本發明揭示一種消除了雙晶缺陷的單晶金剛石襯底及其制備方法，更具體地，該消除了雙晶缺陷的單晶金剛石襯底及其制備方法提供一種在包含r面藍寶石襯底的基底層的上表面配置包含銥金屬層的緩沖層而控制襯底缺陷并包括以(111)方向取向的單晶金剛石層的單晶金剛石襯底及其制備方法。

背景技術：

1、最近揭示了以單晶金剛石為襯底材料制造半導體元件的技術。單晶金剛石襯底是一種能夠用于制造具有超寬禁帶(uwbg)的半導體元件的襯底材料，使用單晶金剛石襯底的半導體元件不僅能夠提升能量效率，還能實現半導體元件的小型化與輕量化，因此可用于制造電動汽車、超高頻通信以及量子傳感器等下一代功率元件。由此，對高品質單晶金剛石襯底的制備技術的需求日益迫切。

2、相比于以(001)方向取向的襯底，以(111)方向取向的金剛石半導體元件襯底具有更優異的摻雜效率與量子特性，因此適用于制造高性能電子裝置及量子傳感器，然而，所述襯底在形成過程中存在著容易產生襯底缺陷的問題。

3、即，需要一種關于單晶金剛石襯底及其制造方案的技術，其使得因具備uwbg而可作為新一代半導體元件的襯底使用的單晶金剛石襯底以(111)方向取向地形成并且襯底缺陷得到控制。

技術實現思路

1、要解決的問題

2、本發明的目的是提供一種消除了雙晶缺陷的單晶金剛石襯底及其制備方法，其為在包含r面藍寶石襯底的基底層的上表面配置包含銥金屬層的緩沖層而控制襯底缺陷并包括以(111)方向取向的單晶金剛石層的單晶金剛石襯底及其制備方法。

3、解決問題的手段

4、為了解決如前所述的問題，本發明的一個實施例揭示了襯底缺陷得到控制的單晶金剛石襯底，包括：基底層；緩沖層，形成于所述基底層上面；及，單晶金剛石層，形成于所述緩沖層上面；所述基底層包括藍寶石襯底，所述藍寶石襯底具有以既定方向取向的r面(r-plane)，所述緩沖層包括銥(ir)金屬層。

5、在本發明的若干實施例中，所述單晶金剛石襯底在x射線衍射極圖(x-raydiffraction?pole?figure)上能具有以120度間距隔離的3個峰。

6、在本發明的若干實施例中，所述單晶金剛石襯底可控制形成所述單晶金剛石層時發生的雙晶缺陷。

7、在本發明的若干實施例中，所述單晶金剛石襯底還包括形成于所述緩沖層上面的金剛石預備層，所述單晶金剛石層形成于所述金剛石預備層上面，所述金剛石預備層可具有比所述單晶金剛石層厚度薄的厚度。

8、在本發明的若干實施例中，所述單晶金剛石襯底可具有下述形態，即，在連續形成了所述基底層、緩沖層及單晶金剛石層后，所述單晶金剛石層從所述基底層分離。

9、在本發明的若干實施例中，所述緩沖層可包括以(111)方向取向的銥金屬層。

10、在本發明的若干實施例中，所述緩沖層可具有20nm至1μm的厚度。

11、在本發明的若干實施例中，所述單晶金剛石層以相應于所述緩沖層的面方向的面方向取向并生長，所述單晶金剛石襯底能憑借以互相相應的面方向取向的所述緩沖層及單晶金剛石層控制所述襯底的缺陷。

12、在本發明的若干實施例中，所述單晶金剛石層可包括以(111)方向取向的單晶金剛石層。

13、為了解決如前所述的課題，本發明的一個實施例揭示一種單晶金剛石襯底的制備方法，其為襯底缺陷得到控制的單晶金剛石襯底的制備方法，包括下列步驟：基底層準備步驟，準備基底層；緩沖層形成步驟，在所述基底層上面形成緩沖層；及，單晶金剛石層形成步驟，在所述緩沖層上面形成單晶金剛石層；所述基底層包括藍寶石襯底，所述藍寶石襯底具有以既定方向取向的r面(r-plane)，所述緩沖層包括銥(ir)金屬層。

14、在本發明的若干實施例中，所述單晶金剛石襯底在x射線衍射極圖(x-raydiffraction?pole?figure)上能具有以120度間距隔離的3個峰。

15、在本發明的若干實施例中，所述單晶金剛石襯底可控制形成所述單晶金剛石層時發生的雙晶缺陷。

16、為了解決如前所述的課題，本發明的一個實施例揭示一種單晶金剛石襯底的制備方法，其為襯底缺陷得到控制的單晶金剛石襯底的制備方法，包括下列步驟：基底層準備步驟，準備基底層；緩沖層形成步驟，在所述基底層上面形成緩沖層；金剛石預備層形成步驟，在所述緩沖層上面形成金剛石預備層；及，單晶金剛石層形成步驟，在所述金剛石預備層上面形成單晶金剛石層；所述基底層包括藍寶石襯底，所述藍寶石襯底具有以既定方向取向的r面(r-plane)，所述緩沖層包括銥(ir)金屬層。

17、在本發明的若干實施例中，所述單晶金剛石襯底在x射線衍射極圖(x-raydiffraction?pole?figure)上能具有以120度間距隔離的3個峰。

18、在本發明的若干實施例中，所述單晶金剛石襯底可控制形成所述單晶金剛石層時發生的雙晶缺陷。

19、發明效果

20、依據本發明的一個實施例，在r面藍寶石襯底的上表面配置包含銥金屬層的緩沖層，在緩沖層的上表面形成單晶金剛石層，從而控制以(111)方向取向的單晶金剛石襯底的缺陷而發揮出提高品質的效果。

21、依據本發明的一個實施例，在r面藍寶石襯底的上表面形成銥金屬層而能夠發揮出控制所述銥金屬層的缺陷的效果。

22、依據本發明的一個實施例，在襯底缺陷得到控制的緩沖層的上表面讓單晶金剛石層生長而能夠發揮出控制單晶金剛石層的缺陷的效果。

23、依據本發明的一個實施例，所述緩沖層及單晶金剛石層各自的上表面以(111)方向取向而使得排列于上表面的多個原子的形狀互相相應，從而讓單晶金剛石層與基底層之間的晶格常數及熱膨脹系數差異所導致的單晶金剛石層的殘余應力降至最低，從而能夠發揮出提高單晶金剛石襯底的耐久性的效果。

24、依據本發明的一個實施例，在緩沖層的上表面形成發揮出金剛石層的籽晶(seed)作用的金剛石預備層而能夠發揮出提高單晶金剛石層的良率的效果。

25、依據本發明的一個實施例，單晶金剛石襯底從基底層分離單晶金剛石層而能夠發揮出可輕易提供所述單晶金剛石層的效果。

1.一種單晶金剛石襯底，該單晶金剛石襯底的襯底缺陷得到控制，其特征在于，

2.根據權利要求1所述的單晶金剛石襯底，其特征在于，

3.根據權利要求1所述的單晶金剛石襯底，其特征在于，

4.根據權利要求1所述的單晶金剛石襯底，其特征在于，

5.根據權利要求1所述的單晶金剛石襯底，其特征在于，

6.根據權利要求1所述的單晶金剛石襯底，其特征在于，

7.根據權利要求1所述的單晶金剛石襯底，其特征在于，

8.根據權利要求1所述的單晶金剛石襯底，其特征在于，

9.根據權利要求6所述的單晶金剛石襯底，其特征在于，

10.一種單晶金剛石襯底的制備方法，該單晶金剛石襯底的襯底缺陷得到控制，其特征在于，

11.根據權利要求10所述的單晶金剛石襯底的制備方法，其特征在于，

12.根據權利要求10所述的單晶金剛石襯底的制備方法，其特征在于，

13.一種單晶金剛石襯底的制備方法，該單晶金剛石襯底的襯底缺陷得到控制，其特征在于，

14.根據權利要求13所述的單晶金剛石襯底的制備方法，其特征在于，

15.根據權利要求13所述的單晶金剛石襯底的制備方法，其特征在于，