[发明专利]用铒离子注入勃姆石方法制备掺铒氧化铝光波导薄膜

摘要

光电子材料及器件领域中，用铒离子注入勃姆石方法制备掺铒氧化铝光波导薄膜，特征：采用溶胶－凝胶和离子注入复合工艺原位合成掺铒Al₂O₃光波导薄膜，用浸渍提拉法或旋转涂覆法在SiO₂/Si基片上涂覆γ－AlOOH干凝胶薄膜，再将铒离子注入γ－AlOOH干凝胶薄膜，经高温烧结原位合成掺铒Al₂O₃光波导薄膜，工艺：在SiO₂/Si基片上涂覆γ－AlOOH干凝胶薄膜；铒离子注入γ－AlOOH干凝胶薄膜；重复第一、二步，获得最终掺铒离子的γ－AlOOH干凝胶薄膜总厚度和总注入铒离子剂量；将掺铒离子的γ－AlOOH干凝胶薄膜在600－1000℃烧结，通过2Er+2γ－AlOOH→(Al，Er)₂O₃+H₂O的化学和物理复合过程，制备出掺铒Al₂O₃光波导薄膜。优点：与已有技术相比，这类薄膜具有高的铒离子分布均匀度和分散度，光致发光强度提高3到6倍。

主权项

1.用铒离子注入勃姆石方法制备掺铒氧化铝光波导薄膜，包括在Si片上制备SiO2薄膜、在SiO2/Si基片的SiO2表面上制备出掺铒离子的Al2O3薄膜，其特征在于：(a)采用溶胶-凝胶和离子注入复合工艺，在SiO2/Si基片上原位合成掺铒离子的Al2O3薄膜是，先用浸渍提拉法或旋转涂覆法在SiO2/Si基片上涂覆勃姆石γ-AlOOH干凝胶薄膜，再将铒离子注入γ-AlOOH干凝胶薄膜，最后经高温烧结原位合成掺铒离子浓度为0.1～5.0mol％，厚度为0.3～1.0μm的Al2O3光波导薄膜；(b)其制备工艺步骤是：第一步，在SiO2/Si基片上，涂覆一层γ-AlOOH干凝胶薄膜采用Al(OC3H7)3或Al(OC4H9)3与水发生水解反应形成γ-AlOOH溶胶，用浸渍提拉法或旋转涂覆法在SiO2/Si基片上涂覆一层γ-AlOOH凝胶薄膜，通过控制溶胶粘度1～25×10-3Pa·s、提拉速度20～400mm·min-1、旋转速度1000～6000r·min-1、干燥温度100～400℃、干燥时间0.5～5h各参数，涂覆一次获得0.05～0.50μm厚的γ-AlOOH干凝胶薄膜；第二步，将铒离子注入涂覆的γ-AlOOH干凝胶薄膜采用能量为50keV～1.3MeV的铒离子注入SiO2/Si基片上涂覆的γ-AlOOH干凝胶薄膜，一次注入的铒离子剂量为1.5×1014～7.5×1016cm-2；第三步，掺铒离子的γ-AlOOH干凝胶薄膜最终厚度和总注入铒离子剂量的确定为保证掺铒离子的γ-AlOOH干凝胶薄膜层达到最终厚度和铒离子浓度的要求，采用多次重复第一、二步工艺步骤，直到薄膜总厚度和总浓度达到要求为止，其重复次数与每次获得的薄膜厚度之积为薄膜总厚度，其重复次数与每次铒离子注入剂量之积为铒离子的注入总剂量；第四步，将达到总厚度和总剂量要求的掺铒离子的γ-AlOOH干凝胶薄膜，高温烧结原位合成掺铒Al2O3光波导薄膜在真空度为10-104Pa的真空条件下，600～1000℃烧结10min～5h，使SiO2/Si基片上的掺铒离子的γ-AlOOH干凝胶薄膜，原位合成出掺铒Al2O3光波导薄膜。