[发明专利]一种高质量自支撑氮化物衬底的制备方法及生长结构

说明书

本发明公开了一种高质量自支撑氮化物衬底的制备方法，包括以下步骤：提供一基板，在该基板上形成具有极性的二维材料层；在二维材料层上形成一层石墨烯层，该石墨烯层为单层结构；在单层的石墨烯层的表面生长氮化物厚膜；通过机械剥离的方式去除基板；通过研磨抛光处理的方式去除二维材料层和石墨烯层，并获得平整的氮化物厚膜，该平整的氮化物厚膜即为自支撑氮化物衬底。该方法可以实现在无缺陷的石墨烯表面生长氮化物厚膜，可以有效降低界面处缺陷，从而提高自支撑氮化物衬底的晶体质量。

技术领域

本发明涉及半导体材料技术领域，具体涉及一种高质量自支撑氮化物衬底的制备方法及生长结构。

背景技术

目前在制作衬底时，一般采用在石墨烯上直接生长氮化物，但是由于石墨烯表面缺乏悬挂键，导致氮化物成核困难。通常，为了促进氮化物成核，通过刻蚀等工艺引入石墨烯表面缺陷。但是石墨烯表面存在的缺陷使得该方法最终形成的氮化物薄膜存在大量晶界、层错、位错等缺陷，一般位错密度大于1×10⁹cm^-2，氮化物晶体的质量无法保证。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种高质量自支撑氮化物衬底的制备方法及生长结构，该方法可以实现在无缺陷的石墨烯表面生长氮化物厚膜，可以有效降低界面处缺陷，从而提高自支撑氮化物衬底的晶体质量。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：一种高质量自支撑氮化物衬底的制备方法，包括以下步骤：

提供一基板，在该基板上形成具有极性的二维材料层；

在二维材料层上形成一层石墨烯层，该石墨烯层为单层结构；

在单层的石墨烯层的表面生长氮化物厚膜；

通过机械剥离的方式去除基板；

通过研磨抛光处理的方式去除二维材料层和石墨烯层，并获得平整的氮化物厚膜，该平整的氮化物厚膜即为自支撑氮化物衬底。

其中，所述二维材料层为单层或多层结构。

优选的，所述二维材料层的材料为氮化硼、二硫化钼、二硫化钨中的一种。

优选的，所述氮化物厚膜是通过HVPE、MOCVD或MBE工艺形成。

优选的，所述氮化物厚膜的厚度为200～1000微米。

优选的，所述氮化物厚膜的材料选自氮化镓、氮化铝、氮化铟中的一种或两种以上的组合。

优选的，所述氮化物厚膜的位错密度低于10⁵cm^-2。

本发明还提供了一种高质量自支撑氮化物衬底的生长结构，包括一基板，该基板上生长有具有极性的二维材料层，该二维材料层上生长有一层石墨烯层，该石墨烯层为单层结构，该单层的石墨烯层的表面生长有氮化物厚膜。

优选的，所述二维材料层为单层或多层结构。

优选的，所述氮化物厚膜的厚度为200～1000微米。

本发明的有益效果是：本发明采用基板作为支撑，然后在二维材料层上形成石墨烯层，且石墨烯层为单层结构，从而利用二维材料极性的特征，与没有极性的单层石墨烯结合，可以改变单层石墨烯表面电偶极矩，增加其表面自由能，实现石墨烯表面真正的范德瓦尔斯外延；该方法不是采用传统的人为刻蚀石墨烯表面以形成缺陷的方法来实现氮化物的生长，而是利用两种不同的二维材料结合，获得三维材料的性质，实现范德瓦尔斯外延的效果，然后再实现氮化物的生长；其中的石墨烯层必须为单层结构，如果为多层，下方的二维材料的极性则无法改变石墨烯表面的电偶极矩。