[发明专利]利用过渡金属氮化物牺牲层制备氮化物单晶衬底的方法

摘要

本发明公开了一种利用过渡金属氮化物牺牲层制备氮化物单晶衬底的方法。本发明通过在氮化物单晶厚膜与氮化物模板之间引入六方晶体结构对称性的β相过渡金属氮化物牺牲层，利用过渡金属氮化物牺牲层与氮化物单晶厚膜的晶向匹配、晶格失配小、能够选择性刻蚀的特点，采用选择性刻蚀方法实现氮化物单晶厚膜与氮化物模板的分离，得到大尺寸、高质量的自支撑氮化物单晶衬底；本发明易于在过渡金属氮化物牺牲层上直接成核生长高质量氮化物单晶厚膜，无需引入额外工序辅助氮化物单晶厚膜成核，简化工艺流程；无需采用复杂的激光剥离技术，氮化物模板可重复使用，降低剥离工艺难度及成本，提高成品率；设备简单，能耗低，易操作，适合产业化生产。

主权项

1.一种利用过渡金属氮化物牺牲层制备氮化物单晶衬底的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1)选择具有六方晶体结构对称性的氮化物模版作为具有六方晶体结构对称性的氮化物单晶厚膜的外延衬底，并进行化学清洗使得表面洁净，氮化物模版包括异质衬底以及生长在其上的单晶氮化物薄膜，单晶氮化物薄膜具有六方晶体结构对称性；2)在氮化物模版上采用薄膜沉积法沉积过渡金属氮化物，通过控制时间调控过渡金属氮化物的厚度，并且通过控制温度以及过渡金属原子与氮原子的通入比例调控过渡金属氮化物的晶向和化学计量比，从而在具有六方晶体结构对称性的氮化物模版上形成具有六方晶体结构对称性的β相的X₂N作为过渡金属氮化物牺牲层，X代表过渡金属；3)利用氢化物气相外延HVPE技术在过渡金属氮化物牺牲层上生长氮化物单晶厚膜，通过调节时间控制氮化物单晶厚膜的厚度，并通过应力控制方法降低氮化物单晶厚膜层的应力，从而在过渡金属氮化物牺牲层上形成厚度为50～1000μm的没有裂纹的具有六方晶体结构对称性的氮化物单晶厚膜；4)采用二氟化氙XeF₂干法刻蚀或者酸刻蚀技术，选择性刻蚀过渡金属氮化物牺牲层，实现氮化物单晶厚膜与氮化物模版的分离；5)化学清洗氮化物单晶厚膜，获得自支撑氮化物单晶衬底。