Boron-Doped Homoepitaxial Diamond Layers: Fabrication, Characterization, and Electronic Applications

For electronic applications, a series of boron-doped homoepitaxial diamond layers of high crystal quality have been grown on (100)-cut diamond substrates using the microwave plasma CVD method. The B-concentration varies from 3 × 1017 to 3 × 1020 atoms/cm3. The layers are selectively grown into the shape of Hall bars using a sputtered SiO2 mask. The diamond substrates are 3×3×1 mm3 in size. Gold wires are bonded to ohmic contacts on the Hall bars formed by an electron beam evaporated Mo/Pt/Au sandwich annealed at 950 °C for 30 min. Electrical characterization is performed in eight samples over the temperature range from 100 to 1300 K. The results are discussed in detail. For diamond layers grown on synthetic nitrogen-doped (type Ib) substrates, current-voltage characteristics of diode type can be observed in the temperature range from 360 to 900°C. Green electroluminescent light is emitted from the p-n junction area. High current Schott-ky diodes are also fabricated which consist of a gold contact to a moderately B-doped homoepitaxial layer grown on a synthetic heavily boron-doped (type IIb) substrate. Für elektronische Anwendungen wird eine Serie von Bor-dotierten homoepitaktischen Dia-maritschichten hoher kristalliner Güte auf (100)-geschnittenen Diamantsubstraten mittels der Mikrowellenplasma-unterstützten CVD-Methode aufgewachsen. Die B-Konzentration variiert von 3×1017 bis 3 × 1020 Atome/cm3. Die Schichten werden selektiv mittels gesputterter SiO2-Masken als Hallkreuze gewachsen. Die Diamantsubstrate sind 3×3×1 mm3 groß. Golddrähte werden an ohmsche Kontakte gebondet. Diese werden als Mo/Pt/Au-Schichtpakete mittels Elektronenstrahl-Aufdampfen und halbstündigem Tempern bei 950°C hergestellt. Die elektrische Charakterisierung erfolgt bei acht Proben über den Temperaturbereich von 100 bis 1300 K. Die Ergebnisse werden eingehend diskutiert. Auf synthetischen Stickstoff-dotierten (Typ Ib) Substraten werden Strom/ Spannungs-Charakteristiken vom Diodentyp im Temperaturbereich von 360 bis 900°C beobachtet. Grümes Elektrolumineszenzlicht wird von der p-n-Kontaktfläche emittiert. Hochstrom-Schottkydio-den werden ebenfalls hergestellt. Sie bestehen aus einem Goldkontakt zu einer mäßig B-dotierten homoepitaktischen Schicht, die auf einem synthetischen, hochdotierten (Typ IIb) Substrat aufgewachsen wurde.