[发明专利]一种大尺寸单晶金刚石外延片的拼接生长方法

权利要求书

1.一种大尺寸单晶金刚石外延片的拼接生长方法，其特征在于，所述大尺寸单晶金刚石外延片的尺寸范围为1~6英寸，拼接生长方法包括以下步骤：

步骤1，选取单晶金刚石作为衬底1，对衬底1沿(100)晶面方向切割并抛光后，在衬底1的主表面进行离子注入形成离子注入层，在所述离子注入层的表面化学气相沉积单晶金刚石外延层1，然后沿离子注入层对单晶金刚石衬底1与外延层1进行分离，即得单晶金刚石外延片，重复此步骤后得到多片晶体取向严格一致的单晶金刚石外延片；

步骤2，将步骤1所得多片单晶金刚石外延片沿(100)晶面方向取向排列并键合在衬底3上，然后对排列而成的单晶金刚石外延片的表面进行整体研磨与抛光处理；

步骤3，以步骤2排列所得单晶金刚石外延片为衬底2，在衬底2的主表面进行离子注入形成离子注入层，在所述离子注入层的表面化学气相沉积单晶金刚石外延层2，然后沿离子注入层对单晶金刚石衬底2与外延层2进行分离，至此得到拼接生长的大尺寸单晶金刚石外延片；

步骤1中，所述衬底1为高温高压法或化学气相沉积法合成的无宏观缺陷，且位错密度低于5000/cm²的单晶金刚石；

步骤1中，所述抛光要求使得晶体上下主表面粗糙度不超过5nm，4个侧面粗糙度不超过100nm；

步骤2中，所述衬底3选用表面粗糙度不超过5nm且与单晶金刚石热膨胀系数接近的单晶硅片、石英玻璃片或多晶金刚石片，所述整体研磨与抛光处理使得排列而成的单晶金刚石外延片的表面粗糙度不超过2nm；

步骤2中，所述键合具体为：首先在衬底3的表面蒸镀厚5-30nm的钛膜层，然后在该钛膜层上将多片单晶金刚石外延片沿（100）晶面方向取向紧密排列，使单晶金刚石外延片的分离面与镀膜层贴合，且单晶金刚石外延片之间的缝隙最大不超过500μm，并在800-1200℃真空退火5-30min。

2.根据权利要求1所述的大尺寸单晶金刚石外延片的拼接生长方法，其特征在于，步骤1与步骤3中，所述离子注入均为在衬底1或衬底2的主表面注入碳离子，注入能量为100-300keV，注入剂量为1×10^15-17ions/cm²，碳离子层的注入深度为0.1-0.5μm。

3.根据权利要求1所述的大尺寸单晶金刚石外延片的拼接生长方法，其特征在于，步骤1与步骤3中，所述化学气相沉积单晶金刚石外延层1与外延层2均具体采用微波等离子体化学气相沉积法，操作条件为：温度800-1200℃，气压10-14kPa，500-1000sccmH₂，30-60sccmCH₄，0.1-1sccmN₂。

4.根据权利要求1所述的大尺寸单晶金刚石外延片的拼接生长方法，其特征在于，步骤1与步骤3中，所述衬底1与外延层1以及衬底2与外延层2的分离方法均为电化学腐蚀法。