[发明专利]一种柔性聚酰亚胺衬底上的氮化镓基薄膜及其制备方法

说明书

本发明属于Ⅲ族氮化物薄膜和器件制造领域，提供了一种柔性聚酰亚胺衬底上的氮化镓基薄膜及其制备方法，具体是以聚酰亚胺为衬底，首先使用ECR‑PEMOCVD方法在聚酰亚胺衬底上依次制备第一氧化硅层、氮化硅层和第二氧化硅层，接着使用磁控溅射方法在第二氧化硅层上制备Ni层，然后使用ECR‑PEMOCVD方法在Ni层与第二氧化硅层的界面上制备石墨烯层，再使用湿法腐蚀方法去除Ni层，最后使用ECR‑PEMOCVD方法在石墨烯层上依次制备Al_xGa_yIn_1‑x‑yN缓冲层和外延层。所制备的Al_xGa_yIn_1‑x‑yN薄膜可用于制备InGaN太阳能电池、AlGaN紫外探测器和GaN薄膜晶体管等柔性器件。

技术领域

本发明属于Ⅲ族氮化物薄膜和器件制造领域，特别涉及聚酰亚胺衬底上的氮化镓基薄膜及其制备方法，具体是以聚酰亚胺(Polyimide，PI)为衬底，首先使用电子回旋共振-等离子体增强金属有机物化学气相沉积(ECR-PEMOCVD)方法在聚酰亚胺衬底上依次制备第一氧化硅层、氮化硅层、第二氧化硅层，接着使用磁控溅射方法在第二氧化硅层上制备Ni层，然后使用ECR-PEMOCVD方法在Ni层与第二氧化硅层的界面上制备石墨烯层，再使用湿法腐蚀方法去除Ni层，最后使用ECR-PEMOCVD方法在石墨烯层上依次制备Al_xGa_yIn_1-x-yN缓冲层和Al_xGa_yIn_1-x-yN外延层。

背景技术

氮化镓基薄膜(Al_xGa_yIn_1-x-yN，包括氮化铝AlN、氮化镓GaN、氮化铟InN及其固溶体)可广泛用于制造高效率的蓝绿光半导体发光二极管、半导体激光器、高效率太阳能电池及高电子迁移率晶体管等电子器件。通过调节Al_xGa_yIn_1-x-yN的组分可获得从0.7eV(InN)一直到6.2eV(AlN)的连续可调直接带隙，即采用单一体系的Ⅲ族氮化物半导体材料，就可制造从近红外光一直到深紫外光的半导体光电器件等。

在半导体器件领域，聚酰亚胺也受到了广泛的关注。因为聚酰亚胺有着优良的机械、绝缘、透明、耐辐射、耐腐蚀和耐高低温等性能，是热稳定性最高的聚合物，其热分解温度在550℃以上。作为柔性衬底，聚酰亚胺可以用于制作柔性光电器件和电子器件，将促进休闲娱乐、生物医疗等领域的人机交互，因此受到人们的广泛关注。若能在聚酰亚胺衬底上制备出高晶体质量的Al_xGa_yIn_1-x-yN薄膜，将大大促进GaN基器件在柔性器件领域的应用。

但是，目前工业上主要采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)方法生长Al_xGa_yIn_1-x-yN薄膜和器件，其生长通常需要1050℃左右的高温，而聚酰亚胺衬底的耐温一般不超过550℃，因而在聚酰亚胺衬底上制备Al_xGa_yIn_1-x-yN薄膜需要一种低温的生长方法，另一方面，聚酰亚胺不能阻挡水和氧气的扩散，且聚酰亚胺为非单晶衬底，难以直接生长高晶体质量的Al_xGa_yIn_1-x-yN薄膜，因此需要在聚酰亚胺衬底与Al_xGa_yIn_1-x-yN薄膜之间插入适宜的水氧阻挡层以及外延用的中间层材料。

发明内容

本发明旨在提供一种制备方法先进，制备成本低，晶体质量高的一种柔性聚酰亚胺衬底上的氮化镓基薄膜及其制备方法，以克服已有技术的不足。