形成具有晶須組件的大致線性陣列的大致棒狀陶瓷基板。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中， 施加壓力的步驟包括以下步 驟:施加至少大約IOMpa的壓力；并且燒結(jié)步驟包括以下步驟:在低于陶瓷的熔融溫度并且至少為所述熔融溫度的大約2/3的溫度下燒結(jié)達(dá)足以使陶瓷粘結(jié)在一起的時間周期。
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，該方法還包括以下步驟:將所述棒狀陶瓷基板切割成足夠為半導(dǎo)體二極管提供基板的長度。
35.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，該方法還包括以下步驟: 形成另外單元的層壓層； 將多個單元的層壓層按照彼此縱向?qū)R的方式層疊在一起，以形成大致線性陣列的晶須組件行； 將層疊的層壓層封裝在另外的陶瓷材料中，以形成大致棒狀組件，并且所述晶須縱向地設(shè)置在所述大致棒狀組件中； 對所述大致棒狀組件施加壓力，以形成具有大致線性陣列的晶須組件行的統(tǒng)一的陶瓷結(jié)構(gòu)；以及 進行燒結(jié)，以形成大致棒狀陶瓷基板。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，該方法還包括以下步驟:將所述棒狀陶瓷基板切割成基板片材。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，該方法還包括以下步驟: 在所述基板片材上生長至少一個II1-氮化物半導(dǎo)體層； 在所述II1-氮化物層上沉積所述第一電接觸層；以及 在所述基板片材的所述第二表面上沉積所述第二電接觸層，以形成LED片材。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中，生長至少一個II1-氮化物半導(dǎo)體層的步驟還包括生長足以提供工作LED的以下層:II1-氮化物層、n摻雜II1-氮化物層、p摻雜II1-氮化物層、量子阱層、發(fā)光層、包層及以上各層的組合。
39.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，生長至少一個半導(dǎo)體層的步驟還包括生長足以提供工作LED的以下層:111-氮化物層、n摻雜II1-氮化物層、p摻雜II1-氮化物層、量子阱層、發(fā)光層、包層及以上各層的組合。
40.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中， 沉積所述第一電接觸層的步驟包括以下步驟:在所述半導(dǎo)體層上沉積至少一種金屬的層；并且 沉積所述第二電接觸層的步驟包括以下步驟:在所述基體的所述第二表面上沉積至少一種金屬的層。
41.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中， 沉積所述第一電接觸層的步驟包括以下步驟:在所述半導(dǎo)體層上沉積Mg/Ag、In、Ag和Au中的至少一個的層；并且 沉積所述第二電接觸層的步驟包括以下步驟:在所述基體的所述第二表面上沉積Mg/Ag、In、Ag和Au中的至少一個的層。
42.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中， 沉積所述第一電接觸層的步驟包括以下步驟:在所述半導(dǎo)體層上沉積至少一種導(dǎo)電聚合物的層；并且 沉積所述第二電接觸層的步驟包括以下步驟:在所述基體的所述第二表面上沉積至少一種導(dǎo)電聚合物的層。
43.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中， 沉積所述第一電接觸層的步驟包括以下步驟:在所述半導(dǎo)體層上沉積有機改性陶瓷和聚苯胺中的至少一個的層；并且 沉積所述第二電接觸層的步驟包括以下步驟:在所述基體的所述第二表面上沉積有機改性陶瓷和聚苯胺中的至少一個的層。
44.一種基板,其中， 所述基板包括多個間隔開且基本上平行的導(dǎo)電晶須組件的基體，所述晶須組件在所述基板的第一表面與所述基板的相對的第二表面之間縱向延伸；并且所述基板通過包括以下步驟的方法生成: 在基體材料中形成所述多個間隔開且基本上平行的晶須組件的所述基體；以及 使所述基體材料固化，以形成所述基板。
45.通過權(quán)利要求44所述的工藝制備的基板，其中，形成所述基體的步驟包括以下步驟: 提供包括多個基本上對齊的凹槽的模板表面； 將所述晶須置于所述凹槽中，以使所述晶須對齊并形成基本上平行的晶須組件，各個晶須組件包括至少一個晶須；以及 將所述電絕緣材料的漿料流延在所述晶須上，以將所述晶須轉(zhuǎn)印到所述電絕緣材料中。
46.通過權(quán)利要求45所述的工藝制備的基板，其中，所述凹槽具有基部以及介于所述凹槽之間的對應(yīng)居間峰頂，所述凹槽和峰頂限定縱向尺寸，所述凹槽的所述基部和所述峰頂這二者在與所述縱向尺寸正交的方向上限定大約90°的角度。
47.通過權(quán)利要求45所述的工藝制備的基板，其中，包括所述多個基本上對齊的凹槽的所述模板表面包括增亮膜和衍射光柵中的至少一個。
48.通過權(quán)利要求44所述的工藝制備的基板，其中，形成所述基體的步驟包括以下步驟: 提供包括多個基本上對齊的凹槽的模板表面； 形成晶須的液體懸浮液； 將所述晶須的液體懸浮液置于帶凹槽的表面上，并使得所述晶須落到所述凹槽中并在所述凹槽中自己對齊，以形成基本上平行的晶須組件，各個晶須組件包括至少一個晶須；以及 將電絕緣材料的漿料傾倒在落下的晶須上，并使得所述漿料干燥以將所述晶須保持在所述電絕緣材料中。
49.通過權(quán)利要求48所述的工藝制備的基板，其中，提供包括多個基本上對齊的凹槽的模板表面的步驟包括以下步驟:在所述表面中按照大約20凹槽/mm至大約200凹槽/mm提供平行凹槽。
50.通過權(quán)利要求48所述的工藝制備的基板，其中， 所述基體材料包括陶瓷； 固化步驟包括以下步驟:對 所述陶瓷進行燒結(jié)；并且 所述方法還包括以下步驟:對所述第一表面和所述第二表面中的至少一個進行拋光，以提供適合于在其上形成發(fā)光二極管(LED)的至少一個拋光表面。
51.通過權(quán)利要求44所述的工藝制備的基板，其中，所述晶須組件包括至少一個碳化硅晶須，并且所述基體材料包括氧化鋁和另外的碳化硅晶須。
52.通過權(quán)利要求44所述的工藝制備的基板，其中，所述基板是柔性的，并且所述基體材料包括聚合物。
53.通過權(quán)利要求44所述的工藝制備的基板，其中，所述基板是柔性的，并且所述基體材料包括柔性陶瓷。
54.通過權(quán)利要求44所述的工藝制備的基板，其中，所述基板的所述第一表面和第二表面中的至少一個適合于在其上形成發(fā)光二極管(LED)。
55.一種生成用于微電子系統(tǒng)的基板的方法，該方法包括以下步驟: 形成耐火基體，該耐火基體包括耐火材料中的多個間隔開且基本上平行的導(dǎo)電晶須組件，其中，所述晶須組件在所述材料的第一表面與所述材料的相對的第二表面之間縱向延伸，并具有在所述第一表面中暴露的第一端面以及在所述第二表面中暴露的第二端面；以及 對所述耐火材料進行燒結(jié)，以將所述晶須組件固定在所述耐火材料中。
56.根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，該方法還包括以下步驟:制備所述基板的所述第一表面和第二表面中的至少一個，以便適合于在制備的至少一個表面上建立微電子系統(tǒng)。
57.根據(jù)權(quán)利要求56所述的方法，其中，所述晶須組件包括碳化硅晶須，并且所述制備步驟包括以下步驟:對所述耐火基體的至少所述第一表面進行拋光，以提供所述碳化硅晶須的所述第一端面的(111)晶向橫截面。
58.根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其中，所述形成步驟包括以下步驟: 提供包括多個基本上對齊的凹槽的模板表面； 將導(dǎo)電晶須設(shè)置在所述凹槽中，以使所述晶須對齊并形成基本上平行的晶須組件，各個晶須組件包括至少一個導(dǎo)電晶須；以及 將耐火材料的漿料流延在所述晶須上，以將所述晶須轉(zhuǎn)印到所述耐火材料中。
59.根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其中，所述形成步驟包括以下步驟: 提供包括多個基本上對齊的凹槽的模板表面； 形成碳化硅晶須的液體懸浮液； 將所述晶須的液體懸浮液置于帶凹槽的表面上，并使得所述晶須落到所述凹槽中并在所述凹槽中自己對齊，以形成基本上平行的碳化硅晶須組件，各個晶須組件包括至少一個碳化娃晶須；以及 將耐火材料的漿料傾倒在落下的晶須上，并使得所述漿料干燥，以將所述晶須保持在所述耐火材料中。
60.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其中，提供包括多個基本上對齊的凹槽的模板表面的步驟包括以下步驟:在所述表面中按照大約20凹槽/mm至大約200凹槽/mm形成平行凹槽。
61.根據(jù)權(quán)利要求60所述的方法，其中，所述凹槽具有基部以及介于凹槽之間的對應(yīng)居間峰頂，所述凹槽和峰頂限定縱向尺寸，所述凹槽的所述基部和所述峰頂這二者在與所述縱向尺寸正交的方向上限定大約90°的角度。
62.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其中，提供包括多個基本上對齊的凹槽的模板表面的步驟包括以下步驟:提供具有按照大約20凹槽/mm至大約200凹槽/mm蝕刻的平行凹槽的材料。
63.根據(jù)權(quán)利要求62所述的方法，其中，所述凹槽具有基部以及介于凹槽之間的對應(yīng)居間峰頂，所述凹槽和峰頂限定縱向尺寸，所述凹槽的所述基部和所述峰頂這二者在與所述縱向尺寸正交的方向上限定大約90°的角度。
64.根據(jù)權(quán)利要求62所述的方法，其中，具有平行凹槽的所述材料包括增亮膜和衍射光柵中的至少一個。
65.根據(jù)權(quán)利要求59所述的方法，其中，所述漿料填充在所述凹槽中并形成與所述凹槽對應(yīng)的峰頂，并且所述方法還包括以下步驟: 在使得所述漿料干燥之后，將干燥的漿料從所述表面移除，以形成表面上具有嵌入在峰頂中的晶須的第一膜； 按照與所述第一膜相同的方式形成第二膜； 將所述第一膜和第二膜彼此接觸地設(shè)置，并且所述第一膜的峰頂基本上設(shè)置在所述第二膜的峰頂之間；以及 對所述第一膜和第二膜施加壓力，以使所述層層壓在一起。
66.根據(jù)權(quán)利要求65所述的方法，該方`法還包括以下步驟: 將層壓層封裝在另外的耐火材料中，以形成大致棒狀組件，并且所述晶須縱向地設(shè)置在所述大致棒狀組件中； 對所述大致棒狀組件施加壓力，以形成統(tǒng)一的耐火結(jié)構(gòu)；以及對所述統(tǒng)一的耐火結(jié)構(gòu)進行燒結(jié)，以形成大致棒狀耐火基板。
67.根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中， 施加壓力的步驟包括以下步驟:施加至少大約IOMpa的壓力；并且 燒結(jié)步驟包括以下步驟:在低于所述耐火材料的熔融溫度并且至少為所述熔融溫度的大約2/3的溫度下燒結(jié)達(dá)足以使所述耐火材料粘結(jié)在一起的時間周期。
68.根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中，所述微電子系統(tǒng)包括LED，并且所述方法還包括以下步驟: 將所述棒狀耐火基板切割成層，以形成用于LED的基板；以及 對至少所述第一表面進行拋光，以便于LED半導(dǎo)體層在其上的外延晶體生長。
69.根據(jù)權(quán)利要求5 5所述的方法，其中，所述耐火材料包括溫度穩(wěn)定性大于大約1000°C的可燒結(jié)陶瓷。
70.根據(jù)權(quán)利要求69所述的方法，其中，所述陶瓷包括氧化鋁、二氧化硅、氧化鋯、莫來石和氮化硼中的至少一個。
71.根據(jù)權(quán)利要求69所述的方法，其中，所述陶瓷包括氧化鋁和碳化硅晶須。
72.根據(jù)權(quán)利要求55所述的方法，其中，所述導(dǎo)電晶須的直徑介于大約Iym至大約3 μ m之間，并且平均長度為大約18iim。
73.一種半導(dǎo)體二極管陣列，該陣列包括: 至少一個第一晶須組件，其包括導(dǎo)電材料； 至少一個第二晶須組件，其包括導(dǎo)電材料，并且被設(shè)置為與所述第一晶須組件間隔開且基本上平行于所述第一晶須組件； 各個晶須組件具有第一端面、第二端面以及從所述第一端面延伸到所述第二端面的縱向尺寸； 電絕緣材料，其設(shè)置在所述第一晶須組件和所述第二晶須組件之間并保持所述第一晶須組件和所述第二晶須組件，并且封裝所述晶須組件的至少一部分，所述電絕緣材料具有第一表面以及與所述第一表面相對的第二表面，并且所述晶須組件的所述第一端面在所述第一表面中暴露，所述晶須組件的所述第二端面在所述第二表面中暴露；以及 電致發(fā)光材料，其設(shè)置在所述第一端面上。
74.根據(jù)權(quán)利要求73所述的陣列，其中，所述電致發(fā)光材料包括半導(dǎo)體。
75.根據(jù)權(quán)利要求73所述的陣列，其中，所述電致發(fā)光材料所述II1-氮化物半導(dǎo)體。
76.根據(jù)權(quán)利要求73所述的陣列，其中，所述電致發(fā)光材料包括GaN、AlGaN,A1N、GaInN, AlGaInN, InN、GaInAsN 和 GaInPN 中的至少一個。
77.根據(jù)權(quán)利要求76所述的陣列，其中， 所述至少一個第一晶須組件和所述至少一個第二晶須組件各自包括至少一個碳化硅晶須；并且 所述電致發(fā)光材料包括在所述碳化硅晶須的所述第一端面上外延生長的晶體。
78.根據(jù)權(quán)利要求73所述的陣列，其中，所述至少一個第一晶須組件和所述至少一個第二晶須組件各自包括所述導(dǎo)電材料的至少一個晶須。
79.根據(jù)權(quán)利要求78所述的陣列，其中，所述晶須的直徑為大約Iym至大約3pm。
80.根據(jù)權(quán)利要求73所述的陣列，其中，所述導(dǎo)電材料包括碳化硅。
81.根據(jù)權(quán)利要求73所述的陣列，其中，所述至少一個第一晶須組件和所述至少一個第二晶須組件各自包括至少一個碳化硅晶須。
82.根據(jù)權(quán)利要求81所述的陣列，其中，所述碳化硅晶須的直徑為大約Iym至大約3 u m0
83.根據(jù)權(quán)利要求73所述的陣列，其中，至少一個第一晶須組件中的每一個和至少一個第二晶須組件中的每一個包括被設(shè)置為與其它晶須至少部分地接觸的多個晶須，以形成從所述第一表面到所述第二表面的導(dǎo)電路徑。
84.根據(jù)權(quán)利要求83所述的陣列，其中，所述導(dǎo)電材料包括碳化硅。
85.根據(jù)權(quán)利要求73所述的陣列，其中，所述電絕緣材料包括燒結(jié)陶瓷材料。
86.根據(jù)權(quán)利要求73所述的陣列，其中，所述電絕緣材料包括氧化鋁和碳化硅晶須的燒結(jié)陶瓷。
87.根據(jù)權(quán)利要求73所述的陣列，該陣列還包括: 第一電觸點，其與所述電致發(fā)光材料接觸，以用于提供與所述電致發(fā)光材料的第一電連接；以及 第二電觸點，其與所述晶須組件的所述第二端面接觸，以用于經(jīng)由所述晶須組件提供與所述電致發(fā)光材料的第二電連接。
88.根據(jù)權(quán)利要求87所 述的陣列，其中，所述第一電觸點包括設(shè)置在所述第一表面上的導(dǎo)電材料層，并且所述第二電觸點包括設(shè)置在所述第二表面上的導(dǎo)電材料層。
89.根據(jù)權(quán)利要求88所述的陣列，其中，所述導(dǎo)電材料包括金屬、導(dǎo)電聚合物、氧化鋅和氧化錫中的至少一個。
90.根據(jù)權(quán)利要求88所述的陣列，其中，所述導(dǎo)電材料包括有機改性陶瓷、聚苯胺、Mg/Ag、In、Ag、Pt或Au中的至少一個。
91.一種半導(dǎo)體二極管片材,該片材包括: 多個碳化硅晶須組件，其彼此間隔開并且在基板中基本上平行地對齊，其中， 所述基板包括基體材料； 所述基板片材具有第一表面以及與所述第一表面相對的第二表面； 所述晶須組件具有位于所述基板片材的所述第一表面中的第一端面以及位于所述基板片材的所述第二表面中的第二端面； II1-氮化物半導(dǎo)體二極管層，其與所述第一端面外延地設(shè)置在所述第一表面上； 第一電接觸層，其在所述II1-氮化物層上，以用于提供與所述II1-氮化物層的第一電接觸；以及 第二電接觸層，其在所述基板片材的所述第二表面上，與所述晶須的所述第二端面接觸，以用于經(jīng)由所述晶須組件提供與所述II1-氮化物層的第二電接觸。
92.根據(jù)權(quán)利要求91所述的片材，其中，所述片材是柔性的，并且所述基板包括柔性材料。
93.根據(jù)權(quán)利要求91所述的片材，其中，所述基板包括絕緣陶瓷。
94.根據(jù)權(quán)利要求91所述的片材，其中，所述片材是柔性的，并且所述基板包括柔性陶瓷片材。
95.根據(jù)權(quán)利要求91所述的片材，其中，所述II1-氮化物半導(dǎo)體包括GaN ； 所述基板包括氧化鋁和碳化硅晶須；并且 所述第一電接觸層和所述第二電接觸層各自包括金屬和導(dǎo)電聚合物中的至少一個。
96.根據(jù)權(quán)利要求91所述的片材，其中， 所述半導(dǎo)體二極管包括發(fā)光二極管(LED)； 所述基體材料包括氧化鋁的燒結(jié)陶瓷； 各個晶須組件包括橫截面直徑為大約I微米至大約3微米的至少一個單晶碳化硅晶須；并且 各個晶須組件在所述基板的所述第一表面處包括至少一個暴露的第一端面，并且所述暴露的第一端面具有碳化硅的(111)取向橫截面。
97.根據(jù)權(quán)利要求96所述的片材，其中，各個晶須組件包括被設(shè)置為與其它晶須至少部分地接觸的多個單晶碳化硅晶須，以從所述第一表面延伸到所述第二表面并提供從所述片材的所述第一表面延伸到所述片`材的所述第二表面的電路徑。
【文檔編號】H01L23/535GK103503134SQ201280021206
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2012年5月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月17日
【發(fā)明者】A·基泰, 沈華翔 申請人:麥克馬斯特大學(xué)