[發明專利]生長在藍寶石襯底上的金屬Al單晶薄膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201410240851.3
• 申請日: 2014-05-30
• 公開（公告）號: CN103996607B
• 公開（公告）日: 2016-10-19
• 發明（設計）人: 李國強
• 申請（專利權）人: 廣州市眾拓光電科技有限公司
• 主分類號: H01L21/20
• 分類號: H01L21/20;H01L21/268;H01L33/32;H01L31/0352
• 代理公司: 廣州市越秀區哲力專利商標事務所(普通合伙) 44288
• 代理人: 湯喜友

技術領域

本發明涉及一種金屬Al單晶薄膜及其制備方法和應用，尤其是涉及一種生長在藍寶石襯底上的金屬Al單晶薄膜及其制備方法和應用。

背景技術

隨著1950年第一只晶體管的面世，科學技術各個領域都由于固體電子學的發展發生了很大的變化。半個多世紀以來，人們對微電子元器件的結構尺寸和性能等方面的要求越來越高。在上世紀四十年代，真空元器件的尺寸還是厘米級大小，到了六十年代，固體元器件的尺寸發展到毫米級大小，而到了八十年代，超大規模集成電路中的元器件尺寸只有微米級大小。二十一世紀，人們對于電子元器件的要求更高，分子電子元器件的尺寸將小到納米量級。在器件微型化過程中，薄膜材料以其生產成本小且經濟效益大的特點，逐漸發展起來。現在，薄膜材料己經是信息技術中不可或缺的組成部分。

金屬Al薄膜具有優異的阻隔和防腐蝕性能、良好的導電性能和光學性能以及其積極的經濟意義，在各種多層高反射薄膜以及各種薄膜器件的設計中，金屬Al薄膜都占據著極其重要的地位。純度大于99.95％的Al薄膜能抵制大多數酸的腐蝕，可作為設備儀器的保護膜。憑借其良好的導電能力(導電性僅次于銀、銅)，金屬Al薄膜被大量用于電器設備和電極，特別在LED等光電器件的制作過程中，金屬Al薄膜可作為襯底直接進行器件的外延生長。此外，由于其特殊的光學性質，金屬Al薄膜在光學多層膜中常作為過渡薄膜出現。金屬Al對波長為200-1200nm的光有90％以上的反射率，還常被作為反光薄膜材料。Al漫反射板是目前唯一能用于真空紫外波段的漫反射板。超薄金屬Al膜還是一種重要的低維材料，它既可作為一種特定的納米功能膜體系，又可作為納米多層膜復合體系的結構組元，是納米材料領域中的重要研究對象。

隨著技術的發展，現實應用對金屬Al薄膜的純度、晶體質量以及表面平整度等性能要求越來越高。但目前很多制備方法所得金屬Al薄膜已無法滿足發展要求。

發明內容

為了解決現有的金屬Al薄膜的純度、晶體質量以及表面平整度等性能較差的問題，以本發明提供了一種低成本、質量優的一種生長在藍寶石襯底上的金屬Al單晶薄膜及其制備方法和應用。

為解決上述問題，本發明所采用的技術方案如下：

一種生長在藍寶石襯底上的金屬Al單晶薄膜，包括Al₂O₃襯底及其(0002)面往(10-12)方向偏0.2-0.5°外延生長的金屬Al單晶薄膜。采用Al₂O₃襯底，以(0002)面往(10-12)面偏0.2-0.5°方向為外延方向，晶體外延取向關系為：Al的(111)面平行于Al₂O₃的(0002)面，即Al(111)//Al₂O₃(0002)。Al(111)方向具有與Al₂O₃(0002)相同的六方對稱性，六方相的Al₂O₃(0002)的晶格參數為而六方的Al(111)晶格參數二者晶格參數非常接近，晶格失配度低至1.7％，保證了襯底與外延之間的晶格匹配，能夠有效的減少熱應力，減少位錯的形成，有利于高質量金屬Al單晶薄膜的生長。在制備Al-GaN基光電材料器件時以Al單晶薄膜作為底部反光層，可大幅度提高氮化物器件如半導體激光器、發光二極管及太陽能電池的出光率。

本發明中，優選的方案為所述金屬Al單晶薄膜的厚度為200-600nm。

一種生長在藍寶石襯底上的金屬Al單晶薄膜的制備方法，包括如下步驟：

a.將Al2O3襯底進行清潔、退火處理；退火處理可使襯底獲得原子級平整的表面；使用Al₂O₃作為襯底，用于生長Al緩沖層可以較容易獲得島狀Al，為下一步沉積高質量低缺陷的金屬Al單晶薄膜做鋪墊。