[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

本發明公開了一種大面積柔性透明半導體薄膜及其制法和應用。所述制備方法包括：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。本發明通過采用納米柱陣列加快刻蝕以及釋放應力，可以更好的避免晶體刻蝕，進而提高所獲大面積柔性透明半導體薄膜的晶體質量。

技術領域

本發明特別涉及一種大面積柔性透明半導體薄膜及其制法和應用，屬于半導體技術領域。

背景技術

近幾年來，柔性電子器件以及光電子器件在柔性可穿戴、電子皮膚、柔性電路、太陽能電池、可卷曲顯示器、柔性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。而氮化物半導體，包括AlN、GaN、InGaN、AlGaN以及多元InAlGaN等的材料具有高熱導率、高擊穿場強、較小的介電常數、耐高溫、物理化學性質穩定和抗輻射能力強等優點，并且帶隙寬且連續可調，是目前制備高頻、高功率、抗輻射電子器件以及光電器件的理想材料。并且氮化物半導體器件外延層的厚度為幾個微米，在柔性器件領域具有廣泛的應用前景。

但是，氮化物材料多外延在藍寶石、Si、SiC等剛性襯底上，且這些襯底的厚度可以達到毫米級別，要從剛性襯底上把氮化物材料剝離下來很不容易。

目前，現有技術(DOI：10.1002/pssb.201600774)中通常是采用刻蝕的方法來獲得氮化物層，其直接將犧牲層去除，不僅會導致外延層中的應力不均勻，而且刻蝕時間長，效率低，有研究者通過刻蝕通道來進一步加速刻蝕獲得層材料(CN 109244026 A)，但其刻蝕時間還是較長，而且刻蝕通道會導致層樣品不再是完整的層，所以，想要快速制備出大面積高質量的柔性氮化物材料層還是很困難的。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種大面積柔性透明半導體薄膜及其制法和應用，以克服現有技術中的不足。

為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括：

本發明實施例提供了一種大面積柔性透明半導體薄膜的制備方法，其包括：

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。

進一步的，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。

進一步的，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。

進一步的，所述的制備方法包括：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破壞所述納米柱陣列；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。

進一步的，所述納米柱陣列包括多個納米柱。

進一步的，所述納米柱的高度大于等于800nm。

進一步的，所述納米柱陣列的殘留部分的高度為10-800nm。