專利名稱：c軸取向鈮酸鋰晶體薄膜的制備方法
技術領域：
本發明涉及c軸取向鈮酸鋰晶體薄膜的制備方法。
背景技術：
鈮酸鋰(LiNbO3)晶體薄膜在光波導和聲表面波領域具有重要的應用價值，c軸取向LiNbO3晶體薄膜在硅單晶襯底上生長的研究是LiNbO3薄膜研究中的一個主要課題。目前，硅襯底上c軸取向的LiNbO3晶體薄膜的制備通常采取以下兩種方法(a)低電壓誘導生長，即在硅襯底上加一弱電場以控制薄膜的取向；(b)采用緩沖層，通常引入Si3N4、MgO、Al2O3等緩沖層。但這兩種方法存在一些不足(1)在生長過程中施加誘導電場增加了工藝的難度，同時也增加了成本；(2)常用的緩沖層的折射率都比SiO2大，引入的緩沖層會降低襯底與薄膜間大折射率差的優勢。
發明內容
本發明的目的是提供一種新的c軸取向LiNbO3薄膜的制備方法，以簡化工藝，提高產品性能。
本發明方法是采用脈沖激光沉積，以非晶SiO2薄膜作為緩沖層在硅單晶襯底上生長c軸取向LiNbO3晶體薄膜，具體步驟如下(1)將清洗后的硅單晶片放入退火爐中，在常壓下持續通入高純氧氣進行氧化，氧化溫度為800℃-1100℃，氧化時間1-8小時，生成非晶SiO2薄膜；(2)以氧化后的硅為襯底，以等化學計量比LiNbO3多晶陶瓷或富鋰LiNbO3多晶陶瓷為靶材，放入脈沖激光沉積設備的真空室中，靶材與襯底之間距離在3-5cm，通入高純氧氣進行沉積，氧壓保持在10-50Pa，激光頻率在1-7Hz，沉積溫度在500℃-650℃，生長c軸取向LiNbO3晶體薄膜，沉積結束后，在40-80min降溫至150℃，然后自然冷卻至室溫即可，降溫過程中使真空室保持30Pa氧壓。
上述的硅單晶片可以是Si(100)或Si(111)單晶片。通常，使在硅襯底上生成的非晶SiO2薄膜的厚度在50-400nm。
該方法的優點(1)制備過程中無需施加誘導電場，簡化了工藝；
(2)非晶SiO2折射率低，能夠與LiNbO3薄膜層形成大的折射率差，從而減小傳輸損耗；(3)非晶SiO2易于制備，且質量穩定重復性好；(4)所得LiNbO3晶體薄膜具有良好的c軸擇優取向性。該方法與現有的半導體集成技術相兼容，易于實現硅基光電集成，具有很大的發展潛力，
圖1是本發明方法制備的c軸取向鈮酸鋰晶體薄膜的XRD圖譜。
具體實施例方式
以下結合實施實例對本發明做進一步描述。
(1)將清洗后的二寸Si(100)單晶片放入退火爐中氧化，在常壓下持續通入高純氧氣，氧化溫度是1000℃，氧化時間是4小時。
(2)將氧化后的硅片及等化學計量比LiNbO3多晶陶瓷放入脈沖激光沉積設備的真空室中，調節襯底和靶材之間的距離為4cm，激光頻率為3Hz，氧氣壓強為30Pa，在600℃下進行沉積，生長c軸取向LiNbO3晶體薄膜。沉積結束后，在50min降溫至150℃，然后自然冷卻至室溫。降溫過程中使真空室保持30Pa氧壓。制得的鈮酸鋰薄膜的結構特性如圖1所示，它具有良好的c軸擇優取向性。
權利要求
1.c軸取向鈮酸鋰晶體薄膜的制備方法，其特征在于步驟如下(1)將清洗后的硅單晶片放入退火爐中，在常壓下持續通入高純氧氣進行氧化，氧化溫度為800℃-1100℃，氧化時間1-8小時，生成非晶SiO2薄膜；(2)以氧化后的硅為襯底，以等化學計量比LiNbO3多晶陶瓷或富鋰LiNbO3多晶陶瓷為靶材，放入脈沖激光沉積設備的真空室中，靶材與襯底之間距離在3-5cm，通入高純氧氣進行沉積，氧壓保持在10-50Pa，激光頻率在1-7Hz，沉積溫度在500℃-650℃，生長c軸取向LiNbO3晶體薄膜，沉積結束后，在40-80min降溫至150℃，然后自然冷卻至室溫即可.降溫過程中使真空室保持30Pa氧壓。
2.根據權利要求1所述的c軸取向鈮酸鋰晶體薄膜的制備方法，其特征在所說的硅單晶片為Si(100)或Si(111)單晶片。
全文摘要
本發明提供了一種c軸取向鈮酸鋰晶體薄膜的制備方法，該方法是采用脈沖激光沉積，以非晶SiO
文檔編號C30B29/30GK1540043SQ20031010825
公開日2004年10月27日 申請日期2003年10月28日 優先權日2003年10月28日
發明者葉志鎮, 王新昌, 何軍輝, 趙炳輝 申請人:浙江大學