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.

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
).
You do not currently have access to this content.