申請號：201180066336

　　申請人：六號元素有限公司

　　摘要：本發明涉及一種單晶CVD合成金剛石層，包括非平行的位錯陣列，其中當在X射線形貌斷面圖中觀察或在發光條件下觀察時，非平行的位錯陣列包含形成一組相互交叉的位錯的多個位錯。

　　獨立權力要求：1.一種單晶CVD合成金剛石層，所述單晶CVD合成金剛石層包括非平行的位錯陣列，其中，當在X射線形貌斷面圖中觀察或在發光條件下觀察時，非平行的位錯陣列包含形成一組相互交叉的位錯的多個位錯。

　　2.根據權利要求1所述的單晶CVD合成金剛石層，其中，單晶CVD合成金剛石的該層厚度等于或大于1μm、10μm、50μm、100μm、500μm、1mm、2mm、或3mm。

　　3.根據權利要求1或2所述的單晶CVD合成金剛石層，所述單晶CVD合成金剛石層還包括范圍在10cm-2到1×108cm-2之間、1×102cm-2到1×108cm-2之間、或1×104cm-2到1×107cm-2之間的位錯密度。

　　4.根據前面任一權利要求所述的單晶CVD合成金剛石層，所述單晶CVD合成金剛石層還包括等于或小于5×10-4、5×10-5、1×10-5、5×10-6、或1×10-6的雙折射率。

　　5.根據前面任一權利要求所述的單晶CVD合成金剛石層，其中，單晶CVD合成金剛石層是{110}或{113}取向的層。

　　6.根據前面任一權利要求所述的單晶CVD合成金剛石層，其中，非平行的位錯陣列在相當大體積的所述單晶CVD合成金剛石層上延伸，所述相當大體積構成單晶CVD合成金剛石層的總體積的至少30%、40%、50%、60%、70%、80%、或90%。

　　7.根據前面任一權利要求所述的單晶CVD合成金剛石層，其中，非平行的位錯陣列包括沿第一方向行進穿過單晶CVD合成金剛石層的第一組位錯、以及沿第二方向行進穿過單晶CVD合成金剛石層的第二組位錯，其中，當在X射線形貌斷面圖中觀察或在發光條件下觀察時，第一方向和第二方向之間的夾角在40°到100°的范圍內、50°到100°的范圍內、或60°到90°的范圍內。

　　8.根據前面任一權利要求所述的單晶CVD合成金剛石層，其中，根據在位錯的相當長長度上的平均方向測量位錯行進的方向，其中，所述相當長長度是位錯的總長度的至少30%、40%、50%、60%、70%、80%、或90%，和/或至少50μm、100μm、250μm、500μm、1000μm、1500μm、或2000μm。

　　9.根據前面任一權利要求所述的單晶CVD合成金剛石層，其中，當在X射線形貌斷面圖中觀察或在發光條件下觀察時，在單晶CVD合成金剛石層的相當大體積內的可見位錯的總數量的至少30%、40%、50%、60%、70%、80%、或90%形成了非平行的位錯陣列，所述相當大體積構成單晶CVD合成金剛石層的總體積的至少30%、40%、50%、60%、70%、80%、或90%。

　　10.根據前面任一權利要求所述的單晶CVD合成金剛石層，其中，非平行的位錯陣列在X射線形貌斷面圖中可見、但在發光條件下不可見，或者替換地，非平行的位錯陣列在發光條件下可見、但在X射線形貌斷面圖中不可見。

　　11.根據前面任一權利要求所述的單晶CVD合成金剛石材料層，所述單晶CVD合成金剛石材料層包括至少100GPa或至少120GPa的
硬度。

　　12.一種單晶CVD合成金剛石物體，所述單晶CVD合成金剛石物體包括根據前面任一權利要求所述的單晶金剛石層，其中，單晶金剛石層構成單晶CVD合成金剛石物體的總體積的至少30%、40%、50%、60%、70%、80%、或90%。

　　13.根據權利要求13所述的單晶CVD合成金剛石物體在光學的、機械的、發光的，和/或電子的設備或應用上的用途。

　　14.根據權利要求13所述的單晶CVD合成金剛石物體，其中，單晶CVD合成金剛石物體被切割成寶石構型。

　　15.一種形成單晶CVD合成金剛石層的方法，所述方法包括：提供具有生長面的單晶金剛石基底，所述生長面具有通過暴露性等離子蝕刻所暴露的等于或小于5×103個缺陷/mm2的缺陷密度；以及在生長面上生長按權利要求1-12任一所述的單晶CVD合成金剛石層。

　　16.根據權利要求15所述的方法，其中，單晶金剛石基底的生長面具有{110}或{113}的晶向。

　　17.根據權利要求15或16所述的方法，其中，單晶CVD合成金剛石的該層的生長速率被控制到充分低，從而形成非平行的位錯陣列。

　　18.根據權利要求15-17任一所述的方法，其中，非平行的位錯陣列包括以相對于單晶CVD合成金剛石的該層的生長方向成至少20° 的銳角行進的相當多數量的位錯，所述相當多數量是在X射線形貌斷面圖中或在發光條件下可見的位錯的總數量的至少30%、40%、50%、60%、70%、80%、或90%。

　　19.根據權利要求18所述的方法，其中，所述相當多數量的位錯以相對于單晶CVD合成金剛石的該層的生長方向成20°到60°范圍內、20°到50°范圍內或30°到50°范圍內的銳角行進。