基于异质外延生长单晶金刚石的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于异质外延生长单晶金刚石的方法，包括选取单晶金刚石衬底，并在异质外延衬底上生长第一铱金属层；利用外延生长工艺在处理后的衬底上外延生长单晶籽晶层作为缓冲层在所述单晶金刚石衬底的上表面生成石墨烯层；在所述石墨烯层的上表面生长AlN成核层，并在所述AlN成核层的上表面生长低温GaN过渡层；将其分离即可得到单晶金刚石。将其分离即可得到单晶金刚石。

【技术实现步骤摘要】
基于异质外延生长单晶金刚石的方法


[0001]本专利技术涉及单晶金刚石
，具体涉及一种基于异质外延生长单晶金刚石的方法。

技术介绍

[0002]现阶段，大尺寸的单晶金刚石或晶向取向高度一致的准单晶金刚石，在精密加工、信息通讯、航天宇航、尖端技术等高科技领域具有不可替代的关键作用。但是目前制备金刚石多采用高温高压法(HPHT)，制备的金刚石含杂质较多，缺陷密度高，质量较差，且尺寸较小，所制备的金刚石制品处于产业链的下游，竞争力不高。
[0003]由于单晶金刚石优异的电学、光学性能，而在大功率电力电子器件、高频大功率微波器件等半导体器件方面有广阔的应用前景。然而传统的金刚石采用同质外延的方法来生长单晶金刚石，这种生长单晶金刚石方法需要用金刚石作为外延衬底，金刚石衬底价格昂贵，尺寸有限，不利于金刚石器件的大规模应用。由于金刚石和异质外延衬底之间的晶格失配较大，异质外延生长还是很具有挑战性。

技术实现思路

[0004](一)要解决的技术问题
[0005]为了克服现有技术不足，现提出一种基于异质外延生长单晶金刚石的方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006](二)技术方案
[0007]本专利技术通过如下技术方案实现：本专利技术提出了一种基于异质外延生长单晶金刚石的方法，其特征在于：包括如下步骤：
[0008]S1：选取单晶金刚石衬底，并在异质外延衬底上生长第一铱金属层；
[0009]S2：利用外延生长工艺在处理后的衬底上外延生长单晶籽晶层作为缓冲层；
[0010]S3：在所述单晶金刚石衬底的上表面生成石墨烯层；
[0011]S4：在所述石墨烯层的上表面生长AlN成核层，并在所述AlN成核层的上表面生长低温GaN过渡层；
[0012]S5：将其分离即可得到单晶金刚石。
[0013]进一步而言，所述异质外延衬底为Si、MgO、Al2O3或SrTiO3。
[0014]进一步而言，所述金属衬底上生长厚度为0.2
‑
0.4nm的石墨烯层。
[0015]进一步而言，所述覆盖有石墨烯层的所述金属衬底进行化学腐蚀，除去所述金属衬底。
[0016]进一步而言，所述石墨烯层转移到所述单晶金刚石衬底上，得到覆盖有石墨烯层的单晶金刚石衬底。
[0017](三)有益效果
[0018]本专利技术相对于现有技术，具有以下有益效果：
[0019]本专利技术提到的一种基于异质外延生长单晶金刚石的方法，通过在单晶金刚石衬底上转移一层石墨烯并在石墨烯层上生长GaN层，减小了衬底与GaN层之间的应力，提供了一种能够在任意晶面的单晶金刚石衬底上生长GaN/AlGaN异质结材料的方法，突破了金刚石上外延氮化镓材料对衬底晶面的限制，简化了工艺难度，实现了大面积高散热效率的氮化镓异质结材料的生长。
[0020]本专利技术设计并制备了一种可异质外延生长大尺寸单晶金刚石的叠层，特别地，在其中插入了TiN单晶籽晶层作为外延模板和过渡缓冲层，提高了氧化物及整个衬底外延层的晶向的取向一致度及生长质量，从而为生长高质量大尺寸单晶金刚石提供了可能。
具体实施方式
[0021]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0022]本专利技术提出了一种基于异质外延生长单晶金刚石的方法，其特征在于：包括如下步骤：
[0023]S1：选取单晶金刚石衬底，并在异质外延衬底上生长第一铱金属层；
[0024]S2：利用外延生长工艺在处理后的衬底上外延生长单晶籽晶层作为缓冲层；
[0025]S3：在所述单晶金刚石衬底的上表面生成石墨烯层；
[0026]S4：在所述石墨烯层的上表面生长AlN成核层，并在所述AlN成核层的上表面生长低温GaN过渡层；
[0027]S5：将其分离即可得到单晶金刚石。
[0028]进一步而言，所述异质外延衬底为Si、MgO、Al2O3或SrTiO3。
[0029]进一步而言，所述金属衬底上生长厚度为0.2
‑
0.4nm的石墨烯层。
[0030]进一步而言，所述覆盖有石墨烯层的所述金属衬底进行化学腐蚀，除去所述金属衬底。
[0031]进一步而言，所述石墨烯层转移到所述单晶金刚石衬底上，得到覆盖有石墨烯层的单晶金刚石衬底。
[0032]本专利技术提到的一种基于异质外延生长单晶金刚石的方法，通过在单晶金刚石衬底上转移一层石墨烯并在石墨烯层上生长GaN层，减小了衬底与GaN层之间的应力，提供了一种能够在任意晶面的单晶金刚石衬底上生长GaN/AlGaN异质结材料的方法，突破了金刚石上外延氮化镓材料对衬底晶面的限制，简化了工艺难度，实现了大面积高散热效率的氮化镓异质结材料的生长。
[0033]本专利技术设计并制备了一种可异质外延生长大尺寸单晶金刚石的叠层，特别地，在其中插入了TiN单晶籽晶层作为外延模板和过渡缓冲层，提高了氧化物及整个衬底外延层的晶向的取向一致度及生长质量，从而为生长高质量大尺寸单晶金刚石提供了可能。
[0034]上面所述的实施例仅仅是对本专利技术的优选实施方式进行描述，并非对本专利技术的构思和范围进行限定。在不脱离本专利技术设计构思的前提下，本领域普通人员对本专利技术的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本专利技术的保护范围，本专利技术请求保护的
技术实现思路
，已经全部记载在权利要求书中。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于异质外延生长单晶金刚石的方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：选取单晶金刚石衬底，并在异质外延衬底上生长第一铱金属层；S2：利用外延生长工艺在处理后的衬底上外延生长单晶籽晶层作为缓冲层；S3：在所述单晶金刚石衬底的上表面生成石墨烯层；S4：在所述石墨烯层的上表面生长AlN成核层，并在所述AlN成核层的上表面生长低温GaN过渡层；S5：将其分离即可得到单晶金刚石。2.根据权利要求1所述的基于异质外延生长单晶金刚石的方法，其特征在于：所述异质外延衬底为Si、Mg...

【专利技术属性】
技术研发人员：付鹏，
申请(专利权)人：付鹏，
类型：发明
国别省市：