[发明专利]大尺寸单晶金刚石生长方法及生长用复合基底

权利要求书

1.一种大尺寸单晶金刚石生长方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1.采用钽酸钾KTaO₃单晶材料作为衬底；

步骤2.将钽酸钾衬底放入MPCVD进行等离子体刻蚀；

步骤3.刻蚀完成后，取出钽酸钾衬底放入磁控溅射设备中，600～1000℃高温下，在钽酸钾衬底的上表面进行铱金属缓冲层的生长，得到上表面生长有铱金属缓冲层的衬底；

步骤4.对步骤3所得衬底的四周的侧面以及底面采用常温溅射的方法生长一层铱膜，并且常温溅射的铱膜与高温溅射的铱金属缓冲层在生长面四周边缘处交接；

步骤5.向MPCVD内通入甲烷和氢气，在偏压条件下，于铱金属缓冲层的表面生长形核层；

步骤6.关掉偏压，采用MPCVD在形核层上生长金刚石外延层；

步骤7.对金刚石外延层的上表面进行图形化处理，形成图形化层，得到生长用复合基底；

步骤8.将生长用复合基底放入MPCVD进行异质外延单晶金刚石生长，得到大尺寸单晶金刚石。

2.根据权利要求1所述的大尺寸单晶金刚石生长方法，其特征在于：

其中，在步骤1中，采用的钽酸钾单晶材料的晶面取向为(100)，衬底表面粗糙度Ra控制在10nm以内。

3.根据权利要求1所述的大尺寸单晶金刚石生长方法，其特征在于：

其中，在步骤2中，刻蚀微波功率为1.5kW，气压为120mbar，氢气流量为200sccm，氧气流量为2sccm，刻蚀时间为15～60min。

4.根据权利要求1所述的大尺寸单晶金刚石生长方法，其特征在于：

其中，在步骤3中，金属铱缓冲层为单晶薄膜层，并且厚度为20～300nm。

5.根据权利要求1所述的大尺寸单晶金刚石生长方法，其特征在于：

其中，在步骤4中，常温溅射的铱膜厚度为50nm。

6.根据权利要求1所述的大尺寸单晶金刚石生长方法，其特征在于：

其中，在步骤5中，偏压增强形核所施加偏压为-150～-300V，控制形核时间在5～30min。

7.根据权利要求1所述的大尺寸单晶金刚石生长方法，其特征在于：

其中，在步骤6中，金刚石外延层的厚度控制在1～5μm。

8.根据权利要求1所述的大尺寸单晶金刚石生长方法，其特征在于：

其中，在步骤7中，图形化处理过程可采用光刻或者激光，激光可以是飞秒、皮秒、纳秒激光；图形化处理的加工图案为长条形、环形或井字形，加工凹槽宽度为1～50μm，凹槽深度为1～5μm。

9.一种大尺寸单晶金刚石生长用复合基底，其特征在于，从下至上依次包括：

钽酸钾衬底、金属铱缓冲层、金刚石形核层、金刚石外延层、图形化处理层。

10.根据权利要求9所述的大尺寸单晶金刚石生长用复合基底，其特征在于：

其中，所述钽酸钾衬底采用晶面取向为(100)的钽酸钾KTaO₃单晶材料制成，并且表面粗糙度Ra控制在10nm以内；

所述金属铱缓冲层的厚度为20～300nm；

所述金刚石形核层的厚度为1～10nm；

所述金刚石外延层的厚度为1～5μm；

所述图形化层的厚度为1～5μm。