[发明专利]单晶金刚石外延生长方法、单晶金刚石及其片状籽晶

说明书

本申请公开了单晶金刚石外延生长方法、单晶金刚石及其片状籽晶。其中，单晶金刚石同质外延生长方法，包括以下步骤：S1.提供一单晶金刚石的片状籽晶，片状籽晶具有进行生长的顶面、与顶面相对的底面以及位于顶面与底面之间的侧面，侧面从底面到顶面向内倾斜地延伸；S2.将片状籽晶顶面朝上地设置在气相合成设备的基台上，然后采用气相合成法在片状籽晶上进行同质外延生长。本申请采用侧面为倾斜面的片状籽晶进行外延生长，使得外延生长较为容易，且生长时不易产生多晶，此外，由于生长后得到的单晶金刚石的侧面仍为倾斜面，因此可以在一次外延生长后再进行多次外延生长，从而获得较大尺寸的单晶金刚石。

技术领域

本申请涉及金刚石制备技术领域，尤其涉及单晶金刚石外延生长方法、单晶金刚石及其片状籽晶。

背景技术

金刚石具有禁带宽度大、硬度大、耐磨性好，并且热学、电学性能好等众多优良特性，因此其在各个应用领域中备受青睐。而且在很多高性能器件中，高纯净度、大尺寸的单晶金刚石是最为理想的，但是传统的天然单晶金刚石价格昂贵，且质量参差不齐。目前，本领域一般通过同质外延或异质外延两种方法进行单晶金刚石的生长。其中，异质外延生长是在异质基底上生长单晶金刚石，其成本较同质外延法更低。但是，目前异质外延的生长方式容易造成生长方向不确定、应力集中、单晶金刚石晶体质量不高等问题，因此同质外延生长仍然是主要的生长方式。作为单晶金刚石同质外延生长所需的衬底，其晶体取向主要选择在(100)、(110)以及(111)这三个基础晶面上。(100)晶面是最常见的用于同质外延生长的晶面，主要是由于(100)晶面与另外两个晶面相比，其生长过程中缺陷产生概率小，且相对容易抛光和加工处理。

但是目前，单晶金刚石同质外延生长过程中，仍然存在外延生长困难、外延生长时边缘易出现多晶等问题。

发明内容

本申请的一个目的在于提供一种单晶金刚石同延生长方法，解决现有技术中单晶金刚石外延困难的问题。

本申请的另一个目的在于提供一种单晶金刚石外延生长方法，解决现有技术中单晶金刚石外延生长时边缘容易出现多晶的问题。

本申请的另一个目的在于提供一种上述生长方法制备得到的单晶金刚石。

本申请的另一个目的在于提供一种片状籽晶，利用该片状籽晶进行单晶金刚石的外延生长，有利于获得高品质的单晶金刚石。

为达到以上目的，本申请提供一种单晶金刚石同质外延生长方法，包括以下步骤：

S1.提供一单晶金刚石的片状籽晶，所述片状籽晶具有进行生长的顶面、与所述顶面相对的底面以及位于所述顶面与所述底面之间的侧面，所述侧面从所述底面到所述顶面向内倾斜地延伸；

S2.将所述片状籽晶顶面朝上地设置在气相合成设备的基台上，然后采用气相合成法在所述片状籽晶上进行同质外延生长。

进一步地，所述片状籽晶的所述侧面与所述底面之间的夹角α为70°～88°。

进一步地，所述步骤S1中，所述片状籽晶的横截面呈矩形，所述片状籽晶的厚度不小于1.5mm，生长晶面为(100)晶面。

进一步地，所述步骤S1包括以下步骤：

S11.提供一单晶金刚石的籽晶，其边缘、崩口以及表面无多晶和裂纹；

S12.对所述籽晶的四边进行倾斜切割，以得到纵截面呈梯形的所述片状籽晶；

S13.对所述片状籽晶的表面进行刻蚀以及清洗，以去除杂质。

进一步地，所述步骤S2之后，还包括步骤S3：所述步骤S2之后，还包括步骤S3：将制得的单晶金刚石翻面放置，以使得所述单晶金刚石的面积较小的一面朝上，然后采用气相合成法进行同质外延生长。

进一步地，重复操作所述步骤S3，直至得到所需的单晶金刚石。