非极性面氮化铝单晶复合衬底的制备方法、声表面波器件及其制备方法与流程

本申请涉及声表面波器件领域，具体而言，涉及一种非极性面氮化铝单晶复合衬底的制备方法、声表面波器件及其制备方法。

背景技术：

1、高频通讯滤波器的发展已成为射频通讯行业发展至关重要的瓶颈行业之一，特别是新型通讯滤波谐振腔的设计与实现已成为目前国际通讯行业竞争的制高点。

2、基于氮化铝薄膜材料的传统的薄膜体声波滤波器以其所独具的高频、高品质因子等众多优势特性备受高频通讯领域的青睐。但是众所周知，薄膜体声波滤波器所需要的金属电极/氮化铝薄膜/金属电极三明治结构具有较为复杂的制备工艺，特别是在兼顾氮化铝晶体质量、表面粗糙度、残余应力等方面具有较大的挑战。而传统的基于氮化铝的声表面波器件尽管受益于其简单的表面叉指电极结构，却又因氮化铝具有较低的d31机电耦合系数从而使得其难以兼顾工作频率与品质因子，因此极大的限制了其在高频条件下的应用。

技术实现思路

1、本申请提供了一种非极性面氮化铝单晶复合衬底的制备方法、声表面波器件及其制备方法，通过震荡退火方式并结合每次高温退火时的气氛变化，有利于获得高质量a面氮化铝单晶薄膜，能够用于制备声表面波器件中且提高声表面波器件的良率及性能。

2、本申请的实施例是这样实现的：

3、在第一方面，本申请示例提供了一种非极性面氮化铝单晶复合衬底的制备方法，其包括：

4、在r晶面取向的蓝宝石衬底的表面沉积氮化铝多晶薄膜，随后连续进行多次高温退火，获得a面氮化铝单晶薄膜；

5、其中，高温退火包括在保持内部气压不变的前提下依次进行的升温处理、保温处理以及降温处理；

6、升温处理包括：在纯n2气氛中升温至预设退火温度，预设退火温度为1700-1800℃；

7、保温处理包括：在n2与o2的混合气氛中，在预设退火温度下保温15-300min，其中混合气氛中的n2的体积百分比大于o2的体积百分比；

8、降温处理包括：在纯n2气氛中自然冷却至1000℃。

9、本申请提供的非极性面氮化铝单晶复合衬底的制备方法中，利用高温退火使沉积在r晶面取向的蓝宝石衬底的表面的氮化铝多晶薄膜重结晶，以制备a面氮化铝单晶薄膜，其中a面氮化铝单晶薄膜的c轴位于a面氮化铝单晶薄膜的面内，通过连续进行多次高温退火构成的震荡退火方式并结合每次高温退火时的气氛变化，有效调节a面氮化铝单晶薄膜的应力状态，压制其表面裂纹的形成，并且形成的a面氮化铝单晶薄膜表面平整无黑点缺陷，获得高质量a面氮化铝单晶薄膜，使其能够用于制备声表面波器件且有利于提高声表面波器件的良率及性能。

10、在第二方面，本申请示例提供了一种声表面波器件的制备方法，其包括：

11、以本申请第一方面提供的制备方法制得的非极性面氮化铝单晶复合衬底为基底，在a面氮化铝单晶薄膜的表面制备叉指电极以及反射栅；其中，a面氮化铝单晶薄膜的表面的粗糙度ra＜5nm，a面氮化铝单晶薄膜的c轴位于a面氮化铝单晶薄膜的面内，叉指电极在面内的法线方向平行于a面氮化铝单晶薄膜在面内的c轴方向。

12、本申请提供的声表面波器件的制备方法，以本申请第一方面提供的表面平整、无黑点缺陷以及无裂纹的高质量非极性面氮化铝单晶复合衬底作为基底制备的声表面波器件，通过限定叉指电极在面内的法线方向与a面氮化铝单晶薄膜在面内的c轴方向平行，使得施加的电场方向与a面氮化铝单晶薄膜的c轴方向平行，使得谐振腔在2.4ghz具有极高的品质因子与温度稳定性，特别是能够激发3.9ghz的体声波，有效提升声表面波器件的性能，且上述方法操作简单，便于大规模生产。

13、第三方面，本申请提供一种声表面波器件，其包括：r晶面取向的蓝宝石衬底，生长于蓝宝石衬底上的a面氮化铝单晶薄膜，以及形成在a面氮化铝单晶薄膜上的叉指电极以及反射栅；其中，a面氮化铝单晶薄膜的c轴位于a面氮化铝单晶薄膜的面内，a面氮化铝单晶薄膜的表面的粗糙度ra＜5nm，叉指电极在a面氮化铝单晶薄膜的平面内的法线方向平行于a面氮化铝单晶薄膜在平面内的c轴方向。

14、本申请提供的声表面波器件，通过限定叉指电极在面内的法线方向与a面氮化铝单晶薄膜在平面内c轴方向平行，使得施加电场方向与a面氮化铝单晶薄膜的c轴方向平行，使得谐振腔在2.4ghz具有极高的品质因子与温度稳定性，特别是能够激发3.9ghz的体声波，有效提升声表面波器件的性能。

技术特征：

1.一种非极性面氮化铝单晶复合衬底的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述保温处理中，所述o2的体积百分比为2％。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高温退火的次数为3-5次。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：对所述a面氮化铝单晶薄膜的表面进行抛磨处理，以使所述a面氮化铝单晶薄膜的表面的粗糙度ra＜5nm。

5.根据权利要求1-3任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述氮化铝多晶薄膜的厚度为200-2000nm。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述蓝宝石衬底为晶向为r向(11-02)且晶体结构为α相的单晶蓝宝石。

7.一种声表面波器件的制备方法，其特征在于，包括：

8.一种声表面波器件，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的声表面波器件，其特征在于，所述叉指电极由金属制得。

10.根据权利要求8所述的声表面波器件，其特征在于，所述声表面波器件为高频声表面波器件、声表面波谐振器、声表面波滤波器或声表面波传感器。

技术总结
一种非极性面氮化铝单晶复合衬底的制备方法、声表面波器件及其制备方法，属于声表面波器件领域。非极性面氮化铝单晶复合衬底的制备方法包括：在r晶面取向的蓝宝石衬底的表面沉积氮化铝多晶薄膜，随后连续进行多次高温退火，获得a面氮化铝单晶薄膜；其中，高温退火包括在保持内部气压不变的前提下依次进行的升温处理、保温处理以及降温处理；通过震荡退火方式并结合每次高温退火时的气氛变化，有利于获得高质量a面氮化铝单晶薄膜，能够应用于声表面波器件的制备，有效提高声表面波器件的良率及性能。

技术研发人员：王新强,袁冶,卢同心,万文婷,曹家康,李泰,罗巍
受保护的技术使用者：松山湖材料实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27