[發(fā)明專利]一種生長(zhǎng)在金屬Al襯底上的AlN薄膜及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410240802.X
• 申請(qǐng)日: 2014-05-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103996612B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李國(guó)強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣州市眾拓光電科技有限公司
• 主分類號(hào): H01L21/205
• 分類號(hào): H01L21/205;H01L33/00;H01L33/02;H01L31/18;H01L31/0248
• 代理公司: 廣州市越秀區(qū)哲力專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)44288
• 代理人: 湯喜友

1.一種生長(zhǎng)在金屬Al襯底上的AlN薄膜，其特征在于：其包括Al襯底，Al襯底的(111)面為外延面上生長(zhǎng)的Al₂O₃保護(hù)層以及在Al₂O₃保護(hù)層上外延生長(zhǎng)的AlN薄膜層，其中Al₂O₃保護(hù)層與AlN薄膜層晶體外延取向關(guān)系為AlN(0001)//Al₂O₃(0001)//Al(111)；

所述生長(zhǎng)在金屬Al襯底上的AlN薄膜的制備方法，包括如下步驟：

1)襯底的處理：選擇金屬Al做襯底，并對(duì)襯底表面拋光、清洗、退火處理；

2)保護(hù)層生長(zhǎng)：采用Al襯底的(111)面為外延面，在經(jīng)過(guò)步驟1)處理后的金屬Al襯底上鋪一層Al層，待襯底溫度為650-750℃時(shí)通入O₂至形成Al₂O₃層，保溫，獲得一層Al₂O₃保護(hù)層；

3)外延生長(zhǎng)AlN薄膜：采用脈沖激光沉積在Al₂O₃保護(hù)層表面生長(zhǎng)出AlN薄膜，其中，Al₂O₃保護(hù)層與AlN薄膜層晶體外延取向關(guān)系為AlN(0001)//Al₂O₃(0001)//Al(111)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生長(zhǎng)在金屬Al襯底上的AlN薄膜，其特征在于：所述Al₂O₃保護(hù)層的厚度為15-25nm。

3.一種如權(quán)利要求2所述的生長(zhǎng)在金屬Al襯底上的AlN薄膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)襯底的處理：選擇金屬Al做襯底，并對(duì)襯底表面拋光、清洗、退火處理；

2)保護(hù)層生長(zhǎng)：采用Al襯底的(111)面為外延面，在經(jīng)過(guò)步驟1)處理后的金屬Al襯底上鋪一層Al層，待襯底溫度為650-750℃時(shí)通入O₂至形成Al₂O₃層，保溫，獲得一層Al₂O₃保護(hù)層；

3)外延生長(zhǎng)AlN薄膜：采用脈沖激光沉積在Al₂O₃保護(hù)層表面生長(zhǎng)出AlN薄膜，其中，Al₂O₃保護(hù)層與AlN薄膜層晶體外延取向關(guān)系為AlN(0001)//Al₂O₃(0001)//Al(111)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟1)中，拋光具體工藝為：將Al襯底表面用金剛石泥漿進(jìn)行拋光，配合顯微鏡觀察襯底表面，當(dāng)沒(méi)有劃痕后，再采用化學(xué)機(jī)械拋光的方法對(duì)襯底再進(jìn)行拋光處理。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟1)中，清洗工藝為將襯底放入去離子水中室溫下超聲清洗5分鐘，去除Al襯底表面粘污顆粒，再依次經(jīng)過(guò)鹽酸、丙酮、乙醇洗滌，去除表面有機(jī)物；清洗后的襯底用純度為99.9999％的干燥氮?dú)獯蹈伞?/p>

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟1)中，退火的具體過(guò)程為：將襯底Al放在壓強(qiáng)為2×10^-10Torr的UHV-PLD的生長(zhǎng)室內(nèi)，在450-550℃下高溫烘烤1h以除去襯底表面的污染物，然后空冷至室溫。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟2中襯底上的Al層的厚度為1-2nm。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟2)保溫的時(shí)間為25-35分鐘。

9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟3)中，采用脈沖激光沉積在Al₂O₃保護(hù)層表面生長(zhǎng)出AlN薄膜的具體工藝為：將襯底溫度降至450-550℃，用能量為3.0J/cm²以及重復(fù)頻率為20Hz、λ＝248nm的KrF準(zhǔn)分子激光PLD燒蝕AlN靶材，AlN靶材純度為99.99％；其中，反應(yīng)室壓力為10mTorr，壓力N₂的體積百分比為99.9999％，Ⅴ/Ⅲ比為50-60，控制AlN生長(zhǎng)速度為0.4-0.6ML/s。

10.如權(quán)利要求1所述的生長(zhǎng)在金屬Al襯底上的AlN薄膜在制備聲波諧振器、邏輯電路、發(fā)光二極管、太陽(yáng)能電池、光電二極管、光電探測(cè)器、激光器中的應(yīng)用。