JP2889291B2 - Method for manufacturing p-type semiconductors of group III-V - Google Patents

Method for manufacturing p-type semiconductors of group III-V

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION 【産業上の利用分野】[Industrial applications]

この発明は、例えば、p型InGaAs半導体等の、III−
V族化合物p型半導体の製造方法に関する。
The present invention relates to, for example, III-type InGaAs semiconductors.
The present invention relates to a method for manufacturing a group V compound p-type semiconductor.

【従来の技術】[Prior art]

例えば、半導体光電面であるp型InGaAs光電面を製造
する場合、自由電子の放出効率を高めるための手段とし
て、ポテンシャルエネルギの内部傾斜を形成する方法、
及び、基板側と自由電子放出表面側で、ドープ材のドー
プ量を変化させ、該ドープ量の濃度傾斜によって内部電
界を作る方法が知られている。 これらの方法は、1つの光電面においては、別個独立
に、又適宜組合せて実施されていた。 上記のような、ポテンシャルエネルギの内部傾斜を形
成する方法としては、InとGaの供給比を制御する方法が
ある。 又、ドープ量の濃度傾斜を形成する方法としては、ド
ープ材の供給量を制御する方法がとられている。
For example, when manufacturing a p-type InGaAs photocathode which is a semiconductor photocathode, as a means for increasing the emission efficiency of free electrons, a method of forming an internal gradient of potential energy,
Further, a method is known in which the doping amount of the doping material is changed between the substrate side and the free electron emission surface side, and an internal electric field is formed by the concentration gradient of the doping amount. These methods have been practiced separately and independently in a single photocathode. As a method of forming the internal gradient of the potential energy as described above, there is a method of controlling the supply ratio of In and Ga. As a method of forming the concentration gradient of the doping amount, a method of controlling the supply amount of the doping material has been adopted.

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be solved by the invention]

上記のような従来の方法は、ポテンシャルエネルギの
内部傾斜とドープ量の濃度傾斜を組合せて用いる場合、
エネルギーギャップの異なる活性層毎にドープ量の制御
をしなければならず、活性層成長過程が複雑であり、成
長条件を決定するのが難しいという問題点がある。 これは、光電面のみならず、III−V族化合物p型半
導体に一般的に共通の問題点である。 この発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたもので
あって、活性層内部におけるポテンシャルエネルギの傾
斜と、ドープ材の濃度傾斜を同時に、極めて容易に形成
できるようにしたIII−V族化合物p型半導体の製造方
法に関する。
The conventional method as described above uses a combination of the internal gradient of the potential energy and the concentration gradient of the doping amount,
The doping amount must be controlled for each active layer having a different energy gap, and the active layer growth process is complicated, and it is difficult to determine the growth conditions. This is a common problem not only in the photocathode but also in the group III-V compound p-type semiconductor. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and is intended to make it easy to simultaneously form the gradient of the potential energy inside the active layer and the gradient of the concentration of the dopant in the active layer. The present invention relates to a method for manufacturing a mold semiconductor.

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

この発明は、基板上に、MOCVD成長法により、p型III
−V族層を形成するとき、III族原料の気相比を一定と
し、亜鉛をドープ材として、その流量のみを変化させる
ことにより、III−V族活性層におけるドープ量の濃度
傾斜と、III族元素の組成比の傾斜を、同時に形成する
ことにより上記目的を達成するものである。 又、III族原料の気相比を一定とし、ドープ材の流量
のみを変化させるようにして上記目的を達成するもので
ある。 更に、前記III−V族化合物はInGaAsとすることによ
り上記目的を達成するものである。 又、InxGa1−xAsにおける活性層の組成を0≦x≦0.2
5とすることにより上記目的を達成するものである。 更に又、ドープ材のドープ量を、1018〜1021cm-3とす
ることにより上記目的を達成するものである。 この発明は、MOCVD成長法によりp型III−V族層を形
成するときに、亜鉛をドープ材として、III−V族活性
層におけるドープ量の濃度傾斜とポテンシャルエネルギ
の内部傾斜を同時に、且つ容易に達成できるとの知見に
基づくものである。 特に、III族原料の気相比を一定とした場合、ドープ
材料の流量のみを変化させることによってポテンシャル
エネルギの内部傾斜及びドープ量の濃度傾斜を容易に達
成することができた。 更に、III−V族化合物をInGaAsとし、ドープ材料を
亜鉛としたとき、上記の傾向はより顕著であった。更に
又、上記の場合、InxGa1−xAsにおける活性層の組成が
0≦x≦0.25としたとき、ポテンシャルエネルギの内部
傾斜及びドープ量の濃度傾斜の形成が容易であった。
According to the present invention, a p-type III
When forming the group-V layer, the concentration gradient of the doping amount in the group-III-V active layer is reduced by keeping the gaseous phase ratio of the group-III raw material constant, changing the flow rate of zinc as a doping material, and changing only the flow rate thereof. The object is achieved by simultaneously forming the gradient of the composition ratio of the group element. Further, the above object is achieved by keeping the gaseous phase ratio of the group III raw material constant and changing only the flow rate of the doping material. Further, the above object can be achieved by using InGaAs as the III-V group compound. Further, the composition of the active layer in InxGa 1 -xAs is 0 ≦ x ≦ 0.2
By setting 5, the above object is achieved. Further, the above object is achieved by setting the doping amount of the doping material to 10 18 to 10 21 cm -3 . According to the present invention, when forming a p-type III-V group layer by MOCVD growth, the concentration gradient of the doping amount and the internal gradient of the potential energy in the III-V group active layer can be simultaneously and easily controlled by using zinc as a doping material. It is based on the knowledge that this can be achieved. In particular, when the gaseous phase ratio of the group III raw material was fixed, the internal gradient of the potential energy and the concentration gradient of the doping amount could be easily achieved by changing only the flow rate of the doping material. Further, when the III-V group compound was InGaAs and the doping material was zinc, the above tendency was more remarkable. Furthermore, in the above case, when the composition of the active layer in InxGa 1 -xAs is 0 ≦ x ≦ 0.25, it is easy to form an internal gradient of potential energy and a concentration gradient of doping amount.

【実施例】【Example】

以下本発明を実施するための装置及び製造過程を示す
図面を参照して、本発明を詳細に説明する。 この実施例は、半導体光電面作成のためのInGaAs単結
晶膜作成にあたりGaAs基板上にp型InGaAs層を形成する
場合についてのものである。 第1図に示されるように、反応管10内の、カーボンセ
サプター12上にスライスされたGaAs基板14を載置する。 このGaAs基板14上のInGaAs成長は、MOCVD成長法によ
って行う。 この場合、III族原料としては、トリメチルガリウム
(以下TMG)及びトリエチルインジウム(以下TEI)を、
V族原料としてアルシン(以下AsH3)ドープ材としてジ
エチルジンク(以下DEZ)を、それぞれH2ベースで用い
るものとする。前記TMGはTMGボンベ16から、TEIはTEIボ
ンベ18から、DEZはDEZボンベ20からそれぞれマスフロー
メータ22を介して反応管10に供給する。 又、AsH3とH2はそれぞれの供給源(図示省略)から供
給する。 一般に、p型半導体の場合、気相比χv=TMG/TMG+T
EIを、例えば0.863と一定とし、DEZの流量を次の第1表
のように制御すると、ドープ量、組成比は第1表の右欄
に示されるようになった。 これを、第2図に示される半導体光電面28製造に適用
する場合、まずGaAs基板14上に、p型In0.08Ga0.92Asの
バッファ層24を10〜15μm成長させる。 その上に活性層26を、気相比χvを一定とし、DEZの
流量を基板側から真空側に徐々に下げてゆき、3μm成
長させる。その結果、活性層26において、ドープ量は、
基板側で1×1020cm-3、真空側で2×1019cm-3と徐々に
濃度が低くなり、又組成比xは基板側で16%、真空側で
20%と徐々に多くなった。 即ち、通常の場合は気相比を変化させることによって
組成比を変化させ、又ドープ量制御はDEZの流量変化に
よって行っていたが、本発明の場合は、気相比を一定と
し、DEZの流量のみを変化させることによって、上記の
ように、ドープ量の濃度傾斜及び組成比の傾斜即ちポテ
ンシャルエネルギの内部傾斜を同時に達成することがで
きた。 換言すれば、p型InGaAs成長において、DEZの供給量
を除々に減少させることによって、ドープ量を基板側か
ら電子放出面側にかけて暫時減少する濃度傾斜と、組成
比xが逆に暫時増大するバンドギヤップ傾斜を同時に達
成できた。 同様の傾向は、組成比χvの異なる条件あるいはDEZ
の流量が異なる条件でも確認できた。 以上のようにして得られたp型InGaAs光電面のエネル
ギーバンド図(エネルギーレベル図)は第3図のように
なった。 図において、Aは伝導帯、Bは価電子帯、Cはフェル
ミレベル、Dは酸化セシウム層、Eは真空レベルをそれ
ぞれ示す。 この図から、バンドギヤップ傾斜とドープ量傾斜の両
方の作用により、ポテンシャルエネルギの内部傾斜があ
り、これにより自由電子の放出効率が高められることが
明確である。 なお上記実施例は、p型InGaAs光電面を製造する過程
についてのものであるが、本発明はこれに限定されるも
のでなく、III−V族p型半導体製造に際して一般的に
適用され得るものである。 従って、例えば、Asの代わりにPを用いてもよい。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings showing an apparatus and a manufacturing process for carrying out the present invention. This embodiment relates to a case where a p-type InGaAs layer is formed on a GaAs substrate when forming an InGaAs single crystal film for forming a semiconductor photocathode. As shown in FIG. 1, a sliced GaAs substrate 14 is placed on a carbon susceptor 12 in a reaction tube 10. The growth of InGaAs on the GaAs substrate 14 is performed by the MOCVD growth method. In this case, as a group III raw material, trimethylgallium (hereinafter, TMG) and triethylindium (hereinafter, TEI) are used.
Arsine (hereinafter, AsH 3 ) as a V-group raw material, and diethyl zinc (hereinafter, DEZ) as a doping material are used on an H 2 basis. The TMG is supplied from the TMG cylinder 16, the TEI is supplied from the TEI cylinder 18, and the DEZ is supplied from the DEZ cylinder 20 to the reaction tube 10 via the mass flow meter 22. AsH 3 and H 2 are supplied from respective supply sources (not shown). Generally, in the case of a p-type semiconductor, the gas phase ratio χv = TMG / TMG + T
When the EI was kept constant at, for example, 0.863 and the flow rate of DEZ was controlled as shown in Table 1 below, the doping amount and the composition ratio were as shown in the right column of Table 1. When this is applied to the manufacture of the semiconductor photocathode 28 shown in FIG. 2, a buffer layer 24 of p-type In 0.08 Ga 0.92 As is grown on the GaAs substrate 14 by 10 to 15 μm. The active layer 26 is grown thereon by keeping the gas phase ratio Δv constant and gradually reducing the flow rate of DEZ from the substrate side to the vacuum side to 3 μm. As a result, in the active layer 26, the doping amount is
The concentration gradually decreases to 1 × 10 20 cm -3 on the substrate side and 2 × 10 19 cm -3 on the vacuum side, and the composition ratio x is 16% on the substrate side and 16% on the vacuum side.
It gradually increased to 20%. That is, in the normal case, the composition ratio is changed by changing the gas phase ratio, and the doping amount is controlled by changing the flow rate of DEZ. By changing only the flow rate, as described above, the concentration gradient of the doping amount and the gradient of the composition ratio, that is, the internal gradient of the potential energy could be simultaneously achieved. In other words, in the growth of p-type InGaAs, by gradually decreasing the supply amount of DEZ, the concentration gradient in which the doping amount decreases temporarily from the substrate side to the electron emission surface side, and the band in which the composition ratio x increases in the opposite direction temporarily increase. The gap inclination was achieved at the same time. A similar tendency is observed when the composition ratio Δv is different or when DEZ
Was confirmed even under different flow rates. The energy band diagram (energy level diagram) of the p-type InGaAs photocathode obtained as described above is as shown in FIG. In the figure, A indicates a conduction band, B indicates a valence band, C indicates a Fermi level, D indicates a cesium oxide layer, and E indicates a vacuum level. From this figure, it is clear that there is an internal gradient of potential energy due to both the action of the band gap gradient and the doping amount gradient, which enhances the free electron emission efficiency. Although the above embodiment is directed to the process of manufacturing a p-type InGaAs photoelectric surface, the present invention is not limited to this, and can be applied generally to the manufacture of III-V group p-type semiconductors. It is. Therefore, for example, P may be used instead of As.

【発明の効果】【The invention's effect】

本発明は上記のように構成したので、ドープ材の流量
制御のみによってバンドギヤップ傾斜とドープ量傾斜の
両方を同時に、容易に形成することができるという優れ
た効果を有する。
Since the present invention is configured as described above, it has an excellent effect that both the band gap gradient and the dope amount gradient can be easily and simultaneously formed only by controlling the flow rate of the dope material.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明に係るIII−V族化合物p型半導体の製
造方法を実施するためのMOCVD装置を示す配管図、第2
図は同製造方法で作成した光電面を示す断面図、第3図
は同光電面のエネルギーバンド図である。 10……反応管、 14……GaAs基板、 16……TMGボンベ、 18……TEIボンベ、 20……DEZボンベ、 22……マスフローメータ、 24……バッファ層、 26A……第1層、 26B……第2層、 26C……第3層、 28……光電面。
FIG. 1 is a piping diagram showing a MOCVD apparatus for carrying out a method for producing a group III-V compound p-type semiconductor according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a photocathode prepared by the same manufacturing method, and FIG. 3 is an energy band diagram of the photocathode. 10 ... Reaction tube, 14 ... GaAs substrate, 16 ... TMG cylinder, 18 ... TEI cylinder, 20 ... DEZ cylinder, 22 ... Mass flow meter, 24 ... Buffer layer, 26A ... First layer, 26B ... 2nd layer, 26C ... 3rd layer, 28 ... Photocathode.

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】基板上に、MOCVD成長法により、p型III−
V族層を形成するとき、III族原料の気相比を一定と
し、亜鉛をドープ材として、その流量のみを変化させる
ことにより、III−V族活性層におけるドープ量の濃度
傾斜と、III族元素の組成比の傾斜を、同時に形成する
ことを特徴とするIII−V族化合物p型半導体の製造方
法。
1. A p-type III-type film is formed on a substrate by MOCVD growth.
When forming the group V layer, the concentration gradient of the doping amount in the group III-V active layer is increased by keeping the gaseous phase ratio of the group III raw material constant and changing only the flow rate using zinc as a doping material. A method for producing a group III-V compound p-type semiconductor, characterized by simultaneously forming a gradient of a composition ratio of elements.
【請求項2】請求項1において、前記III−V族化合物
はInGaAsであることを特徴とするIII−V族化合物p型
半導体の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein said III-V compound is InGaAs.
【請求項3】請求項2において、InxGa1−xAsにおける
活性層の組成は0≦x≦0.25であることを特徴とするII
I−V族化合物p型半導体の製造方法。
3. The composition according to claim 2, wherein the composition of the active layer in InxGa 1 -xAs is 0 ≦ x ≦ 0.25.
A method for producing an IV group compound p-type semiconductor.
【請求項4】請求項1乃至3のうちのいずれかにおい
て、ドープ材のドープ量は、1018〜1021cm-3であること
を特徴とするIII−V族化合物p型半導体の製造方法。
4. A method for producing a group III-V compound p-type semiconductor according to claim 1, wherein the doping amount of the doping material is 10 18 to 10 21 cm -3. .
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