[發明專利]大面積柔性透明半導體薄膜及其制法和應用

在審

• 申請號: 202010553969.7
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN113808911A
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 邢志偉;趙宇坤;邊歷峰;陸書龍
• 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;中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所南昌研究院
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L21/78
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王茹;王鋒

1.一種大面積柔性透明半導體薄膜的制備方法，其特征在于包括：

在襯底上生長形成納米柱陣列，并使所述納米柱陣列的頂端生長愈合形成平面，所述納米柱陣列含有Ⅲ-Ⅴ族半導體材料；

在所述納米柱陣列表面生長半導體外延結構，所述半導體外延結構包括氮化物層。

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述制備方法還包括：

在所述納米柱陣列與襯底連接處或所述納米柱陣列兩端之間的選定位置處對納米柱陣列進行破壞，以將所述半導體外延結構及連接在半導體外延結構上的納米柱陣列的殘留部分從襯底上整體剝離，再一起轉移至柔性襯底上；

優選的，所述的制備方法具體包括：

至少采用電化學刻蝕方式、化學腐蝕方式或機械剝離方式中的任一種將所述納米柱陣列在其兩端之間的選定位置處破壞，從而使所述半導體外延結構及與半導體外延結構連接的納米柱陣列的殘留部分被從襯底上整體剝離；

將所述半導體外延結構及納米柱陣列的殘留部分一起轉移到柔性襯底上，并使所述納米柱陣列的殘留部分被直接設置在柔性襯底上。

3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于包括：在所述襯底的第一表面形成所述納米柱陣列，并在所述襯底與第一表面相背對的第二表面形成與所述納米柱陣列導通的電極，然后采用電化學刻蝕方式除去所述納米柱陣列；或者，直接采用刻蝕液刻蝕所述的納米柱陣列，以使所述半導體外延結構及與半導體外延結構連接的納米柱陣列的殘留部分被從襯底上整體剝離。

4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述納米柱陣列包括多個納米柱；優選的，所述納米柱的高度大于等于800nm；優選的，所述納米柱陣列的殘留部分的高度為10-800nm；優選的，相鄰兩個納米柱之間的間隙為3-15nm。

5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于具體包括：直接在所述襯底上外延生長納米柱陣列，或者，先在所述襯底上依次形成第一緩沖層再在所述緩沖層上形成所述的納米柱陣列，優選的，所述第一緩沖層含有Ⅲ-Ⅴ族半導體材料，優選的，所述第一緩沖層為單層或多層的同質或異質結構；優選的，所述第一緩沖層的材質包括n-GaN，所述第一緩沖層的厚度為大于等于500nm。

6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述襯底形成有納米柱陣列的第一表面還覆蓋有二維材料；優選的，所述襯底包括藍寶石襯底、硅片、金屬襯底、GaN自支撐襯底、金剛石襯底、碳化硅襯底中的任意一種；優選的，所述二維材料包括二維石墨材料；和/或，所述柔性襯底的材質包括導電膠帶、二維石墨烯、ITO層、二維金屬膜中的任意一種。

7.一種大面積柔性透明半導體薄膜，其特征在于包括：柔性襯底以及依次形成在所述柔性襯底上的納米柱陣列和半導體外延結構或功能器件結構，其中，所述納米柱陣列含有Ⅲ-Ⅴ族半導體材料，所述半導體外延結構或功能器件結構包括氮化物層。

8.根據權利要求7所述的大面積柔性透明半導體薄膜，其特征在于：所述納米柱陣列包括多個納米柱；優選的，所述納米柱的高度為10-800nm；優選的，相鄰兩個納米柱之間的間隙為3-15nm。

9.根據權利要求7所述的大面積柔性透明半導體薄膜，其特征在于：所述Ⅲ-Ⅴ族半導體材料包括In_xGa_1-xN或Al_xGa_1-xN，(x＝0-1)；優選的，所述氮化物層的材質包括InGaN；優選的，所述氮化物層的厚度為200nm；和/或，所述柔性襯底的材質包括導電膠帶、二維石墨烯、ITO層、二維金屬膜中的任意一種。

10.一種半導體器件，其特征在于包括權利要求9-10中任一項所述的大面積柔性透明半導體薄膜。