[發明專利]一種超柔性透明半導體薄膜及其制備方法

在審

• 申請號: 202010213156.3
• 申請日: 2020-03-24
• 公開（公告）號: CN113451108A
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 趙宇坤;陸書龍;邢志偉;張建亞
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/78;B81B7/04;B81C1/00
• 代理公司: 深圳市銘粵知識產權代理有限公司 44304
• 代理人: 孫偉峰;陽志全

本發明公開了一種超柔性透明半導體薄膜及其制備方法，該方法包括：提供一外延襯底；在外延襯底上生長犧牲層；在犧牲層上層疊生長至少一層Al_1?nGa_nN外延層，其中，0＜n≤1；在Al_1?nGa_nN外延層上生長含有GaN材料的納米柱陣列；刻蝕犧牲層，以將犧牲層上的外延結構整體剝離；將剝離后的外延結構轉移至柔性透明襯底的表面。相對于傳統的平面薄膜，本發明不僅可以通過釋放應力提高晶體質量，也能通過納米柱材料自身的特點提高柔性和透明度。另外，外延結構所需的緩沖層和犧牲層的總厚度可以很小，而且外延生長過程中無需額外的催化劑，有利于降低外延成本和工藝難度。本發明實用性強，可為隱形半導體器件和超柔性器件提供技術支持。

技術領域

本發明涉及半導體制備技術領域，尤其涉及一種超柔性透明半導體薄膜及其制備方法。

背景技術

近幾年來，柔性光電子器件在可穿戴智能器件、發光器件、太陽能電池、傳感器和生物應用等方面有非常廣闊的應用前景，市場十分巨大。氮化鎵(GaN)基半導體材料具有耐高溫、物理化學性質穩定和抗輻射能力強等優點，同時帶隙寬且連續可調，是目前制備光電器件的理想材料。但是GaN材料本身為硬質材料，柔性差，而且一般外延生長GaN基材料所用的襯底不透明，所以目前很難制備超柔性透明GaN基材料。而目前廣泛研究的二維材料，如石墨烯，雖然有超柔性且透明的優點，但是其本身無法作為半導體器件使用，因此無法替代GaN基材料制備半導體器件。

目前，有科研人員先在藍寶石(sapphire)襯底上先外延生長一層2μm厚的非摻雜GaN作為緩沖層，再生長一層2.5μm厚的GaN重摻雜層作為犧牲層，然后再生長器件所需的約0.8μm厚的平面結構外延層(Appl.Phys.Express 2016,9,081003)。該實驗中通過刻蝕掉犧牲層，將其上的平面結構層剝離出來，則可以獲得柔性的薄膜。此制備方法提供了一種新的制備柔性GaN基外延薄膜的途徑，具有創新性和價值，然而也有幾點局限：A.在生長器件所需的外延結構層前需要生長4.5μm厚的GaN外延層，增加了外延成本；B.在生長器件所需的外延結構層前生長的2.5μm厚的GaN重摻雜層會增加缺陷密度，降低外延晶體質量；C.剝離所得的約0.8μm厚的平面結構層較厚，透明度未知，該文章沒有相關數據，即使GaN和AlGaN材料的禁帶寬度對應的波長小于可見光范圍(380nm-800nm)，透明度高一些，但InGaN材料的禁帶寬度窄，會吸收可見光，透明度則差很多；D.剝離所得的外延薄膜有近1μm的厚度，柔性受到了限制，彎折過程中的擠壓很可能會損傷晶體質量。