[发明专利]一种物理气相传输法制备Al1

说明书

本发明公开了一种物理气相传输法制备Al_1‑xSc_xN晶体的方法，包括步骤：1）准备衬底及原料；2）将衬底及原料放入坩埚，将坩埚置于密闭的高温炉中，原料置于高温区，衬底置于低温区；3）原料分解并合成：向炉体中通入高纯氮气，同时将所述坩埚底部加热并保温一定时间；4）晶体生长：升高气压，同时升高加热温度，保温进行Al_1‑xSc_xN晶体生长；5）降温至室温。该制备方法通过调节热场，在原料区形成凸形温场、在衬底区形成凹形温场；在晶体生长面形成Al和Sc低过饱和度的分布，使得Al_1‑xSc_xN在生长面缓慢沉积，从而实现高浓度Sc掺杂的Al_1‑xSc_xN晶体，从而提升材料压电性能和机电耦合系数，提升体声波、声表面波器件的适用性。

技术领域

本发明涉及半导体材料制备技术领域，具体涉及一种物理气相传输法制备掺杂的氮化铝晶体的方法。

背景技术

滤波器主要包括薄膜腔声谐振滤波器（FBAR）、表面声波滤波器（SAW）及体声波滤波器（BAW）。FBAR在未来单芯片多波段无线通信RF前端系统中使用较多，与SAW滤波器相比更具尺寸优势。滤波器通常是在LiNbO₃等块体压电材料上制作的，近年来，因其适合与其它器件集成在同一衬底上而受到广泛关注。AlN薄膜的SAW传播速度是最快的，且AlN SAW器件具有良好的化学和热稳定性，以及对外界环境如压力、温度、应力、气体等具有极高的灵敏性，与常规传统Si CMOS技术相兼容，因而成为无源传感、无线传感和移动信号处理的关键部件，AlN在SAW/BAW滤波器中的应用较为成熟，已实现商品化。

然而，用于声表面波应用的AlN固有地受到其通常小于1%范围内的低机电耦合系数（K²）的限制，这限制了其基于声表面波的应用（如传感器、驱动器和基于声表面波的微流体）。通过向AlN中掺杂Sc可以改变晶格参数，随着纤锌矿相Sc浓度的增加，离子势阱变小，离子在电场中的位移变大，导致介电和压电响应变大，形成内在的合金化效应，对表面的拓扑结构有很大的影响，导致沿晶格参数c的弹性软化加剧，并且显著地提高轴向应变的固有灵敏度，从而增加压电常数和机电耦合系数。

相比于常规的薄膜生长工艺（PVD、MOCVD、HVPE等），物理气相传输法生产成本低，晶体质量高，是目前已被证明生长AlN最有效的方法，但是使用物理气相传输法生长掺杂Sc的AlN，即AlScN，其能够达到的掺杂浓度非常低，无法形成高浓度掺杂；主要因为掺杂Sc的AlN在物理气相传输法的工艺过程中，Sc掺杂会不断的析出至生长表面。尤其是掺杂Sc的AlN晶体的制备，因为相对薄膜生长，晶体生长速率高，其Sc掺杂析出至晶体的生长表面更明显，因此，实现高浓度的AlScN晶体的物理气相传输法生长，相比薄膜形态就更困难。也因此，现有技术中人们一般制备薄膜形态的AlScN，且一般采用成本高昂的溅射方法。

发明内容

基于上述现有技术中的问题，本发明拟提供一种物理气相传输法制备AlScN晶体，且达到高浓度Sc掺杂，以提供适用于基于体声波、声表面波器件应用AlScN材料。

为了达到上述发明目的，本发明提供了下面的技术方案。

本发明提供了一种物理气相传输法制备Al_1-xSc_xN晶体的方法，具体包括如下步骤：

一种物理气相传输法制备铝钪氮晶体的方法，所述铝钪氮化学表达式为Al_1-xSc_xN，包括以下步骤：

1）准备衬底及原料；

2）将衬底及原料放入坩埚，将坩埚置于密闭的高温炉中，原料置于高温区，衬底置于低温区；

3）向炉体中通入高纯氮气至0.1-10Kpa，同时将所述坩埚底部加热至1000-1200℃，保温1-20小时；