[发明专利]金刚石同质外延横向生长方法

说明书

技术领域

本发明属于金刚石化学气相沉积技术领域，涉及一种金刚石同质外延横向生长方法。

背景技术

金刚石在热、电、声、光等方面具有优越的性能，其中金刚石作为一种第三代半导体材料，其禁带宽度、临界击穿电场强度、载流子的饱和漂移速率以及迁移率都非常大，介电常数非常小，特别适用于高频、高压、高功率等电子器件。除此之外，金刚石薄膜优越的性能，使得金刚石电子器件、MEMS等能够在苛刻的工作环境中工作，因此金刚石薄膜在这些领域有着极其重要的应用前景。高质量单晶金刚石薄膜是金刚石器件具有优越性能的基础。目前单晶金刚石同质外延生长技术有了很大的发展，通过调节化学气相沉积(CVD)工艺条件可以生长出质量好表面平整的单晶金刚石薄膜，满足器件要求。从而使金刚石器件的卓越性能得到初步的体现，比如目前报道已经制备出击穿场强高达7.7MV/cm的金刚石基肖特基二极管。

但是单晶金刚石薄膜相比其他单晶半导体薄膜，依然具有较高的位错密度。而半导体薄膜中较高的位错密度会影响器件性能的提升，比如金刚石肖特基二极管在金刚石薄膜位错密度增加时将引起肖特基二极管漏电流增大，导致金刚石肖特基二极管的耐压性能下降。因此，获得高质量单晶金刚石薄膜依然是当前需要解决的问题。

众所周知，衬底的位错可以向外延生长薄膜中延伸。而横向生长方法在III-V族半导体薄膜制备中被广泛用于抑制衬底位错向外延生长薄膜中延伸，来减少外延层位错密度。具体办法是在衬底上生长出III-V族半导体的成核层，再在表面沉积一层掩膜，然后利用光刻等工艺在掩膜上形成窗口，露出成核层，进而，经过在该窗口的外延生长加上掩膜上的横向生长，最终获得连续光滑的III-V族半导体薄膜。由于III-V族半导体只能在窗口成核层上生长，在掩膜上只能通过横向生长，而位错较多地在垂直方向延伸，因此，横向生长后的薄膜位错密度降低。

不同的横向生长形貌其位错延伸机制有所不同。横向生长面呈垂直形貌时，外延生长薄膜在窗口区域存在较高位错密度，在横向生长区域位错密度较低，如图5(a)所示；当横向生长面呈斜坡形貌时，外延生长出的薄膜在两个横向生长面结合附近以及窗口中央区域位错密度较高，而其他区域位错密度较低，如图5(b)所示。横向生长方法在III-V族半导体薄膜异质外延上已经十分成熟，但是目前尚无将横向生长方法应用于同质外延生长来改善薄膜质量的报道。

参考文献： 

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