[发明专利]发光二极管和基板

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年5月17日提交的、标题为“MICRON SIZED LEDS SUPPORTED BY ALUMINA CERAMICS”的美国临时专利申请No.61/486,997的优先权，其内容以引用方式并入本文。

背景技术

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。

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。

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。

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

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。

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。

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。

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。