Спосіб одержання кристалічної плівки нітриду алюмінію

Спосіб одержання кристалічної плівки нітриду алюмінію шляхом нітридизації сапфіра, що включає відпал в присутності вуглецю сапфірової підкладки орієнтацією (11-20) в середовищі, що містить азот і СО, загальним тиском 1 атм в графітовій печі, який відрізняється тим, що відпал проводять у вказаній атмосфері зі вмістом СО 0,001-0,1 об. % при температурі 1300-1450 С протягом 2-10 годин. Винахід відноситься до способів отримання кристалічних плівок нітриду алюмінію (темплейтов або комбінованих підкладок AlN/сапфір). Плівки нітриду алюмінію на різних підкладках використовуються в оптоелектроніці ультрафіолетового діапазону, надвисокочастотній радіоелектроніці, акустоелектроніці і так далі. Монокристалічна плівка нітриду алюмінію здатна замінити коштовний і важкий в отриманні монокристал нітриду алюмінію, який, як відомо, є кращою підкладкою для створення гетероструктур на основі твердих розчинів AIN-GaN і InN-GaN унаслідок малого розузгодження періодів кристалічних решіток уздовж осі а ~2.5%. Відомий спосіб отримання плівок нітриду алюмінію шляхом сублімаційного осадження на підкладку карбіду кремнію [Evaluation of AIN singlecrystal growth by sublimation method, Michimasa Miyanaga, Naho Mizuhara, Shinsuke Fujiwara, Mitsuru Shimazu, Hideaki Nakahata, Tomohiro Kawase, Journal of crystal growth 300 (2007) pp. 4549]. Нітрид алюмінію випарюють з графітового тигля при температурі 1900-2250°С і осаджують на підкладку карбіду кремнію, яка має температуру на 100-500°С нижче ніж джерело. Отримані плівки мають товщину від 3мкм до 4мм. При товщині плівок 4мм структурна досконалість характеризується напівшириною кривої гойдання 26арксек. До недоліків способу можна віднести низьку швидкість росту плівок (десятки - сотні годин), необхідність нарощування товстих плівок для поліпшення їх структурної досконалості, високотемпературні режими (2200°С), що спричиняє високі енерговитрати і, відповідно, високу вартість готових виробів. Відомий спосіб отримання плівок нітриду алюмінію методом молекулярно-променевої епітаксії [AIN growth on sapphire substrate by ammonia MBE, V.G. Mansurov, A.Yu. Nikitin, Yu.G. Galitsyn, S.N. Svitasheva, K.S. Zhuravlev, Z. Osvath, L. Dobos, Z.E. Horvath, B. Pecz, Journal of crystal growth 300 (2007) pp. 145-150]. Підкладку сапфіра експонують протягом декількох десятків хвилин при 600°С під потоком NH3 еквівалентним тиском 1.5-2.0·10 (19) UA (11) 90239 (13) C2 (21) a200909937 (22) 29.09.2009 (24) 12.04.2010 (46) 12.04.2010, Бюл.№ 7, 2010 р. (72) КАЛТАЄВ ХАЛІЛ ШАМСАДДИН-ОГЛИ, СИДЕЛЬНИКОВА НАТАЛЯ СТЕПАНІВНА, НІЖАНКОВСЬКИЙ СЕРГІЙ ВІКТОРОВИЧ, ДАНЬКО ОЛЕКСАНДР ЯКОВЛЕВИЧ, РОМ МИХАЙЛО АРОНОВИЧ (73) ІНСТИТУТ МОНОКРИСТАЛІВ НАН УКРАЇНИ (56) US 4857246 A, C04B 35/622, 15.08.1989 US 7220314 B2, C30B 25/00, 22.05.2007 EP 1918429 A1, C30B 29/38, 07.05.2008 JP 5330809 A, C01B21/072, C04B 35/58, 14.12.1993 JP 20060316 A, C30B 29/38, 1/02, 16.03.2006 3 90239 4 торр. Отримані плівки мають товщину від 1 до гічних режимах, що заявляються, шар нітриду 400нм. Досконалість кристалічної структури вказаалюмінію утворюється без перехідного шару оксиних плівок характеризується напівшириною кривої нітриду алюмінію, а висока адгезія плівки до підкгойдання більше 1000арксек. ладки досягається за рахунок того, що плівка До недоліків способу можна віднести необхідутворюється безпосередньо в приповерхневому ність підтримки в камері високого вакууму (10шарі і складає з підкладкою єдине ціле. 8торр), використання дорогого і складного в ексПроведення відпалу при температурах нижче плуатації устаткування, низьку адгезію плівки до 1300°С недоцільно внаслідок низької швидкості підкладки. росту плівки. При збільшенні температури вище Відомий спосіб отримання кристалічних плівок заявленого інтервалу зростання плівки відбуванітриду алюмінію шляхом нітридізації сапфіра [Пат ється на фоні термохімічного травлення сапфіру, США №7338555, С30В25/00]. Сапфірову підкладку що негативно позначається на її структурній досорієнтацією (11-20) піддають відпалу у присутності коналості. вуглецю в потоці суміші газів N2-CO в співвідноПри вмісті СО в атмосфері відпалу більш за шенні 10:1 і загальним тиском 1атм при темпера0.1об.% також відбувається інтенсивне термохімітурі 1630-1700°С протягом 24-48 годин в графіточне травлення сапфіру без утворення плівки, відвій печі. повідно до діаграми стану. При вмісті СО менш за В результаті на поверхні сапфірової підкладки 0.001об.% процес утворення плівки відбувається з отримують шар оксинітриду алюмінію, на якому низькою швидкістю. отримують плівку нітриду алюмінію завтовшки поЧас відпалу обумовлений швидкістю протіканрядка 10нм. За рахунок наявності вказаного переня дифузійних процесів в приповерхневому шарі хідного шару, який утворюється при температурах, сапфіра і визначений експериментально. Процес що заявляються, досягається висока адгезія плівзародкоутворення відбувається протягом декільки до підкладки. Структурна досконалість плівки кох хвилин після початку відпалу. Відпал менш за характеризується напівшириною кривої гойдання 2 години не приводить до утворення суцільної плі600арксек. вки. Збільшення часу відпалу понад 10 годин неДо недоліків способу можна віднести тривадоцільно, бо не приводить до подальшого зрослість процесу і високотемпературні режими відпатання товщини плівок. лу, що приводять до підвищення енерговитрат, У таблиці наведені приклади реалізації спосощо, у свою чергу, істотно підвищує вартість готобу отримання монокристалічних плівок нітриду вих виробів. алюмінію шляхом нітридизації сапфіра способом, Прототипом по кількості загальних ознак вибщо заявляється, і способом-прототипом. раний останній з наведених аналогів. Приклад 1. Полірований зразок монокристала У основу винаходу поставлено завдання розсапфіра діаметром 25мм товщиною 1мм поміщаробки простого, економічного і технологічного споють у вакуумну піч з вуглеграфітовим футерувансобу здобуття кристалічних плівок нітриду алюміням. Нагрів зразка до температури 1400°С провонію на сапфірових підкладках. дять при тиску в камері 0.05торр. Потім камеру Рішення поставленої задачі забезпечується заповнюють азотом чистоти 99.99% до тиску 1атм. тим, що в способі отримання кристалічних плівок Концентрація СО при цьому складає 0.1об%. Віднітриду алюмінію шляхом нітридизації сапфіра, що пал зразка проводять протягом 10 годин. Після включає відпал у присутності вуглецю сапфірової цього камеру продувають азотом, вимикають напідкладки орієнтацією (11-20) в середовищі, що грівач і відбувається охолодження зразка до кіммістить азот і CO загальним тиском 1атм в графінатної температури. Товщина отриманих плівок товій печі, згідно з винаходом, відпал проводять у нітриду алюмінію склала 240нм. Досконалість кривказаній атмосфері з вмістом CO 0,001-0.1об.% сталічної структури плівок характеризується напіпри температурі 1300-1450°С протягом 2-10 годин. вшириною кривої гойдання 720арксек. Як показали експериментальні дані, при відЯк видно з таблиці, технологічні режими (пр. 2, палі в азотвмісному відновному середовищі зага3, 4, 7, 8, 9, 11, 12, 13), що заявляються, дозволяльним тиском 1атм при температурах 1300ють отримати кристалічні плівки, вихід за межі па1450°С, та вмістом CO від 0,001-0.1об.% внаслідок раметрів, що заявляються, приводить до погірпониження рівноважного тиску кисню газоподібним шення структурної досконалості плівок (пр. 1, 6) відновником CO відбувається насичення приповеабо недоцільний економічно (пр. 10). Зниження рхневого шару сапфіра аніонними вакансіями і температури відпалу нижче заявленого інтервалу впровадження азоту по вакансійному механізму з (пр. 5) не дозволяє отримати суцільну плівку. утворенням шару нітриду алюмінію. При техноло5 5 90239 6 Таблиця № Температура, °С 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 прототип 1600 1500 1400 1300 1200 1400 1400 1400 1400 1400 1400 1400 1400 1675 Час відпалу, год 10 10 10 10 10 1 2 4 10 15 10 10 10 48 Концентрація СО, об.% 0.8 0.63