[发明专利]一种异质外延单晶金刚石复制生长方法

说明书

本发明公开了一种异质外延单晶金刚石复制生长方法，在第一异质外延衬底上制备晶向为(001)的第一Ir膜层；在第一Ir膜层的第一表面制备出(001)方向的第一外延金刚石核；使第一外延金刚石核外延生长，在第一Ir膜层的第一表面上形成(001)方向的第一单晶金刚石，得到第二外延衬底；清洗第二外延衬底，得到Ir/Dianomd衬底；在第一Ir膜层的第二表面上制备第二外延金刚石核；使第二外延金刚石核在MP‑CVD中生长，得到第二单晶金刚石；本发明中衬底以及生长层均为单晶金刚石，具有相同的热膨胀系数，利用异质外延单晶金刚石作为衬底，可以提高二次生长的单晶金刚石的晶体质量。

技术领域

本发明属于异质外延单晶金刚石的制备方法，尤其涉及一种异质外延单晶金刚石复制生长方法。

背景技术

金刚石是一种宽禁带半导体，其极端热导率为2200W/m/K，电子迁移率(电子4500，空穴3800cm²/Vs)对新型量子和高功率电子器件具有重要意义。

由于金刚石在Ir薄膜上形核的特殊模式，使得Ir上外延生长的单晶金刚石具有成核密度高，结晶取向一致性好的特点，故而铱已经成为单晶金刚石晶圆制备的最重要镀层衬底材料。

在铱上的生长总是意味着在另一衬底上外延生长铱层。而外延生长的单晶金刚石在生长的过程中会与衬底产生热应力以及热应变，尤其随着异质外延单晶金刚石面积的增大，热应力造成的影响会越来越大，这会严重影响异质外延单晶金刚石的质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种异质外延单晶金刚石复制生长方法，以降低外延生长的单晶金刚石与衬底之间的热应力和热应变，提高异质外延单晶金刚石的质量。

本发明采用以下技术方案：一种异质外延单晶金刚石复制生长方法，包括以下步骤：

在第一异质外延衬底上制备晶向为(001)的第一Ir膜层；

在第一Ir膜层的第一表面制备出(001)方向的第一外延金刚石核；

使外延金刚石核外延生长，在第一Ir膜层的第一表面上形成(001)方向的第一单晶金刚石，得到第二外延衬底；

清洗第二外延衬底，得到Ir/Dianomd衬底；

在第一Ir膜层的第二表面上制备第二外延金刚石核；

使第二外延金刚石核在MP-CVD中生长，得到第二单晶金刚石。

进一步地，得到Ir/Dianomd衬底后还包括：

在第一Ir膜层的第二表面进行Ir磁控溅射。

进一步地，清洗第二外延衬底包括：

使用H₂SO₄和HNO₃混合溶液对第二外延衬底进行清洗，去除第一异质外延衬底，获得Ir/Dianomd衬底。

进一步地，第一Ir膜层的厚度为1nm～1μm。

进一步地，第一异质外延衬底选择a向蓝宝石、(100)晶向的Si、SrTiO₃、MgO或Al₂O₃。

进一步地，第一单晶金刚石和第二单晶金刚石的尺寸一致。

进一步地，第一Ir膜层的制备方法为磁控溅射法。

进一步地，第一外延金刚石核和第二外延金刚石核均采用增强偏压形核方法制备。

进一步地，在第一异质外延衬底上制备晶向为(001)的第一Ir膜层之前还包括：

对第一异质外延衬底进行超声清洗，并吹干。