DE3321535A1

DE3321535A1 - Verfahren zum herstellen einer halbleiterphotokathode

Info

Publication number: DE3321535A1
Application number: DE19833321535
Authority: DE
Inventors: Ulf Dr. 7900 Ulm König; Eckard Dr. 7910 Neu-Ulm Sasse
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1983-04-22
Filing date: 1983-06-15
Publication date: 1984-10-25
Also published as: DE3321535C2

Description

3.

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH PTL-UL/Ara/deu

Theodor-Stern-Kai 1 UL 83/57

6000 Frankfurt (Main) 70

Beschreibung

Verfahren zum Herstellen einer
Halbleiterphotokathode

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiter-Glasverbunde·, insbesondere für Ill-V-Verbindunge-Photokathoden, bei dem ein Halbleiterkörper großflächig unter Anwendung von Druck und erhöhter Temperatur mit einem Glasträger fest verbunden ist.

Dünne III-V-VerbindungehalbIelter eignen eich als infrarot-empfindliche Photokathoden zum Nachtsehen. Da der dünne Halbleiter allein mechanisch nicht stabil ist, wird er anfangs in einer mechanisch stabilen Dicke von ca. 250μιη verwendet und dann bei erhöhter Temperatur von ca. 400"C bis 700⁰C unter Druck oder elektrostatisch mit einem dickeren stabilen, transparenten Träger aus Glas oder aus Saphir als Eintrittsfenster für das IR-Licht verbunden. Durch nachfolgendes chemisches (US-PS 39 59 045) oder

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cliemomechanisches Dünnen (DE-OS 29 09 985) wird der HaIblüitcrkürpur dann so weiL g c d ü η η t (ζ. U. aul^: 1 bis 3 μ m) , daß die vom Licht im Halbleiter erzeugten Elektronen auf der dem Träger abgewandten Seite des Halbleiters austreten können. Das optische Bild wird so in ein elektronisches umgesc LzL.

Zur Verbindung von Halbleiter und Glas verwendet man zweckmäßig eine dünne amorphe Penivierungsschicht el« Anglaevermittler, die vorher auf den Halbleiterkörper pyrolytisch oder durch Sputtern aufgebracht wird. Zur optischen Anpassung der Brechungszahlen von Halbleiter und Glaeträger, d. h. zur Verringerung der Reflexioneverluste bei der Durchstrahlung mit Licht, kann der Anglasvermittler aus mehreren amorphen Schichten bestehen und so gleichzeitig die Funktion eines Antireflexbelages erfüllen .

Bei herkömmlichen Anglasverfahren werden die zur Realisierung eines perfekten Verbundes notwendigen mechanischen Manipulationen, wie z. B. lokale Druckausübung oder Auf- und Abheben eines Gewichtee, in einem offenen, von Schutzgas durchfΙοοιβηβη Sy«tem durchgeführt· Ss wurde gefunden, daß sich sowohl die Grenzfläche zwischen Halbleiter und Glas bzw. Anglaevermittler als auch der Anglaevermittler selbst während simulierter Anglasprozesse drastisch än dert. Es treten metallische und oxidische Zwischenschich ten (As, Ga^O-) auf, wie z. B. in der nachfolgenden Tabelle 1 für das Beispiel eines GaAs-Halblelters angegeben. Auch wird die Anglaevermittlerechicht im Volumen und an der Verbindungegrenzfläche mit dem Glaskörper mit Ga angereichert.

. 5.

Ul, 83/57

Tab. L

	SiO₂	Schichtenf	olge	5%	Ga, Ga₂O₃
vor			der Temperung	5%	As₂O₃
			Ga₁Ga₂O₃
1<3 Onm	GaAs		SiO₂ mit ca.
		Ga₂Oo mit ca.
		As
250μπ>		GaAs
	nach
	< lOnm
	130nm
**20nm
*V10nm
250Mm

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bildung von Zwischenschichten, insbesondere dor vorgenannten Art,im Verbindungsbereich zwischen Glas und Halbleiter zu verhindern.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Verbindungsprozeß in einem Reaktionsraum bei weitestgehender Sauerstofffreiheit, insbesondere bei einem Sauerstoffgehalt von kleiner 100 ppm vorgenommen wird.

Bei Anwendung des beschriebenen Verfahrene treten keine unterwünschten Zwischenschichten auf. Das Verfahren verhindert auch bei sauerstoffdurchläseigen Anglaevermittlern bzw'. Antireflexbelägen einen oxidischen Angriff und Zerfall der Halbleitergrenzfläche. Es ist eine deutlich höhere Trenemineion erreichbar, ·ηί«ρν»οη·η<1 einer Brhöhung der Elektronenausbeute im Halbleiter von ca. 60% gegenüber derjenigen beim herkömmlichen Verfahren.

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Die Bedeutung dieses Verfahrens wird auch aus Berechnungen unter Zugrundelegung einer Theorie zur Bestimmung von Transmission und Reflexion beliebiger Folgen dünner Schichten mit dem Berechnungsindex *n , und dem Absorptionsindex k, erkennbar. Die nachstehende Tabelle 2 gibt für zwei Wellenlängen im nahen IK-Bereich an, wieviel Prozent des einfallendenLichtes in den infrarot empfindlichen Halbleiter gelangen (Transmission) und somit hier in ein elektro nisches Bild umgesetzt werden können. Nach dem herkömmlichen Verfahren absorbieren die Zwischenschichten, insbesondere die metallische As-Schicht ca. 50% des einfallenden Lichtes. Mit dem neuen Verfahren läßt eich die Transmission, wie für das Beispiel des Anglasverraittlere SiO, in der Tab. 2 gezeigt, auf 81% steigern. Bei einem mehrschichtigen Antireflexbelag (z. B. aus SiO» und TiO₂) sind dann nahezu 100% erreichbar.

Tab. 2

Transmission nach Anglasen für

870nm

670nm

mit Zwischenschichten

53%

48%

erfindungsgemäß ohne Zwischenschichten

81%

Anhand des in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeiepielee wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert.

Die FIG. 1 zeigt einen Halbleiterkörper 1, der aus mehreren llaibieiterschichten bestehen kann. Er ist belegt mit einer dünnen Amorphen ftohleht St, evtl. aueh bestehend aus verschiedenen amorphen Materialien als Anglasvermittler und/oder als Antireflexbelag. Der transparente Träger ist entweder eine einheitliche Giassorte, wie z.B. Corning-Glas 7056 oder Schott-Glas ZKN7 oder ein hartes

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Trägerg las bzw. Saphir mit einem weichen Lotglas. Die Oberflächen- 20 1 dor Schicht 2 und 301 des Trägere 3 werden unter Druck bei erhöhter Temperatur miteinander verbunden. Dieser Verbind^jungeprozeß wird gemäß der Erfindung in sauer αtofffreier Umgebung bevorzugt in einem vertikalen System, wie in FIG. 2 gezeigt, durchgeführt. Die Wandung des Reaktionsraumes besteht aus einem Quarz oder Metallrohr. An dem Einlaßstutzen 5 kann wahlweise eine Pumpeneinrichtung oder eine Schutzgasflasche angeschlossen werden. Der Ausgang 6 enthält beispielsweise ein Rückschlagventil. Auf einem Teil seiner Länge ist-das Rohr 4 etwa mit einer Spirale 7 beheisber. Im oberen Teil befin det sich eine Kühlvorrichtung 8 für die meist ungenügend temperaturbeständige Vakuumdichtung 9 sowie für den in den oberen Deckel 10 eingelassenen Faltenbalg 11. Letzterer ermöglicht mechanische Manipulationen in der Vorrichtung etwa mit dem Stab 12.

Die Halbleiterscheibe 1, belegt mit der amorphen Schicht 2, wird zusammen mit dem Glasträger 3 in eine Lehre 13 eingelegt. Nach Verschließen des Systeme wird evakuiert und/oder gründlich Spülgas durchgeachickt um jegliche Sauer 8toffres te zu entfernen. Danach erfolgt das langsame Aufheizen auf die Anglastemperatur. Hier wird unter ständigem Gasdurchsatz entweder mit der Stange 12 lokal auf den Glaeträger 3 jjedrüekt oder ein eben·« Qewieht Hufge setzt ,um den Verbund zu realisieren. Nach Abkühlen der Vorrichtung und Entnahme der Verbündetruktur erfolgt die Weiterbearbeitung zur Halbleiterphotokathode.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bestand der Halbleiter 1 aus GaAs mit einer Dicke von etwa 25UMm₁ der Anglasvermittler 2 aus pyrolytisch aufgebrachtem SiO₂ mit einer Dicke von etwa 130nm. Der Glasträger 3 bestand aus Schottglas ZKN 7.

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K η wurde ein ob on es Gewi, el ι I: von 500g au Fßo I ep, I: zur Einstellung des notwendigen Anglasdruckes. Der Ofen 4 aus

-3 Quarz wurde nach einer kurzen Evakuierungsphase bei 10 Torr mit in einer Palladiumzelle gereinigtem Wasserstoff )5 durchspült. Der Ofen wurde bis auf 670⁰C hochgeheizt, diese Temperatur etwa lh gehalten und dann in etwa lh abgekühlt. Während dieser Zeit entstand der Halbleiter-Glas- Verbund , ohne unerwünschte Zwischenschichten und ohne unverwünschte Änderungen in der Zusammensetzung des Anglasvermittiers. Dieser llalbleiter-Glasverbund ergab eine Halbleiterphotokathode mit ausgezeichneten Transmissionseigenschaften. Diese verbesserten Eigenschaften werden im wesentlichen darauf zurückgeführt, daß auf äußerste Sauerstoff freiheit bei dem Verbinden des Halbleiters mit dem Glasträger geachtet wurde.

Lebrseite -

Claims

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH PTL-UL/Am/deu

Theodor-Stern-Kai 1 UL 83/57

6000 Frankfurt (Main) 70

Patentansprüche

Verfahren zum Herstellen eines insbesondere als Photokathode ausgebildeten Halbleiter-Glasverbundes, bei dem
ein Halbleiterkörper großflächig unter Anwendung von Druck und erhöhter Temperatur mit einem Glasträger fest verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsprozeß in einem Reaktionsraum in einer Atmosphäre hoher
Sauerstofffreiheit, insbesondere bei einem Sauerstoffgehalt von kleiner 100 ppm vorgenommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

der Verbindungsprozeß in einem Vakuum von weniger als

-3 -4

10 , insbesondere 10 Torr, vorgenommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsprozeß in reinster Spülgasatmosphäre,
insbesondere in einer Wasserstoff-, Argon- oder Stick-

stoffatmosphäre, vorgenommen wird.

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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsraum von außen beheizbar und mit einer vakuumdichten Vorrichtung zur Durchführung mechanischer Manipulationen an dem Halbleiter-Glaskörper

)5 versehen 1st.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein III-V-Verbindungehalbleiter mit dem Glasträger verbunden wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß LO ein galliumhaltiger binärer, ternärer oder qu*ternärer III-V-Verbindungehalbleiter mit dem Glasträger verbunden wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper vor dem Verbin-

L5 dungeprozeß auf seiner Verbindungsfläche mit wenigstens einer dünnen, sauerstoffdurchlas8igen Anglasvermittlerschicht bedeckt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper mit einer oder mehreren amorphen

•0 Anglasvermittlerschichten, insbesondere Metall- oder Halbmetalloxiden bzw. -nitriden, beschichtet wird.
9 . Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anglasvermittlerschichten durch thermische Zersetzung (pyrolytisch) oder durch 8puttern auf den Halbleiterkörper aufgebracht werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dad,ur.ch gekennzeichnet, daß während des Verbindungsprozesses in dem Reaktionsraum ein Sauerstoffgehalt von kleiner als 50ppm, vorzugsweise kleiner als 25 ppm, insbesondere kleiner als 10 ppm, herrscht.