[发明专利]单晶金刚石及其制造方法

权利要求书

1.一种单晶金刚石，所述单晶金刚石包含：

在观察表面中观察到的杂质总浓度不同的n种类型的区域，所述观察表面与(110)面平行并且具有不大于5μm的表面粗糙度Ra，所述观察表面是通过对所述单晶金刚石的表面进行研磨而得到的，

n为2或3，

所述n种类型的区域各自具有不小于0.1μm²的面积，

在所述观察表面上的第一条线、第二条线和第三条线中的至少一条与所述n种类型的区域之间的边界交叉至少四次，

所述第一条线、所述第二条线和所述第三条线是与-110方向平行并且具有1mm长度的线段，

所述第一条线的中点对应于所述观察表面的重心，

所述第二条线的中点对应于在001方向上距所述重心300μm的点，并且

所述第三条线的中点对应于在00-1方向上距所述重心300μm的点，

其中所述杂质包含选自如下中的至少一种：B、P、Al和S，

其中所述单晶金刚石中包含的所述杂质的总浓度为不小于3mol ppm，

所述单晶金刚石具有不高于100GPa的努氏硬度，所述努氏硬度是在所述观察表面中以使得努氏压痕的长对角线与所述001方向平行的方式测量的。

2.根据权利要求1所述的单晶金刚石，其中

在选自所述n种类型的区域中的两种类型的区域中的一者的杂质总浓度比所述两种类型的区域中的另一者的杂质总浓度高至少30％。

3.根据权利要求1或2所述的单晶金刚石，其中

在通过沿包含所述重心并且平行于(-110)面的面切割所述单晶金刚石而得到的横截面中，观察到所述杂质总浓度不同的所述n种类型的区域，并且

在所述横截面中观察到的所述n种类型的区域之间的边界与110方向之间形成的角为不小于0°且不大于7°。

4.根据权利要求1所述的单晶金刚石，其中

所述杂质还包含N。

5.根据权利要求1或2所述的单晶金刚石，所述单晶金刚石包含在X射线形貌图像中观察到的位错，其中

所述位错的方向与110方向之间形成的角为不小于0°且不大于20°。

6.根据权利要求1或2所述的单晶金刚石，其中

在通过拉曼光谱法在512nm的激发波长下测量的拉曼散射光谱中，从850cm^-1到950cm^-1的拉曼位移的峰的绝对强度高于从1310cm^-1到1340cm^-1的拉曼位移的峰的绝对强度的10％。

7.根据权利要求1或2所述的单晶金刚石，所述单晶金刚石包含在室温下具有不小于10⁶Ωcm的电阻率的第一层和在室温下具有小于10⁶Ωcm的电阻率的第二层，其中

所述第一层与所述第二层之间的界面与所述(110)面之间形成的角为不小于0°且不大于7°，并且

通过对所述第二层进行研磨，得到所述观察表面。

8.根据权利要求1所述的单晶金刚石，其中

所述杂质包含选自如下中的至少一种：B、P、Al和S，

在所述单晶金刚石中包含的所述杂质的总浓度为不小于3mol ppm，并且

所述单晶金刚石具有不高于100GPa的努氏硬度，所述努氏硬度是在所述观察表面中以使得努氏压痕的长对角线与所述001方向平行的方式测量的。

9.一种制造权利要求1所述的单晶金刚石的方法，所述方法包括：

准备籽晶衬底，所述籽晶衬底具有相对于(110)面倾斜至少0°且至多7°的主面；

使用氢气、甲烷气体和杂质气体通过化学气相沉积在所述主面上生长单晶金刚石层；以及

将所述籽晶衬底和所述单晶金刚石层相互分离，其中

在所述生长单晶金刚石层中，所述甲烷气体相对于所述氢气的浓度为不低于1mol％且不高于20mol％，并且所述杂质气体相对于所述甲烷气体的浓度为不低于1mol ppm且不高于50mol％，

其中所述杂质气体包含选自如下中的至少一种：B、P、Al和S，

其中当使用含B气体作为所述杂质气体时，所述杂质气体相对于甲烷气体的浓度不低于100mol ppm且不高于50mol％。