[发明专利]生长在蓝宝石衬底上的金属Al单晶薄膜及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属Al单晶薄膜及其制备方法和应用，尤其是涉及一种生长在蓝宝石衬底上的金属Al单晶薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

随着1950年第一只晶体管的面世，科学技术各个领域都由于固体电子学的发展发生了很大的变化。半个多世纪以来，人们对微电子元器件的结构尺寸和性能等方面的要求越来越高。在上世纪四十年代，真空元器件的尺寸还是厘米级大小，到了六十年代，固体元器件的尺寸发展到毫米级大小，而到了八十年代，超大规模集成电路中的元器件尺寸只有微米级大小。二十一世纪，人们对于电子元器件的要求更高，分子电子元器件的尺寸将小到纳米量级。在器件微型化过程中，薄膜材料以其生产成本小且经济效益大的特点，逐渐发展起来。现在，薄膜材料己经是信息技术中不可或缺的组成部分。

金属Al薄膜具有优异的阻隔和防腐蚀性能、良好的导电性能和光学性能以及其积极的经济意义，在各种多层高反射薄膜以及各种薄膜器件的设计中，金属Al薄膜都占据着极其重要的地位。纯度大于99.95％的Al薄膜能抵制大多数酸的腐蚀，可作为设备仪器的保护膜。凭借其良好的导电能力(导电性仅次于银、铜)，金属Al薄膜被大量用于电器设备和电极，特别在LED等光电器件的制作过程中，金属Al薄膜可作为衬底直接进行器件的外延生长。此外，由于其特殊的光学性质，金属Al薄膜在光学多层膜中常作为过渡薄膜出现。金属Al对波长为200-1200nm的光有90％以上的反射率，还常被作为反光薄膜材料。Al漫反射板是目前唯一能用于真空紫外波段的漫反射板。超薄金属Al膜还是一种重要的低维材料，它既可作为一种特定的纳米功能膜体系，又可作为纳米多层膜复合体系的结构组元，是纳米材料领域中的重要研究对象。

随着技术的发展，现实应用对金属Al薄膜的纯度、晶体质量以及表面平整度等性能要求越来越高。但目前很多制备方法所得金属Al薄膜已无法满足发展要求。

发明内容

为了解决现有的金属Al薄膜的纯度、晶体质量以及表面平整度等性能较差的问题，以本发明提供了一种低成本、质量优的一种生长在蓝宝石衬底上的金属Al单晶薄膜及其制备方法和应用。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种生长在蓝宝石衬底上的金属Al单晶薄膜，包括Al₂O₃衬底及其(0002)面往(10-12)方向偏0.2-0.5°外延生长的金属Al单晶薄膜。采用Al₂O₃衬底，以(0002)面往(10-12)面偏0.2-0.5°方向为外延方向，晶体外延取向关系为：Al的(111)面平行于Al₂O₃的(0002)面，即Al(111)//Al₂O₃(0002)。Al(111)方向具有与Al₂O₃(0002)相同的六方对称性，六方相的Al₂O₃(0002)的晶格参数为而六方的Al(111)晶格参数二者晶格参数非常接近，晶格失配度低至1.7％，保证了衬底与外延之间的晶格匹配，能够有效的减少热应力，减少位错的形成，有利于高质量金属Al单晶薄膜的生长。在制备Al-GaN基光电材料器件时以Al单晶薄膜作为底部反光层，可大幅度提高氮化物器件如半导体激光器、发光二极管及太阳能电池的出光率。

本发明中，优选的方案为所述金属Al单晶薄膜的厚度为200-600nm。

一种生长在蓝宝石衬底上的金属Al单晶薄膜的制备方法，包括如下步骤：

a.将Al2O3衬底进行清洁、退火处理；退火处理可使衬底获得原子级平整的表面；使用Al₂O₃作为衬底，用于生长Al缓冲层可以较容易获得岛状Al，为下一步沉积高质量低缺陷的金属Al单晶薄膜做铺垫。