一种高质量自支撑氮化物衬底的制备方法及生长结构技术

本发明专利技术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。

Preparation and growth structure of a high quality self supported nitride substrate

【技术实现步骤摘要】
一种高质量自支撑氮化物衬底的制备方法及生长结构
本专利技术涉及半导体材料
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术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，本专利技术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。本专利技术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。本专利技术的有益效果是：本专利技术采用基板作为支撑，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。本专利技术可以实现在无缺陷的石墨烯表面生长氮化物，可以有效的降低界面处缺陷，提高氮化物晶体质量，从而获得高质量自支撑氮化物衬底。附图说明图1为本专利技术一种高质量自支撑氮化物衬底的制备方法的步骤示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。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。其中，所述二维材料层的材料为氮化硼、二硫化钼、二硫化钨或其它具有极性的二维材料中的一种。其中，所述氮化物厚膜是通过外延生长技术形成；该外延生长技术包括HVPE(氢化物气相外延)、MOCVD(金属有机化学气相沉积)或MBE工艺(分子束外延)。其中，所述氮化物厚膜的厚度为200～1000微米。其中，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。其中，所述氮化物厚膜的位错密度低于105cm-2。本专利技术还提供了一种高质量自支撑氮化物衬底的生长结构，该生长结构包括一基板1，该基板1上生长有具有极性的二维材料层2，该二维材料层2上生长有一层石墨烯层3，该石墨烯层3为单层结构，该单层的石墨烯层3的表面生长有氮化物厚膜4。其中，所述二维材料层2为单层或多层结构。其中，所述氮化物厚膜4的厚度为200～1000微米。实施例如图1所示，该实施例的一种高质量自支撑氮化物衬底的制备方法，包括以下步骤：步骤一，提供一基板1，在该基板1上形成具有极性的二维材料层2；在该实施例中，该二维材料层2为多层结构；且该二维材料层2为氮化硼层；步骤二，在氮化硼层上形成一层石墨烯层3，该石墨烯层3为单层结构；步骤三，在单层的石墨烯层3的表面通过HVPE工艺外延生长氮化物厚膜4；该氮化物厚膜4的厚度为200微米；在本实施例中，该氮化物厚膜为氮化镓膜。步骤四，通过机械剥离的方式去除基板1；步骤五，对经过机械剥离后剩余的部分进行研磨抛光处理，以去除二维材料层2和石墨烯层3，并获得平整的氮化物厚膜4，该平整的氮化物厚膜4即为自支撑氮化物衬底。本专利技术采用基板作为支撑，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。本专利技术采用具有极性的二维材料与没有极性的单层石墨烯结合，并配合外延生长技术，可以实现高质量氮化物材料的生长，然后采用机械剥离、研磨抛光的方法，获得表面平整的自支撑氮化物衬底。本专利技术可以实现在无缺陷的石墨烯表面生长氮化物，可以有效的降低界面处缺陷，所获得的氮化物厚膜的位错密度低于105cm-2，提高氮化物晶体质量，从而获得高质量自支撑氮化物衬底。以上所述仅为本专利技术的实施例，并非因此限制本专利技术的专利范围，凡是利用本专利技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的
，均同理包括在本专利技术的专利保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高质量自支撑氮化物衬底的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n提供一基板，在该基板上形成具有极性的二维材料层；/n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；/n在单层的石墨烯层的表面生长氮化物厚膜；/n通过机械剥离的方式去除基板；/n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。/n

【技术特征摘要】
1.一种高质量自支撑氮化物衬底的制备方法，其特征在于，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。


2.根据权利要求1所述的一种高质量自支撑氮化物衬底的制备方法，其特征在于，所述二维材料层为单层或多层结构。


3.根据权利要求1所述的一种高质量自支撑氮化物衬底的制备方法，其特征在于，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。


4.根据权利要求1所述的一种高质量自支撑氮化物衬底的制备方法，其特征在于，所述氮化物厚膜是通过HVPE、MOCVD或MBE工艺形成。


5.根据权利要求1所述的一种高质量自...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐俞，王建峰，徐科，
申请(专利权)人：苏州纳维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32