[发明专利]一种基于异质外延生长单晶金刚石的方法

说明书

技术领域

本发明涉及单晶金刚石异质外延技术，具体涉及一种基于异质外延生长单晶金刚石的方法。

背景技术

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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于异质外延生长单晶金刚石的方法，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于异质外延生长单晶金刚石的方法，包括以下步骤：

步骤1)，在异质外延衬底上生长第一铱金属层；

步骤2)、在第一铱金属层上生长第一金刚石层；

步骤3)、在第一金刚石层上生长图形化的第二铱金属层；

步骤4)、在第二铱金属层上生长第二金刚石层，得到生长有两层金刚石层和两层铱金属层的异质外延衬底；

步骤5)、将第二金刚石层与第一金刚石层和第二铱金属层分离即可得到单晶金刚石。

进一步的，步骤1)中的异质外延衬底为Si、MgO、Al₂O₃或SrTiO₃。

进一步的，步骤1)中，在生长第一铱金属层前，首先对异质外延衬底首先异质外延衬底依次通过丙酮、酒精、去离子水各超声清洗5-10min，然后在惰性气体下进行干燥。

进一步的，其特征在于，第一铱金属层图形和第二铱金属层图形相同。

进一步的，步骤2)和步骤4)中均采用偏压增强成核技术配合微波等离子体化学气相沉积技术在铱金属层上生长金刚石层。

进一步的，步骤3)中首先利用光刻技术在金刚石层上制作待用图形，再采用磁控溅射或电子束蒸发方法在衬底上沉积铱金属层。

进一步的，步骤5)中，将第二金刚石层与第一金刚石层和第二铱金属层通过机械研磨法、ICP刻蚀法或者RIE刻蚀法去除第一金刚石层和第二铱金属层即可得到单晶金刚石。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种基于异质外延生长单晶金刚石的方法，首先在异质外延衬底上生长第一铱金属层；然后以第一铱金属层为依托在第一铱金属层上生长第一金刚石层；保证生长的第一金刚石层与第一铱金属层不受晶格失配影响，再在第一金刚石层上生长图形化的第二铱金属层，在图形化的第二铱金属层上生长第二金刚石层，第二金刚石层与第二铱金属层和第一金刚石层接触生长，此时第二金刚石层处于自由生长状态，没有晶格失配的影响，得到生长有两层金刚石层和两层铱金属层的异质外延衬底；最后将第二金刚石层与第一金刚石层和第二铱金属层分离即可得到单晶金刚石，以异质外延衬底为依托，进行单晶金刚石的生长，可以降低金刚石器件制作成本，有利于发挥出金刚石优异特性。

附图说明

图1为本发明实施例结构示意图。

图中，1、异质外延衬底；2、第一铱金属层；3、第一金刚石层；4、第二铱金属层；5、第二金刚石层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

一种基于异质外延生长单晶金刚石的方法，包括以下步骤：

步骤1)，在异质外延衬底1上生长第一铱金属层2；

步骤2)、在第一铱金属层2上生长第一金刚石层3；

步骤3)、在第一金刚石层3上生长图形化的第二铱金属层4；

步骤4)、在第二铱金属层4上生长第二金刚石层5，得到生长有两层金刚石层和铱金属层的异质外延衬底；

步骤5)、将第二金刚石层5与第一金刚石层3和第二铱金属层4分离即可得到单晶金刚石。

步骤1)中的异质外延衬底为Si、MgO、Al₂O₃或SrTiO₃；

步骤1)在生长第一铱金属层2前，首先对异质外延衬底首先异质外延衬底依次通过丙酮、酒精、去离子水各超声清洗5-10min，然后在惰性气体下进行干燥。

步骤2)中，采用偏压增强成核技术(BEN)配合MPCVD方法在第一铱金属层上生长金刚石层，具体参数如表1所示；

表1