The fabrication of n-type diamond is essential for the realization of electronic components for extreme environments. We report on the growth of a 66 μm thick homoepitaxial phosphorus-doped diamond on a (110)-oriented diamond substrate, grown at a very high deposition rate of 33 μm h−1. A pristine diamond lattice is observed by high resolution transmission electron microscopy, which indicates the growth of high quality diamond. About 2.9 × 1016 cm−3 phosphorus atoms are electrically active as substitutional donors, which is 60% of all incorporated dopant atoms. These results indicate that P-doped (110)-oriented diamond films deposited at high growth rates are promising candidates for future use in high-power electronic applications.
References
1.
A.
Traoré
, P.
Muret
, A.
Fiori
, D.
Eon
, E.
Gheeraert
, and J.
Pernot
, Appl. Phys. Lett.
104
, 052105
(2014
).2.
S.
Yamasaki
, E.
Gheeraert
, and Y.
Koide
, MRS Bull.
39
, 499
(2014
).3.
R.
Kalish
, J. Phys. D: Appl. Phys.
40
, 6467
(2007
).4.
V.
Mortet
, J.
Pernot
, F.
Jomard
, A.
Soltani
, Z.
Remes
, J.
Barjon
, J.
D'Haen
, and K.
Haenen
, Diamond Relat. Mater.
53
, 29
(2015
).5.
S. N.
Demlow
, R.
Rechenberg
, and T.
Grotjohn
, Diamond Relat. Mater.
49
, 19
(2014
).6.
J.
Barjon
, P.
Valvin
, C.
Brimont
, P.
Lefebvre
, O.
Brinza
, A.
Tallaire
, J.
Achard
, F.
Jomard
, and M. A.
Pinault-Thaury
, Phys. Rev. B
93
, 115202
(2016
).7.
E.
Gheeraert
, N.
Casanova
, A.
Tajani
, A.
Deneuville
, E.
Bustarret
, J. A.
Garrido
, C. E.
Nebel
, and M.
Stutzmann
, Diamond Relat. Mater.
11
, 289
(2002
).8.
S.
Koizumi
and M.
Suzuki
, Phys. Status Solidi A
203
, 3358
(2006
).9.
W.
Janssen
, S.
Turner
, G.
Sakr
, F.
Jomard
, J.
Barjon
, G.
Degutis
, Y.-G.
Lu
, J.
D'Haen
, A.
Hardy
, M. K.
Van Bael
, J.
Verbeeck
, G.
Van Tendeloo
, and K.
Haenen
, Phys. Status Solidi RRL
8
, 705
(2014
).10.
R.
Ohtani
, T.
Yamamoto
, S. D.
Janssens
, S.
Yamasaki
, and S.
Koizumi
, Appl. Phys. Lett.
105
, 232106
(2014
).11.
O.
Maida
, S.
Tada
, H.
Nishio
, and T.
Ito
, J. Cryst. Growth
424
, 33
(2015
).12.
R. S.
Sussmann
, CVD Diamond for Electronic Devices and Sensors
(John Wiley and Sons
, 2009
), Vol. 26
.13.
D.
Takeuchi
, S.
Koizumi
, T.
Makino
, H.
Kato
, M.
Ogura
, H.
Ohashi
, H.
Okushi
, and S.
Yamasaki
, Phys. Status Solidi A
210
, 1961
(2013
).14.
H.
Kato
, D.
Takeuchi
, M.
Ogura
, T.
Yamada
, M.
Kataoka
, Y.
Kimura
, S.
Sobue
, C. E.
Nebel
, and S.
Yamasaki
, Diamond Relat. Mater.
63
, 165
(2016
).15.
T.
Yamada
, T.
Masuzawa
, H.
Mimura
, and K.
Okano
, J. Phys. D: Appl. Phys.
49
, 045102
(2016
).16.
J.
Isberg
, M.
Gabrysch
, S.
Majdi
, and D. J.
Twitchen
, Appl. Phys. Lett.
100
, 172103
(2012
).17.
F. A. M.
Koeck
, R. J.
Nemanich
, Y.
Balasubramaniam
, K.
Haenen
, and J.
Sharp
, Diamond Relat. Mater.
20
, 1229
(2011
).18.
J.
Barjon
, F.
Jomard
, and S.
Morata
, Phys. Rev. B
89
, 045201
(2014
).19.
S.
Koizumi
, M.
Kamo
, Y.
Sato
, H.
Ozaki
, and T.
Inuzuka
, Appl. Phys. Lett.
71
, 1065
(1997
).20.
H.
Kato
, S.
Yamasaki
, and H.
Okushi
, Appl. Phys. Lett.
86
, 222111
(2005
).21.
M.-A.
Pinault-Thaury
, I.
Stenger
, F.
Jomard
, J.
Chevallier
, J.
Barjon
, A.
Traore
, D.
Eon
, and J.
Pernot
, Phys. Status Solidi A
212
, 2454
(2015
).22.
T. A.
Grotjohn
, D. T.
Tran
, M. K.
Yaran
, S. N.
Demlow
, and T.
Schuelke
, Diamond Relat. Mater.
44
, 129
(2014
).23.
K.
Haenen
, A.
Lazea
, J.
Barjon
, J.
D'Haen
, N.
Habka
, T.
Teraji
, S.
Koizumi
, and V.
Mortet
, J. Phys. Condens. Matter
21
, 364204
(2009
).24.
J. W.
Steeds
, A.
Gilmore
, S.
Charles
, P.
Heard
, B.
Howarth
, and J. E.
Butler
, Acta Mater.
47
, 4025
(1999
).25.
K.
Hirama
, H.
Takayanagi
, S.
Yamauchi
, J. H.
Yang
, H.
Kawarada
, and H.
Umezawa
, Appl. Phys. Lett.
92
, 112107
(2008
).26.
G. E.
Stillman
and C. M.
Wolfe
, Thin Solid Films
31
, 69
(1976
).27.
I.
Stenger
, M.-A.
Pinault-Thaury
, T.
Kociniewski
, A.
Lusson
, E.
Chikoidze
, F.
Jomard
, Y.
Dumont
, J.
Chevallier
, and J.
Barjon
, J. Appl. Phys.
114
, 073711
(2013
).28.
M.
Katagiri
, J.
Isoya
, S.
Koizumi
, and H.
Kanda
, Appl. Phys. Lett.
85
, 6365
(2004
).29.
H.
Kato
, T.
Makino
, S.
Yamasaki
, and H.
Okushi
, J. Phys. D: Appl. Phys.
40
, 6189
(2007
).30.
H.
Kato
, S.
Yamasaki
, and H.
Okushi
, Diamond Relat. Mater.
16
, 796
(2007
).© 2016 Author(s).
2016
Author(s)
You do not currently have access to this content.