[发明专利]一种适用于Ⅲ族氮化物外延生长的石墨烯蓝宝石衬底

权利要求书

1.一种制备石墨烯蓝宝石衬底的方法，包括对蓝宝石衬底进行石墨烯化学气相沉积的步骤；其特征在于：所述方法还包括：在所述化学气相沉积步骤之后对体系进行等离子体处理的步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述等离子体处理为氧等离子体处理、氮等离子体处理或氩等离子体处理。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述氧等离子体处理中，温度为常温；

压强为10-2000Pa；

氧气的流量为10-100sccm或15sccm；

功率为50-200W或90W；

时间为5-30s或20s；

所述氮等离子体处理中，温度为常温；

压强为10-2000Pa；

氮气的流量为10-100sccm或15sccm；

功率为50-200W或90W；

时间5-60s或30s；

所述氩等离子体处理中，温度为常温；

压强为10-2000Pa；

氩气的流量为10-100sccm或15sccm；

功率为50-200W或90W；

时间5-60s或10s。

4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于：所述石墨烯化学气相沉积中，化学气相沉积的方法为常压化学气相沉积、低压化学气相沉积或等离子体增强化学气相沉积。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述常压化学气相沉积中，碳源为甲烷或乙烯；

沉积温度为1000℃-1100℃或1050℃；

沉积压强为常压；

载气为由氩气和氢气组成的混合气，其中氩气与氢气的流量比为1-10:1或5：1；氩气的流量具体为100-1000sccm或500sccm；氢气的流量为50-500sccm或100sccm；

碳源的流量为10-50sccm或20sccm；

沉积时间为0.5h-5h或3h；

所述低压化学气相沉积中，碳源为乙醇蒸汽；

沉积温度为1000℃-1100℃或1080℃；

沉积压强为200-5000Pa；

载气为由氩气和氢气组成的混合气，其中氩气与氢气的流量比为1-10:1或5：1；氩气的流量具体为100-1000sccm或500sccm；氢气的流量为50-500sccm或100sccm；

碳源的流量为100-5000sccm；碳源的分压为100-500Pa；

沉积时间为0.5h-5h或1h；

所述等离子体增强化学气相沉积中，碳源为甲烷或乙烯；

沉积温度为500℃-700℃或600℃；

沉积压强为100-200Pa，具体为500Pa；

碳源流量为5-50sccm或18sccm；

等离子体发生器功率为60-200W或120W；

沉积时间为0.5h-2h或1h。

6.根据权利要求1-5中任一所述的方法，其特征在于：所述方法还包括：在所述化学气相沉积步骤之后，所述等离子体处理步骤之前，对体系降温；

具体的，所述降温步骤中，降温速率为10℃-200℃/min；降温气氛为氩气和氢气组成的气氛；降温的终温为常温；

所述方法还包括：在所述化学气相沉积步骤之前，对所述蓝宝石衬底进行预处理；

具体的，所述预处理包括将所述蓝宝石衬底依次用超纯水、异丙醇、丙酮各超声清洗5min，清洗完毕使用氮气吹干；

所述超声步骤中，超声的功率为90W。

7.权利要求1-6中任一所述方法制备得到的石墨烯蓝宝石衬底；

所述石墨烯蓝宝石衬底在制备薄膜或半导体组件中的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：所述薄膜为Ⅲ族氮化物薄膜或氮化铝薄膜；

所述制备薄膜的方法中，所用衬底为权利要求6所述石墨烯蓝宝石衬底；

所述制备薄膜的方法选自金属有机化学气相沉积法、分子束外延法、氢化物气相外延法和溅射法中的至少一种；

所述半导体组件为基于Ⅲ族氮化物的第三代半导体组件。

9.一种制备Ⅲ族氮化物薄膜的方法，包括如下步骤：以权利要求7所述石墨烯蓝宝石衬底为衬底，进行金属有机化学气相沉积，沉积完毕得到所述Ⅲ族氮化物薄膜。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述Ⅲ族氮化物薄膜为氮化铝或GaN薄膜；

所述金属有机化学气相沉积步骤中，衬底温度为1000-1200℃；

沉积压强为20-200torr；

载气为惰性气体或氮气；

生长时间为0.5h-2h或1h；

TMAl的流量为20-500sccm或50sccm；

TMGa的流量为20-500sccm或75sccm；

H₂的流量为0-20000sccm或15400sccm；

NH₃的流量为100-20000sccm或500-6000sccm。