一种Al1-xScxN薄膜、滤波器件及其制备方法与流程

本发明涉及半导体材料制备，具体涉及一种al1-xscxn薄膜、滤波器件及其制备方法。

背景技术：

1、随着5g通信技术的发展，高频率波段的信号处理以及高性能baw滤波器应用越来越迫切。现有的射频滤波器主要有两种，声表面波滤波器和体声波滤波器，在更高频的体声波滤波器(baw)中，则主要采用pzt、zno和aln等压电材料。在这三种压电材料的选择中，需要综合考虑机电耦合系数、纵向声速、固有损耗、cmos工艺兼容性等问题。在(002)面择优生长的aln薄膜，c轴取向良好，压电效应明显，具有高的纵向声速，是体声波滤波器件压电材料最优的选择。

2、随着高频、高带宽滤波器领域的发展，需要更高的灵敏度与更大的带宽，这就迫切需要在aln材料技术上实现突破以提高纵向压电系数和机电耦合系数。aln薄膜中掺杂其他元素能够不同程度地提高薄膜压电性能。目前，在aln材料掺杂sc元素而获得的al1-xscxn材料是极具前景的半导体材料，相比aln具有更高的压电性能，可取代5g射频前端fbar/baw/saw滤波器中的aln材料，并在新一代功率器件领域极具应用前景。

3、然而，在实际器件制备过程中，直接在电极上生长al1-xscxn薄膜，容易导致压电薄膜具有较大的内部应力，其边缘会有一定的弯曲度，致使滤波器工作时出现杂波。而先于衬底生长薄膜再进行转移的话，现有的薄膜生长工艺较难匹配层转移技术，如直接在衬底上生长al1-xscxn薄膜，则会导致生长的al1-xscxn薄膜存在晶格失配、异常形核、内应力大等问题，致使薄膜剥离装配至器件中后难以满足工作需求。

4、因此，需要设计一种al1-xscxn薄膜、滤波器件及其制备方法，从而解决上述问题。

技术实现思路

1、鉴于以上现有技术的缺点，本发明提供了一种al1-xscxn薄膜、滤波器件及其制备方法，在衬底上生长al1-xscxn薄膜时对薄膜的应力进行调控，以获得厚度较大且位错密度较小的al1-xscxn薄膜，从而解决现有技术的制备方法无法在生长过程中抑制al1-xscxn薄膜的内在应力，进而导致所制备滤波器件性能较差的技术问题。

2、为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供一种al1-xscxn薄膜的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

3、提供衬底；

4、在所述衬底上生长缓冲层；

5、在所述缓冲层上生长gan材料层；

6、在所述gan材料层上生长al1-xscxn薄膜层；其中，所述al1-xscxn薄膜层中sc的组分含量x为10％至20％；

7、将所述al1-xscxn薄膜层从所述衬底上剥离下来，获得al1-xscxn薄膜。

8、在本发明一示例中，所述衬底的材料包括si、蓝宝石、sic、金刚石和gan复合衬底中的任意一种。

9、在本发明一示例中，所述缓冲层材料包括gan和algan中的至少一种。

10、在本发明一示例中，所述缓冲层材料为alxga1-xn，其中0≤x≤0.3，所述在所述衬底上生长缓冲层，包括：在所述衬底上生长缓冲层，提供镓源三甲基镓、铝源三甲基铝及氮源氨气；生长过程中ⅴ/ⅲ摩尔比为50～500，控制生长温度为500℃～900℃，生长压力为30～100mbar；生长的所述缓冲层的厚度为3～50nm。

11、在本发明一示例中，所述在所述缓冲层上生长gan材料层，包括：在所述缓冲层上生长gan材料层，提供镓源三甲基镓和氮源氨气；生长过程中ⅴ/ⅲ摩尔比为20～150，控制生长温度为900℃～1150℃，生长压力为50～200mbar；生长的所述gan材料层的厚度为100～3000nm。

12、在本发明一示例中，所述在所述gan材料层上生长al1-xscxn薄膜层，包括：在所述gan材料层上生长al1-xscxn薄膜层，提供钪源三茂基钪、铝源三甲基铝及氮源氨气；生长过程中ⅴ/ⅲ摩尔比为2000～5000，控制生长温度为950℃～1250℃，生长压力为20～80mbar；生长的所述缓冲层的厚度为10～2000nm；生长的所述al1-xscxn薄膜层的厚度为10～2000nm。

13、在本发明一示例中，所述al1-xscxn薄膜层中sc的组分含量x为18％。

14、在本发明一示例中，所述将所述al1-xscxn薄膜层从所述衬底上剥离下来，获得al1-xscxn薄膜，包括：采用激光剥离技术，利用激光在所述衬底底部一侧聚焦扫描所述gan材料层，将所述gan材料层和al1-xscxn薄膜层从所述衬底上剥离下来，以获得al1-xscxn薄膜。

15、本发明还提供一种al1-xscxn薄膜，所述al1-xscxn薄膜采用上述任一项实施例所述的al1-xscxn薄膜的制备方法制备获得。

16、本发明还提供一种滤波器件，所述滤波器件包括电极和al1-xscxn薄膜，其中，所述al1-xscxn薄膜采用上述任一项实施例所述的al1-xscxn薄膜的制备方法制备获得，所述电极设置在所述al1-xscxn薄膜的至少一面上。

17、本发明中al1-xscxn薄膜、滤波器件及其制备方法，先于衬底上依次生长缓冲层和gan材料层，而后在gan材料层上生长al1-xscxn薄膜，在生长al1-xscxn薄膜选择合适的sc元素掺杂组分来调节所生长al1-xscxn层的晶格结构，以降低al1-xscxn与gan的晶格失配，实现al1-xscxn薄膜在gan材料层上的共格生长，从而获得位错密度较小且厚度较大的al1-xscxn薄膜层，并且在将al1-xscxn薄膜层从衬底上剥离后，便能获得可直接制备滤波器件的al1-xscxn薄膜。所以，本发明有效克服了现有技术中的一些实际问题从而有很高的利用价值和使用意义。

技术特征：

1.一种al1-xscxn薄膜的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述al1-xscxn薄膜的制备方法，其特征在于，所述衬底的材料包括si、蓝宝石、sic、金刚石和gan复合衬底中的任意一种。

3.根据权利要求1所述al1-xscxn薄膜的制备方法，其特征在于，所述缓冲层材料包括gan和algan中的至少一种。

4.根据权利要求3所述al1-xscxn薄膜的制备方法，其特征在于，所述缓冲层材料为alxga1-xn，其中0≤x≤0.3，所述在所述衬底上生长缓冲层，包括：

5.根据权利要求1所述al1-xscxn薄膜的制备方法，其特征在于，所述在所述缓冲层上生长gan材料层，包括：

6.根据权利要求1所述al1-xscxn薄膜的制备方法，其特征在于，所述在所述gan材料层上生长al1-xscxn薄膜层，包括：

7.根据权利要求1所述al1-xscxn薄膜的制备方法，其特征在于，所述al1-xscxn薄膜层中sc的组分含量x为18％。

8.根据权利要求1所述al1-xscxn薄膜的制备方法，其特征在于，所述将所述al1-xscxn薄膜层从所述衬底上剥离下来，获得al1-xscxn薄膜，包括：

9.一种al1-xscxn薄膜，其特征在于，所述al1-xscxn薄膜采用权利要求1至8任一项所述al1-xscxn薄膜的制备方法制备获得。

10.一种滤波器件，其特征在于，包括：权利要求1至8任一项所述al1-xscxn薄膜的制备方法制备的al1-xscxn薄膜，其中，在所述滤波器件中，所述al1-xscxn薄膜的两侧表面设置有电极。

技术总结
本发明提供一种Al<subgt;1‑x</subgt;Sc<subgt;x</subgt;N薄膜、滤波器件及其制备方法，属于半导体材料制备技术领域，本发明的Al<subgt;1‑x</subgt;Sc<subgt;x</subgt;N薄膜的制备方法包括：提供衬底；在所述衬底上生长缓冲层；在所述缓冲层上生长GaN材料层；在所述GaN材料层上生长Al<subgt;1‑</subgt;<subgt;x</subgt;Sc<subgt;x</subgt;N薄膜层；其中，所述Al<subgt;1‑x</subgt;Sc<subgt;x</subgt;N薄膜层中Sc的组分含量x为10％至20％；将所述Al<subgt;1‑x</subgt;Sc<subgt;x</subgt;N薄膜层从所述衬底上剥离下来，获得Al<subgt;1‑x</subgt;Sc<subgt;x</subgt;N薄膜。本发明Al<subgt;1‑x</subgt;Sc<subgt;x</subgt;N薄膜的制备方法，选用特定组分的Al<subgt;1‑x</subgt;Sc<subgt;x</subgt;N材料实现在GaN材料层上共格生长，以制备位错密度较小且厚度可选控的Al<subgt;1‑x</subgt;Sc<subgt;x</subgt;N薄膜层。

技术研发人员：唐军,何欣超,冯欢欢,杨晋鹏,潘尧波
受保护的技术使用者：中电化合物半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13