[發(fā)明專利]一種超柔性氮化鎵基金字塔結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體器件及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710516403.5
• 申請日: 2017-06-29
• 公開（公告）號: CN107482088A
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 云峰;李虞鋒;田振寰
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/06;H01L33/32;H01L33/40
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司61200
• 代理人: 陸萬壽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種超柔性氮化鎵基金字塔結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體器件及其制備方法。

背景技術(shù)

近幾年來，柔性電子和光學(xué)器件在可穿戴智能電子器件，發(fā)光器件， 太陽能電池，傳感器和生物方面的廣泛應(yīng)用吸引了很多研究者的目光。 氮化鎵基的半導(dǎo)體器件以其優(yōu)異的材料性能，熱學(xué)和電學(xué)的穩(wěn)定性，更 高的量子效率和發(fā)光效率等特點，成為替代有機(jī)半導(dǎo)體器件的最重要選 擇之一。但由于氮化鎵材料本身為硬質(zhì)材料，柔性度差，為避免工藝和 實際應(yīng)用過程中器件由于彎曲而產(chǎn)生裂痕使器件失效，前期需要將整個 氮化鎵薄膜切割為微米尺寸的分立芯片。然而，即便如此依然會有裂痕 產(chǎn)生。更重要的是，受切割尺寸的限制，使得該類半導(dǎo)體柔性器件的密 度和面積都存在一定限制。

為了改善這一問題，有些研究者提出一種特殊設(shè)計的3D微納米結(jié) 構(gòu)，例如微米柱，微米盤，微米金字塔結(jié)構(gòu)等。這種微米結(jié)構(gòu)由于其側(cè) 向外延的生長特點，材料本身位錯密度較低，量子阱層的應(yīng)力較小，從 而可以極大地減小QCSE效應(yīng)，提高器件的效率。盡管這種特殊結(jié)構(gòu)的 器件在柔性器件的應(yīng)用方面具有巨大優(yōu)勢，但相關(guān)報道依舊很少。這主 要是因為這種器件制作的難度較高，不僅在于3D微結(jié)構(gòu)本身生長的問 題，更與器件制作工藝密切相關(guān)。為了實現(xiàn)微結(jié)構(gòu)與原硬質(zhì)襯底的分離， 一般需要引入插入層，在插入層上生長得到的器件位錯密度比無插入層 器件高幾個數(shù)量級。而器件的分離過程一般是通過化學(xué)腐蝕或機(jī)械剝離， 這難免會對微納米結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不可逆的傷害。即便不考慮以上問題，之前 相關(guān)報道也很難實現(xiàn)高柔性度的器件，器件的尺寸也受到限制，這主要 是因為他們在器件的電極制作過程中也仍然存在問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種超柔性氮 化鎵基金字塔結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體器件及其制備方法，該半導(dǎo)體器件具有尺寸不 受限、柔性度較高的特點，并且制備方法操作簡單、方便、易于實現(xiàn)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的超柔性氮化鎵基金字塔結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體 器件包括自下到上依次設(shè)置有柔性襯底、導(dǎo)電粘結(jié)層、SiO₂掩膜、金字 塔陣列及P面透明電極，金字塔陣列中的各金字塔之間填充有絕緣填充 材料，金字塔陣列中各金字塔均包括金字塔形結(jié)構(gòu)的非故意摻雜氮化鎵 以及依次覆蓋于非故意摻雜氮化鎵上n型氮化鎵層、量子阱層、p型氮 化鎵層及透明導(dǎo)電層，其中，非故意摻雜氮化鎵的下端穿過SiO₂掩膜與 導(dǎo)電粘結(jié)層相連接，透明導(dǎo)電層的頂部穿出絕緣填充材料插入于P面透 明電極內(nèi)。

所述透明導(dǎo)電層的材質(zhì)為ITO。

絕緣填充材料的材質(zhì)為PMMA、PDMS或硅膠。

導(dǎo)電粘結(jié)層為導(dǎo)電膠水、導(dǎo)電膠帶、金屬材料或合金焊料。

P面透明電極包括導(dǎo)電層以及設(shè)置于導(dǎo)電層上的金屬電極，其中， 金屬電極的材質(zhì)為Ni、Ag、Pt、Au、Al及Ti中的一種或幾種，金屬電 極為網(wǎng)格狀、條狀或圓環(huán)狀，金屬電極的線寬大于等于100μm；導(dǎo)電層 的材質(zhì)為銀納米線、銅納米線、ITO納米線及石墨烯中的一種或幾種。

本發(fā)明所述的超柔性氮化鎵基金字塔結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體器件的制備方法包 括以下步驟：

1)將SiO₂掩膜覆蓋于藍(lán)寶石襯底上，再在SiO₂掩膜及藍(lán)寶石襯底 上進(jìn)行圖形化，得圖形化的襯底，然后在圖形化的襯底上生長金字塔陣 列，再通過絕緣填充材料填充金字塔陣列中各金字塔之間的間隙，并刻 蝕露出金字塔陣列中各金字塔的頂端；

2)將金字塔陣列轉(zhuǎn)移至半固化的PDMS臨時襯底上，其中，金字 塔陣列中各金字塔的頂端朝下并與半固化的PDMS臨時襯底相連，再剝 離藍(lán)寶石襯底，然后將金字塔陣列、半固化的PDMS臨時襯底及SiO₂掩膜組成的結(jié)構(gòu)在豎直方向進(jìn)行轉(zhuǎn)動，使金字塔陣列中各金字塔的頂部 朝上，再將SiO₂掩膜的底部通過導(dǎo)電粘結(jié)層粘接至柔性襯底上；

3)剝離半固化的PDMS臨時襯底，并露出金字塔陣列中各金字塔 的頂部，然后在絕緣填充材料上制作P面透明電極。

步驟2)中將金字塔陣列轉(zhuǎn)移至半固化的PDMS臨時襯底上的具體 操作為：制作半固化的PDMS臨時襯底，再將金字塔陣列轉(zhuǎn)移至半固化 的PDMS臨時襯底上，然后將半固化的PDMS臨時襯底及金字塔陣列構(gòu) 成的結(jié)構(gòu)放置到90℃的環(huán)境下烘烤10min，使其二次固化。