种晶类型对微波等离子体CVD法合成单晶体金刚石生长质量的影响

吴改^1,2，陈美华¹

1. 中国地质大学(武汉)珠宝学院2. 中国地质大学(武汉)地球科学学院

摘 要：采用辽宁瓦房店及山东蒙阴产天然金刚石、俄罗斯高温高压(HPHT)金刚石以及美国Element Six公司CVD金刚石作为种晶,进行红外光谱、激光拉曼光谱、光致发光光谱、XRD摇摆曲线以及原子力显微形貌测试,并选取三类样品各一颗,在相同条件下进行生长实验。测试结果表明,天然金刚石种晶均为Ia AB型,定向性好,其内应力及结晶质量差异较大;而HPHT以及CVD金刚石种晶分别为Ib型和IIa型,其生长面与(100)晶向均存在1~2.5度偏差,但晶体结构较天然金刚石好,且内应力及结晶质量差异较小,更加适合作为MPCVD法合成金刚石单晶的种晶。对生长后样品进行了高分辨率激光拉曼光谱测试,并使用光学显微镜及原子力显微镜对样品表面形貌进行了观察。结果表明,在碳氢氮生长体系中,辽宁瓦房店或山东蒙阴产Ia AB型天然金刚石种晶由于晶格匹配性较差,容易沉积多晶金刚石,且伴随有微晶石墨和非晶质碳成分;而使用俄罗斯产Ib型HPHT种晶以及美国Element Six产IIa型CVD种晶均能得到优质的CVD金刚石生长层;与HPHT种晶相比,使用CVD种晶得到金刚石生长层的拉曼位移半高宽更窄,非金刚石碳杂质含量更低,结晶质量更好。

关键词：种晶;金刚石单晶;微波等离子体CVD;生长质量;