Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2022, 13 (5), 578–584
Investigation of boron-doped delta layers in CVD diamond grown on single-sector HPHT substrates
Mikhail A. Lobaev – Federal research center Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences, 603950 Nizhny Novgorod, Russia; lobaev@ipfran.ru
Anatoly L. Vikharev – Federal research center Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences, 603950 Nizhny Novgorod, Russia; val@ipfran.ru
Aleksey M. Gorbachev – Federal research center Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences, 603950 Nizhny Novgorod, Russia; gorb@ipfran.ru
Dmitry B. Radishev – Federal research center Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences, 603950 Nizhny Novgorod, Russia; dibr@ipfran.ru
Ekaterina A. Arkhipova – Federal research center Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences, 603950 Nizhny Novgorod, Russia; suroveginaka@ipmras.ru
Mikhail N. Drozdov – Federal research center Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences, 603950 Nizhny Novgorod, Russia; drm@ipmras.ru
Vladimir A. Isaev – Federal research center Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences, 603950 Nizhny Novgorod, Russia; isaev@ipfran.ru
Sergey A. Bogdanov – Federal research center Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences, 603950 Nizhny Novgorod, Russia; bogser@ipfran.ru
Vladimir A. Kukushkin – Federal research center Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences, 603950 Nizhny Novgorod; National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod, 603022 Nizhny Novgorod, Russia; vakuk@ipfran.ru
Corresponding author: Anatoly L. Vikharev, val@ipfran.ru
PACS 81.05.ug, 73.63.-b
DOI 10.17586/2220-8054-2022-13-5-578-584
ABSTRACT This work is devoted to experimental study of boron doped delta layers in CVD diamond. Delta layers with a thickness of 0.8 – 2 nm were grown with a concentration of boron atoms of (1 – 1.7)·1021 cm-3, and localized inside undoped defect-free diamond. The layers thickness and boron concentration were measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS). The surface density and the Hall mobility of holes, the layer resistance at room temperature, and temperature dependences of these parameters are presented. Performed electrical measurements showed that, despite the perfect (from the point of view of the possibility of quantum effects) profile of delta layers, no significant increase was observed in the hole mobility compared to uniform doping with the same concentration of boron atoms. An explanation is proposed for the results of electrical measurements based on calculations of the delta layer profile and the concentration of delocalized holes depending on the layer thickness. It is discussed which parameters of the boron doped delta layers are needed in order to obtain a significant increase of the hole mobility in heavily doped diamond.
KEYWORDS CVD diamond, boron delta-doping, electrical measurements, hole mobility.
ACKNOWLEDGEMENTS The work was carried out within the frame of the Federal research center Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences project No. 0030-2021-0003. We express our sincere thanks to Dr. J. Butler for a fruitful discussion on delta doping of diamond during his collaboration with IAP RAS in the period of 2013 – 2018.
FOR CITATION Lobaev M.A., Vikharev A.L., Gorbachev A.M., Radishev D.B., Arkhipova E.A., Drozdov M.N., Isaev V.A., Bogdanov S.A., Kukushkin V.A. Investigation of boron-doped delta layers in CVD diamond grown on single-sector HPHT substrates. Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2022, 13 (5), 578–584.
[In Russian] М.А. Лобаев, А.Л. Вихарев, А.М. Горбачев, Д.Б. Радищев, Е.А. Архипова, М.Н. Дроздов, В.А. Исаев, С.А. Богданов, В.А. Кукушкин
Исследования легированных бором дельта слоев в CVD алмазе, выращенном на односекториальных НРНТ подложках
УДК 538.9
АННОТАЦИЯ Работа посвящена экспериментальным исследованиям легированных бором дельта-слоев в CVD-алмазе. Дельта-слои выращивались толщиной 0,8–2 нм с концентрацией атомов бора (1 – 1.7)·1021 cm-3, располагающиеся внутри нелегированного бездефектного алмаза. Толщина слоев и концентрация бора измерялись методом вторичной ионной масс-спектрометрии (ВИМС). Представлены данные по поверхностной плотности и холловской подвижности дырок, сопротивлению слоя при комнатной температуре и их температурные зависимости. Проведенные электрические измерения показали, что, несмотря на совершенный (с точки зрения возможности квантовых проявлений) профиль дельта слов, существенного увеличения подвижности дырок по сравнению с однородным легированием с той же концентрацией атомов бора зарегистрировано не было. Предложено объяснение результатов электрических измерений на основе расчетов профиля дельта слоя и концентрации делокализованных дырок в зависимости от толщины слоя. Обсуждается, какими параметрами должны обладать легированные бором дельта слои, чтобы получить значительное увеличение подвижности дырок в сильно легированном алмазе.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА CVD алмаз, дельта-легирование бором, электрические измерения, подвижность дырок.
