[發明專利]一種基于異質外延生長單晶金剛石的方法

在審

• 申請號: 201710633557.2
• 申請日: 2017-07-28
• 公開（公告）號: CN107268076A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 張景文;陳旭東;王進軍;李潔瓊;卜忍安;王宏興;侯洵
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C30B25/18
• 分類號: C30B25/18;C30B29/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明涉及單晶金剛石異質外延技術，具體涉及一種基于異質外延生長單晶金剛石的方法。

背景技術

由于單晶金剛石優異的電學、光學性能，而在大功率電力電子器件、高頻大功率微波器件等半導體器件方面有廣闊的應用前景。然而傳統的金剛石采用同質外延的方法來生長單晶金剛石，這種生長單晶金剛石方法需要用金剛石作為外延襯底，金剛石襯底價格昂貴，尺寸有限，不利于金剛石器件的大規模應用。由于金剛石和異質外延襯底之間的晶格失配較大，異質外延生長還是很具有挑戰性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于異質外延生長單晶金剛石的方法，以克服現有技術的不足。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于異質外延生長單晶金剛石的方法，包括以下步驟：

步驟1)，在異質外延襯底上生長第一銥金屬層；

步驟2)、在第一銥金屬層上生長第一金剛石層；

步驟3)、在第一金剛石層上生長圖形化的第二銥金屬層；

步驟4)、在第二銥金屬層上生長第二金剛石層，得到生長有兩層金剛石層和兩層銥金屬層的異質外延襯底；

步驟5)、將第二金剛石層與第一金剛石層和第二銥金屬層分離即可得到單晶金剛石。

進一步的，步驟1)中的異質外延襯底為Si、MgO、Al₂O₃或SrTiO₃。

進一步的，步驟1)中，在生長第一銥金屬層前，首先對異質外延襯底首先異質外延襯底依次通過丙酮、酒精、去離子水各超聲清洗5-10min，然后在惰性氣體下進行干燥。

進一步的，其特征在于，第一銥金屬層圖形和第二銥金屬層圖形相同。

進一步的，步驟2)和步驟4)中均采用偏壓增強成核技術配合微波等離子體化學氣相沉積技術在銥金屬層上生長金剛石層。

進一步的，步驟3)中首先利用光刻技術在金剛石層上制作待用圖形，再采用磁控濺射或電子束蒸發方法在襯底上沉積銥金屬層。

進一步的，步驟5)中，將第二金剛石層與第一金剛石層和第二銥金屬層通過機械研磨法、ICP刻蝕法或者RIE刻蝕法去除第一金剛石層和第二銥金屬層即可得到單晶金剛石。

與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果：

本發明一種基于異質外延生長單晶金剛石的方法，首先在異質外延襯底上生長第一銥金屬層；然后以第一銥金屬層為依托在第一銥金屬層上生長第一金剛石層；保證生長的第一金剛石層與第一銥金屬層不受晶格失配影響，再在第一金剛石層上生長圖形化的第二銥金屬層，在圖形化的第二銥金屬層上生長第二金剛石層，第二金剛石層與第二銥金屬層和第一金剛石層接觸生長，此時第二金剛石層處于自由生長狀態，沒有晶格失配的影響，得到生長有兩層金剛石層和兩層銥金屬層的異質外延襯底；最后將第二金剛石層與第一金剛石層和第二銥金屬層分離即可得到單晶金剛石，以異質外延襯底為依托，進行單晶金剛石的生長，可以降低金剛石器件制作成本，有利于發揮出金剛石優異特性。

附圖說明

圖1為本發明實施例結構示意圖。

圖中，1、異質外延襯底；2、第一銥金屬層；3、第一金剛石層；4、第二銥金屬層；5、第二金剛石層。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步詳細描述：

一種基于異質外延生長單晶金剛石的方法，包括以下步驟：

步驟1)，在異質外延襯底1上生長第一銥金屬層2；

步驟2)、在第一銥金屬層2上生長第一金剛石層3；

步驟3)、在第一金剛石層3上生長圖形化的第二銥金屬層4；

步驟4)、在第二銥金屬層4上生長第二金剛石層5，得到生長有兩層金剛石層和銥金屬層的異質外延襯底；

步驟5)、將第二金剛石層5與第一金剛石層3和第二銥金屬層4分離即可得到單晶金剛石。

步驟1)中的異質外延襯底為Si、MgO、Al₂O₃或SrTiO₃；

步驟1)在生長第一銥金屬層2前，首先對異質外延襯底首先異質外延襯底依次通過丙酮、酒精、去離子水各超聲清洗5-10min，然后在惰性氣體下進行干燥。

步驟2)中，采用偏壓增強成核技術(BEN)配合MPCVD方法在第一銥金屬層上生長金剛石層，具體參數如表1所示；

表1