[发明专利]一种基于高纯本征单晶金刚石的雪崩二极管及制备方法

权利要求书

1.一种基于高纯本征单晶金刚石的雪崩二极管，其特征在于，包括：

本征金刚石层(1)，所述本征金刚石层(1)为高纯本征金刚石层，所述本征金刚石层(1)上形成有第一台面(11)和第二台面(12)，所述第一台面(11)相对于所述第二台面(12)凸起且位于所述第二台面(12)的中心，所述高纯本征金刚石层中硼元素B浓度低于1ppb，氮元素N浓度低于5ppb；

欧姆电极(3)，形成在所述第二台面(12)的表面且环绕所述第一台面(11)；

肖特基电极(5)，形成在所述第一台面(11)的表面；

P⁺型金刚石层(2)，形成在所述第二台面(12)的表面且环绕所述第一台面(11)，所述欧姆电极(3)形成在所述P⁺型金刚石层(2)上且环绕所述第一台面(11)；

P^-型金刚石层(4)，形成在所述第一台面(11)的表面，所述肖特基电极(5)形成在所述P^-型金刚石层(4)上；

所述雪崩二极管形成贋竖式PIP结构。

2.如权利要求1所述的基于高纯本征单晶金刚石的雪崩二极管，其特征在于，所述本征金刚石层(1)的材料采用单晶结构的金刚石。

3.如权利要求1所述的基于高纯本征单晶金刚石的雪崩二极管，其特征在于，所述第一台面(11)相对于所述第二台面(12)凸起的高度为5～20μm。

4.如权利要求1所述的基于高纯本征单晶金刚石的雪崩二极管，其特征在于，所述P⁺型金刚石层(2)的掺杂浓度为10¹⁷～10²⁰cm^-2，所述P^-型金刚石层(4)的掺杂浓度为10¹⁵～10¹⁷cm^-2。

5.一种基于高纯本征单晶金刚石的雪崩二极管的制备方法，其特征在于，包括步骤：

S1、在金刚石衬底上同质外延生长高纯本征单晶金刚石，得到本征金刚石层(1)，所述高纯本征金刚石层中硼元素B浓度低于1ppb，氮元素N浓度低于5ppb；

S2、对所述本征金刚石层(1)进行刻蚀，形成第一台面(11)和第二台面(12)，其中，所述第一台面(11)相对于所述第二台面(12)凸起且位于所述第二台面(12)的中心；

S3、对所述第二台面(12)的表面进行硼离子注入，形成环绕在所述第一台面(11)周围的P⁺型金刚石层(2)；

S4、对所述第一台面(11)的表面进行硼离子注入，形成P^-型金刚石层(4)；

S5、在所述第二台面(12)的表面淀积欧姆金属，形成环绕在所述第一台面(11)周围的欧姆电极(3)；

S6、在所述第一台面(11)的表面淀积肖特基金属，形成肖特基电极(5)，从而形成贋竖式PIP结构的雪崩二极管。

6.如权利要求5所述的基于高纯本征单晶金刚石的雪崩二极管的制备方法，其特征在于，步骤S1包括：

利用微波等离子体化学气相沉积设备在所述金刚石衬底上外延生长所述高纯本征单晶金刚石，生长条件为：H₂纯度大于9N，甲烷纯度大于6N，腔体真空度小于等于1×10^-5mbar，H₂含量为100～300sccm，O₂含量为3～9sccm，压强为60～100mbar，温度为800～950℃，时间为250～350h，得到所述本征金刚石层(1)。

7.如权利要求5所述的基于高纯本征单晶金刚石的雪崩二极管的制备方法，其特征在于，步骤S2包括：

在所述本征金刚石层(1)上制备台面刻蚀金属，使所述台面刻蚀金属将第一台面区域覆盖，露出第二台面区域；然后利用感应耦合等离子体刻蚀设备对所述第二台面区域下的所述本征金刚石层(1)进行刻蚀，形成所述第一台面(11)和所述第二台面(12)。

8.如权利要求5所述的基于高纯本征单晶金刚石的雪崩二极管的制备方法，其特征在于，所述P⁺型金刚石层(2)的掺杂浓度为10¹⁷～10²⁰cm^-2，所述P^-型金刚石层(4)的掺杂浓度为10¹⁵～10¹⁷cm^-2。