[发明专利]在铝酸锂晶片表面低温制备氮化铝薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及氮化铝薄膜，特别是一种在铝酸锂晶片表面低温制备氮化铝薄膜的方法。

技术背景

氮化铝属于直接带隙半导体，其禁带宽度为6.2eV，是重要的短波长发光材料，由于其具有很多优异的物理化学性能，近年来深受人们重视。氮化铝具有高击穿场强、高热导率、高电阻率和高化学稳定性，同时其热膨胀系数与硅相近，可用于电子器件和集成电路的封装、介质隔离和绝缘材料，尤其适于高温高功率器件。氮化铝还具有优良的压电性、高的声表面波传播速度和较高的机电耦合系数，是GHz级声表面波(SAW)和体波器件(BAW)的优选压电材料。其中，BAW是一种基于声体波谐振的技术，通过压电薄膜的逆压电效应将电能量转换成声波形成谐振，(0001)氮化铝可用来制作高性能的体声波滤波器。另外，氮化铝的宽带隙也使得它适合制作不受阳光干扰的日盲型紫外探测器，这样的探测器可应用于包括导弹逼近系统、紫外线计量器、卫星通信、火焰和热传感器等领域，它的优点在于不受阳光干扰，虚警率低、体积小、制造简单、使用方便。

虽然氮化铝有着重要的应用价值，但氮化铝单晶目前还难以生长，而氮化铝薄膜的制备尚处于设备复杂、造价昂贵、难于产业化的阶段，并且所使用的制备氮化铝薄膜的方法通常要求将衬底加热到较高的温度，而集成光学器件的发展需要在较低的温度下进行薄膜制备，以避免对衬底材料的热损伤。虽然有报道在较低的温度下制备出了氮化铝薄膜(见Journal of Applied Physics 91，2499(2002))，但因其所氮化的是化学稳定性非常好的蓝宝石晶片，需要加入射频装置产生等离子体，所以制备成本仍比较高。因此，改进氮化铝薄膜的制备方法，在简单的工艺条件下得到更致密、更均匀、更高纯度、更低成本的氮化铝薄膜，具有重大实用价值。

另一方面，铝酸锂，γ-LiAlO₂作为一种外延生长GaN、InGaN、氮化铝、ZnO薄膜的晶格匹配衬底材料引起了人们的高度重视，但其在高温下的化学稳定性远不如蓝宝石，容易对生长环境和外延膜造成锂污染，这成为制约其发展的首要问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术问题，提供一种在铝酸锂晶片表面制备氮化铝薄膜的方法，在(100)γ-LiAlO₂晶片表面制备高度c轴取向的氮化铝薄膜的方法，解决目前制备(0001)氮化铝薄膜的高成本问题。

本发明的技术构思是通过低温氨气氮化(100)γ-LiAlO₂品片，在(100)γ-LiAlO₂晶片表面制备高度c轴取向的氮化铝薄膜，得到(0001)氮化铝/(100)γ-LiAlO₂复合衬底。

本发明的具体技术解决方案如下：

一种在铝酸锂晶片表面低温制备氮化铝薄膜的方法，将铝酸锂晶片置于氨气气氛的容器中，对铝酸锂晶片表面进行低温氮化处理，在铝酸锂表面获得氮化铝薄膜。

所述的在铝酸锂晶片表面低温制备氮化铝薄膜的方法的具体步骤如下：

①将抛光好的铝酸锂晶片，即(100)γ-LiAlO2晶片置于较高纯度的流动或密封氨气气氛的容器中；

②在室温至800℃的温度范围内，保温0.1至120小时，然后降到室温，获得在(100)γ-LiAlO₂晶片表面上覆盖(0001)氮化铝薄膜晶片，取出品片。

所述的容器为玻璃容器、或石英容器、或金属容器。

所述的容器中的氨气的气压为1大气压，但不限于1大气压，容器中氨气纯度大于99％。

本发明的技术效果：

本发明针对γ-LiAlO2晶片在HVPE和MOCVD高温气氛中热稳定性差的问题以及γ-LiAlO2晶片比较容易水解的问题，在铝酸锂晶片表面通过工艺简单的气体氮化技术，在较低温度下使γ-LiAlO₂晶片表面均匀覆盖物化性能稳定的氮化铝薄膜，不但能够降低氮化铝薄膜的制备成本，而且解决了γ-LiAlO₂晶片在高温条件下，锂扩散(挥发)的问题以及在低温条件下比较容易水解的问题，提高γ-LiAlO₂晶片的稳定性，因而具有重要意义。

本发明具有设备非常简单、能耗低甚至是零能耗、可低温大面积均匀成膜，成本低廉、易于实现产业化等优点。

附图说明

图1是实施例1所得样品的XRD图谱

图2是实施例2所得样品的XRD图谱

图3是实施例3所得样品的XRD图谱

图4是实施例4所得样品的XRD图谱

图5是实施例5所得样品的XRD图谱