Mosaic拼接衬底同质外延生长大尺寸单晶金刚石工艺及性能表征

【作者】 舒国阳； 代兵； 朱嘉琦； 高鸽； 王杨； 刘康； 王强； 韩杰才；

【机构】 哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所；

【摘要】 单晶金刚石是具有代表性的第三代宽禁带半导体材料之一,具有大的禁带宽度（5.5eV）,最高的热导率及极高的载流子迁移率。但是目前HPHT单晶金刚石尺寸小（5⁸mm）,无法和GaN和SiC等半导体的尺寸相比（⁵0mm）,限制单晶金刚石在半导体器件领域的应用。微波CVD法制备单晶金刚石具有纯度高、缺陷少等优点,但是尺寸仍然局限于HPHT籽晶的尺寸,无法进一步长大。本文采用小尺寸HPHT金刚石籽晶以mosaic方式拼接为大尺寸衬底,并基于MWCVD法,通过优化等离子体参数,原位修复籽晶缺陷和调控制备工艺,同质外延生长了单晶金刚石。实验结果发现籽晶直接外延生长部分具有典型的金刚石特征,Raman光谱的金刚式特征峰1332cm^-1,半高峰宽约为4.3cm^-1,籽晶界面处的外延生长层的Rama光谱特征峰位于1331cm^-1,半高峰宽为6.1cm^-1,具有良好的单晶特征;此外,通过SEM观察发现,外延生长金刚石呈现典型的台阶状生长特征。总之,Mosaic拼接衬底可用于高品质大尺寸单晶金刚石的同质外延生长,对于金刚石半导体器件的应用具有重要的意义。更多还原