[发明专利]一种基于二维晶体过渡层的氮化铝复合衬底的制备方法

权利要求书

1.一种基于二维晶体过渡层的氮化铝复合衬底的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

1)提供具有三方或者六方晶体结构对称性的外延衬底，对外延衬底进行双面抛光；

2)采用双面抛光的Al₂O₃作为掩膜基体，采用激光切割的方式在掩膜基体上形成多个带状的通孔，顶视图中，每个带状的通孔具有一对平行边，多个带状的通孔的平行边互相平行且均平行于掩膜基体的[11-20]晶向或[10-10]晶向，得到图形化掩模板；

3)将图形化掩模板置于外延衬底的上方，采用金属有机化合物化学气相沉淀MOCVD或物理气相沉积PVD技术，沉积一层厚度小于掩膜基体的AlN，然后取走图形化掩模板，进行高温退火处理，在外延衬底上获得与图形化掩模板中通孔相同水平形状的图形化AlN层；

4)将图形化掩模板置于外延衬底上，且图形化AlN层相应的位于图形化掩模板的通孔内，采用等离子体增强化学气相沉积PECVD或磁控溅射，在图形化AlN层上沉积非晶SiO₂掩膜，非晶SiO₂掩膜和图形化AlN层的厚度之和小于图形化掩模板的厚度，取走图形化掩模板，得到图形化SiO₂掩膜层；

5)在具有图形化SiO₂掩膜层和图形化AlN层的外延衬底上依次沉积BON、BN和AlN，从而在外延衬底上且位于图形化AlN层之间以及图形化SiO₂掩膜层上依次形成BON薄膜、BN薄膜和AlN薄膜，BON薄膜、BN薄膜和AlN薄膜的厚度之和与图形化AlN层的高度一致；

6)通过化学刻蚀的方法除去图形化SiO₂掩膜层以及图形化SiO₂掩膜层上方的BON薄膜、BN薄膜和AlN薄膜，得到复合平片结构；

7)在复合平片结构的表面采用MOCVD或PVD技术，沉积AlN平层，高温退火热处理，BN薄膜中的BN高温退火处理后重结晶形成单晶的层状结构的h-BN，BON薄膜中的BON高温退火处理后重结晶形成单晶的层状结构的h-BON，h-BN和h-BON具有图形化，h-BN和h-BON构成二维晶体过渡层，二维晶体过渡层隔断上方的AlN薄膜和下方的外延衬底，解决AlN平层与外延衬底间的晶格失配和热膨胀系数失配问题，使得二维晶体过渡层上方的AlN薄膜和AlN平层退火重结晶，获得来自图形化AlN层中的规则晶格排列规则，得到AlN复合衬底。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤1)中，外延衬底采用具有三方或者六方晶体结构对称性的氮化镓GaN、氮化铝AlN、蓝宝石Al₂O₃、碳化硅SiC和金刚石以及表面具有AlN或GaN模板层的Al₂O₃、SiC和金刚石中的一种。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤2)中，掩膜基体的厚度超过0.3mm，带状的通孔的宽度即一对互相平行边之间的距离为0.05～1mm，相邻的两个带状的通孔之间的距离为0.1～1mm，通孔的深度和掩膜基体的高度一致。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤3)中，沉积温度高于500℃，AlN的厚度为50nm～500nm；高温退火的温度高于1400℃，压力大于等于0.5atm，退火时间长于60min，气氛为氮气、氢气或氮气和氢气的混合气。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤4)中，沉积温度为20℃～300℃，沉积速率为0.1nm/min～10nm/min，非晶SiO₂掩膜的厚度为50nm～200nm。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤5)中，BON薄膜和BN薄膜的沉积方法为PVD、MBE和磁控溅射中的一种，AlN薄膜的沉积方法为PVD、MOCVD和磁控溅射中的一种，BON、BN和AlN的沉积温度高于500℃，BON薄膜中O组分超过5％，BON薄膜和BN薄膜的厚度之和小于AlN薄膜的1/4。