单晶金刚石，与多晶金刚石相比，具有无晶界制约的特点，除了具有硬度高、热导率高、膨胀系数低、化学稳定性高、抗辐照能力强、绝缘性优等优良的物理化学性能以外，其光学性能与电学性能更优，包括光学透过性高、光谱透过范围宽、禁带宽度大、电子空穴迁移率高、击穿电压高等。单晶金刚石可以广泛应用在半导体、微电子、功率器件、声学器件、激光器、探测器等产品制造中，还可以应用在量子通信技术中。
　　现阶段，高品质单晶金刚石制备工艺主要采用化学气相沉积法（CVD），可生长大尺寸单晶金刚石，包括微波等离子体CVD法、热丝CVD法、火焰CVD法、直流弧光放电等离子体CVD法等。其中，微波等离子体CVD法简称MPCVD，生长的单晶金刚石纯净度高、均匀性好、质量稳定，成为主流制备工艺。我国是全球最大的金刚石生产国，产量在全球总产量中的占比达到90%以上，但龙头企业中采用MPCVD工艺的较少，代表性企业主要是国机精工等。
　　单晶金刚石物理性能、化学性能、导热性、光学性质优异，在光学应用中具有卓越优势，是一种理想的光电子材料。单晶金刚石通过掺杂其他元素，可以制成半导体材料，是目前已经研究发现的性能最为优异的宽禁带高温半导体材料，可用于大功率激光器、红外光学窗口、探测器等制造中。
　　单晶金刚石掺杂稀土钕元素，可以进一步提升晶体的光学性能，但单晶金刚石结构紧凑，掺杂难度大，尽管其性能优异，现阶段技术研究进展缓慢。我国“十四五”国家重点研发计划“新型显示与战略性电子材料”重点专项中提出，面向大功率激光应用的金刚石材料，开展单晶金刚石钕元素掺杂技术研究，开发钕源高效导入系统，突破高掺杂浓度关键工艺，有望推动我国单晶金刚石掺杂技术进步。
　　由于单晶金刚石掺杂技术难度大，我国部分高校与机构开始向其他能够提升晶体性能的方向进行研究。2021年1月，哈尔滨工业大学与香港城市大学、麻省理工学院等合作，通过超大的弹性应变调控，从根本上改变金刚石的能带结构，从而为弹性应变工程及单晶金刚石器件的应用提供基础性和颠覆性解决方案。