大面积柔性透明半导体薄膜及其制法和应用的制作方法

1.本发明特别涉及一种大面积柔性透明半导体薄膜及其制法和应用，属于半导体技术领域。


背景技术：

2.近几年来，柔性电子器件以及光电子器件在柔性可穿戴、电子皮肤、柔性电路、太阳能电池、可卷曲显示器、柔性传感器和生物应用等方面有非常广阔的应用前景，市场十分巨大。而氮化物半导体，包括aln、gan、ingan、algan以及多元inalgan等的材料具有高热导率、高击穿场强、较小的介电常数、耐高温、物理化学性质稳定和抗辐射能力强等优点，并且带隙宽且连续可调，是目前制备高频、高功率、抗辐射电子器件以及光电器件的理想材料。并且氮化物半导体器件外延层的厚度为几个微米，在柔性器件领域具有广泛的应用前景。
3.但是，氮化物材料多外延在蓝宝石、si、sic等刚性衬底上，且这些衬底的厚度可以达到毫米级别，要从刚性衬底上把氮化物材料剥离下来很不容易。
4.目前，现有技术(doi：10.1002/pssb.201600774)中通常是采用刻蚀的方法来获得氮化物层，其直接将牺牲层去除，不仅会导致外延层中的应力不均匀，而且刻蚀时间长，效率低，有研究者通过刻蚀通道来进一步加速刻蚀获得层材料(cn 109244026 a)，但其刻蚀时间还是较长，而且刻蚀通道会导致层样品不再是完整的层，所以，想要快速制备出大面积高质量的柔性氮化物材料层还是很困难的。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种大面积柔性透明半导体薄膜及其制法和应用，以克服现有技术中的不足。
6.为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
7.本发明实施例提供了一种大面积柔性透明半导体薄膜的制备方法，其包括：
8.在衬底上生长形成纳米柱阵列，并使所述纳米柱阵列的顶端生长愈合形成平面，所述纳米柱阵列含有
ⅲ-ⅴ
族半导体材料；
9.在所述纳米柱阵列表面生长半导体外延结构，所述半导体外延结构包括氮化物层。
10.进一步的，所述制备方法还包括：在所述纳米柱阵列与衬底连接处或所述纳米柱阵列两端之间的选定位置处对纳米柱阵列进行破坏，以将所述半导体外延结构及连接在半导体外延结构上的纳米柱阵列的残留部分从衬底上整体剥离，再一起转移至柔性衬底上。
11.进一步的，所述的制备方法具体包括：
12.至少采用电化学刻蚀方式、化学腐蚀方式或机械剥离方式中的任一种将所述纳米柱阵列在其两端之间的选定位置处破坏，从而使所述半导体外延结构及与半导体外延结构连接的纳米柱阵列的残留部分被从衬底上整体剥离；
13.将所述半导体外延结构及纳米柱阵列的残留部分一起转移到柔性衬底上，并使所
述纳米柱阵列的残留部分被直接设置在柔性衬底上。
14.进一步的，所述的制备方法包括：在所述衬底的第一表面形成所述纳米柱阵列，并在所述衬底与第一表面相背对的第二表面形成与所述纳米柱阵列导通的电极，然后采用电化学刻蚀方式破坏所述纳米柱阵列；或者，直接采用刻蚀液刻蚀所述的纳米柱阵列，以使所述半导体外延结构及与半导体外延结构连接的纳米柱阵列的残留部分被从衬底上整体剥离。
15.进一步的，所述纳米柱阵列包括多个纳米柱。
16.进一步的，所述纳米柱的高度大于等于800nm。
17.进一步的，所述纳米柱阵列的残留部分的高度为10-800nm。
18.进一步的，相邻两个纳米柱之间的间隙为3-15nm。
19.进一步的，所述的制备方法具体包括：直接在所述衬底上外延生长纳米柱阵列，或者，先在所述衬底上依次形成第一缓冲层再在所述缓冲层上形成所述的纳米柱阵列。
20.进一步的，所述第一缓冲层为单层或多层的同质或异质结构。
21.进一步的，所述第一缓冲层含有
ⅲ-ⅴ
族半导体材料。
22.优选的，所述第一缓冲层的材质包括n-gan，所述第一缓冲层的厚度为大于等于500nm。
23.进一步的，所述氮化物层形成在所述愈合成平面的纳米柱上表面。
24.进一步的，所述的制备方法还包括：将所述半导体外延结构制作成功能器件结构的步骤。
25.进一步的，所述衬底形成有纳米柱阵列的第一表面还覆盖有二维材料。
26.进一步的，所述衬底包括蓝宝石衬底、硅片、金属衬底、gan自支撑衬底、金刚石衬底、碳化硅衬底中的任意一种，但不限于此。
27.进一步的，所述二维材料包括二维石墨材料。
28.进一步的，所述柔性衬底的材质包括导电胶带、二维石墨烯、ito层、二维金属膜中的任意一种，但不限于此。
29.本发明实施例还提供了一种大面积柔性透明半导体薄膜，其特征在于包括：柔性衬底以及依次形成在所述柔性衬底上的纳米柱阵列和半导体外延结构或功能器件结构，其中，所述纳米柱阵列含有
ⅲ-ⅴ
族半导体材料，所述半导体外延结构或功能器件结构包括氮化物层。
30.进一步的，所述纳米柱阵列包括多个纳米柱。
31.进一步的，所述纳米柱的高度为10-800nm。
32.进一步的，相邻两个纳米柱之间的间隙为3-15nm。
33.进一步的，所述
ⅲ-ⅴ
族半导体材料包括in
x
ga
1-x
n或al
x
ga
1-x
n，(x＝0-1)。
34.进一步的，所述氮化物层的材质包括ingan。
35.进一步的，所述氮化物层的厚度为200nm。
36.进一步的，所述柔性衬底的材质包括导电胶带、二维石墨烯、ito层、二维金属膜中的任意一种，但不限于此。
37.本发明实施例还提供了一种半导体器件，其包括所述的大面积柔性透明半导体薄膜。
38.与现有技术相比，本发明的优点包括：
39.1)本发明一典型实施案例中提供的一种大面积柔性透明半导体薄膜的制备方法的成本低，本发明所需的电化学刻蚀和光刻均是常规刻蚀工艺，成本低廉；
40.2)本发明一典型实施案例中提供的一种大面积柔性透明半导体薄膜的制备方法获得的半导体薄膜的晶体质量高，本发明制备的大面积柔性透明半导体薄膜主要是采用纳米柱阵列来加快刻蚀以及释放应力，其可以更好的避免晶体刻蚀，进而提高晶体质量；
41.3)本发明一典型实施案例中提供的一种大面积柔性透明半导体薄膜的制备方法的工艺简易、简单可控，进行薄膜刻蚀过程中所需的电化学刻蚀和光刻均是常规刻蚀工艺，精度要求不高，有利于提高实用性。
附图说明
42.图1是本发明一典型实施案例中一种大面积柔性透明半导体薄膜的制备流程示意图；
43.图2是本发明实施例1中一种剥离半导体外延结构或器件结构的工艺结构示意图；
44.图3是本发明实施例2中一种剥离半导体外延结构或器件结构的工艺结构示意图；
45.图4是本发明一典型实施案例中采用的一种刻蚀装置的结构示意图；
46.图5是本发明一典型实施案例中一种大面积柔性透明半导体薄膜的结构示意图；
47.图6是本发明一典型实施案例中一种大面积柔性透明半导体薄膜的结构示意图；
48.图7是本发明一典型实施案例中一种大面积柔性透明半导体薄膜的结构示意图；
49.图8是本发明一典型实施案例中一种大面积柔性透明半导体薄膜的结构示意图
50.图9是本发明实施例5的一种半导体薄膜表面的光刻结构示意图；
51.图10a、图10b分别是本发明另一典型实施例中提供的一种半导体外延结构或器件结构的结构示意图、一种大面积柔性透明氮化物半导体薄膜的结构示意图。
具体实施方式
52.鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
53.本发明实施例提供了一种大面积柔性透明半导体薄膜的制备方法，其包括：
54.在衬底上生长形成纳米柱阵列，并使所述纳米柱阵列的顶端生长愈合形成平面，所述纳米柱阵列含有
ⅲ-ⅴ
族半导体材料；
55.在所述纳米柱阵列表面生长半导体外延结构，所述半导体外延结构包括氮化物层。
56.进一步的，所述制备方法还包括：
57.在所述纳米柱阵列与衬底连接处或所述纳米柱阵列两端之间的选定位置处对纳米柱阵列进行破坏，以将所述半导体外延结构及连接在半导体外延结构上的纳米柱阵列的残留部分从衬底上整体剥离，再一起转移至柔性衬底上。
58.进一步的，所述制备方法还包括：
59.在所述纳米柱阵列与半导体外延结构连接处或所述纳米柱阵列两端之间的选定位置处对纳米柱阵列进行破坏，以将所述半导体外延结构从衬底上整体剥离，再一起转移
至柔性衬底上。
60.进一步的，所述的制备方法具体包括：
61.至少采用电化学刻蚀方式、化学腐蚀方式或机械剥离方式中的任一种将所述纳米柱阵列在其两端之间的选定位置处破坏，从而使所述半导体外延结构及与半导体外延结构连接的纳米柱阵列的残留部分被从衬底上整体剥离；
62.将所述半导体外延结构及纳米柱阵列的残留部分一起转移到柔性衬底上，并使所述纳米柱阵列的残留部分被直接设置在柔性衬底上。
63.进一步的，所述的制备方法具体包括：
64.至少采用电化学刻蚀方式、化学腐蚀方式或机械剥离方式中的任一种将所述纳米柱阵列在其两端之间的选定位置处或所述纳米柱阵列与半导体外延结构连接处破坏，从而使所述半导体外延结构被从衬底上整体剥离；
65.将所述半导体外延结构转移到柔性衬底上。
66.进一步的，所述的制备方法包括：在所述衬底的第一表面形成所述纳米柱阵列，并在所述衬底与第一表面相背对的第二表面形成与所述纳米柱阵列导通的电极，然后采用电化学刻蚀方式破坏所述纳米柱阵列；或者，直接采用刻蚀液刻蚀所述的纳米柱阵列，以使所述半导体外延结构及与半导体外延结构连接的纳米柱阵列的残留部分被从衬底上整体剥离；或者，直接采用刻蚀液刻蚀所述的纳米柱阵列，以使所述半导体外延结构被从衬底上整体剥离。
67.本发明实施例还提供了一种大面积柔性透明半导体薄膜，其包括：柔性衬底以及依次形成在所述柔性衬底上的纳米柱阵列和半导体外延结构或功能器件结构，其中，所述纳米柱阵列含有
ⅲ-ⅴ
族半导体材料，所述半导体外延结构或功能器件结构包括氮化物层。
68.本发明提供的一种大面积柔性透明半导体薄膜通过一维阵列的纳米柱阵列可以释放因晶格和热失配造成的应力同时，本发明实施例提供的一种大面积柔性透明半导体薄膜的半导体外延结构或功能器件结构在剥离时所需的刻蚀区域很小，并且可以进行自上而下，自左而右全方位刻蚀，进而可以加速刻蚀，有利于避免半导体外延结构或功能器件结构材料被刻蚀，并降低外延成本和工艺难度。
69.本发明还可以通过物理机械剥离方式(例如采用胶带黏附后剥离)破坏纳米柱阵列结构，进而剥离半导体外延结构，从而可以比较好的避免半导体外延结构在剥离过程中的自卷曲现象，同时，物理机械剥离方式还降低了外延成本和工艺难度。
70.如图1所示，本发明一典型实施案例中提供的一种大面积柔性透明半导体薄膜的制备方法，包括如下步骤：
71.s001)提供一衬底，该衬底可以选自蓝宝石衬底、硅片(si)、金属衬底、gan自支撑衬底、金刚石衬底、碳化硅衬底(sic)以及覆盖有二维材料的前述衬底；
72.直接在衬底上生长纳米柱阵列；或者，先在绝缘的衬底上生长第一缓冲层，再在第一缓冲层上生长纳米柱阵列；
73.其中，所述第一缓冲层的材质包括氮化物，例如gan；所述纳米柱阵列包括多个纳米柱，纳米柱的高度大于等于800nm，相邻两个纳米柱之间存在间隙，间隙的宽度大约为3-15nm，该纳米柱的材质为
ⅲ-ⅴ
半导体材料，例如gan等氮化物；
74.s005)生长所述纳米柱阵列直至纳米柱阵列的顶端生长愈合形成平面；
75.s006)在愈合的纳米柱阵列表面上继续外延包含氮化物层的半导体外延结构，所述氮化物层的材质包括ingan，厚度大于等于10nm；
76.s007)通过电化学刻蚀方式或者化学腐蚀方式或者机械剥离方式将所述纳米柱阵列在其两端之间的选定位置处破坏，从而使所述半导体外延结构及与半导体外延结构连接的纳米柱阵列的残留部分被从衬底上整体剥离；
77.s008)将所述半导体外延结构及纳米柱阵列的残留部分一起转移到柔性衬底上，并使所述纳米柱阵列的残留部分被直接设置在柔性衬底上；其中，所述柔性衬底可以为导电胶带、二维石墨烯、ito薄膜、二维金属膜等。
78.具体的，所述的制备方法还包括：将所述半导体外延结构制作成功能器件结构的步骤。
79.本发明实施例提供的一种大面积柔性透明半导体薄膜的制备方法，可以通过电化学刻蚀方式或者化学腐蚀方式或者机械剥离方式来破坏纳米柱阵列与衬底接触的高位错区域来剥离半导体外延结构。
80.本发明实施例提供的一种大面积柔性透明半导体薄膜的制备方法，可以采用化学刻蚀的方法，在不施加外部条件的基础上，直接在naoh或者hno3溶液中来腐蚀纳米柱阵列以剥离半导体外延结构，进而来完成所述的剥离过程。
81.本发明实施例提供的一种大面积柔性透明半导体薄膜的制备方法，可以先把器件光刻为区域阵列，然后把材料刻蚀到纳米柱阵列与衬底接触区域，再通过刻蚀来获得半导体外延薄膜结构，进而来完成剥离过程。
82.如图2所示，在一些较为具体的实施方案中，本发明提供的一种大面积柔性透明半导体薄膜的制备方法，包括如下步骤：
83.首先，取一片n型si衬底1-1等导电的非绝缘衬底作为衬底，用hf酸、丙酮和乙醇溶液分别清洗n型si衬底的表面5min；
84.然后，将该n型si衬底置于分子束外延(molecular beam epitaxy,mbe)生长室中进行外延生长半导体外延结构或器件结构，具体包括如下步骤：
85.1)在n型si衬底1-1的正面生长包含多个高度约为800nm的gan纳米柱的纳米柱阵列1-2，并使所述gan纳米柱阵列1-2的顶端生长愈合形成平面；
86.2)在愈合的gan纳米柱阵列1-2表面生长厚度为200nm的ingan薄膜(即前述氮化物层)1-3，进而形成可剥离刻蚀的结构h1；
87.3)在n型si衬底1-1背面制备接触电极1-4，并在接触电极1-4上引入导线1-6，最后，采用环氧树脂1-5把接触电极1-4以及导线1-6密封起来。
88.如图3所示，在一些较为具体的实施方案中，本发明提供的一种大面积柔性透明半导体薄膜的制备方法，还可以包括如下步骤：
89.首先，取一片蓝宝石衬底2-1作为衬底，用丙酮，异丙醇溶液和去离子水分别清洗蓝宝石衬底2-1的表面5min；
90.然后，将该蓝宝石衬底2-1置于分子束外延(molecular beam epitaxy,mbe)或者金属有机化学气相沉积(mocvd)设备生长室中进行外延生长半导体外延结构或器件结构，具体包括如下步骤：
91.1)在蓝宝石衬底2-1正面外延生长一层厚约为800nm的n-gan缓冲层(即前述第一
缓冲层)2-2；
92.2)在gan缓冲层2-2上生长一层包含多个高度约为800nm的gan纳米柱的纳米柱阵列2-3，并使所述纳米柱阵列的顶端生长愈合形成平面；
93.3)在愈合形成平面的纳米柱阵列表面2-3上外延生长厚度为200nm的ingan薄膜2-4，从而构成可剥离刻蚀的结构h2；
94.4)采用光刻以及刻蚀工艺形成刻蚀图案，使gan缓冲层2-2的部分自刻蚀图案区域露出，该刻蚀图案可以是圆形、方形等，在露出的gan缓冲层2-2上制备接触电极2-5，并外引导线2-6，同样，采用环氧树脂密封接触电极和导线。
95.对于分别如图2和图3所示的半导体外延结构，可采用单一腔室或者h型双腔室对所生长的半导体外延结构或器件结构进行刻蚀处理，如图4所示，为了更好进行半导体外延结构的剥离以及转移，本例采用h型结构的双腔室进行刻蚀剥离，两腔室3-1和3-2之间采用质子交换膜3-5隔离，两腔室之间有可以施加偏压的稳压仪3-7，并且在剥离样品一端的腔室设置有样品支架3-6，可以把待剥离的半导体外延结构平放剥离，并以ag/ag/cl作为参比电极，以pt电极3-3作为反应的另一电极；此外，还可以在反应架的上端配备紫外光源3-8，来进一步加快刻蚀过程，所有要刻蚀的样品，在刻蚀之前，都将在所对应的刻蚀液中超声震荡3-5min或静置5-10min，以便刻蚀液充分进入到纳米柱阵列之间。
96.请参阅图5，本发明一典型实施案例中提供的一种大面积柔性透明半导体薄膜h5包括：柔性衬底5-1以及依次形成在柔性衬底5-1上的纳米柱阵列5-2和氮化物层5-3，其中，所述纳米柱阵列5-2的高度或厚度为10nm-800nm，所述氮化物层5-3为ingan层，氮化物层5-3的厚度为200nm。
97.请参阅图6，本发明一典型实施案例中提供的一种大面积柔性透明半导体薄膜h6包括：柔性衬底6-1以及依次形成在柔性衬底6-1上的纳米柱阵列6-2、缓冲层6-3和氮化物层6-4，其中，所述纳米柱阵列6-2的高度或厚度为800nm，所述缓冲层6-3为gan层，缓冲层6-3的厚度为100nm，氮化物层6-4为ingan层，氮化物层6-4的厚度为200nm。
98.请参阅图7，本发明一典型实施案例中提供的一种大面积柔性透明半导体薄膜h7包括：柔性衬底7-5以及依次形成在柔性衬底7-5上的缓冲层7-3和氮化物层7-4，其中，所述缓冲层7-3为gan层，缓冲层7-3的厚度为100nm，氮化物层7-4为ingan层，氮化物层7-4的厚度为200nm；当然，本发明一典型实施案例中提供的一种大面积柔性透明半导体薄膜还可以只包括柔性衬底7-5以及形成在柔性衬底7-5上的氮化物层7-4。
99.请参阅图8，本发明一典型实施案例中提供的一种大面积柔性透明半导体薄膜h8包括：柔性衬底8-1以及依次形成在柔性衬底8-1上的gan层8-2、gan纳米柱阵列8-3和氮化物层8-4，其中，gan层8-2的厚度为2-3nm，所述gan纳米柱阵列8-3的高度或厚度为800nm，氮化物层8-4为ingan层，氮化物层8-4的厚度为200nm。
100.需要说明的是，如图5-8中所示的一种大面积柔性透明半导体薄膜中的的缓冲层为前述制作方法中形成的第二缓冲层。
101.以下，将参照附图以及具体实施例来详细描述本发明，然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。在附图中，为了清楚起见，可以夸
大元件的形状和尺寸，并且相同的标号将始终被用于表示相同或相似的元件。
102.将理解的是，尽管在这里可使用术语“第一”、“第二”等来描述各种结构和工艺，但是这些结构不应受这些术语的限制，这些术语仅用于将一个结构或工艺与另一个结构或工艺区分开来。
103.实施例1
104.如图1所示，一种大面积柔性透明半导体薄膜的制备方法，可以包括如下步骤：
105.首先，取一片n型si衬底1-1作为衬底，用hf酸、丙酮和乙醇溶液分别清洗n型si衬底的表面5min；
106.然后，将该n型si衬底置于分子束外延(molecular beam epitaxy,mbe)生长室中进行外延生长外延结构，具体包括如下步骤：
107.1)在n型si衬底1-1上生长包含多个高度约为800nm的gan纳米柱的纳米柱阵列1-2，并使所述gan纳米柱阵列的顶端生长愈合形成平面；
108.2)在愈合的gan纳米柱阵列1-2表面生长厚度为200nm的ingan薄膜(即前述氮化物层)1-3，进而形成可剥离刻蚀的结构h1；
109.3)在n型si衬底1-1背面制备接触电极1-4，并在接触电极1-4上引入导线1-6，最后，采用环氧树脂1-5把接触电极1-4以及导线1-6密封起来。
110.把前述制作的外延结构置于浓度为1m的naoh或koh等碱性的刻蚀液中超声震荡3-5min，然后采用h型双腔结构的反应装置进行刻蚀剥离处理：
111.将pt电极和ag/agcl参比电极置于h型反应腔的一端，把前述形成的外延结构平放于另一端支架上，ingan薄膜端朝上，在反应腔的两端均加入1m的naoh或者koh等碱性溶液，并在ingan薄膜端施加 3v的外置偏压，反应大约2-5min，即可从n型si衬底上剥离下可剥离刻蚀的结构h1，并将剥离的可剥离刻蚀的结构h1转移至柔性衬底中，从而形成大面积柔性透明半导体薄膜；该柔性衬底还可以为二维石墨烯、ito薄膜、二维金属膜等。
112.实施例2
113.如图2所示，一种大面积柔性透明半导体薄膜的制备方法，可以包括如下步骤：
114.取一片蓝宝石衬底作为衬底2-1，用丙酮，异丙醇溶液和去离子水分别清洗蓝宝石衬底的表面5min；
115.然后，将该蓝宝石衬底置于分子束外延(molecular beam epitaxy,mbe)或者金属有机化学气相沉积(mocvd)设备生长室中进行外延生长外延结构，具体包括如下步骤，
116.1)在蓝宝石衬底2-1正面外延生长一层厚约为800nm的n-gan缓冲层(即前述第一缓冲层)2-2；
117.2)在gan缓冲层2-2上生长一层包含多个高度约为800nm的gan纳米柱的纳米柱阵列2-3，并使所述纳米柱阵列的顶端生长愈合形成平面；
118.3)在愈合形成平面的纳米柱阵列表面2-3上外延生长厚度为200nm的ingan薄膜2-4，从而构成可剥离刻蚀的结构h2；
119.4)采用光刻以及刻蚀工艺形成刻蚀图案，使gan缓冲层2-2的部分自刻蚀图案区域露出，该刻蚀图案可以是圆形、方形等，在露出的gan缓冲层2-2上制备接触电极2-5，并外引导线2-6，同样，采用环氧树脂密封接触电极和导线。
120.把制作的外延结构置于1m的naoh或koh等碱性的刻蚀液中超声震荡3-5min，然后
采用h型双腔结构的反应装置进行刻蚀剥离处理：
121.将pt电极和ag/agcl参比电极置于h型反应腔的一端，把前述制作的外延结构置于另一端支架上，将所述外延结构平放，ingan薄膜2-4端朝上，在反应腔的两端均加入1m的naoh或者koh等碱性溶液，并在ingan薄膜2-4端施加 3v的外置偏压，反应大约2-5min即可从si衬底上剥离下可剥离刻蚀的结构h2，并将剥离的可剥离刻蚀的结构h2转移至柔性衬底上，从而形成大面积柔性透明半导体薄膜，其中，纳米柱阵列直接形成在柔性衬底上；该柔性衬底还可以为二维石墨烯、ito薄膜、二维金属膜等。
122.实施例3
123.本实施例提供的一种大面积柔性透明半导体薄膜的制备方法与实施例1-2基本一致，不同之处在于：本发明先在纳米阵列上形成一层缓冲层(即第二缓冲层)，再在该缓冲层上形成氮化物层，从而形成可剥离刻蚀的结构。
124.其中，所述缓冲层为单层或者多层结构，其材质可以是同质或异质的
ⅲ-ⅴ
族半导体材料，优选的，该缓冲层的材质包括gan，所述缓冲层的厚度为大于等于100nm。
125.对于非绝缘衬底，制作步骤以及形成的外延结构与图2相似，具体的制备方法包括如下步骤：
126.将该n型si衬底1-1置于分子束外延(molecular beam epitaxy,mbe)生长-室中进行外延生长外延结构，具体包括：
127.1)在n型si衬底1-1上生长包含多个高度约为800nm的gan纳米柱的纳米柱阵列1-2，并使所述gan纳米柱阵列的顶端生长愈合形成平面；
128.2)在愈合成平面的纳米柱阵列表面生长100nm的gan缓冲层；
129.3)在gan缓冲层上生长厚度为200nm的ingan薄膜(即前述氮化物层)1-3，进而形成可剥离刻蚀的结构；
130.4)在n型si衬底1-1背面制备接触电极1-4，并在接触电极1-4上引入导线1-6，最后，采用环氧树脂1-5把接触电极1-4以及导线1-6密封起来。
131.对于绝缘衬底，本实施例中形成的外延结构与图3类似，具体的制备方法包括如下步骤：
132.取一片蓝宝石衬底2-1作为衬底，采用丙酮、异丙醇溶液和去离子水分别清洗蓝宝石衬底的表面5min；然后，将该蓝宝石衬底置于分子束外延(molecular beam epitaxy，mbe)或者金属有机化学气相沉积(mocvd)设备生长室中进行外延生长外延结构，具体包括如下步骤，
133.1)在蓝宝石衬底2-1正面外延生长一层厚约为800nm的n-gan缓冲层(即前述第一缓冲层)2-2；
134.2)在gan缓冲层2-2上生长一层包含多个高度约为800nm的gan纳米柱的纳米柱阵列2-3，并使所述纳米柱阵列的顶端生长愈合形成平面；
135.3)在愈合成平面的纳米柱阵列2-3表面生长100nm的gan缓冲层(即前述第二缓冲层)；
136.4)在gan缓冲层上外延生长厚度为200nm的ingan薄膜2-4，从而构成可剥离刻蚀的结构；
137.5)采用光刻以及刻蚀工艺形成刻蚀图案，使n-gan缓冲层2-2的部分自刻蚀图案区
域露出，该刻蚀图案可以是圆形、方形等，在露出的n-gan上制备接触电极2-5，并外引导线2-6，同样，采用环氧树脂密封接触电极和导线。
138.把制作的外延结构放在1m的naoh或koh等碱性的刻蚀液中超声震荡3-5min，然后采用h型双腔结构的反应装置进行刻蚀剥离处理：
139.将pt电极和ag/agcl参比电极置于h型反应腔的一端，把外延结构置于另一端支架上，使外延结构平放，ingan薄膜2-4端朝上，在反应腔的两端均加入1m的naoh或者koh等碱性溶液，并在ingan薄膜2-4端施加 3v的外置偏压，反应大约2-5min即可从si衬底上剥离下可剥离刻蚀的结构，将剥离的可剥离刻蚀的结构转移至柔性衬底上，从而形成大面积柔性透明半导体薄膜，其中，纳米柱阵列直接形成在柔性衬底上；该柔性衬底还可以为二维石墨烯、ito薄膜、二维金属膜等。
140.实施例4
141.本实施例提供的一种大面积柔性透明半导体薄膜的制备方法与实施例1-3基本一致，不同之处在于：本实施例中形成的纳米柱阵列为aln纳米柱阵列，相比于gan或者ingan材料，aln纳米柱阵列会在碱性或者酸性刻蚀液中会被优先刻蚀，进而aln纳米柱阵列会完全溶解在刻蚀液中，从而将纳米柱阵列以上的外延结构被剥离，之后将剥离的外延结构转移到柔性衬底上，从而获得大面积柔性透明半导体薄膜h7，其结构如图7所示。
142.实施例5
143.本实施例提供的一种大面积柔性透明半导体薄膜的制备方法与实施例1-4基本一致，不同之处在于：本实施例中形成的外延结构中包含有一层aln牺牲层和gan层的复合层：本实施例中的外延结构包含的aln/gan复合层位于衬底或者缓冲层(即第一缓冲层)与纳米柱阵列之间，通过破坏纳米柱阵列来破坏外延结构与衬底的连接，进而得到外延薄膜，具体如下：
144.对于导电衬底，形成的外延结构与图2相似，具体的制备方法包括如下步骤：
145.首先，取一片n型si衬底1-1作为衬底，用hf酸、丙酮和乙醇溶液分别清洗n型si衬底的表面5min；
146.然后，将该n型si衬底置于分子束外延(molecular beam epitaxy,mbe)生长室中进行外延生长外延结构，具体包括如下步骤：
147.1)在n型si衬底1-1正面生长一层厚度约为1-2nm的aln牺牲层；
148.2)在aln牺牲层上外延2-3nm的gan层；
149.3)在gan层上生长包含多个高度约为800nm的gan纳米柱的纳米柱阵列1-2，直至纳米柱阵列顶端表面愈合形成平面；
150.4)在愈合的纳米柱上外延生长厚度为200nm的ingan薄膜1-3，从而形成可剥离刻蚀的结构；
151.5)在n型si衬底背面制备接触电极1-4，并在接触电极上引入导线1-6，最后，采用环氧树脂1-5把接触电极以及导线密封起来。
152.对于非导电衬底，形成的外延结构与图3中的外延结构相似，具体的制备方法包括如下步骤：
153.将蓝宝石衬底2-1置于分子束外延(molecular beam epitaxy,mbe)或者金属有机化学气相沉积(mocvd)设备生长室中进行外延生长外延结构，具体包括如下步骤，
154.取一片蓝宝石衬底2-1作为衬底，用丙酮，异丙醇溶液和去离子水分别清洗蓝宝石衬底的表面5min；
155.然后，将该蓝宝石衬底置于分子束外延(molecular beam epitaxy,mbe)或者金属有机化学气相沉积(mocvd)设备生长室中生长外延结构，具体包括如下步骤，
156.1)在蓝宝石衬底2-1上外延生长一层厚约为800nm的gan缓冲层2-2；
157.2)在gan缓冲层上生长一层厚度约为1-2nm的aln牺牲层；
158.3)在aln牺牲层上外延2-3nm的gan层；
159.4)在gan层上生长一层高度约为800nm的gan纳米柱阵列2-3，直至纳米柱阵列2-3顶端表面愈合形成平面；
160.5)在愈合的纳米柱阵列2-3上外延200nm的ingan薄膜2-6构成可剥离刻蚀的结构。
161.首先采用光刻以及刻蚀工艺，自形成的外延结构的四周区域自上而下刻蚀形成刻蚀图案，直至暴露gan缓冲层2-2，并再沿gan缓冲层的厚度方向往下刻蚀200nm，该刻蚀图案可以是圆形、方形等各种图形，在露出来的gan缓冲层2-2上制备接触电极2-5，并外引导线2-6，同样，采用环氧树脂密封接触电极金属和导线。
162.把制作的外延结构放在1m的naoh或koh等碱性的刻蚀液中超声震荡3-5min，然后采用h型双腔结构的反应装置进行刻蚀剥离处理：
163.将pt电极和ag/agcl参比电极置于h型反应腔的一端，把剥离结构置于另一端支架上，将外延结构平放，的ingan薄膜端朝上，在反应腔的两端均加入1m的naoh或者koh等碱性溶液，并在样品端施加 3v的外置偏压，反应大约2-5min即可从si衬底上剥离下可剥离刻蚀的结构，并将剥离的可剥离刻蚀的结构转移至柔性衬底上，从而形成大面积柔性透明半导体薄膜。其中，形成的纳米柱阵列直接形成在柔性衬底上；该柔性衬底还可以为二维石墨烯、ito薄膜、二维金属膜等。
164.实施例6
165.本实施例提供的一种大面积柔性透明半导体薄膜的制备方法与实施例1-5基本一致，不同之处在于刻蚀装置不同，此例中的刻蚀装置采用单腔的反应装置，阴极刻蚀和阳极刻蚀在同一腔室内反应，其余设置相同。
166.实施例7
167.本实施例与实施例1-6基本一致，不同之处在于：在对所外延生长的外延结构进行刻蚀之前，再外加一步光刻和icp刻蚀，其是在外延ingan样品表面进行光刻，形成的刻蚀图案如图9所示，本实施例中的一种刻蚀图案为十字图案，当然，该刻蚀图案还可以是圆形、正方形或者长方形或其他形状的阵列栅格等，刻蚀图案中每个图案相距0.5-1cm之间，通过icp刻蚀把黑色图案刻蚀至牺牲层，来进一步加速刻蚀过程，进而进一步来获得大面积的，高质量柔性氮化物薄膜。
168.实施例8
169.本实施例提供的一种大面积柔性透明半导体薄膜的制备方法与实施例1-7基本一致，不同之处在于所述刻蚀液不同，此例中的刻蚀液为hf或者hno3等酸性刻蚀液，通过在氮化物层或氮化物薄膜端施加 5v的外置偏压，反应大约3-10min，即可从衬底上剥离下半导体外延结构，并将剥离下的半导体外延结构转移至柔性衬底上，从而形成大面积柔性透明半导体薄膜。
170.实施例9
171.本实施例提供的一种大面积柔性透明半导体薄膜的制备方法与实施例1-8基本一致，不同之处在于刻蚀装置不同，此例中的刻蚀装置在阳极刻蚀端加一紫外光源，来加速刻蚀反应的进行，获得大面积的氮化物薄膜。
172.实施例10
173.本实施例提供的一种大面积柔性透明半导体薄膜的制备方法与实施例1-9基本一致，不同之处在于刻蚀处理的过程中，不施加电压，直接在刻蚀液中反应进行。
174.实施例11
175.本实施例中的纳米柱阵列与衬底接触形成的易剥离部分变为其他易剥离的结构，具体的包括：
176.如图10a、图10b所示，以si衬底或者蓝宝石衬底10-1作为衬底，用hf酸、丙酮和乙醇溶液分别清洗衬底的表面5min。然后，将该衬底置于分子束外延(molecular beam epitaxy,mbe)生长室中进行外延生长外延结构，具体包括如下步骤：
177.1)在si衬底或者蓝宝石衬底10-1上生长一层高度约为800nm的gan纳米柱阵列10-2，直至纳米柱阵列的顶端表面愈合形成平面；
178.2)在愈合成平面的纳米柱阵列10-2上外延200nm的ingan薄膜10-3构成可剥离刻蚀的结构h10；
179.3)采用导电胶带将ingan薄膜10-3以及与ingan薄膜10-3连接的至少部分gan纳米柱阵列10-2通过外力剥离撕掉，即可得到由ingan薄膜以及gan纳米柱阵列组成的复合结构(即前述可剥离刻蚀的结构)h10，可以通过有机溶剂浸泡的方式除去导电胶带，并将复合结构(即前述可剥离刻蚀的结构)h10转移至柔性衬底10-11上，从而形成大面积柔性透明半导体薄膜。
180.实施例12
181.本实施例提供的一种大面积柔性透明半导体薄膜的制备方法与实施例1-11基本一致，不同之处在于衬底不同，此例中的衬底为他金属衬底、gan自支撑衬底、金刚石衬底、碳化硅(sic)以及覆盖有二维材料的衬底。
182.与现有技术相比，本发明一典型实施案例中提供的一种大面积柔性透明半导体薄膜的制备方法的成本低，本发明所需的电化学刻蚀和光刻均是常规刻蚀工艺，成本低廉；本发明一典型实施案例中提供的一种大面积柔性透明半导体薄膜的制备方法获得的半导体薄膜的晶体质量高，本发明制备的大面积柔性透明半导体薄膜主要是采用纳米柱阵列来加快刻蚀以及释放应力，其可以更好的避免晶体刻蚀，进而提高晶体质量；本发明一典型实施案例中提供的一种大面积柔性透明半导体薄膜的制备方法的工艺简易、简单可控，进行薄膜刻蚀过程中所需的电化学刻蚀和光刻均是常规刻蚀工艺，精度要求不高，有利于提高实用性。
183.应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。