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KR20140048072A - Ⅲ-ⅴ족 반도체 필름에서 p-형 도핑을 향상시키기 위한 방법 - Google Patents

Ⅲ-ⅴ족 반도체 필름에서 p-형 도핑을 향상시키기 위한 방법 Download PDF

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KR20140048072A
KR20140048072A KR1020137013177A KR20137013177A KR20140048072A KR 20140048072 A KR20140048072 A KR 20140048072A KR 1020137013177 A KR1020137013177 A KR 1020137013177A KR 20137013177 A KR20137013177 A KR 20137013177A KR 20140048072 A KR20140048072 A KR 20140048072A
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KR
South Korea
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hydrogen
semiconductor film
doping
iii
partial pressure
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Application number
KR1020137013177A
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Inventor
펭 리우
제랄드 스트링펠로우
쥬이 쥬
Original Assignee
더 유니버시티 오브 유타 리서치 파운데이션
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Publication date
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Abstract

반도체 필름을 도핑하는 방법이 제공된다. 본 방법은 p-형 도핑된 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름의 형성을 촉진시키는 조건하에서, 도펀트, 전자 저장소 역할을 할 수 있는 계면 활성제 및 수소가 존재할 때, Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름을 애피택셜 성장시키는 단계를 포함한다. 본 방법의 일부 실시예에서, Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름을 에피택셜 성장하는 단계는 제1 수소 분압에서 시작하고, 이는 에피택셜 성장 공정 동안에 제2 수소 분압으로 증가된다.

Description

Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름에서 P-형 도핑을 향상시키기 위한 방법{METHODS FOR ENHANCING P-TYPE DOPING IN Ⅲ-Ⅴ SEMICONDUCTOR FILMS}
본 발명은 에피택셜 성장 분야에 관한 것이고, 특히 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름을 도핑하는 방법에 관한 것이다.
정부권리에 대한 참조
본 발명은 미국 에너지국에 의해 수여된 정부지지 등록 번호 DE-FG02-04ER46148호로 만들어진다. 미국 정부는 본 발명의 일정한 권리를 가진다.
관련 출원에 대한 상호참조
본 출원은 2010년 10월 28일에 출원된 미국 가출원 번호 제61/407657호의 이익을 주장하고, 그 전체가 본 명세서에 참조로서 포함된다.
에피택셜 성장에서, 계면 활성제는 얇은 필름 미소 구조체, 조성물 및 형태를 제어하는데 효과적이고, 따라서 얇은 필름 특성과 장치 성능을 개선시키는데 효과적인 것으로 판명되었다. Copel 등은 Si/Ge/Si(001)의 성장에서 1989년에 처음으로 As를 계면 활성제로 사용하여 아일랜드 형성(island formation)을 억제시켰다[1]. 계면 활성 효과는 다양한 방식으로 결정 성장에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 계면 활성제는 성장 모드(growth mode)를 변화시킬 수 있다. Copel의 업적 이외에[1], Sb가 계면 활성제로 사용되는 경우, Ag(111) 상의 Ag의 성장 모드도 변화된다[2,3]. 또한, 계면 활성제는 경계면의 거친 정도를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 계면 활성제로서의 Bi는 GaAs 기판 상에서 성장된 InGaAs의 표면 거칠기를 감소시킨다[4]. 게다가, 경계면 합금 혼합(interface alloy intermixing)은 계면 활성제에 의해 억제될 수 있다. 예를 들어, H는 Si로 커버된 Ge(001)의 경계면 혼합을 억제시킬 수 있다. 더구나, 계면 활성제는 표면 재구성을 변화시키는데 사용되어서, 다양하고 새로운 규칙상(ordered phase)의 형성을 제어한다. 예를 들어, Sb는 GaInP 내의 Cu-Pt 규칙을 억제시키는 것으로 알려져 있다[6]. 더 높은 농도에서, 계면 활성제는 표면 재구성을 가령, (2 X 4)에서 (2 X 3)으로 변화시킬 수 있고, InGaP 내의 새로운 규칙상을 도입시킬 수 있다[6]. 또한, 계면 활성제는 반도체 내에서 도펀트(dopant)의 병합에 영향을 줄 수도 있다[7,8].
상기 열거된 계면 활성 효과는 몇몇 물리적 메카니즘 때문일 수 있다. 계면 활성제는 표면 에너지를 변경시켜서 성장 열역학(growth thermodynamic)을 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 표면 As는 Si/Ge/Si 시스템의 표면 에너지를 낮추어 아일랜드 형성을 억제시키는 것으로 알려져 있다[1]. 열역학을 변화시키는 것 이외에도, 계면 활성제는 표면 확산 [2]과 스텝-에지형 배리어의 크기[3]와 같은 성장 운동(growth kinetic)을 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 계면 활성제로서의 Sb는 Ag 흡착 원자(adatom)의 유동성을 감소시키는 것으로 나타났다. 이는 성장 모드의 변화를 유발하는 더 높은 아일랜드 농도를 야기한다. 또한, Ag(111) 상의 계면 활성제로서의 Sb 또는 GaAs는 스텝 에지형 배리어를 감소시키고 더 부드러운 성장 형성을 촉진시킬 수도 있다[3,9].
하이 밴드 갭 물질내에서 높은 도핑 레벨을 얻는 것은 수년간 어려운 문제였다. 이는 인화계 반도체와 질화계 반도체(phosphide and nitride semiconductor)와 같은 Ⅲ-Ⅴ물질에서, 높은 레벨의 p-형 도핑을 방해한다. 이는 여러 가지 요소에 의할 수 있는데, 이러한 요소는 억셉터의 제한된 가용성, 억셉터의 H 패시베이션(passivation) 및 높은 억셉터-홀 바인딩 에너지를 포함한다[10,11]. GaInP, GaP 및 GaAs에서 높은 p-형 도핑 레벨을 얻기 위한 효과적인 접근은 유기금속 기상 에피택시(organometallic vapor-phase epitaxy, OMVPE) 성장 동안에, 계면 활성제를 사용하는 것이다[6-8]. 예를 들어, 최근의 연구가 Sb는 Zn과 같은 도펀트의 병합을 향상시키고[7. 8], C, S 및 Si와 같은 의도치 않은 불순물을 감소시키는데 사용될 수 있다[8]는 것을 나타낸다. Sb 이외에도, 표면 H는 도핑 공정에서 역할을 하는 것으로 상정되었다[7,8]. 향상된 Zn 도핑은 운동학적 요소 및/또는 열역학적 요소에 의한 것으로 추측되었다. Sb의 존재는 Zn의 표면 확산을 증가시키고, 더 많은 Zn이 스텝 에지에 도달하도록 하여 필름 내로 병합되게 할 수 있다[12]. 또한, 중성 Zn-H 복합체는 분리된 Zn보다 더 낮은 필름 도핑 에너지를 가진다[7]. 그러나, 미세 구조체 도핑 공정을 직접 관찰할 수 없기 때문에, 계면 활성제와 관련된 근본적인 도핑 메카니즘에 대한 이해는 불충분한 상태이다.
Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름을 도핑하는 방법이 제공된다. 본 방법은 p-형 도펀트로 도핑된 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름의 형성을 촉진시키는 상태하에서, 도펀트, 전자 저장소의 역할을 할 수 있는 계면 활성제(가령, 안티몬, 비스무트) 및 수소의 존재할 때, Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름을 에피택셜 성장시키는 단계를 포함한다. 적절한 도펀트는 아연, 마그네슘, 베릴륨 및 카드뮴을 포함한다.
본 발명의 어떤 실시예에서, 도핑된 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름의 에피택셜 성장은 제1 수소 분압에서 시작되고, 상기 제1 수소 분압은 에피택셜 성장 공정 동안에 제2 수소 분압으로 증가된다.
본 방법의 어떤 실시예는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름으로부터 코도핑된 수소를 제거하기에 충분한 온도에서, 그리고 시간동안, 도핑된 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름을 어닐링하는 단계를 포함한다.
본 발명의 추가적인 특징과 이점은 후술하는 상세한 설명에서 제시될 것이고, 부분적으로는 상세한 설명으로부터 명백해지거나 발명의 실시에 의해 알 수 있을 것이다. 본 발명의 특징과 이점은 첨부된 청구항에서 특히 지적된 장치와 조합에 의해 실현되고 얻을 수 있다. 본 발명의 이들 특징 및 다른 특징은 후술하는 상세한 설명과 첨부된 청구항으로부터 좀 더 완벽하게 명확해지거나, 이하에 제시된 바와 같이 본 발명의 실시에 의해 알 수 있을 것이다.
상기 열거된 방식을 기술하고 본 발명의 다른 이점 및 특징을 얻기 위하여, 상기에 간단히 기술된 본 발명의 좀 더 구체적인 설명이 본 발명의 구체적으로 예시된 실시예를 참조하여 제공될 것이고, 이는 첨부된 도면에서 설명된다. 이들 도면은 본 발명의 일반적인 실시만을 도시하므로 발명의 범위를 제한하지 않는다는 것을 이해해야 하며, 본 발명은 첨부된 도면을 사용을 통한 추가적인 특수성 및 설명으로 기술되고 설명될 것이다.
도 1은 GaP 수퍼셀 슬랩(supercell slab)의 모식도를 도시하고, 여기서, 가장 큰 구는 P를 나타내고, 중간 크기의 구는 Ga를 나타내며, 더 작은 구는 H를 나타낸다.
도 2는 제1 양이온 층의 Ga 원자를 p-형 도펀트로 치환하는, 다양한 도핑 형상의 모식도를 도시한다. ΔE는 화살표에 의하여 표시된 한 형상에서 또 다른 형상으로의 필름 도핑 에너지 변화를 표시하고, 여기서, 가장 큰 (검은색) 구는 Sb를 나타내고, 두 번째로 큰 (어두운) 구는 P를 나타내며, 중간 크기의 구는 Ga를 나타내고, 가장 작은 (어두운) 구는 p-형 도펀트를 나타내며, 두 번째로 작은 (흰색) 구는 H를 나타낸다.
도 3은 제2 양이온 층에 도핑된 p-형 도펀트 원자의 볼-스틱 모식도를 도시한다. 원자 표시는 도 2에서와 같다. 파트 (a)는 두 개의 이합체(dimer) 사이의 위치에서 세 개의 표면 H로 도핑된 도펀트 원자를 나타낸다. 파트 (b)는 표면 이합체 아래의 위치에서 세 개의 표면 H로 도핑된 도펀트 원자를 나타낸다. 파트 (c)는 두 개의 표면 이합체 사이의 위치에서 두 개의 표면 H와 도펀트 옆의 하나의 벌크 H로 도핑된 도펀트 원자를 나타낸다(화살표는 표면 이합체에 대한 도펀트 원자의 위치를 표시한다).
도 4는 GaP 필름의 Ga 원자를 하나의 Mg(Zn)로 치환하는, 타당한 도핑 공정의 모식도를 도시한다. 원자 표시는 도 1에서와 같다. 파트 (a)는 제1 양이온 층에 표면 P 이합체로 도핑된 Mg(Zn)를 도시한다. 파트 (b)는 Ga를 표면 Sb 이합체로 치환하는 제1 양이온 층에 도핑된 Mg(Zn)를 도시한다. 파트 (c)는 전자계수법칙(electron counting rule, ECR)을 만족하기 위하여 표면에 하나의 추가적인 H를 더하는 것을 도시한다. 파트 (d)는 Mg(Zn)-P-H 복합체를 형성하기 위하여, 제2 양이온 층내로 Mg(Zn)로 코도핑된(co-doped) H를 도시한다.
도 5는 도 4에서 도시된 바와 같은 각 도핑 단계에서의 도핑 에너지 변화를 도시하고, 여기서, 사각형은 도펀트로서의 Zn을 나타내고, 원은 도펀트로서의 Mg를 나타내며, 삼각형는 Cd 및 별은 Be를 나타낸다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 또 다른 명시가 없는 한, "한" 또는 "하나의"는 "하나 또는 그 이상"을 의미하다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 여하한 목적을 위하여, 특히 문서로된 설명을 제공한다는 점에서, 본 명세서에 개시된 모든 범위는 가능한 하위 범위와 그 하위 범위의 조합의 일부 및 전부를 또한 포함한다. 나열된 임의의 범위는, 동일한 범위가 적어도 1/2, 1/3, 1/4, 1/5, 1/10 등으로 나눌 수 있고 충분히 기술되도록 용이하게 인식될 수 있다. 비-제한적인 예에서, 본 명세서에서 논의된 각 범위는 최저 1/3, 중간 1/3 및 최고 1/3 범위로 용이하게 나눌 수 있다. 당업자가 이해하는 바와 같이, "까지", "적어도", "초과의", "미만의" 등과 같은 모든 언어는, 상기에서 논의된 바와 같이, 나열된 숫자를 포함하고 하위 범위까지 연속적으로 나눌 수 있는 범위를 말한다. 마지막으로, 당업자가 이해하는 바와 같이, 범위는 각 개별적인 요소를 포함한다.
본 발명의 한 예시적인 실시예는 전자 저장소(electron reservoir) 역할을 할 수 있는 계면 활성제를 사용하여, GaP와 같은 Ⅲ-Ⅴ족 반도체를 p-형 도핑하기 위한 하나 이상의 방법을 제공한다. 이러한 계면 활성제의 예시는 가령, Sb와 Bi를 포함한다. 또한, 본 발명의 예시적인 실시예는 H 존재하에서, 계면 활성제를 사용하여 Ⅲ-Ⅴ족 반도체를 p-형 도핑하기 위한 방법을 제공한다. 예를 들어, H 존재하에서의 상기 예시적인 계면 활성제의 사용은, Zn, Cd, Mg 및 Be와 같은 도펀트에 대한 p-형 도핑 향상을 위한 Sb와 H의 이중-계면 활성 효과(dual-surfactant effect)로 불리는 것을 만들 수 있다. 두 개의 표면 원소를 필요로 하는 이중-계면 활성 효과는, 단지 하나의 표면 원소를 필요로 하던 종래의 계면 활성 효과의 범위와 활용성을 크게 넓혀 준다. 이중-계면 활성 효과는 두 개의 표면 H 원자와 코펀트 역할을 하는 벌크내의 H를 필요로 한다. 구체적으로, p-형 도펀트 병합을 수용하기 위하여, 계면 활성제의 역할(가령, Sb- "금속"원소)은 전자 저장소를 제공하여 전자를 재분배하는 것이고, 두 개의 표면 H 원자의 역할은 도핑 전에 표면에서의 전자계수법칙(ECR)을 만족시키는 것이며, 코도핑된 H("단일 전자")의 역할은 전자 하나를 추가하여 도핑 후에 벌크 내의 ECR을 만족시키는 것이다. 이후 어닐링은 코도핑된 H를 분산시킨다(diffuse away).
본 개시의 목적을 위하여, 에피택셜 성장에서의 계면 활성제는 활성화 요소로 정의되고, 이는 성장하는 필름 표면 상에서 플로팅한다. 그것은 보통 하나의 이질적인 요소이다. 여기서, 용어 "필름" 도핑 에너지는 에피택셜 성장 공정 동안에, 서브-표면 위치에서 양이온 원자(가령, Ga)를 치환하는 도펀트 원자(가령, Zn)에 대한 에너지 변화를 언급하기 위해 사용되고, 벌크내에서의 양이온 원자를 치환하는 도펀트 원자에 대한 "벌크" 도핑 에너지와 구별된다. 또한, 본 명세서에서 기술된 본 방법은 MBE 공정 및 CBE 공정에 포함된다. 또한, 용어 "p-형 도펀트로 도핑된 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름의 형성을 촉진시키는 조건하에서"는 당업자에게 알려진 이러한 다양한 조건을 포함한다.
실시예
표면 Sb와 표면 H의 영향하에서 GaP (001) 필름 내에 Zn, Mg, Be 및 Cd 병합의 기본 원칙 계산법(first principle calculation)이 수행되었다. Sb 혼자서는 GaP 필름 내에 모든 도펀트의 필름 도핑 에너지에 거의 영향을 주지 않는다는 사실이 발견되었고, H도 존재할 때에만 필름 도핑 에너지가 Sb에 의해 실질적으로 낮아졌다. 또한, Sb 없이 표면 H 혼자서는 효과적으로 기능을 하지 못했다. 본 발명의 어떤 특정 이론에 구속되는 의도없이, 발명자는 Sb와 H의 결합된 효과(이중-계면 활성 효과)가 열역학적으로 우호적인 p-형 도핑 공정을 만든다고 믿고 있다. 이중-계면 활성 효과를 생성하는데 있어서의 Sb의 역할은, 금속 요소를 가진 반도체 표면에서 일반화된 ECR의 사상과 유사한, 전자의 재분배를 수용하기 위한 전자 저장소로서의 역할을 하는 것이다[14]. H의 역할은 p-형 도펀트로부터 잃어버린 전자 하나를 보충하여, 시스템이 ECR을 만족할 수 있게 하는 것이다[15]. 실험적으로, Ⅲ-Ⅴ족 시스템 내에서, Mg와 Zn의 높은 도핑 레벨을 얻기는 어렵다[8,16]. 본 발명은 Ⅲ-Ⅴ족 화합물의 에피택셜 성장 동안에 개선된 p-형 도핑을 위한 일반적인 전략을 제공하는 중요한 돌파구를 나타낸다.
본 발명에 이르기 위하여, 계산은 Vienna ab initio 시뮬레이션 패키지를 사용하여 국소 밀도 근사(local density approximation) 내에서 수행되었다[17]. GaP (001) 필름은 Zhu et al ., Phys . Rev . Lett . 101 (2008) 196103에 기술된 GaP 내의 Zn 상의 Sb와 H의 이중 계면 활성 효과에 대한 계산에서 적용된 것과 같은 기술에 의해 몰딩되었고, 상기 전체 개시는 본 명세서에 참조로서 포함된다.
계산에서, 도 1에서 도시되고 Zhu et al ., Phys . Rev . Lett . 101 (2008) 196103에 설명된 바와 같이, (2×2) 재구성된 표면이 선택되었다. 에피택셜 성장 동안에 필름 도핑 에너지를 얻기 위하여, 제1 양이온 층(도 2) 또는 제2 양이온 층(도 3) 내의 하나의 Ga 원자가 p-형 도펀트에 의해 치환되었고, 도핑된 시스템과 도핑되지 않은 시스템간의 에너지 차이가 계산되었다. 필름 도핑 에너지 상의 계면 활성제 Sb의 효과는 표면 P 이합체를 Sb 이합체로 치환함에 의해 계산되었고, 표면 재구성은 동일하다고 가정했다[20]. 제2 계면 활성제로서의 H의 효과는 다양한 농도와 표면 상의 H의 형상을 도입함에 의해 연구되었다. 필름 도핑 에너지는
Figure pct00001
로 정의된다. 여기서,
Figure pct00002
는 도핑된(도핑되지 않은) 시스템, 즉, 수퍼셀의 전체 에너지이고,
Figure pct00003
는 Ga(도펀트)의 화학적 포텐셜이다. 일반적으로,
Figure pct00004
는
Figure pct00005
(P-풍부 상태)에서
Figure pct00006
(Ga-풍부 상태)까지 가변할 수 있으며[21], 여기서,
Figure pct00007
[GaP]는 GaP의 형성 엔탈피이고,
Figure pct00008
는
Figure pct00009
와 같다. 필름 도핑 에너지의 변화의 계산에서, 계면 활성제 Sb 때문에
Figure pct00010
와
Figure pct00011
은 나타나지 않는다. H의 경우, 필름 도핑 에너지는, 도핑시 하나의 추가적인 H가 시스템에 첨가된다면 H
Figure pct00012
의 화학적 포텐셜에 의존한다. H의 화학적 포텐셜은 성장 조건에 따라 매우 가변적이다. 여기서, 일반적인 값인
Figure pct00013
, 즉, T = 900K, p = 1atm에서, H2 분자의 에너지 절반값이 선택된다[22]. 이는 10-10 atm의 H 분압과 일치하는 Zhu et al ., Phys . Rev . Lett . 101 (2008) 196103의 분석에서 사용된 값과 상이하고, OMVPE 성장에 대해 비현실적으로 낮다. 또한, OMVPE 성장에서, 전구체의 분해에 대한 포스파이드 표면의 촉매 효과가 크다[23]. 원자 H의 실제 화학적 포텐셜은 표면에서 비-평형 상태 때문에 측정이 어려울 수 있다. 본 명세서에서 주어진 기상에서의 화학적 포텐셜은 하한으로 고려될 수 있는데, 이는 표면 흡수와 전구체의 분해때문에 실제 H 화학적 포텐셜이 더 높아질 수 있기 때문이다[23]. 이는 추가적인 H 때문에, 우리의 측정치보다 더 큰 에너지 감소를 야기할 것이다.
우선, 계면 활성제를 사용하지 않고 벌크 도핑 에너지와 필름 도핑 에너지의 차이가 연구되었다. 벌크 GaP 내의 p-형 도핑 에너지가 참조로서 계산되었다. 그리고 나서, GaP (001) 필름의 표면 위치 내의 p-형 필름 도핑 에너지가 제1 양이온 층(도 2a) 내에 Ga를 치환함에 의해 계산되었다. 또한, H의 계면 활성제 향상 효과의 가능성을 배제시키기 위하여, (2×2) 표면의 상부 상의 H는 본 계산에 포함되지 않았다. 표 1에 도시된 바와 같이 Zn, Be, Mg, Cd에 대한 벌크 도핑 에너지와 필름 도핑 에너지를 얻었다. 표 1의 네 번째 열은 필름과 벌크 사이의 모든 도펀트에 대한 도핑 에너지 차이를 나타낸다. 표면의 존재는 다양한 도펀트에 대하여 벌크와 관련하여 0.2 eV에서 약 1 eV로 도핑 에너지를 낮춘다는 것이 발견되었다. 이 차이는 공유결합 반지름 차이 때문일 수 있다. Zn의 공유결합 반지름은 Ga의 공유결합 반지름과 매우 가깝고, Be의 공유결합 반지름은 Ga의 공유결합 반지름보다 약간 작다. 이에 따라, Zn 또는 Be가 병합되는 경우, 벌크 내에서와 필름내에서의 도핑 에너지 차이는 작은 스트레인(strain) 효과 때문에 작다. 그와 반대로, Cd와 Mg의 공유결합 반지름은 Ga의 공유결합 반지름보다 더 커서, 필름 내의 표면의 존재는 스트레인 완화시켜서 Cd와 Mg의 큰 크기를 수용하여, 벌크의 도핑 에너지에 비해 필름 도핑 에너지를 현저히 감소시킨다.
다음으로 Sb의 계면 활성 효과를 조사하였다. OMVPE 성장 동안에 Sb가 유입될 때, SB의 원자 크기가 크고, 댕글링 본드 에너지(dangling bond energy) 때문에, Sb는 P 표면 이합체를 치환하는 표면의 상측에 머무른다(도 2b 참조). 이는 표면 사진 반사 스펙트라(surface photo reflection spectra)에 의해 실험적으로 증명되어왔고[24], 기본원칙 계산법에 의해 지지된다[20]. H의 계면 활성 향상 효과의 가능성을 배제시키기 위하여, 처음에 H를 표면 상에 포함시키지 않았다. 이전의 Zn 도핑 연구에서(Zhu et al ., Phys . Rev . Lett . 101 (2008) 196103), 표면 P는 Sb 이합체를 포함하고, H를 포함하지 않는 이합체와 배치되고(도 2b), P 이합체 경우보다 0.07 eV 높은
Figure pct00014
을 얻는다. 이 필름 도핑 에너지 차이는 표 2에서
Figure pct00015
로 정의되고, 우리는 Be, Mg 및 Cd 도펀트에 대하여 동일한 계산을 수행하여,
Figure pct00016
및
Figure pct00017
및
Figure pct00018
를 각각 얻었다. P 표면 이합체의 경우와 비교할 때, 해당하는 필름 도핑 에너지 변화는 표 2에 나열된 바와 같이,
Figure pct00019
,
Figure pct00020
및
Figure pct00021
이다.
중요하게도, 연구된 모든 p-형 도펀트에 대하여, Sb 이합체 경우와 P 이합체 경우의 필름 도핑 에너지 차이, 즉,
Figure pct00022
(도 2의 a와 b)은 거의 0이거나(Zn, Mg) 양수이다(Cd, Mg). 이는, H 없이, Sb 혼자서는 GaP의 p-형 도핑을 현저하게 향상시키지 못한다는 것을 나타낸다.
Figure pct00023
Figure pct00024
다음으로, 도핑 공정에서 H의 역할이 연구되었다. OMVPE 성장은 표면 상에 원자 H를 생성한다[23]. H의 유효 농도(significant concentration)(Zn-H 복합체 및 C-H 복합체의 형태일 듯)가 GaP 에피택셜 필름에서 관측된다[8]. 표면 H는 표면이 ECR을 만족시킬 수 있도록 한다[15]. 상기 논의된 깨끗한 GaP(001)-(2×2) 모델 표면은 ECR을 만족시키지 못한다. 이는 H가 필름 내로 병합되도록 하는 열역학적 구동력을 제공한다.
GaP(001)-(2×2) 표면이 ECR을 만족시키기 위하여, 하나의 H는 교호하는 측면(alternating side) 상의 각 표면 이합체에 추가되어서, 이합체 버클링(dimer buckling)을 야기한다. 이는 가장 낮은 에너지를 가지기 위한 계산법에 의해 나타났다[13]. Sb가 계면 활성제로서 병합될 경우, Sb는 P와 등전자(isoelectronic)이기 때문에, H는 동일한 방법으로 Sb 이합체에 본딩된다(도 2 파트 d 참조). 이에 따라, H의 역할을 조사하기 위하여, 표면 H를 포함한 필름 도핑 에너지가 계산되었다. 우선, 도펀트 병합 전 후에, 두 개의 H 원자를 포함하고 Sb를 포함하지 않은 두 개의 표면 H/셀로 위치를 실험하였다(도 2, 파트 c)(H 커버리지는 동일하다고 가정함). 이전에는, Zn 도핑에 대하여, 도 2, 파트 c와 파트 a에 나타난 바와 같이, H를 포함하지 않는 경우보다 0.22eV 더 높은
Figure pct00025
[13]이 발견되었다. 이는 Sb를 포함하지 않고, H 혼자서는 도핑을 향상시키지 않는다는 것을 나타낸다. 이 필름 도핑 에너지 차이는 표 2의
Figure pct00026
와 같이 정의된다. 이는 대개 도핑 전에 ECR이 만족되나 도핑 후에는 ECR이 위반되기 때문인 것으로 여겨진다. 여기서, 연구된 다른 p-형 도펀트에 대하여, 유사한 경향이 관측된다. Mg, Cd 및 Be에 대하여, 필름 도핑 에너지가 H를 포함하는 경우에, H를 포함하지 않는 경우보다 표 2의
Figure pct00027
에 나열된 같이 각각 0.07eV, 0.55eV 및 0.41eV 더 높다. 따라서, H가 Sb 없이 시스템에 유입될 때, p-형 도펀트에 대한 필름 도핑 에너지는 떨어지지 않는다고 결론 지을 수 있다.
다음으로, Sb와 H의 결합된 효과를 조사하였다. p-형 도펀트 병합 전 후에 2H/셀로 커버된 표면을 다시 상정하면(도 2, 파트 d), 이전에는 Zn의 경우
Figure pct00028
[13]이 발견되었다. 명백히, Zn 필름 도핑 에너지는 H를 포함하지 않은 맨 Sb-말단 표면(Sb-terminated surface)과 비교할 때, 도 2 파트 b에서 d까지(표 2의
Figure pct00029
으로 정의됨) 0.78eV 만큼 실질적으로 감소되었고, H-커버되고 Sb를 포함하지 않은 P-말단 표면(P-terminated surface)과 비교할 때, 도 2 파트 c에서 d까지(표 2의
Figure pct00030
으로 정의됨) 0.93eV 만큼 감소되었다. 이 흥미로운 관측 정보는 Sb와 H의 "이중-계면 활성" 효과로 일컬어진다. 두 계면 활성제는 Zn 필름 도핑 에너지를 각각 낮추지 않고, 구조적인 방식으로 함께 작용하여 Zn 필름 도핑 에너지를 낮춘다. 다른 p-형 도펀트에 대해서는, 유사하한 경향이 발견되었다. 표 2의
Figure pct00031
과
Figure pct00032
의 값에 의해 나타난 바와 같이, Sb와 H 모두를 포함하는 Mg에 대한 필름 도핑 에너지는 Sb만 포함하는 경우보다 0.47eV 낮고, H만 포함하는 경우보다 0.69eV 낮다. Sb와 H 모두를 포함하는 Cd에 대한 필름 도핑 에너지는 Sb만 포함하는 경우보다 0.49eV 낮고, H만 포함하는 경우보다 0.85eV 낮다. Sb와 H 모두를 포함하는 Be에 대한 필름 도핑 에너지는 Sb만 포함하는 경우보다 0.92eV 낮고, H만 포함하는 경우보다 0.97eV 낮다. 따라서, 이중 계면 활성 효과는 연구된 모든 p-형 도펀트로 확장될 수 있다. 계면 활성제 Sb와 H는 구조적인 방식으로 함께 작용하여 Ⅲ족 부격자(sublattice) 상에 있는 다양한 억셉터 요소에 대한 p-형 필름 도핑 에너지를 낮춘다. 이와 유사한 이유로, 본 발명의 실시예는 상기 기술된 바와 같이, Bi와 H를 포함하는 유사한 시스템을 또한 포함한다.
상기 결과는 표면 H도 유입될 때 Sb의 계면 활성 효과가 향상된다는 것을 나타낸다. Sb의 효과를 높이는 근본적인 물리적 이유는 P와 비교하여 Sb의 낮은 전기음성도 때문일 것인데, 이는 최근에 제안된 금속 원소를 가진 반도체 표면의 일반화된 ECR의 사상과 유사하다[14]. 안티몬은 P보다 더욱 금속성이어서, p-형 도펀트가 존재할 때, Sb는 전자의 분포를 수용할 전자 저장소로서의 역할을 더욱 잘 수행할 수 있다. p-형 도펀트가 하나 적은 전자를 가짐에 의해 ECR을 위반할 것이므로, P보다는 Sb가 ECR을 "부분적으로" 만족하기 위하여 잃어버린 전자를 더 용이하게 수용할 수 있다. 또한, 이중 계면 활성 효과가 감소하여 필름 도핑 에너지가 다른 세 원소와 비교할 때, Mg에 대하여 가장 작다. 이는 이들 도펀트 사이의 전기음성도 차이 때문일 것이다. Mg, Be, Cd 및 Zn은 각각, 1.31, 1.57, 1.69, 1.65의 전기음성도를 가진다[25]. 따라서, Mg의 전기음성도가 이들 모든 네 원소 중에 현저하게 가장 낮다. 이에 따라, 상대적으로 Mg의 더 많은 전자들이 전자 재분배에 기여할 수 있고, 도펀트 Mg 그 자체는 전자 저장소로서 간주될 수 있으며, 이는 Sb가 시스템에 기여하는 전자 저장소 효과를 부분적으로 무력화할 것이다. 결과적으로, Sb와 H는 Mg 병합에 대하여 가장 작은 이중 계면 활성 효과를 가진다.
다음으로, 4개의 Sb 원자당 3개의 표면 수소 원자를 가진 표면 형상이 조사되었다. 표면 H가 일정하게 유지한다면 도펀트가 병합된 후에 ECR은 위반된다. ECR을 만족시키기 위하여, 하나의 추가적인 H가 추가되어야 한다. 이전의 Zn 연구에서, 여분의 H의 역할을 수량화하기 위하여, Zn 필름 도핑 에너지는 도핑 전에는 2H로, 도핑 후에는 3H로 커버된 표면으로 가정하여 계산되었다(도 4 파트 b-c).
Figure pct00033
이 발견되었다(본 예에서 사용된 서로 다른
Figure pct00034
때문에, 값이 참조문헌[13]과 다르다는 점을 주목하라. 도핑에 대하여,
Figure pct00035
이 본 명세서의 나머지에서 나타날 때마다 마찬가지이다). 명백하게, ECR을 만족시키기 위하여 도핑 후에, 여분의 H를 가함으로서, Zn의 필름 도핑 에너지는 H 화학 포텐셜
Figure pct00036
에 의존하여 더욱 감소될 수 있다. 여기서, Mg/Cd/Be의 경우에 대하여 세 번째 H의 효과가 시험되고, 각각
Figure pct00037
,
Figure pct00038
및
Figure pct00039
이 발견되었다. 그래서, 다시 한번 Mg/Cd/Be의 필름 도핑 에너지가 H의 화학 포텐셜에 의존하여 더욱 감소될 수 있다. 여기서 사용된 H의 화학 포텐셜이 실제 성장에서 하한(lower limit)이기 때문에, 더 큰 도핑 에너지 하락이 예상된다.
이제까지, 제1 양이온 층, 즉, 표면 위치에서 p-형 도핑을 향상시키는 Sb와 H의 이중-계면 활성 효과가 나타났다. 제2 양이온 층, 즉, 표면 아래 또는 "벌크" 위치에서, 도펀트가 Ga 원자를 치환하는 형상을 조사하는 것 또한 중요하다. 이전의 Zn 연구에서, 두 개의 가능한 형상이 고려된다. 하나는 두 표면 Sb 이합체들 사이의 제2 양이온 층에서 Zn을 가진 것이고(도 3 파트 a), 다른 하나는 표면 Sb 이합체 바로 아래(도 3 파트 b)인 것이다. 각각의 필름 도핑 에너지는
Figure pct00040
및
Figure pct00041
[13]이다.
이 둘의 0.08eV 차이는 이들 부위에서의 "원자-수준" 스트레스에 대한 Zn 필름 도핑 에너지의 의존성을 반영하며, 표면 이합체 바로 아래의 압축성 부위에 비해 표면 이합체 사이의 인장 부위에서 Zn이 약간 더 선호된다. 여기서, 이 처리는 Mg/Cd/Be를 포함하는 것으로 확장되었고, 유사한 결과가 발견되었다. 각각의 필름 도핑 에너지는
Figure pct00042
,
Figure pct00043
,
Figure pct00044
,
Figure pct00045
,
Figure pct00046
,
Figure pct00047
이다. Mg로서는 두 위치간 에너지 차이가 0.28eV이고, Cd로서는 두 위치간 에너지 차이가 0.36eV인데, Zn의 에너지 차이보다 큰 것은 아마도 더 큰 공유 반지름을 가진 Mg와 Cd 때문일 것이다[27]. 그래서, 텐실 위치(tensile site)는 더 큰 Mg와 Cd에 의해 더욱 선호된다. Be는 압축 위치(compressive site)에서 약간 선호되는데, 이는 Be의 더 작은 공유 반지름 때문이다.
마지막으로, GaP 벌크내로 p-형 도펀트와 H의 코도핑이 조사되었다. 실험 관측은 GaP내의 Zn의 도핑 동안에 Zn, P 및 H의 복합체를 나타낸다[28]. 이는 어떤 H는 억셉터와 함께 벌크 내로 간다는 것을 의미한다. 이전의 Zn 연구에서, 하나의 H가 Zn와 함께 표면 아래로 병합되는 것과 관련된 에너지가 계산되었고, Zn-P-H 복합체 구조가 결정되었다. 도 3 파트 c는 Zn 옆에 있는 H를 따라 표면(또는 "벌크") 위치 내에 Zn 원자를 도핑하는 것을 나타낸다. 표면 상에 2H 원자가 남을 것이고(도 3의 파트 a에서 3H와 비교됨), ECR은 여전히 만족된다.
표면 H가 표면 아래로 갈 때, 도펀트 본딩 형상을 변화시켜서 도펀트-P-H 복합체를 형성한다. H가 없다면, 도펀트는 sp3 혼성화로 4개의 이웃 P 원자와 본딩된다(정사면체 구조, 도 3의 파트 a). 여분의 H가 있다면, 하나의 도펀트-P 본드가 끊어져서 P-H 본드를 형성하고, 도펀트는 sp2 혼성화로 3개의 이웃 P 원자와 본딩된다(평면 구조, 도 3 파트 c). 또한, 이는 ECR에 의해 설명될 수 있다. 도펀트는 두 개의 원자가 전자를 제공하고, H는 하나를 제공한다. P-H와 P-도펀트 본드에 대하여, 이는 3/4 전자를 가지고, 그래서 이들의 합은 전체적으로 3개의 전자를 주어서 ECR을 만족한다. 이에 따라, H가 도펀트와 코도핑되는 경우에, 도펀트 본딩 형상을 sp3 혼성화에서 sp2 혼성화로 변화시켜서 2개의 도펀트-P 본드와 빈 오비탈을 형성한다.
또한, 도펀트와 함께 기판으로의 H의 코도핑이 에너지적으로 선호되는 것이 발견되었다. Zn-P-H를 형성하는 제2차-양이온-층에서의 필름 도핑 에너지는 이전에
Figure pct00048
로 발견되었고[13], 이는 3H 원자가 표면에 남아있는 해당 경우보다 약 0.2eV 낮다. 이는 하나의 H 원자가 도펀트와 함께 (즉, Zn과 H의 코도핑) 기판 내(또는 "벌크")로 들어가도록 하는 열역학적 구동력이 존재한다는 것을 암시한다. 제2차 양이온층 Mg/Cd/Be 도핑 계산도 수행된다. 필름 도핑 에너지는
Figure pct00049
,
Figure pct00050
,
Figure pct00051
이다. 모든 에너지는 표면에 3H를 가진 모든 해당 경우보다 낮다. 그래서, 벌크 내로 Zn과 코도핑하는 H와 유사하게, 하나의 H 원자가 Mg/Cd/Be와 함께 벌크 내로 들어가도록 하는 열역학적 구동력이 있다는 것이 확인된다. 반면에, H가 도핑 효과를 완화시키면서 벌크 GaP 내의 p-형 도펀트를 보상할 것이라는 것이 알려졌고[29, 30], 이는 또한 전자 구조 계산(electronic structure calculation)에 의해서도 확인된다. 억셉터를 활성화 시키기 위하여, 도핑 공정 후에, H를 제거하기 위하여 어닐링 될 수 있다[29, 30]. 다시 말해, 코도핑된 H는 그 목적을 수행하여 도펀트 병합을 도와준 후에 제거될 수 있다.
이제, 상기 모든 계산을 기초로 하여, OMVPE 성장 동안에 가능하고 완전한 p-형 도핑 공정이 상정되고, 이는 도 4에서 Mg에 대한 예로서 도시된 바와 같이, Sb와 H의 이중 계면 활성 효과에 의해 구동된다. 2H/셀로 커버된 원래의 P-말단 표면 내의 Mg의 도핑이 도 4 파트 a에 도시된다. 예에서, 제1 단계로, P 이합체를 항상 치환하는 Sb와 함께, Mg 원자는 제1 양이온 층 내에 추가되고(도 4 파트 b), 여기서, Mg는 도핑 공정을 도와준다. 두 표면 H 원자는 도핑 동안에 ECR이 만족되도록 하고, Sb는 전자 저장소를 제공하는 역할을 하여, 격자로부터 표면 Mg와 Ga의 변화와 관련된 중요한 단계 후, ECR이 위반될 때, 전자 분배를 수용한다.
계속되는 예시적인 단계에서, 하나의 추가 H가 표면에 추가되어서 ECR을 만족시키기 위한 하나 이상의 전자를 가함에 의해 도핑 공정을 더욱 도와준다(도 4 파트 c). 예시적인 세 번째 단계에서, Mg 원자는 표면아래("벌크")로 들어가고, 제2차 또는 낮은 양이온 층 내의 Ga 원자를 대체한다. 동시에, 표면 H는 Mg와 함께 표면아래("벌크")로 코펀트로서 함께 들어가서, 도 4 파트 d에 도시된 바와 같이, Mg-P-H 복합체를 형성하고, 여기서, ECR은 복합체 부위에서 표면과 벌크에서 모두 만족된다. 코도핑된 H는 억셉터를 활성화시키기 위하여, 이후 어닐링에 의해 제거되어야 한다.
Zn, Mg, Cd 및 Be의 경우에 대한 해당 필름 도핑 에너지 변화가 도 5에 도시된다. 사각형은 Zn을 위한 것이다. 제1 단계는 ΔE = - 0.93eV이고, 이는 Sb/2H 향상된 시스템과 P/2H 시스템 사이의 에너지 차이를 나타낸다. 제2 단계는 ΔE = - 1.71eV이고, Sb/3H 시스템과 Sb/2H 시스템 사이의 에너지 차이를 나타낸다. 제3 단계는 ΔE = - 0.23eV이고, P-Zn-H 복합체와 Sb/3H 시스템 사이의 에너지 차이를 나타낸다. Mg(원)/Cd(삼각형)/Be(별)에 대하여, 제1 단계는 각각 ΔE = - 0.69eV, ΔE = - 0.85eV 및 ΔE = - 0.97eV이고, 이는 이중 계면 활성제로서의 Sb와 2H의 역할을 반영한다. 제2 단계는 각각 ΔE = 1.82eV, ΔE = 1.65eV 및 ΔE = 1.83eV이고, 세 번째 H의 역할을 반영한다(또한, 성장 챔버에서, 추측된 값보다 더 높은 H의 화학 포텐셜 때문에, 도핑 에너지 하락은 계산된 결과보다 더 높을 것이다). 제3 단계는 ΔE = - 0.05eV, ΔE = - 0.04eV 및 ΔE = - 0.2eV이고, 이는 P-Mg/Cd/Be-H 복합체를 형성하는 에너지 이익(energy gain)을 반영한다.
결과적으로, 열역학적으로 전체 도핑 공정에 대하여 전반적인 하향 에너지 광경이 있다. 시스템에 추가되는 하나의 H를 가진 제2-단계 필름 도핑 에너지는 H 화학 포텐셜에 의존하나, 표면으로부터 벌크로 이동한 하나의 H를 가진 제3-단계 H 필름 코도핑 에너지는 화학 포텐셜에 의존하지 않는다. 이는 성장 동안에, 하나가 H의 분압, 따라서 H 화학 포텐셜를 증가시켜서 제2 단계에서 p-형 도핑을 더욱 향상시킨다는 것을 의미한다.
이중-계면 활성 효과의 이 이론적 픽쳐(theoretical picture)와 ECR에 기초한 그 근본적인 물리적 메카니즘은 OMVPE 성장 동안에 Sb 주입으로 향상된 Zn 도핑 및 H와 Zn의 코-병합(co-incorporation)의 실험적인 관측과 질적으로 일치한다[7, 8]. 계산된 에너지 변화의 전반적인 경향은 정확한 것으로 예상된다.
따라서, 도 1 내지 도 5 및 이에 해당되는 글은 복수의 다양한 부품, 장치 및 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름을 도핑하는 예시적인 방법을 제공하는 기술을 제공한다. 상기한 것에 추가로, 본 발명의 예시적인 실시예는 특정한 결과를 달성하기 위한 방법으로서, 하나 이상의 행위를 포함하는 흐름도의 측면에서도 기술될 수 있다. 예를 들어, 도 6은 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름을 도핑하는 방법(600)을 나타낸다. 도 6의 행위는 도 1 내지 도 5를 참조하여 논의된 세부 사항과 관련하여 아래에 좀 더 자세히 논의된다.
예를 들어, 도 6은 도펀트를 에피택셜 성장 공정에 첨가하는 행위(602)를 포함하는 방법(600)을 도시한다. 예를 들어, p-형 도펀트가 에피택셜 성장 공정에 첨가될 수 있다. 예를 들어, 상기 기술된 바와 같이, 도펀트는 마그네슘, 베릴륨 및 카드뮴으로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.
또한, 방법(600)은 계면 활성제를 에패택셜 성장 공정에 첨가하는 행위(604)를 포함한다. 예를 들어, 전자 저장소의 역할을 할 수 있는 계면 활성제를 에피택셜 성장 공정에 첨가할 수 있다. 예를 들어, 상기 기술된 바와 같이, 전자 저장소의 역할을 할 수 있는 계면 활성제는 Sb와 Bi를 포함한다.
또한, 방법(600)은 수소를 에피택셜 성장 공정에 첨가하는 행위(606)를 포함한다. 예를 들어, 수소는 다양한 분압에서 에피택셜 성장 공정에 노출될 수 있다.
더구나, 방법(600)은 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름을 에피택셜 성장시키는 행위(608)를 포함한다. 예를 들어, Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름은 p-형 도핑된 반도체 필름의 형성을 촉진시키는 상태하에서 성장될 수 있다.
따라서, 도 1 내지 도 6에서 제공된 다이어그램 및 도면은 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름를 도핑하는데 사용될 수 있는 복수의 방법을 나타낸다.
본 발명은 본 발명의 사상 또는 필수적인 특징으로부터 벗어남 없이 다른 구체적인 형태로 구현될 수 있다. 기술된 실시예는 모든 면에서, 단지 설명적이지 제한적이지 않다고 고려되어야 한다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기 설명보다는 첨부된 청구항에 의해 표현된다. 취지 내의 모든 변형예와 청구항의 등가 범위는 본 발명의 범위 내에 포함되어야 한다.
참고문헌
상기 배경기술과 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용은 다양한 참고문헌을 인용한다. 이들 참고문헌의 완전한 목록은 아래에 포함되고, 이들 각각은 그 전체가 참조로서 본 명세서에 포함된다. 본 명세서에서 인용된 모든 특허, 출원, 참고문헌 및 공개문헌은, 참고문헌으로서 개별적으로 포함된 것과 같은 동일한 정도로 그 전체로서 참조로서 포함된다.
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Claims (20)

  1. p-형 도펀트를 에피택셜 성장 공정에 첨가하는 단계;
    전자 저장소의 역할을 할 수 있는 계면 활성제를 에피택셜 성장 공정에 첨가하는 단계;
    수소를 에피택셜 성장 공정에 첨가하는 단계; 및
    p-형 도핑된 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름의 형성을 촉진시키는 상태하에서, Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름을 성장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름을 도핑하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 p-형 도펀트를 에피택셜 성장 공정에 첨가하는 단계는 마그네슘을 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름을 도핑하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 p-형 도펀트를 에피택셜 성장 공정에 첨가하는 단계는 베릴륨을 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름을 도핑하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 p-형 도펀트를 에피택셜 성장 공정에 첨가하는 단계는 카드뮴을 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름을 도핑하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 저장소의 역할을 할 수 있는 계면 활성제를 에피택셜 성장 공정에 첨가하는 단계는 Sb를 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름을 도핑하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 저장소의 역할을 할 수 있는 계면 활성제를 에피택셜 성장 공정에 첨가하는 단계는 Bi를 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름을 도핑하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 수소를 에피택셜 성장 공정에 첨가하는 단계는,
    제1 수소 분압에서 수소를 첨가하는 단계; 및
    제1 수소 분압에서 제2 수소 분압으로 수소 분압을 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름을 도핑하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    p-형 도핑된 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름을 어닐링하여 코도핑된 수소를 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름으로부터 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름을 도핑하는 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름을 성장시키는 단계는 OMVPE 성장 공정을 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름을 도핑하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름을 성장시키는 단계는 MBE 공정을 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름을 도핑하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름을 성장시키는 단계는 CBE 공정을 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름을 도핑하는 방법.
  12. 도펀트, 계면 활성제 및 수소원(hydrogen source)이 존재할 때, 반도체 필름을 성장시키는 단계; 및
    반도체 필름을 성장시키는 동안에, p-형 도펀트로 도핑된 반도체 필름의 형성을 촉진시키는 상태를 만드는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 필름을 도핑하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 도펀트는 마그네슘, 베릴륨 및 카드뮴으로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 반도체 필름을 도핑하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 계면 활성제는 전자 저장소의 역할을 할 수 있는 것을 특징으로 하는 반도체 필름을 도핑하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 계면 활성제는 Bi인 것을 특징으로 하는 반도체 필름을 도핑하는 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 계면 활성제는 Sb인 것을 특징으로 하는 반도체 필름을 도핑하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 수소원(hydrogen source)이 존재할 때, 반도체 필름을 성장시키는 단계는,
    제1 수소 분압에서 수소를 첨가하는 단계; 및
    제1 수소 분압에서 제2 수소 분압으로 수소 분압을 변화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 필름을 도핑하는 방법.
  18. p-형 도핑된 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름의 형성을 촉진시키는 조건하에서, 마그네슘, 베릴륨, 카드뮴으로 구성된 군으로부터 선택된 p-형 도펀트, 전자 저장소 역할을 할 수 있는 계면 활성제 및 수소가 존재할 때, Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름을 애피택셜 성장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름을 도핑하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름을 애피택셜 성장시키는 단계는,
    성장 동안 제1 시간 주기 동안에 제1 수소 분압을 유지하는 단계; 및
    성장 동안 제2 시간 주기 동안에 제2 수소 분압을 유지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름을 도핑하는 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    p-형 도핑된 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름으로부터 수소를 제거하기에 충분한 온도 및 시간으로 p-형 도핑된 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름을 어닐링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 필름을 도핑하는 방법.
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