发光二极管和基板的制作方法

发光二极管和基板的制作方法
【专利摘要】薄层基板具有多个微米级导电晶须组件，所述晶须组件平行排列并且从基板的一个表面延伸到另一表面，以提供穿过基板的导电路径。这种基板可用于微米级LED。
【专利说明】发光二极管和基板
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2011年5月17日提交的、标题为“MICRON SIZED LEDS SUPPORTED BYALUMINA CERAMICS”的美国临时专利申请N0.61/486，997的优先权，其内容以引用方式并入本文。
【背景技术】
[0003]发光二极管或LED正以越来越多样的方式被使用，并且LED的尺寸变得越来越小，以在更小的空间内容纳更多的二极管。二极管是最简单的一种半导体器件，它包括与富空穴(P型)材料电接触地布置的富电子(N型)材料。当电流流过二极管时，负电子向一个方向移动，而正空穴向相反方向移动。当电子遇到并“落入”空穴中时，它失去能量，能量作为光子发射。与常规白炽灯泡相比，LED每瓦特输出更多流明的光，并且一些LED可具有50，000小时或更长的寿命。
[0004]氮化物半导体是一种可取的半导体材料体系，其用于在绿-蓝-紫外光谱中操作的发光器件。目前，在蓝宝石基板上生长的氮化物半导体结构用于传统蓝色LED、绿色LED、紫外(UV)LED和蓝色激光二极管(LD)器件。这些器件可用在包括全色显示器、交通信号灯、图像扫描仪、固态照明和高密度光学存储盘的各种应用中。然而，氮化物半导体生成大块单晶很困难且成本高。因此，常常使用异质外延技术在诸如蓝宝石的不同材料的基板上生长氮化物半导体。为了提高生长层的结晶质量，可能需要低温下的缓冲层生长、图案化、外延横向过生长或附加生长步骤来将晶体缺陷降低至发光器件的操作所需要的水平。需要进一步提高结晶质量以使得能够开发与传统器件相比寿命更长、输出功率更高且成本更低的更小的发光器件。
[0005]由于蓝宝石具有低热导率并且电绝缘，所以蓝宝石上的氮化物半导体结构的功能受到限制。在蓝宝石基板上生长的发光器件的两个电触点均位于顶面上以形成横向型器件。这减小了光发射的可用面积。由于在横向器件中两个触点均位于顶面上，所以显著的横向电流流过芯片，从而导致发光器件变热，这加速了器件的劣化。另外，蓝宝石的热膨胀系数也很难与氮化物及其合金匹配。结果，蓝宝石基板上的氮化物基膜的生长呈现与晶片(wafer)直径相称的挑战。由于这些挑战，制造商已发现无论相关成本降低的可能性如何，很难提供更大的基板尺寸。
[0006]因此，仍可取的是为半导体器件提供另选基板并降低诸如LED的半导体二极管的成本，同时减小二极管的尺寸并且每单位空间生成更多的二极管。

【发明内容】

[0007]本发明公开了基板、制备所述基板的方法、用所述基板制备的半导体二极管以及各种使用方法。所述基板可包括基本上平行的微米级晶须的阵列，所述晶须能够提供从基板的一面到另一面的多个电流路径。这些路径中的每一个由此可为诸如半导体二极管的微电子系统提供单独的触点。[0008]在一个实施方式中，一种基板包括:基体(matrix)材料；多个间隔开且基本上平行的导电晶须组件，所述晶须组件嵌入在所述基体材料中并在所述基板的第一表面与所述基板的相对的第二表面之间纵向延伸。
[0009]在一个实施方式中，一种生成半导体二极管阵列的方法包括以下步骤:为所述二极管形成基板。所述形成基板的步骤包括以下步骤:在基体材料中形成多个间隔开且基本上平行的导电晶须组件的基体，其中所述晶须组件在所述基体的第一表面与所述基体的相对的第二表面之间纵向延伸，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；以及对至少所述基体的所述第一表面进行抛光，以提供所述晶须组件的抛光的第一端面以便于其上的晶体生长。所述方法还包括以下步骤:在所述第一表面上与所述晶须组件的暴露的第一端面外延地生长至少一个半导体层；在所述半导体层上沉积第一电接触层以用于提供与所述半导体层的第一电接触；以及在所述基体的所述第二表面上沉积第二电接触层，该第二电接触层与所述晶须组件的所述第二端面接触，以用于经由所述基本上平行的晶须组件提供与所述半导体层的第二电接触。
[0010]在一个实施方式中，一种基板包括多个间隔开且基本上平行的导电晶须组件的基体，所述晶须组件在所述基板的第一表面与所述基板的相对的第二表面之间纵向延伸，并且所述基板通过包括以下步骤的方法生成:在基体材料中形成所述多个间隔开且基本上平行的晶须组件的所述基体；以及使所述基体材料固化以形成所述基板。
[0011]在一个实施方式中，一种生成用于微电子系统的基板的方法包括形成耐火基体。所述耐火基体包括:耐火材料中的多个间隔开且基本上平行的导电晶须组件，其中，所述晶须组件在所述材料的第一表面与所述材料的相对的第二表面之间纵向延伸，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。所述方法还包括以下步骤:对所述耐火材料进行烧结以将所述晶须组件固定在所述耐火材料中。所述耐火材料可包括可烧结陶瓷。在一些情况下，可烧结陶瓷在等于或大于大约1，00(TC的温度下稳定。所述可烧结陶瓷还可在大约1，00(rc下具有小于大约Imm Hg的蒸气压。
[0012]在一个实施方式中，一种半导体二极管阵列包括:至少一个第一晶须组件，其包括导电材料；至少一个第二晶须组件，其包括导电材料，并且被设置为与所述第一晶须组件间隔开且基本上平行于所述第一晶须组件，各个晶须组件具有第一端面、第二端面以及从所述第一端面延伸到所述第二端面的纵向尺寸。所述阵列还包括:电绝缘材料，其设置在所述第一晶须组件和所述第二晶须组件之间并保持所述第一晶须组件和所述第二晶须组件，并且封装所述晶须组件的至少一部分，所述电绝缘材料具有第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面，所述晶须组件的所述第一端面在所述第一表面中暴露，所述晶须组件的所述第二端面在所述第二表面中暴露；以及电致发光材料，其设置在所述第一端面上。
[0013]一种半导体二极管片材包括:多个碳化硅晶须组件，其彼此间隔开并且在基板中基本上平行地对齐，其中，所述基板包括基体材料，所述基板片材具有第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面，所述晶须组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。所述片材还包括:至少一个II1-氮化物半导体层，其与所述第一端面外延地设置在所述第一表面上；第一电接触层，其在所述II1-氮化物层上以用于提供与所述II1-氮化物层的第一电接触；以及第二电接触层，其在所述基板片材的所述第二表面上，与所述晶须的所述第二端面接触，以用于经由所述晶须组件提供与所述II1-氮化物层的第二电接触。
【专利附图】

【附图说明】
[0014]图1A-1C是实施方式中可使用的(111)取向的P -碳化硅晶须的扫描电子显微镜图像。
[0015]图2A-2B示出根据实施方式的可用于晶须的对齐(alignment)的带有凹槽的表面的示例。
[0016]图3示出根据实施方式的在表面凹槽上沉积并在其中对齐的晶须。
[0017]图4是根据实施方式的形成基板的方法的示意图。
[0018]图5是根据实施方式的形成基板的另选方法的示意图。
[0019]图6是根据实施方式的基板锭(substrate ingot)的代表性示图。
[0020]图7示出根据实施方式的图6的基板锭的代表性截面图。
[0021]图8是根据实施方式的形成在基板层上的LED阵列的代表性示图。
[0022]图9示出根据实施方式的代表性LED像素的立体图。
[0023]图10是根据实施方式的形成基板的方法的示意图。
[0024]图11是根据实施方式的形成多层基板的方法的示意图。
[0025]图12是根据实施方式的根据图11所示的方法制成的基板锭的代表性示图。
[0026]图13是根据实施方式的形成在来自图11的锭的基板层上的LED阵列的代表性示图。
【具体实施方式】
[0027]半导体二极管(半导体p-n结二极管)包括发光二极管(LED)及其伴随物(激光二极管(LD))。起初限于红色，接下来发光效率优于白炽灯的将市售的颜色是黄色、橙色和琥珀色LED。推动向可见光谱的短波长区域(从绿色到紫色)中延伸操作越来越有挑战性。
[0028]已尝试用碳化硅(SiC)和I1-VI材料(如，ZnSe)制备LED和LD，但由于SiC 二极管的非常低的效率以及I1-VI材料由于相对容易形成缺陷而造成的短器件寿命，此类器件的效用减弱。结果，对于这些波长，具有纤锌矿晶体结构的II1-V氮化物材料(GaN、A1N、InN及其合金)已成为关注焦点。由于每一种氮化物材料的电子能带结构拥有直接跃迁(在室温下带隙能从约1.9eV (InN)到约3.4eV (GaN)到约6.2eV (AlN)变化)以及相当高的热导率，正在大功率和高温电子器件以及短波长(可见和紫外)光电子器件领域研究GaN和(AlIn) GaN 体系。
[0029]由于没有合适的大块晶体技术来生成GaN基板，所以通常在诸如硅、砷化镓和蓝宝石的高度晶格失配和热膨胀失配的基板上使用外延。所得到的异质外延膜总是具有量级为IOltl位错/cm2的高度缺陷性，并且由于缺陷和杂质而高导电。所述膜还由于未优化的生长方法而呈现出差的表面形貌。高n型背景与共用p型杂质的相对深的离子化水平耦合，导致无法生长P型材料，并且阻碍了双极和注入型器件的发展。尽管有这些问题，仍实现了金属-绝缘体-半导体LED的制造，因此证明了此材料体系的潜力。
[0030]使用薄的低温AlN并且稍后使用GaN缓冲层有利于通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)在蓝宝石基板上生长高质量的GaN膜(镜面的且没有裂纹)，这样得到了基于p_n结的第一 GaN电致发光器件。可通过在单晶基板(优选为蓝宝石(Al2O3)或碳化硅(SiC))上生长GaN来制备GaN基LED材料或晶粒。单晶或单晶固体是这样的材料:其中直到样品的边缘，整个样品的晶格连续且未断裂，没有晶界，并且基本上不存在与晶界相关的缺陷。
[0031]可通过生长Al2O3或SiC的单晶梨晶(single crystal boule),然后将梨晶切成晶片来制备蓝宝石和碳化硅基板。然后，可对各个晶片进行抛光。在GaN基材料和相关层生长到基板上之后，通过将基板切成小片来制备成品LED晶粒。然后，可测试各个晶粒并将其装到接触的包装中，从而形成成品LED。对于在诸如平板显示器的小面积装置中可能需要成千或成百万的二极管来形成像素的应用，以这样的方式制备半导体二极管的成本较高。
[0032]如目前所述，可通过在嵌入基板材料中的导电晶须的微米级截面上所沉积的半导体薄膜来提供切割自单晶梨晶的晶片的另选方式。晶须的材料可以是能够提供用于在其上外延生长半导体的表面的材料。此类晶须材料的一些不例可包括碳化娃或娃。一个实施方式提供了一种基板，所述基板具有嵌入支撑基体材料中的对齐的微米级晶须。示例性基板可具有在耐火陶瓷基体中基本上平行地对齐的微米级碳化硅单晶晶须。所述陶瓷可以是氧化铝陶瓷基体，所述基板可用于在其上沉积II1-氮化物薄膜，以生成诸如LED的半导体二极管。可沉积在基板上的LED层的一些示例可包括足以提供工作LED的II1-氮化物层、n-掺杂II1-氮化物层、P-掺杂II1-氮化物层、量子阱层、发光层、包层及以上各层的组合。在一个实施方式中，基板可以是柔性的，基体材料可以是柔性陶瓷或聚合物。
[0033]图1A-1C示出(111)取向的立方相单晶P-SiC晶须的扫描电子显微镜图像。一种此类晶须可得自美国马萨诸塞州瓦德希尔(Ward Hill, Massachusetts)的Alpha Aesar公司。可用低成本工艺从稻壳形成SiC晶须，其中在高温下引入碳以与高硅含量的稻壳反应。晶须的平均近似直径为约I U m至约3 ii m,平均近似长度为18 u m。
[0034]SiC晶须是P -相单晶，它们可取向以允许(111)平面(与晶须轴垂直的平面)可用作生长平面。SiC晶须的(111)平面具有与4H或6H SiC的(001)平面基本上相同的晶格常数，例如可合成生长为梨晶。因此，SiC晶须可基本上为II1-氮化物外延生长提供与4H或6H SiC相同的成核条件，但成本远低于4H或6H SiC晶片。在一个实施方式中，SiC晶须的(111)平面由此可为GaN基层(可以是一些类型的半导体二极管的组成层)的外延生长提供结晶位点。
[0035]根据一个实施方式为了提供晶须的对齐阵列，可使用具有模板表面的基础组件(例如，图2A和图2B所示的组件21、22)，所述模板表面具有多个基本上对齐的凹槽23、25。凹槽23、25可以是平行凹槽。如图3所示，晶须28可落到凹槽25中，并且基本上与其它晶须平行地自己对齐。晶须28可作为水溶液施加到组件21、22的表面，然后晶须由此可脱离溶液落到表面上。另选地，可将晶须28撒在表面上，可摇动组件21、22以使晶须落到凹槽23、25中以进行对齐。
[0036]带凹槽的基础组件21、22的材料可以是能够开槽或模制以包含凹槽的任何类型的材料。带凹槽的组件21、22可以是模制的塑料片、模制的陶瓷或者可被蚀刻以在表面上开槽的任何类型的材料，例如玻璃或硅晶片。预成形组件的一些示例包括衍射光栅和增亮膜(可类似于图2B所示的示例)。实施方式中可使用的一种增亮膜是由3M公司制造的Vikuiti?膜，其凹槽间距为24iim (约41凹槽/mm)或50iim (约20凹槽/mm)。所公开的材料旨在仅为示例，可用于提供带凹槽的组件21、22的材料的类型不限于本文所公开的那些。表面中每毫米的凹槽数可在约100凹槽/mm至约10凹槽/mm的范围内。在一个实施方式中，每毫米的凹槽数可为约10凹槽/mm。在一个实施方式中，可存在约20凹槽/mm。在一个实施方式中，可存在约30凹槽/mm。在一个实施方式中，可存在约40凹槽/mm。在一个实施方式中，可存在约50凹槽/mm。在一个实施方式中，可存在约60凹槽/mm。在一个实施方式中，可存在约70凹槽/mm。在一个实施方式中，可存在约80凹槽/mm。在一个实施方式中，可存在约90凹槽/mm。在一个实施方式中，可存在约100凹槽/mm。其它实施方式的凹槽密度的值可介于所列值中的任意两个值之间，或者为任何其它合适的每毫米凹槽密度。凹槽数的选择可取决于晶须阵列的最终期望用途以及所需的晶须数。
[0037]在一个实施方式中，带凹槽的组件21A可以是陶瓷，例如氧化铝、氧化锆、带有SiC晶须的氧化铝或带有SiC晶须的氧化锆。在一个实施方式中，如图4所示，晶须28可悬浮在液体中以形成混合物30。所述液体可以是水或者不影响晶须28的结构完整性的任何其它合适的液体，例如一元醇(例如乙醇或甲醇)或二醇(例如乙二醇)。所述液体还可包含合适的表面活性剂以抑制晶须28的凝聚。表面活性剂的一些示例包括(但不限于)多元羧酸、聚乙烯亚胺、脂肪醇、聚甲醛乙二醇、糖苷烷基醚和烷基硫酸盐。在一个实施方式中，SiC晶须可完全分散于按体积计含乙醇(25%)、乙二醇(75%)和聚乙烯亚胺(1%)的混合物中。
[0038]可将混合物30沉积在带凹槽的组件21A的表面上，以覆盖所述表面并形成第一中间阶段34，其中一些晶须28可落到凹槽23中，而其它晶须可与凹槽成一角度搁置并且仍留在凹槽上方。在一个实施方式中，可摇动组件21A以将另外的一些晶须28摇到凹槽23中。可在不会将晶须从凹槽移走的方向(可与凹槽的纵向方向成约45°的角度)上例如用橡胶扫帚拭去未落到凹槽23中的多余液体和晶须28。然后，可允许另外的液体从表面蒸发，从而形成落在凹槽23内的晶须28的第二中间阶段36。
[0039]如图4和图5所示，一旦晶须28已落到凹槽23、25中，就可通过将晶须困在可倾倒在晶须上以固化并将晶须保持在其中的物质中来将晶须固定就位。在液体基本上从表面蒸发之后，可将保持材料38倾倒在凹槽23和晶须28上。根据晶须基板46的期望最终用途，保持材料可基本上是能够进入凹槽23中并固化以将晶须相对于彼此保持在固定的位置的任何类型的材料。在一个实施方式中，材料38可以是电绝缘材料。材料38的一些示例包括(不限于)聚合物、环氧树脂和陶瓷，可将所述材料倾倒在晶须上并使其固化以将晶须保持在固化的材料中。聚合物的一些示例可包括聚酰亚胺和聚砜。
[0040]在一个实施方式中，材料38可以是陶瓷粉末或浆料，其可被倾倒在晶须28上以至少部分地包封晶须，从而得到第三中间阶段40。然后，可通过处理步骤42使陶瓷硬化，处理步骤42可包括通过使液体组分从浆料蒸发来使得浆料38能够干燥。所述干燥可用热、微波或者能够提供材料的干燥的其它类似技术来增强。用基础组件21A以足以将粉末压紧并保持在一起的压力压缩陶瓷38。这样的压力可等于或大于约lOMpa。然后，可对陶瓷进行烧结以形成晶须28的固体陶瓷基体46。所述烧结可在多种温度下进行，例如至少为陶瓷的熔融温度的约2/3并且低于陶瓷的熔融温度。可执行所述烧结达足以使陶瓷粘结在一起的时间周期。基体46可以是颗粒或棒的形式，并且可以是锭，从其可切割多个基板薄层。
[0041]图5示出与参照图4所描述的类似的工艺，但在该实施方式中带凹槽的组件21B可为能够移除的模具。可将晶须28的混合物30倾倒在表面上并使得晶须落到凹槽23中。可将陶瓷浆料38或者能够围绕晶须28固化的其它材料倾倒在晶须上，以在带凹槽的基座21B上形成陶瓷和晶须的组合物41。在一个实施方式中，在陶瓷至少部分地干燥并达到足够的固化阶段之后，可施加压力和烧结(如果基础组件21B能够抵御烧结温度的话)。可将基础组件21B与形成的嵌入有晶须28的陶瓷层47分离。在一个实施方式中，可在分离之后施加另外的硬化或烧结。
[0042]在一个实施方式中，浆料38可以是约33.3重量％的氧化铝粉末、约6.7重量％的PVA粘结剂、约4.2重量％的甘油增塑剂和约0.8重量％的NH4PMA分散剂在约55.0重量％的水中的水氧化铝浆料。在另选实施方式中，浆料38可以是约63.53重量％的氧化铝粉末Cd50 - 0.35 u m)、约4.7重量％的聚乙烯醇缩丁醛粘结剂、约4.45重量％的邻苯二甲酸丁苄酯增塑剂和约1.27重量％的鲱鱼油分散剂在约26.05重量％的甲苯/乙醇(共沸混合物)中的醇-氧化铝浆料。
[0043]在另选实施方式中，基体材料38可以是这样的材料:其能够在处理过程中支撑晶须28，但随后可用聚合物代替，从而得到包含晶须的柔性片材。这样的聚合物片材可用作(例如)诸如TV屏幕的柔性显示器屏幕。在一个实施方式中，基体材料可以是碳，它将能够抵御外延生长所需的更高的温度，但随后可(例如)通过氧化或其它方法被移除，并可被柔性聚合物代替。
[0044]图6示出沿图4中的线V1-VI截取的基板锭46的代表性俯视图，示出晶须28可被如何对齐并保持在陶瓷基板50中的图示。示出了三行晶须28，它们可能已落到带凹槽的基础组件2IA的凹槽23中。图7示出在垂直于晶须方向的平面中沿线A-A、B-B和C-C截取的图6的基板锭46的多个截面图。如图6和图7所示，由于晶须28在分散混合物30 (图4)中随机分布并随机落到凹槽23中，晶须28在陶瓷50中的分布可能也是随机的，使得在主要如截面C-C中所示的一些区域中晶须叠置，和/或如截面B-B的上部或截面A-A的中心部分中所示也许根本没有晶须。
[0045]基板锭46可被处理以便于进一步应用。在一个实施方式中，如图8所示，基板可沿着垂直于晶须方向的平面切割成薄层52。这样的层可为至少约20 厚。另选地，所述层可为约30iim、或约40iim、或约50iim、或约60iim、或约70iim、或约80iim、或约90 y m、或约100 u m、或介于所列厚度值中任意值之间的任何厚度、或足够使用基板的任何厚度。顶面53和底面54中的一者或二者可用(例如)金刚石基抛光工具来进行抛光，以使表面光滑并在抛光平面上提供暴露的近似圆形晶须横截面。表面53、54可类似于图7中所示的横截面，并可在表面上暴露大量的微米级晶须横截面。
[0046]薄层52可用作基板层以在其上形成微电子系统。一些示例性系统可包括LED和LD。图8示出LED的一般层的截面图。在SiC晶须嵌入陶瓷中的实施方式中，晶须28垂直于表面53、54的取向暴露了晶须的(111)取向面55,以便于半导体层在其上外延生长。在晶须28导电(SiC晶须)的实施方式中，对齐的晶须可提供穿过基板层52的电流路径。一旦必要的LED层56和电触点58、59形成在表面53、54上，则暴露的各个晶须28就可能构成潜在的工作LED。图9中示出了单晶须LED的实施方式。各个LED可具有与晶须28的直径(对于SiC晶须而言，为约I y m至约3 u m)对应的有效工作区域。底面54中暴露的晶须面55可提供电触点中的一个。另选地，如图9所示，可在底面54上设置底部接触层62。由于如先前所讨论的随机沉积，一些潜在的电路径可能未完成，如图8中的两个左侧晶须柱60所示。[0047]使用耐火陶瓷作为基板材料50来保持晶须28提供了良好的机械支撑，并允许GaN基LED层的高温(至少约900°C )外延生长。用于制备LED的GaN基层的一些示例包括(但不限于)GaN、AlGaN, AIN、GaInN, AlGaInN, InN、GalnAsN、GaInPN 或其组合。在一个实施方式中，如图9所示，LED层可包括GaN垫层64、n型GaN层65、n型AlGaN包层66、由InGaN制成的发光层67、p型AlGaN包层68和p型GaN接触层69,各层依次形成在基板层的顶面53上。在另外的实施方式中，根据所生成的LED的类型，可在基板50上设置其它类型和布置方式的LED层。也可在基板50上生长或沉积类似类型和布置方式的LD层(包括n型层和P型层)。
[0048]嵌入基板50中的晶须28可提供与LED层的底部的电接触。顶部和底部接触层58和62可由金属或任何其它类型的导电材料(例如，导电聚合物或者锌或锡氧化物)形成，其一些示例可包括(但不限于)有机改性陶瓷、聚苯胺、Mg/Ag、In、Ag、Pt、Au或其组合。尽管未示出，可在发光层67附近施加磷光涂层以生成期望的白光。
[0049]生长半导体层的方法可包括各种技术中的任意一种。一些示例性方法可包括(但不限于)MOCVD (金属有机化学气相沉积)方法、HVPE (氢化物气相外延)方法或MBE (分子束外延)方法。在一些情况下，MOCVD方法可对层的厚度提供更好的控制，并且提供更可再现的批量生产。
[0050]在MOCVD方法中，氢(H2)或氮(N2)可用作载气，三甲基镓(TMG )或三乙基镓(TEG )可用作Ga源(是III族元素)，三甲基铝(TMA)或三乙基铝(TEA)可用作Al源，三甲基铟(TMI)或三乙基铟(TEI)可用作In源，铵(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，甲锗烷(GeH4))可用作n型掺杂物，Mg基材料(例如，双环戊二烯基镁(Cp2Mg)和双乙基环戊二烯基镁(EtCp2Mg))可用作p型掺杂物。
[0051]图10中示出形成基板的另选方法。在一个实施方式中，具有基本上相同且均匀间隔开的凹槽和对应峰顶(类似于早前所述的增亮膜的那些)的材料可用作基础组件22。在一个实施方式中，凹槽和峰顶限定纵向尺寸，凹槽的基部和峰顶在与纵向尺寸正交的方向上限定约90°的角度。以与先前参照图4所讨论的类似的方式，可将晶须28沉积到基础组件22的凹槽25中，可将材料38沉积在晶须上以至少部分地环绕晶须并保持晶须。
[0052]一旦材料38至少部分地固化以形成其中保持有晶须28的第一基板构件70，可将第一基板组件与基础组件22分离。在一个实施方式中，可使用基础组件22来形成另外的基板构件70，其中，各个基板构件将具有与其它基板构件的表面构造基本上互补的表面构造。另选地，可使用多个基本上相同的基础组件22来基本上同时地生成多个基板构件70，或者一个基板构件可被分成互补的件。然后可将两个基板构件70-1和70-2面对面地设置，使得交错的峰顶和凹槽形成基板部分75。
[0053]在一个实施方式中，材料38可以是陶瓷粉末(例如，氧化铝或氧化锆，或者其它另选的陶瓷)的浆料。所述浆料可具有例如早前参照图4和图5所描述的那些组成。浆料38可流延到基础组件22上，以形成润湿的生氧化铝带或膜70，术语“生”是指未烧制/未烧结的陶瓷。两个生氧化铝带或膜构件70-1和70-2可交织并层压在一起以形成层压物75。在一个实施方式中，可将晶须大致线性地排列在层压物75中。可通过施加适当的压力来使带构件70-1和70-2层压在一起，所述压力足以将氧化铝颗粒紧密地包裹在一起并使层粘结在一起以形成统一的陶瓷结构。此压力可为至少约lOMpa，并且可为约15Mpa，或着另选地约20Mpa，或着另选地约25Mpa，或着另选地约30MPa，或着另选地约35Mpa，或者介于所列值中的任两个之间的任何压力值，或者大于约35Mpa。
[0054]为了大规模制造，可在流延机上进行流延，流延机具有用于基础组件22的带材的进料辊和收卷辊、浆料分配头干燥通道、以及用于分离的膜70的收卷辊。
[0055]在一个实施方式中，层压层75从而得到类似于图4的基板锭46的固化锭。另选地，层压的层75可用另外的陶瓷粉末77 (在一个实施方式中，可以是氧化铝或氧化锆)包封，并可用另外的随机碳化硅晶须加强，可将组合物压缩以形成颗粒80，从而形成统一的陶瓷结构。在一个实施方式中，可对颗粒80进行烧结以使颗粒固化，从而得到基板锭。在一个实施方式中，以具有SiC晶须的氧化铝作为基体材料，可发生氧化铝与SiC晶须中的SiC的部分反应，从而形成薄的(10_30nm)莫来石(3Al203_2Si02)粘结层，这可使复合材料机械上更强，并且提供足够的温度稳定性以便于进一步处理，例如切割、抛光以及其上接受另外的沉积。
[0056]另选地，颗粒80可被进一步包封在外部涂层82中，所述外部涂层82可针对水蒸气和碱金属盐提供另外的腐蚀保护。涂层82可为约Imm至约3mm厚，并且所述涂层可为莫来石、硅酸铒、锆石或其它类型的陶瓷涂层，并且可通过浸溃或喷涂或者任何其它类型的适当施加方法来施加。然后可将最终涂覆的颗粒烧结以形成基板锭84。
[0057]在一个实施方式中，可通过将颗粒浸溃到浓缩的莫来石悬浮液(45体积％)中来对颗粒进行涂覆，其中聚乙烯亚胺的浓度可为约0.1625mg至约0.175mg PEI/m2莫来石表面。可将颗粒按照约1.Ws的速率插入，保持浸没约60s，然后按照约1.4mm/s的速率抽出。然后，可在环境条件下使涂覆的颗粒干燥，在约600°C下热处理以烧尽任何有机物，并在约1600°C下烧结。
[0058]在另一实施方式中，如图11所示，可将多个层压的层75-1、75_2和75-3层叠在一起，从而得到具有晶须28的多行阵列的复合物90。在各种实施方式中，层75-1、75-2和75-3可被压在一起和/或封装在另外的陶瓷77中和/或如参照图10所讨论的设置有保护性外部涂层82。如参照先前图10的实施方式所讨论的，陶瓷粒子可通过烧结而熔合，以形成最终基板锭100，所述基板锭可呈棒、颗粒的形状，或者可能如图12所示呈块的形状。
[0059]基板锭100 (或者另选地，图10的任何其它基板锭75、80或84)可被切片成薄基板层或片材105。根据期望的后续使用，如果需要可对片材105的至少一个表面进行抛光。片材105可单独使用，或者与其它层(105-1 - 105-4)联合使用以形成更大的基板片材110，作为用于微电子应用的基板材料。如图13所示在层105中示出沿图12的线XII1-XIII截取的层105的横截面。层105可用于以与图8的层52类似的方式生成LED。在各种实施方式中，与涉及层52 (图8和图9)的LED的形成有关的讨论也适用于具有层105的LED的形成。
[0060]图13示出使用基板层105的示例性LED阵列的横截面。LED层56 (可为GaN基层)可外延生长在晶须28的暴露面55上，可根据需要分别施加上电接触层58和下电接触层59。
[0061]实例1:碳化硅晶须在氧化铝中的基板
[0062]参照图4和图10给出下面的实例。将约3mg的碳化硅(SiC)晶须28与约IOml的水混合，以形成晶须分散体30，将3滴晶须分散体施加到3M增亮膜22的表面。将膜单独搁置以使得水蒸发，并使晶须能够落到膜的凹槽中并在其中对齐。水基本上在约2小时内完全蒸发。
[0063]根据下表制备氧化铝浆料38:
[0064]

百分比
氧化铝50-70%
鱼油1-2%
二甲苯15-20%
变性乙醇15-20%
聚(乙烯醇缩丁醛)，B-98-粘结剂2-3%
邻苯二甲酸丁苄酯，S-160-增塑剂1-2%
聚(亚烷基二醇)-增塑剂1-2%
总重 100.00%
[0065]将浆料直接流延到干燥膜上以形成润湿的生氧化铝带70。在室温条件下将氧化铝浆料干燥约24小时，以使晶须周围的氧化铝硬化，将带70从膜22上剥离。
[0066]移除两段带70-1、70_2，将第一段反转并置于第二段上以使峰顶互相啮合。将层置于压机中并用约34Mpa的力压缩，以使层75层压。将层压的带置于直径为13_(1/2英寸)的模具中，使得氧化铝粉末和碳化硅晶须的混合物围绕带分布。再次将复合物置于压机中并用约34Mpa的力一起压缩，以形成颗粒80。在环境空气中在约1600°C下对所得颗粒进行烧结约2小时。
[0067]在垂直于晶须的纵向轴线的平面中截取厚度约50 的切片，以得到薄基板层，所述基板层具有在顶面和底面之间延伸的晶须对齐阵列(图8中的层52)。
[0068]实例2:晶须基板上的发光二极管阵列
[0069]将利用通过实例I的方法生成的薄基板层构造LED阵列。将基板层置于外延生长设备中涂覆有SiC的石墨夹具上，将在生长设备中在氢气流下使基板的温度升高至1，IOO0C,以去除任何氧化。将使基板温度降低至600°C，并且将夹带TMG的氢气(20sCCm)(通过将氢气鼓泡通入三甲基镓(TMG-1II族元素源)中而获得)和NH3 (氮源)(4slm)供应到生长设备中达10分钟。随后，III族元素源的供应将停止，将基板温度升高至900°C，然后热处理五分钟，从而形成GaN缓冲层。如本文所用，术语“seem”是指厘米3/分钟，术语“slm”是指升/分钟，其中各体积被转换为体积归一状态。
[0070]随后，将基板温度升高至1，100°C，并且将夹带TMG的氢气(20SCCm)(通过将氢气鼓泡通入TMG (III族元素源)中而获得)和NH3 (氮源)(4slm)供应到生长设备中，由此生长GaN单晶层(厚度:4i!m)，从而得到III族氮化物半导体层。
[0071]为了生成发射约460nm的波长的LED，在GaN单晶的生长之后，使用31114充当掺杂物将由掺杂硅的GaN层(载体浓度:1 X IO1Vcm3)形成的n型层层压。随后，将基板温度降低至750 C，将依次层压由五个层单兀(各包括Ina 16Ga0,84N层(厚度:3nm)和GaN层(厚度:7nm?形成的MQW发光层。随后，将基板温度再次升高，将层压由掺杂镁的GaN层形成的p型层(厚度:100nm)。然后，将在基板的底面上沉积Mg/Ag的电接触层(厚度10nm)，将在顶部LED层上沉积NiO/Au的顶部半透明电极层(厚度7nm)。
[0072]本公开不限于所述特定系统、装置和方法，因此这些是可变化的。说明书中所使用的术语仅是为了描述特定版本或实施方式，而非旨在限制范围。
[0073]在上面的【具体实施方式】中参照了形成其一部分的附图。在附图中，除非上下文另外指明，否则类似的标号通常指代类似的组件。【具体实施方式】、附图和权利要求中所描述的示意性实施方式并非旨在限制。在不脱离本文所呈现的主题的精神或范围的情况下，可使用其它实施方式，可进行其它改变。将容易地理解，本文概括描述并且在图中示出的本公开的方面可按照各种各样不同的构型布置、置换、组合、分离和设计，其全部是本文中明确可以想到的。
[0074]本公开不限于此申请中所描述的特定实施方式，所述实施方式旨在作为各个方面的说明。对于本领域技术人员而言将明显的是，在不脱离其精神和范围的情况下，可进行许多修改和变化。除了本文列举的那些之外，对于本领域技术人员而言，在本公开的范围内的功能上等同的方法和设备将从上面的描述而变得明显。这样的修改和变化旨在落入所附权利要求的范围内。仅由所附权利要求的条款连同这些权利要求所保护的等价物的全部范围来限定本公开。应当理解，本公开不限于特定的方法、系统或组件，其当然可以变化。还应理解，本文使用的术语仅为了描述特定的实施方式，并非旨在进行限制。
[0075]如此文献中所用，除非上下文明确地另外指明，否则单数形式“一个”、“一种”和“该”包括多数形式。除非另外限定，否则本文所用的所有科技术语具有与本领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。此公开中的任何内容均不应解释为承认此公开中描述的实施方式不能因为是在先发明而先于这些公开。如此文献中所用，术语“包括”表示“包含(但不限于)”。
[0076]尽管各种组合物、方法和装置以“包括”各种组件或步骤(被解释为表示“包含(但不限于)”)的方式描述，所述组合物、方法和装置也可“基本上由”或“由”所述各种组件和步骤“组成”，这样的术语应该被解释为限定基本上闭合的成员组。
[0077]针对在本文中基本上任何复数和/或单数术语的使用，本【技术领域】技术人员可以从复数转化为单数和/或从单数转化为复数以适合于上下文和/或应用。为了清楚起见，可以在此明确地阐述各种单数/复数的置换。
[0078]本领域技术人员将理解的是，一般来说，本文所使用的措词，特别是在所附权利要求(例如，所附权利要求的主体)中使用的措词，通常旨在是“开放式”措词(例如，措词“包括”应被理解为“包含但不限于”，措词“具有”应被理解为“至少具有”，措词“包括”应被理解为“包含但不限于”等)。本领域技术人员将进一步理解的是，如果所引入的权利要求记载中的特定的数目是有意图的，则这样的意图将在权利要求中明确地记载，并且在没有这样的记载时，不存在这样的意图。例如，作为对理解的辅助，下面所附的权利要求可以包含对“至少一个”和“一个或更多个”的引入性用语的使用，以引入权利要求记载。然而，即使当相同的权利要求包括引入性用语“一个或更多个”或者“至少一个”以及诸如“一”或“一个”的不定冠词(例如，“一”和/或“一个”应被解释为表示“至少一个”或“一个或更多个”)时，使用这样的用语也不应被解释为暗示由不定冠词“一”或“一个”所引入的权利要求记载将包含这种所引入的权利要求记载的任何特定的权利要求限制到仅包含一个这样的记载的实施方式；对于使用用于引入权利要求记载的定冠词来说也是如此。另外，即使明确地记载了所引入的权利要求记载的特定数目，本领域技术人员将理解的是，这样的记载也应该被理解为至少表示所记载的数目(例如，在没有其它修饰的情况下，“两个记载”的无修饰的记载表示至少两个记载或者两个或更多个记载)。此外，在使用与“A、B和C中的至少一个等”类似的常规表述的情况下，一般来说，这种结构旨在表示本领域技术人员将理解的该常规表述的含义(例如，“具有A、B和C中的至少一个的系统”将包括但不限于仅具有A的系统、仅具有B的系统、仅具有C的系统、具有A和B的系统、具有A和C的系统、具有B和C的系统和/或具有A、B和C的系统等)。在使用与“A、B或C中的至少一个等”类似的常规表述的情况下，一般来说，这种结构旨在表示本领域技术人员将理解的该常规表述的含义(例如，“具有A、B或C中的至少一个的系统”将包括但不限于仅具有A的系统、仅具有B的系统、仅具有C的系统、具有A和B的系统、具有A和C的系统、具有B和C的系统和/或具有A、B和C的系统等)。本领域技术人员将进一步理解的是，示出两个或更多个替代性措词的几乎任何转折词和/或短语，无论是在说明书、权利要求或附图中，都应被理解为考虑可能包括措词中的一个、措词中任一个或全部措词。例如，短语“A或B”将被理解为可能包括“A”或“B”或“A和B”。
[0079]此外，当本公开的特征或方面被描述为马库什组合的措辞时，本领域技术人员将认识到，本公开因此还可按照该马库什组合中任意独立构件或构件的子组合来描述。
[0080]如本领域技术人员将理解的，针对任何目的及全部目的，例如以提供撰写的说明书的形式，本文所公开的全部范围还包括任何及全部可能的子范围及其子范围的组合。所列出的任何范围可以容易地被理解为充分地描述和实现了被划分为至少相等的两等份、三等份、四等份、五等份、十等份等的相同范围。作为非限制性示例，本文讨论的每个范围可容易地划分为前三分之一、中间三分之一和后三分之一等。如本领域技术人员将理解的，例如“达到”、“至少”、“大于”、“小于”等这样的所有语言，包括所记载的数目，并指代上述随后可划分成子范围的范围。最后，如本领域技术人员将理解的，范围包括各个单独构件。因此，例如，具有I至3个元素的组指代具有I个、2个或3个元素的组。类似地,具有I至5个元素的组指代具有I个、2个、3个、4个或5个元素的组，以此类推。
[0081]上述和其它各种特征和功能或其替代形式可组合成许多其它不同的系统或应用。本领域技术人员随后可对其进行各种目前未预见或未预料到的替代、修改、变化或改进，其各自也旨在被所公开的实施方式涵盖。
【权利要求】
1.一种基板，该基板包括: 基体材料；以及 多个间隔开且基本上平行的导电晶须组件，所述晶须组件嵌入在所述基体材料中并在所述基板的第一表面与所述基板的相对的第二表面之间纵向延伸。
2.根据权利要求1所述的基板，其中，所述晶须组件包括至少一个导电单晶晶须。
3.根据权利要求1所述的基板，其中，所述晶须组件包括至少一个单晶碳化硅晶须。
4.根据权利要求1所述的基板，其中，所述晶须组件包括至少一个单晶硅晶须。
5.根据权利要求1所述的基板，其中，所述晶须组件包括至少一个单晶氧化铝晶须。
6.根据权利要求1所述的基板，其中，所述晶须组件的横截面直径为大约I微米至大约3微米。
7.根据权利要求1所述的基板，其中，晶须组件在所述基板的所述第一表面处具有暴露的第一端面，并且所述第一端面具有(111)晶向横截面。
8.根据权利要求1所述的基板，其中，各个所述晶须组件包括被设置为与其它晶须至少部分地接触的多个单晶碳化硅晶须，以从所述第一表面延伸到所述第二表面并提供从所述第一表面延伸到所述第二表面的电路径。
9.根据权利要求1所述的基板,其中,所述基体材料包括温度稳定性大于大约1000°C并且在大约1000°c下蒸气压小于大约Imm Hg的耐火材料。
10.根据权利要求1所述的基板,其中,所述基体材料包括烧结陶瓷材料。
11.根据权利要求1所述的基板，其中，所述基体材料包括氧化铝、氧化铝和碳化硅晶须、氧化铝和硅晶须、氧化锆和碳化硅晶须、以及氧化锆和硅晶须中的至少一项的烧结陶瓷。
12.根据权利要求1所述的基板，其中，所述基体材料包括聚合物。
13.根据权利要求1所述的基板，其中，所述聚合物包括聚酰亚胺和聚砜中的至少一个。
14.根据权利要求1所述的基板，其中，所述第一表面被抛光以暴露所述晶须组件的(111)晶向横截面，以用于其上的外延晶体生长。
15.根据权利要求1所述的基板，其中， 所述晶须组件包括横截面直径为大约I微米至大约3微米的至少一个单晶碳化硅晶须； 所述基体材料包括氧化铝的烧结陶瓷；并且 所述晶须组件在所述基板的所述第一表面处具有暴露的第一端面，并且该第一端面具有碳化娃的(111)取向横截面。
16.根据权利要求15所述的基板，其中，所述基板的所述第一表面适合于在其上形成发光二极管(LED)。
17.根据权利要求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个适合于在其上形成发光二极管(LED)。
18.—种生成半导体二极管阵列的方法，该方法包括以下步骤: 为所述二极管形成基板，形成基板的步骤包括: 在基体材料中形成多个间隔开且基本上平行的导电晶须组件的基体，并且所述晶须组件在所述基体的第一表面与所述基体的相对的第二表面之间纵向延伸，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 对至少所述基体的所述第一表面进行抛光，以提供所述晶须组件的抛光的第一端面，以用于在基体的所述第一表面上的晶体生长； 在所述第一表面上与所述晶须组件的暴露的第一端面外延地生长至少一个半导体层； 在所述半导体层上沉积第一电接触层，以用于提供与所述半导体层的第一电接触；以及 在所述基体的所述第二表面上沉积第二电接触层，该第二电接触层与所述晶须组件的所述第二端面接触，以用于经由基本上平行的晶须组件提供与所述半导体层的第二电接触。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述导电晶须组件包括硅和碳化硅中的至少一个。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述基体材料包括电绝缘材料，以用于将所述晶须组件彼此电绝缘。
21.根据权利要求18所述的方法，其中，所述半导体包括II1-氮化物半导体。
22.根据权利要求18所述的方法，其中，所述半导体包括GaN、AlGaN,AIN、GaInN,AlGaInN, InN、GaInAsN 和 GaInPN 中的至少一个。
23.根据权利要求18所述的方法，其中，所述半导体包括GaN。
24.根据权利要求18所述的方法，其中，所述抛光步骤包括以下步骤:暴露所述晶须组件的所述第一端面的(111)晶向横截面。
25.根据权利要求18所述的方法，其中，所述形成基板的步骤包括以下步骤: 在表面中提供多个基本上平行的凹槽； 形成碳化硅晶须的液体悬浮液； 将所述晶须的液体悬浮液置于带凹槽的表面上，并使得所述晶须落到所述凹槽中并在所述凹槽中自己对齐，以形成基本上平行的碳化硅晶须组件，各个晶须组件包括至少一个碳化娃晶须；以及 将陶瓷浆料倾倒在落下的晶须上，并使得所述浆料干燥以将所述晶须保持在陶瓷材料中。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，在表面中提供多个平行的凹槽的步骤包括以下步骤:在所述表面中按照大约20凹槽/mm至大约200凹槽/mm形成平行的凹槽。
27.根据权利要求25所述的方法，其中，所述凹槽具有基部以及介于凹槽之间的对应居间峰顶，所述凹槽和峰顶限定纵向尺寸，所述凹槽的所述基部和所述峰顶这二者在与所述纵向尺寸正交的方向上限定大约90°的角度。
28.根据权利要求25所述的方法，其中，在表面中提供多个平行的凹槽的步骤包括以下步骤:获得具有按照大约40凹槽/mm至大约200凹槽/mm蚀刻的平行凹槽的材料。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述凹槽具有基部以及介于凹槽之间的对应居间峰顶，所述凹槽和峰顶限定纵向尺寸，所述凹槽的所述基部和所述峰顶这二者在与所述纵向尺寸正交的方向上限定大约90°的角度。
30.根据权利要求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栅中的至少一个。
31.根据权利要求25所述的方法，其中，所述陶瓷浆料填充在所述凹槽中并形成与所述凹槽对应的峰顶，并且所述方法还包括以下步骤: 在使得所述浆料干燥之后，将干燥的浆料从所述表面移除，以形成表面上具有嵌入在峰顶中的晶须的第一陶瓷膜； 按照与所述第一陶瓷膜相同的方式形成第二陶瓷膜； 将所述第一陶瓷膜和第二陶瓷膜彼此接触地设置，并且所述第一陶瓷膜的峰顶基本上设置在所述第二陶瓷膜的峰顶之间；以及 对所述第一陶瓷膜和第二陶瓷膜施加压力，以将所述层层压在一起，并且所述晶须组件呈大致线性阵列。
32.根据权利要求31所述的方法，该方法还包括以下步骤: 将层压层封装在另外的陶瓷材料中，以形成大致棒状组件，并且所述晶须纵向地设置在所述大致棒状组件中； 对所述大致棒状组件施加压力，以形成统一的陶瓷结构；以及 进行烧结，以形成具有晶须组件的大致线性阵列的大致棒状陶瓷基板。
33.根据权利要求32所述的方法，其中， 施加压力的步骤包括以下步 骤:施加至少大约IOMpa的压力；并且烧结步骤包括以下步骤:在低于陶瓷的熔融温度并且至少为所述熔融温度的大约2/3的温度下烧结达足以使陶瓷粘结在一起的时间周期。
34.根据权利要求32所述的方法，该方法还包括以下步骤:将所述棒状陶瓷基板切割成足够为半导体二极管提供基板的长度。
35.根据权利要求31所述的方法，该方法还包括以下步骤: 形成另外单元的层压层； 将多个单元的层压层按照彼此纵向对齐的方式层叠在一起，以形成大致线性阵列的晶须组件行； 将层叠的层压层封装在另外的陶瓷材料中，以形成大致棒状组件，并且所述晶须纵向地设置在所述大致棒状组件中； 对所述大致棒状组件施加压力，以形成具有大致线性阵列的晶须组件行的统一的陶瓷结构；以及 进行烧结，以形成大致棒状陶瓷基板。
36.根据权利要求35所述的方法，该方法还包括以下步骤:将所述棒状陶瓷基板切割成基板片材。
37.根据权利要求36所述的方法，该方法还包括以下步骤: 在所述基板片材上生长至少一个II1-氮化物半导体层； 在所述II1-氮化物层上沉积所述第一电接触层；以及 在所述基板片材的所述第二表面上沉积所述第二电接触层，以形成LED片材。
38.根据权利要求37所述的方法，其中，生长至少一个II1-氮化物半导体层的步骤还包括生长足以提供工作LED的以下层:II1-氮化物层、n掺杂II1-氮化物层、p掺杂II1-氮化物层、量子阱层、发光层、包层及以上各层的组合。
39.根据权利要求18所述的方法，其中，生长至少一个半导体层的步骤还包括生长足以提供工作LED的以下层:111-氮化物层、n掺杂II1-氮化物层、p掺杂II1-氮化物层、量子阱层、发光层、包层及以上各层的组合。
40.根据权利要求18所述的方法，其中， 沉积所述第一电接触层的步骤包括以下步骤:在所述半导体层上沉积至少一种金属的层；并且 沉积所述第二电接触层的步骤包括以下步骤:在所述基体的所述第二表面上沉积至少一种金属的层。
41.根据权利要求18所述的方法，其中， 沉积所述第一电接触层的步骤包括以下步骤:在所述半导体层上沉积Mg/Ag、In、Ag和Au中的至少一个的层；并且 沉积所述第二电接触层的步骤包括以下步骤:在所述基体的所述第二表面上沉积Mg/Ag、In、Ag和Au中的至少一个的层。
42.根据权利要求18所述的方法，其中， 沉积所述第一电接触层的步骤包括以下步骤:在所述半导体层上沉积至少一种导电聚合物的层；并且 沉积所述第二电接触层的步骤包括以下步骤:在所述基体的所述第二表面上沉积至少一种导电聚合物的层。
43.根据权利要求18所述的方法，其中， 沉积所述第一电接触层的步骤包括以下步骤:在所述半导体层上沉积有机改性陶瓷和聚苯胺中的至少一个的层；并且 沉积所述第二电接触层的步骤包括以下步骤:在所述基体的所述第二表面上沉积有机改性陶瓷和聚苯胺中的至少一个的层。
44.一种基板,其中， 所述基板包括多个间隔开且基本上平行的导电晶须组件的基体，所述晶须组件在所述基板的第一表面与所述基板的相对的第二表面之间纵向延伸；并且所述基板通过包括以下步骤的方法生成: 在基体材料中形成所述多个间隔开且基本上平行的晶须组件的所述基体；以及 使所述基体材料固化，以形成所述基板。
45.通过权利要求44所述的工艺制备的基板，其中，形成所述基体的步骤包括以下步骤: 提供包括多个基本上对齐的凹槽的模板表面； 将所述晶须置于所述凹槽中，以使所述晶须对齐并形成基本上平行的晶须组件，各个晶须组件包括至少一个晶须；以及 将所述电绝缘材料的浆料流延在所述晶须上，以将所述晶须转印到所述电绝缘材料中。
46.通过权利要求45所述的工艺制备的基板，其中，所述凹槽具有基部以及介于所述凹槽之间的对应居间峰顶，所述凹槽和峰顶限定纵向尺寸，所述凹槽的所述基部和所述峰顶这二者在与所述纵向尺寸正交的方向上限定大约90°的角度。
47.通过权利要求45所述的工艺制备的基板，其中，包括所述多个基本上对齐的凹槽的所述模板表面包括增亮膜和衍射光栅中的至少一个。
48.通过权利要求44所述的工艺制备的基板，其中，形成所述基体的步骤包括以下步骤: 提供包括多个基本上对齐的凹槽的模板表面； 形成晶须的液体悬浮液； 将所述晶须的液体悬浮液置于带凹槽的表面上，并使得所述晶须落到所述凹槽中并在所述凹槽中自己对齐，以形成基本上平行的晶须组件，各个晶须组件包括至少一个晶须；以及 将电绝缘材料的浆料倾倒在落下的晶须上，并使得所述浆料干燥以将所述晶须保持在所述电绝缘材料中。
49.通过权利要求48所述的工艺制备的基板，其中，提供包括多个基本上对齐的凹槽的模板表面的步骤包括以下步骤:在所述表面中按照大约20凹槽/mm至大约200凹槽/mm提供平行凹槽。
50.通过权利要求48所述的工艺制备的基板，其中， 所述基体材料包括陶瓷； 固化步骤包括以下步骤:对 所述陶瓷进行烧结；并且 所述方法还包括以下步骤:对所述第一表面和所述第二表面中的至少一个进行抛光，以提供适合于在其上形成发光二极管(LED)的至少一个抛光表面。
51.通过权利要求44所述的工艺制备的基板，其中，所述晶须组件包括至少一个碳化硅晶须，并且所述基体材料包括氧化铝和另外的碳化硅晶须。
52.通过权利要求44所述的工艺制备的基板，其中，所述基板是柔性的，并且所述基体材料包括聚合物。
53.通过权利要求44所述的工艺制备的基板，其中，所述基板是柔性的，并且所述基体材料包括柔性陶瓷。
54.通过权利要求44所述的工艺制备的基板，其中，所述基板的所述第一表面和第二表面中的至少一个适合于在其上形成发光二极管(LED)。
55.一种生成用于微电子系统的基板的方法，该方法包括以下步骤: 形成耐火基体，该耐火基体包括耐火材料中的多个间隔开且基本上平行的导电晶须组件，其中，所述晶须组件在所述材料的第一表面与所述材料的相对的第二表面之间纵向延伸，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 对所述耐火材料进行烧结，以将所述晶须组件固定在所述耐火材料中。
56.根据权利要求55所述的方法，该方法还包括以下步骤:制备所述基板的所述第一表面和第二表面中的至少一个，以便适合于在制备的至少一个表面上建立微电子系统。
57.根据权利要求56所述的方法，其中，所述晶须组件包括碳化硅晶须，并且所述制备步骤包括以下步骤:对所述耐火基体的至少所述第一表面进行抛光，以提供所述碳化硅晶须的所述第一端面的(111)晶向横截面。
58.根据权利要求55所述的方法，其中，所述形成步骤包括以下步骤: 提供包括多个基本上对齐的凹槽的模板表面； 将导电晶须设置在所述凹槽中，以使所述晶须对齐并形成基本上平行的晶须组件，各个晶须组件包括至少一个导电晶须；以及 将耐火材料的浆料流延在所述晶须上，以将所述晶须转印到所述耐火材料中。
59.根据权利要求55所述的方法，其中，所述形成步骤包括以下步骤: 提供包括多个基本上对齐的凹槽的模板表面； 形成碳化硅晶须的液体悬浮液； 将所述晶须的液体悬浮液置于带凹槽的表面上，并使得所述晶须落到所述凹槽中并在所述凹槽中自己对齐，以形成基本上平行的碳化硅晶须组件，各个晶须组件包括至少一个碳化娃晶须；以及 将耐火材料的浆料倾倒在落下的晶须上，并使得所述浆料干燥，以将所述晶须保持在所述耐火材料中。
60.根据权利要求59所述的方法，其中，提供包括多个基本上对齐的凹槽的模板表面的步骤包括以下步骤:在所述表面中按照大约20凹槽/mm至大约200凹槽/mm形成平行凹槽。
61.根据权利要求60所述的方法，其中，所述凹槽具有基部以及介于凹槽之间的对应居间峰顶，所述凹槽和峰顶限定纵向尺寸，所述凹槽的所述基部和所述峰顶这二者在与所述纵向尺寸正交的方向上限定大约90°的角度。
62.根据权利要求59所述的方法，其中，提供包括多个基本上对齐的凹槽的模板表面的步骤包括以下步骤:提供具有按照大约20凹槽/mm至大约200凹槽/mm蚀刻的平行凹槽的材料。
63.根据权利要求62所述的方法，其中，所述凹槽具有基部以及介于凹槽之间的对应居间峰顶，所述凹槽和峰顶限定纵向尺寸，所述凹槽的所述基部和所述峰顶这二者在与所述纵向尺寸正交的方向上限定大约90°的角度。
64.根据权利要求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栅中的至少一个。
65.根据权利要求59所述的方法，其中，所述浆料填充在所述凹槽中并形成与所述凹槽对应的峰顶，并且所述方法还包括以下步骤: 在使得所述浆料干燥之后，将干燥的浆料从所述表面移除，以形成表面上具有嵌入在峰顶中的晶须的第一膜； 按照与所述第一膜相同的方式形成第二膜； 将所述第一膜和第二膜彼此接触地设置，并且所述第一膜的峰顶基本上设置在所述第二膜的峰顶之间；以及 对所述第一膜和第二膜施加压力，以使所述层层压在一起。
66.根据权利要求65所述的方法，该方`法还包括以下步骤: 将层压层封装在另外的耐火材料中，以形成大致棒状组件，并且所述晶须纵向地设置在所述大致棒状组件中； 对所述大致棒状组件施加压力，以形成统一的耐火结构；以及对所述统一的耐火结构进行烧结，以形成大致棒状耐火基板。
67.根据权利要求66所述的方法，其中， 施加压力的步骤包括以下步骤:施加至少大约IOMpa的压力；并且 烧结步骤包括以下步骤:在低于所述耐火材料的熔融温度并且至少为所述熔融温度的大约2/3的温度下烧结达足以使所述耐火材料粘结在一起的时间周期。
68.根据权利要求66所述的方法，其中，所述微电子系统包括LED，并且所述方法还包括以下步骤: 将所述棒状耐火基板切割成层，以形成用于LED的基板；以及 对至少所述第一表面进行抛光，以便于LED半导体层在其上的外延晶体生长。
69.根据权利要求5 5所述的方法，其中，所述耐火材料包括温度稳定性大于大约1000°C的可烧结陶瓷。
70.根据权利要求69所述的方法，其中，所述陶瓷包括氧化铝、二氧化硅、氧化锆、莫来石和氮化硼中的至少一个。
71.根据权利要求69所述的方法，其中，所述陶瓷包括氧化铝和碳化硅晶须。
72.根据权利要求55所述的方法，其中，所述导电晶须的直径介于大约Iym至大约3 μ m之间，并且平均长度为大约18iim。
73.一种半导体二极管阵列，该阵列包括: 至少一个第一晶须组件，其包括导电材料； 至少一个第二晶须组件，其包括导电材料，并且被设置为与所述第一晶须组件间隔开且基本上平行于所述第一晶须组件； 各个晶须组件具有第一端面、第二端面以及从所述第一端面延伸到所述第二端面的纵向尺寸； 电绝缘材料，其设置在所述第一晶须组件和所述第二晶须组件之间并保持所述第一晶须组件和所述第二晶须组件，并且封装所述晶须组件的至少一部分，所述电绝缘材料具有第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面，并且所述晶须组件的所述第一端面在所述第一表面中暴露，所述晶须组件的所述第二端面在所述第二表面中暴露；以及 电致发光材料，其设置在所述第一端面上。
74.根据权利要求73所述的阵列，其中，所述电致发光材料包括半导体。
75.根据权利要求73所述的阵列，其中，所述电致发光材料所述II1-氮化物半导体。
76.根据权利要求73所述的阵列，其中，所述电致发光材料包括GaN、AlGaN,A1N、GaInN, AlGaInN, InN、GaInAsN 和 GaInPN 中的至少一个。
77.根据权利要求76所述的阵列，其中， 所述至少一个第一晶须组件和所述至少一个第二晶须组件各自包括至少一个碳化硅晶须；并且 所述电致发光材料包括在所述碳化硅晶须的所述第一端面上外延生长的晶体。
78.根据权利要求73所述的阵列，其中，所述至少一个第一晶须组件和所述至少一个第二晶须组件各自包括所述导电材料的至少一个晶须。
79.根据权利要求78所述的阵列，其中，所述晶须的直径为大约Iym至大约3pm。
80.根据权利要求73所述的阵列，其中，所述导电材料包括碳化硅。
81.根据权利要求73所述的阵列，其中，所述至少一个第一晶须组件和所述至少一个第二晶须组件各自包括至少一个碳化硅晶须。
82.根据权利要求81所述的阵列，其中，所述碳化硅晶须的直径为大约Iym至大约3 u m0
83.根据权利要求73所述的阵列，其中，至少一个第一晶须组件中的每一个和至少一个第二晶须组件中的每一个包括被设置为与其它晶须至少部分地接触的多个晶须，以形成从所述第一表面到所述第二表面的导电路径。
84.根据权利要求83所述的阵列，其中，所述导电材料包括碳化硅。
85.根据权利要求73所述的阵列，其中，所述电绝缘材料包括烧结陶瓷材料。
86.根据权利要求73所述的阵列，其中，所述电绝缘材料包括氧化铝和碳化硅晶须的烧结陶瓷。
87.根据权利要求73所述的阵列，该阵列还包括: 第一电触点，其与所述电致发光材料接触，以用于提供与所述电致发光材料的第一电连接；以及 第二电触点，其与所述晶须组件的所述第二端面接触，以用于经由所述晶须组件提供与所述电致发光材料的第二电连接。
88.根据权利要求87所 述的阵列，其中，所述第一电触点包括设置在所述第一表面上的导电材料层，并且所述第二电触点包括设置在所述第二表面上的导电材料层。
89.根据权利要求88所述的阵列，其中，所述导电材料包括金属、导电聚合物、氧化锌和氧化锡中的至少一个。
90.根据权利要求88所述的阵列，其中，所述导电材料包括有机改性陶瓷、聚苯胺、Mg/Ag、In、Ag、Pt或Au中的至少一个。
91.一种半导体二极管片材,该片材包括: 多个碳化硅晶须组件，其彼此间隔开并且在基板中基本上平行地对齐，其中， 所述基板包括基体材料； 所述基板片材具有第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面； 所述晶须组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-氮化物半导体二极管层，其与所述第一端面外延地设置在所述第一表面上； 第一电接触层，其在所述II1-氮化物层上，以用于提供与所述II1-氮化物层的第一电接触；以及 第二电接触层，其在所述基板片材的所述第二表面上，与所述晶须的所述第二端面接触，以用于经由所述晶须组件提供与所述II1-氮化物层的第二电接触。
92.根据权利要求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.根据权利要求91所述的片材，其中，所述基板包括绝缘陶瓷。
94.根据权利要求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.根据权利要求91所述的片材，其中，所述II1-氮化物半导体包括GaN ； 所述基板包括氧化铝和碳化硅晶须；并且 所述第一电接触层和所述第二电接触层各自包括金属和导电聚合物中的至少一个。
96.根据权利要求91所述的片材，其中， 所述半导体二极管包括发光二极管(LED)； 所述基体材料包括氧化铝的烧结陶瓷； 各个晶须组件包括横截面直径为大约I微米至大约3微米的至少一个单晶碳化硅晶须；并且 各个晶须组件在所述基板的所述第一表面处包括至少一个暴露的第一端面，并且所述暴露的第一端面具有碳化硅的(111)取向横截面。
97.根据权利要求96所述的片材，其中，各个晶须组件包括被设置为与其它晶须至少部分地接触的多个单晶碳化硅晶须，以从所述第一表面延伸到所述第二表面并提供从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电路径。
【文档编号】H01L23/535GK103503134SQ201280021206
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2012年5月17日 优先权日:2011年5月17日
【发明者】A·基泰, 沈华翔 申请人:麦克马斯特大学