DE2356206A1 - Verfahren zur herstellung einer photokathode - Google Patents
Verfahren zur herstellung einer photokathodeInfo
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Description
•ri
25-10-1973
GÜNTHER M. DAVID
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Anrr.cfdar: f!.V. p;:;u?y GLO^iLAMFiNFABRItKEM
Anrr.cfdar: f!.V. p;:;u?y GLO^iLAMFiNFABRItKEM
Akte: PHB-32.291
Anmeldung vom» 7. NOV. 1973
Anmeldung vom» 7. NOV. 1973
Verfahren zur Herstellung einer Photokathode.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Photokathode, die eine einkristalline Schicht aus Photokathodenmaterial, wie p-leitendem Galliumarsenid, enthält, deren Dicke
in der Grössenordnung der Diffusionslängs darin vorhandener Elektronen
liegt.
Es ist notwendig, dass die Dicke von Photokathoden aus Galliumarsenid vom Durchlasstyp in der Größenordnung der Diffusionslänge der darin vorhandenen Elektronen liegt, weil, wenn ihre Dicke
erheblich grosser wäre, durch die Absorption von Eingangs strahlung
erregte Elektronen zu der emittierenden Oberfläche der Photokathode
diffundieren könnten, ohne dass eine wesentliche Rekombination auftreten
würde. In der Praxis bedeutet dies, dass die Dicke der Schicht nur einige Mikrons betragen soll. Da eine frei angebrachte Schicht aus
Galliumarsenid mit einer Dicke in dieser Grössenordnung äusserst zerbrech
409822/0779
// 25-10-1573
lieh wäre, ist es erwünscht, die Schicht auf einem Substrat anzubringen,
sodass sie mechanische .Festigkeit erhält. Dieses Substx'at mus3 selbstverständlich
für Eingangsstrahlung, -lie in der Galliumarsenid schicht absorbiert
werden seil, durchlässig sein. Auch muss das Substat ein derartiges
Kristallgitter aufweisen,, dass eine einkristalline GaliiuTr.arsenidnchicht
darauf angewachsen v/erden kann und dass die resultierende F»hlanpa.asung
des Sitters genügend klein ist, un zu verhindern, dass eine zu starka
Grenzf lächcnrekonbination der Elektronen in dem Galliuir.rix-senid auftritt
(Eine derartige Rekombination nimmt im allgemeinen mit zunehmender Fehlanpassung
zu).
In der britischen Patentschrift 1.239·353 wird die Anwendun·
von Gallium-Aluminium-Arsenid für diesen Zweck erwähnt. Eine Schicht aus
Gallium-Aluninium-Arsenid wird zunächst auf eines Galliunarsenidkristall
angewachsen, wonach.eins dünne p-leitende Salliumarsenidschicht auf der
freien Galliuin-Aluminium-Arsenidoberfläche angewachsen wird. Der ursprüngliche
Galliunarsenidkristall wird schliesslich vollständig entfernt, wonach eine dünne Schicht aus p-leitendem Galliumarsenid auf Gallium-Alurainium-Arsenid
zurückbleibt.
Die Erfindung bezweckt, ein anderes Material zu schaffen, auf dem die dünne Schicht aus p-leitenden Galliumarsenid angebracht wird.
Das.Verfahren nach der Erfindung zur Herstellung einer
Photokathode, die eine einkristalline Schicht aus Photokathcdenmaterial
(gegebenenfalls p-leitendem Galliumarsenid) enthält, deren Dicke in
der Grössenordnung der Diffusionslänge darin vorhandener Elektronen liegt,
ist dadurch gekennzeichnet, dass:
(a) eine einkristalline Schicht aus Gallium-Indium-Phosphid durch eine
epitaktische Technik auf einen einkristallinen Substrat aus den genannten Photokathodenraaterial angewachsen wird, wobei das Phcsphid
derartige relative Mengen an Galliua und Indium enthält, dass
4098 22/0779 b«, or,G,nal
-3- - FKB. 32291
Va/WH/Mont
. - 25-IO-I973
der Gitterparameter dieses Materials nahezu gleich dem des genannten
Photokathodenriaterials ist;
(b) danach die genannte Schicht aus Photokathodenmaterial durch eine
epitaktische Technik auf der freien Oberfläche der Galliuia-Indium-Phcsphidschicht
angewachsen wir\i, und .
(c) anschliessend wenigstens ein Teil des genannten Substrats entfernt
wird, wodurch das Galliuin-Indium-Phosphid freigelegt wird.
Eine Photokathodenstruktur nach der Erfindung ist dadurch j-ekenn7.eichr.et·, dass sie eine epi taktische Schicht aus Phetokathodenmatyrial
(gegebenenfalls p-leitendem Galliumarsenid) enthält, die auf
einer grossen Fläche einer Platte aus einkristallinera Galliura-Indium-Phosphid
angebracht ist, wobei das Phosphid derai'tige relative Mengen an
Gallium und Indium enthält, dass der Gitterparameter dieses Materials
nahezu gleich dem des genannten Photokathodenmaterials ist, und wobei
die Dicke der genannten Schicht aus Photokathodenmaterial in der Grössenordnung
der Diffusionslänge darin vorhandener Elektronen liegt, vährend wenigstens ein Teil der anderen grossen Fläche der Gallium-Indium-Phosphidplatte
nahezu nicht mit Feststoff in Kontakt ist,,
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel
an Hand der Zeichnung näher erläutert, die (nicht masstäblich) einen Axialschnitt durch eine Bildverstärkerröhre und/oder Bildwandlerröhre
vom liähfikussierungstyp (proximity type) zeigt.
In der Zeichnung enthält ein evaktiierter zylindrischer
Glaskolben 1 ein für Infrarotstrahlung durchlässiges Fenster 2 an einem
seiner Enden. Neben diesem Fenster befindet sich innerhalb des Koltens
ein PhotokathodengeMlde 3. Dieses' Gebilde 3 enthält eine einkristalline
Schicht 4 aus Galliumarsenid mit einer Dicke von 1 bis 5/Wtf und mit einer
"IR IQ
Dotierung von z.B. '10 Ms 10 Zinkatoinen/cin , um dieses Material
p-rleitend zu machen. Die Schicht 4 wird auf epi taktischem Wege auf einer
-,^-,W,-..- 409822/0779 bad
Υα/'.ν:?/Ηοήΐ
25-10-1975
Einkristallplatte oder -scheibe 5 aus Galliurn-Indi uni-Phosphid nib pijier
Dicke von z.B. 10 bis 20/um angebracht. Das Material der' Sohe\h.p 5 enthält
nahezu gleiche Atomprozentsätze (im Idealfall 49/s bis 51/'^) an
Indium und Gallium, so dass sein Gitterparameter nahezu gleich dem des
Galliumarsenids der Schicht 4 ist.. Die Scheibe 5 wird am Umfang von
einem kreinftJrrcigen Rahmen 6 aus Galliumarsenid abgestützt ι der an den
Kolben 1 befestigt ist. Die freie Oberfläche der Schicht 4 wird mit Zäsium-Sauerste ff auf bekannte Weise aktiviert und isf einer kathodenlumineszierenden
Schicht 7 zugekehrt und grenzt an diese Schicht, die
auf einer durchlässigen elektrisch leitenden (nicht dargestellten)
Schicht auf der gegenüberliegenden Endwand des Kolbens 1 angebracht ist. (liicht dargestellte) Zuführungsleiter., die mit dein Rahmen 6 und
der unter der Schicht 7 liegenden leitenden Schicht in Kontakt sind, werden vakuumdicht durch die Wand des Kolbens 1 geführt und dienen dazxi,
an die Schicht J ein in bezug auf das Photokathodengebilde 3. in Betrieb
positives Potential anzulegen, so dass jedes auf der freien Oberfläche der Schicht 4 von einen über das Fenster 2 auf diese Oberfläche fokussierten
Bild von Infrarotstrahlung oder sichtbarer Strahlung erzeugte Elektronenbild zur Folge hat, dass ein entsprechendes lumineszierendes
Bild von der Schicht 7 erzeugt wird, das durch die Endwand des Kolbens
beobachtet wird.
Das Photokathodengebilde 3 kann auf folgende Weise
hergestellt werden:
Eine einkristalline Platte aus Galliumarsenid mit einer Dicke von z.B. 5OO7UÜI wird poliert, wonach darauf die Platte 5 durch
Epitaxie aus der flüssigen Phase (wie von z.B. Stringfellow, Journal
Appl. Physics 4J., S. 3455-3460 (1972) beschrieben wird) oder durch
Epitaxie aus der Dampfphase, (z.B. durch, ein von Nuese in Metallurgical
Transactions 2_, S. 789 ff. (März I971) beschriebenes Verfahren) ange-
.:a-— — ■:'■ ' 4 098 2.2V Q 77 9 . 3ADORiGiNAL
-5- · PHB. 32291 *
Va/WR/Xoni
26-10-1973
v/achsen wird. Ss wurde gefunden, dass bei Epitaxie aus der flüssigen
Fhasfi, vorausgesetzt, dass die Mengen an Gallium und Indiua in den für
den Wachstumsvcrgang verwendeten Material nahezu richtig (50/o - 50/£)
sind, durch thez'Jiodynamische Bedingungen das tatsächliche Wachstum von
Gallium-Indium-Phosphid be^änstigt wird, wobei die relativen Mengen an
Gallium und Indium in diesem Material derartig sind, dass eine nahezu
genaue Gitter-anpassung an das unterliegende Galliumarsenid (und. somit
auch an das Galliumarsenid der Schicht 4» die danach auf der freien
Oberfläche des Phosphide angebracht werden muss)- erhalten wird.
Die Schicht 4 aus p-leitenaem Galliumarsenid wird dann auf
der freien Oberfläche der Platte 5 entweder durch Epitaxie aus der Dampfphase (wie z.B. von Tietjen und Amick in Journal of the Electrochemical
Society 113t S. 724 09^6) beschrieben ist) oder durch Epitaxie aus
der flüssigen Phase (wie z.3. von Panish, Sumski und Hayashi in Metall.
Trans. 2_, S. 795-801 (1971) beschrieben ist) angebracht. Die erhaltene
GaAs-GalnP-GaAs-Schichtenstruktur wird dann z.B. mit Hilfe von Wachs,
mit Ausnahme der mittleren Zone der ursprünglichen Galliuraarsenidplatte,
maskiert und anschliessend z.B. mit H?SO. : Hq^? : ^"P *n ^en ^^l^-cnen
Verhältnissen geätzt, so dass die mittlere Zone der ursprünglichen Galliunarsenidplatte entfernt wird und die Platte 5» die Schicht 4 und
der Rahmen 6 zurückbleiben (wobei der Rahmen 6 durch den verbleibenden
Teil der ursprünglichen Galliumarsenidplatte gebildet wird).
Das Wachs-wird gelöst und die Schicht 4 wird dann mit
Zäsium und Sauerstoff aktiviert, wie ZoB» von Liu und anderen in.Applied
Physics Letters J_/}_» Nr. 9, g-j 275 ff· Ü969) beschrieben ist, und neben
der Phosphorschicht in dem Kolben 1 angeordnet»
Erwünschtenfalls kann das Galliumarsenid -von 4 und 6
durch Gallium-Indium-Arsenid or Tndiun-Arsen-Phosphid ersetzt werden.
409822/0779
Claims (1)
- Γ-f/-10-197 5Patentansprüche:ί 1. ) Verfahren zur Herstellung einer Pho tokatlioie, die eineeinkristalline Schicht aus Photokathodenrnaterial enthält, deren Dicke in der Grcssenordnung der Eiffusionelange darin vorhandener Elektronen liegt, dadurch gekennzeichnet, dass:(a) eine einkristalline Schicht aus Gallium-Indiun-Phosphid durch eine epitaktische Technik' auf einem einkristallinen Substrat aus dem genannten Photokathodanmaterial angewachsen wird, wobei das Phosphid derartige relative Mengen an Gallium ur.d Ir.liun enthält, dass der Gitterparanieter dieses Materialc nahezu gleich den des genannten Photoicathodenmaterials ist;(b) anschliessend die genannte Schicht au3 Photokathodenmaterial durcheine epitaktische Technik auf der freien Oberfläche der Galliuin-Indium-Fhosphidschicht angewachsen wird, und(c) danach wenigstens ein Teil des genannten Substrats entfernt wird, wodurch das Galliua-Indium-Phosphid freigelegt wird.2. Verfahren zur Herstellung einer Photokathode, die eineeinkristalline Schicht aus p-leitendem Galliumarsenid enthält, deren Dicke in der GrÖ3senordnung der Diffusionslänge darin vorhandener Elektronen liegt, dadurch gekennzeichnet, dass:(a) eine eickristalline Schicht aus Gallium-Indium-Phosphid durch eine epitaktieche Technik auf einen einkristallinen Substrat aus Galliumarsenid angewachsen wird, wobei das Phosphid derartige relative Mengen an Gallium und Indium enthält, das3 der Gitterparameter dieses Materials nahezu gleich dem von Galliumarsenid ist;,(b) dann die genannte Schicht aus p-leitendera Galliumarsenid durch eine epitaktische Technik auf der freien Oberfläche der Gallium-Indium- Phosphidschicht angewachsen wird, und(c) anschliessend wenigstens ein Teil des genennten Galliuai-areenid-• ·■ BAD ORIGINAL409822/0779Va/v:i/';<ont26-10-1973substrats entfernt wird, wodurch das Galliurc-Indium-Phosphid frei gelegt wird.3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die freie Oberfläche der Galliumarsenidschicht mit Zäsium-Sauerstoff nach der .-Entfernung· des Gall.iumarsenidsubs.trats aktiviert wird.4. Yerfahren nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, dass das Gallium-Indium-Phosphid auf dem Galliumarsenidsubstrat "durch Epitaxie aus der flüssigen Phase angewachsen wird.5. Verfahren nach einen der Ansprüche 2 Bis 4i dadurch gekennzeichnet, dass nur die mittlere Zone des Galliumarsenidsubctrats entfernt wird, so dass ein Galliunarsenidrahnten rings um den Umfang der Gallium-Indium-Phosphidschicht verbleibt.6. Photokathode, die durch ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist..7. Photokathodenstruktur, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine epitaktische Schicht aus Photokathodenntaterial auf einer grossen Fläche einer Platte aua elnkristallinem Gallium-Indium-Phosphid enthält,wobei das Phosphid derartige relative Mengen .an-'Gallium and Indium enthält,dass der Gitterparameter dieses Materials nahezu gleich dem desgenannten Photokathodenmaterials ist, wobei die Sicke der genannten Schicht aus Photokathodenaaterial in der Grössenordnung der Diffusionslänge darin vorhandener Elektronen liegt, während wenigstens ein Teil der anderen grossen Fläche der Gallium-Indium-Phosphidplat-te nahezu nicht mit Feststoff in Kontakt ist.Θ. Photokathodenstruktur, dadurch gekennzeichnet, dass sieeine epitaktische Schicht aus p-leitendera Galliumarsenid auf einer grossen Fläche einer Platte aus einkristallinem Gallium-Indiuin-Phosphid enthält, wobei das Phosphid derartige relative Mengen an Gallium und Indium enthält, dass der Gittnrparameter dieses Materials409822/0779 BADORfGlMALVa/Vn/Xont 26-IO-1973nahezii gleich dem von Galliumarsenid ist, und wobei die Calliumarsenidschicht in der Grössenordnung der Diffusionslänge darin vorhandener Elektronen liegt, während wenigstens ein Teil der anderen grossen Flache der Gallium-Indium-Phosphidplatte nahezu nicht mit Peststoff in Kontakt ist.9· Photokathodenstruktur nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die freie Oberfläche der Galliumarsenidschicht nit Zäsiun-Sauerstoff aktiviert wird.10. Photokathodenstruktur nach Anspruch θ oder 9i dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Teil der genannten anderen grossen Fläche der Gallium-Indium-Fhosphidplatte frei vor. Feststoff ist, während ein Rahmen aus Galliumarsenid sich rings um den Umfang der genannten anderen grossen Fläche befindet.11. Elektronenröhre mit einer Photokathode oder Photokathodenstruktur nach einem der Ansprüche 6 bis 10.12. Röhre nach Anspruch 11, die als eine Bildverstärker und/ oder Bildwandlerröhre ausgebildet ist.409822/0779
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