DE2405611A1 - Transparente halbleiterphotokathode fuer strahlung im nahen infrarotbereich und verfahren zur herstellung einer solchen kathode - Google Patents

Transparente halbleiterphotokathode fuer strahlung im nahen infrarotbereich und verfahren zur herstellung einer solchen kathode

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DE2405611A1
DE2405611A1 DE19742405611 DE2405611A DE2405611A1 DE 2405611 A1 DE2405611 A1 DE 2405611A1 DE 19742405611 DE19742405611 DE 19742405611 DE 2405611 A DE2405611 A DE 2405611A DE 2405611 A1 DE2405611 A1 DE 2405611A1
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Jean Philippe Hallais
Alain Humbert
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Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Description

,....;." r.'v|D 2405-311 FPHN 6OS
Mont/Va/ I
... ;-ν.;.;; rziif ABRIEKÖi 16.1.74
-,= : PHN- 6985
:r ...... 4. Febr. 1974
Transparente Halbleiterphotokathode für Strahlung im nahen Infrarotbereich und Verfahren zur Herstellung einer solchen Kathode.
•Die Erfindung bezieht sich auf eine transparente Halbleiterphotokathode für Strahlung im nahen Infrarotbereich.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Kathode.
Der betrachtete Bereich der Energie ¥ erstreckt sich im wesentlichen von 1,4 eV, was einer Wellenlänge J^ = 0,885 /um entspricht, zu 0,775 eV, was einer Wellenlänge J= 1,6 ,um entspricht, wobei die Übereinstimmung
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-Z- ■
zwischen der Energie ¥ einer elektromagnetischen Strahlung, in eV ausgedrückt, und der Wellenlänge /u derselben, in /um ausgedrückt, durch die Formel:
¥. /I = 1,24
gegeben wird.
Eine transparente Halbleiterphotokathode besteht aus einer Scheibe mit zwei einander gegenüber liegenden Flächen, von denen die erste Fläche (die Eintrittsfläche) einem Strom energiereicher Photonen ausgesetzt wird und die zweite, der ersten gegenüber liegende Fläche (die Austrittsfläche) die Elektronen emittiert.
Es ist wichtig, dass der wirksame Stoff, von dem die emittierten Elektronen herrühren, in Form einer dünnen Schicht angeordnet wird, die sich auf der Seite der Austrittsfläche der Anordnung und auf der Oberfläche derselben befindet. Tatsächlich verlieren die auf einer grösseren Tiefe erzeugten Elektronen soviel Energie auf dem Wege zu der Oberfläche infolge der Wechselwirkung mit anderen Elektronen und mit dem Atomgitter, dass sie den Vakuumraum nicht erreichen können.
Zur Förderung der mechanischen Festigkeit liegt diese Schicht auf einem dicken Substrat aus einem anderen, vorzugsweise halbleitenden Material, die sich in bezug auf die wirksame Schicht auf der Seite
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der Eintrittsfläche der Anordnung befindet. Dieses Material muss also eine sehr hohe Durchlässigkeit für die verwendete Strahlung aufweisen, damit eine möglichst grosse Anzahl der auffallenden Photonen durchgelassen werden.
Eine solche Kathode wird also durch mindestens eine dünne wirksame Schicht aus einem geeigneten emittierenden Material gebildet, das das Licht absorbiert und auf einem Substrat aus einem transparenten Material liegt, das eine gute mechanische Festigkeit der genannten dünnen Schicht sicherstellt. Der Strom energiereicher Photonen gelangt auf die Eintrittsfläche des transparenten Substrats und die Elektronen werden "von der Austrittsfläche der wirksamen Schicht emittiert.
Aus dem Stand der Technik ergibt sich, dass es bekannt ist, transparente Halbleiterphotokathode herzustellen.
Sin bekanntes Material unter den Halbleitermaterialien, mit deren Hilfe mit einem hohen Wirkungsgrad eine Photoemission im nahen Infrarotbereich erhalten werden kann, ist die ternäre Verbindung Gallium-Indium— Arsenid der allgemeinen Formel Ga1 In As, wobei χ der Indiumanteil in bezug auf die Gesamtmetallmenge der Verbindung ist.
Es ist bekannt, dass die optischen Eigen-
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schäften der ternären Verbindungen und insbesondere die Grosse ihres Bandabstandes ("gap") sich regelmässig mit dem Wert von χ ändern. Für χ = O ist die Verbindung
Ga4 In As also GaAs, dessen Bandabstand 1,4 eV ist, 1-x χ * * *
was einer Wellenlänge /{, von 0,885 /um entspricht. Für χ = 0,5 ist der Bandabstand 0,8 eV, was einer Wellenlänge /{. von 1,55/um entspricht. Schliesslich ist für χ = 0,7 der Bandabstand 0,6 eV, was einer Wellenlänge /t von 2,06 /um entspricht.
Eine Photokathode, bei der von diesem Material auf einem Substrat aus Galliumarsenid, GaAs, ausgegangen wird, ist in dem Artikel "Vapour growth of Ga In As alloys for infrared photocathode applications" von R.E. Enstrom und anderen (siehe den Bericht des Symposium on GaAs 1970") beschrieben. In diesem Falle war die wirksame Schicht auf einem Substrat aus Galliumarsenid, GaAs, angebracht. Da das Substrat aus GaAs für Energien unterhalb 1,4 eV (was einer Wellenlänge /L von 0,885 /um entspricht) durchlässig ist, während die Schicht aus (Ga,In)As der verwendeten Zusammensetzung für Energien oberhalb 1,2 eV (was einer Wellenlänge /\, von 1,03/um entspricht) absorbierend ist, ermöglichen nur die Photonen mit einer Energie zwischen 1,2 eV und 1,4 eV (was einer Wellenlänge zwischen 0,88 /um und 1,03 /um entspricht) die Elektronenemission ausserhalb der wirksamen Schicht.
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Dies hat zur Folge, dass der Wirkungsgrad und die Empfindlichkeit einer derartigen Anordnung niedrig sind.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine transparente Halbleiterphotokathode für Strahlung in dem nahen Infrarotbereich und ist dadurch gekenn-*· zeichnet, dass diese Anordnung durch ein dickes Substrat aus einer ersten ternären Verbindung der allgemeinen Formel Ga. Al Äs, wobei der Atomprozentsatz y an Aluminium in bezug auf die Gesamtmetallmenge dieser ersten ternären Verbindung zwischen 1 und 0,4 liegt, und durch eine dünne epitaktische Schicht gebildet wird, die aus einer zweiten ternären Verbindung besteht, die mit einer den p-Typ herbeiführenden Verunreinigung dotiert ist und der allgemeinen Formel Ga1 In As entspricht, wobei der Atomprozentsatz χ an Indium in bezug auf die Gesamtmetallmenge dieser zweiten ternären Verbindung zwischen 0 und 0,5 liegt, während die Infrarotstrahlung auf die freie Oberfläche des genannten Substrats aus (Ga,Al)As gelangt und die Austrittsfläche der Elektronenemission die freie Oberfläche der epitaktischen Schicht aus (Ga,In)As ist.
Die Anzahl von einem wirksamen Material emittierter Elektronen ist dem empfangenen Lichtstrom proportional; es ist also wichtig, dass die Durchlässigkeit des Materials, das die mechanische Festigkeit des Gebildes sichert, optimal ist.
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Die ternäre Verbindung Gallium-Aluminium-Arsenid der allgemeinen Formel Ga. Al As ist für Strahlungen durchlässig, deren Energie unterhalb der Energie liegt, die ihrem Bandabstand entspricht. Die Mindestwellenlänge der Durchlässigkeit hängt also von dem Prozentsatz an Aluminium ab.
Der Bandabstand der ternären Verbindung Gallium-Aluminium-Arsenid variiert zwischen 2,17 eV, was /L = 0,571/um für einen Al-Prozentsatz von 100 ^o (Aluminiumarsenid) entspricht, und 1,4 eV, was einer Wellenlänge /L von 0,885 /Um für einen Ga-Prozentsatz von 100 $ (Galliumarsenid) entspricht, während 1,9 eV einer Wellenlänge ^ =0,65 /um für einen Al-Prozentsatz von 4o /& entspricht.
Wenn sie 40 $ an Aluminium enthält, ist somit die ternäre Verbindung Gallium-Aluminium-Arsenid für Photonen durchlässig, deren Wellenlänge /L oberhalb 0,65 /um liegt, welche Wellenlänge bereits im roten Bereich liegt. Sie ist für den ganzen Infrarotbereich durchlässig. Alle Photonen mit einer Energie von weniger als 1,9 ^V gelangen auf die wirksame Schicht.
Die Schicht aus dem ternären Material der allgemeinen Formel Ga1 In As ist für die Wellenlängen wirksam, die unterhalb einer Schwelle liegen, deren Wert von dem Wert χ abhängig ist.
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Übrigens muss, damit eine Photokathode eine holie Quantumausbaute aufweist, eine beträchtliche Anzahl Photonen in dem wirksamen Material absorbiert werden, Im Falle der Halbleitermaterialien können, tun eine Elektronenemission zu erhalten, nur die Photonen mit einer Energie oberhalb des Bandabstandes von dem wirksamen Material absorbiert werden.
Unter Berücksichtigung des Bandabstandes von Ga1 In As und des Bandabstandes von Ga1 Al As und der bestehenden Möglichkeiten zur Einstellung dieser Bandabstände durch die Wahl der Werte von χ und y können die Kathoden nach der Erfindung, die für Strahlungen mit einer Energie zwischen den beiden Bandabständen wirken» den Wellenlängenbereich zwischen 0,51 /um ι (2,17 eV) und 1,6 /um (θ,8 eV) bestreichen.
χ und y werden entsprechend der gewünschten Selektivität und den Möglichkeiten physikalischer Ablagerung gewählt.
Wenn die gewünschte Anordnung nicht nur für Infrarotstrahlung, sondern auch für gewisse Wellenlängenim sichtbaren Bereich empfindlich sein muss, wird für y ein hoher Wert in der Nähe von 1 gewählt, während dagegen, wenn die Anordnung nicht für gewisse Wellenlängen im sichtbaren Bereich empfindlich sein soll, für y ein niedrigerer Wert gewählt wird.
Ebenso wird, wenn die gewünschte Anordnung
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Z.4UÜÜ I I
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für Strahlung im nahem Infrarotbereich und nicht für Strahlung im Mittelinfrarotbereich empfindlich sein muss, für χ ein verhältnismässig niedriger Wert gewählt, der z.B. 0,1 beträgt, während, wenn die Anordnung für Strahlung im Mittelinfrarotbereich empfindlich sein soll, der ¥ert von χ höher gewählt wird.
Einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung ist der, dass das dicke Substrat infolge seiner Transparenz zu einem wesentlichen Teil die energiereichen Photonen durchlässt, die gerade die Elektronen der wirksamen Schicht anregen werden.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist der, dass die erhaltene Anordnung für Photoemission als solche benutzt werden kann, wobei, mit Ausnahme der Sensibilisierung der emittierenden Oberfläche, weiter keine Handlungen durchgeführt zu werden brauchen.
Damit ein hoher Wirkungsgrad erhalten wird, muss die Schwelle der photoelektrischen Emission, d.h. der Mindestwert W der Energie W, die das auffallende Licht aufweisen muss, um eine Emission zu erhalten, wesentlich unterhalb W liegen. Nach einem bekannten Verfahren wird eine Zunahme der Elektronenemission dadurch erhalten, dass die Austrittsfläche der epitaktischen Schicht aus Gallium-Indium-Arsenid (Ga9In)As mit einem dünnen monoatomaren Film aus einem Alkalimetall
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oder einer der Verbindungen desselben (Oxyd oder Fluorid) überzogen wird.
Es ist bekannt, dass solche elektropositive Körper an der Oberfläche positive Ionen und Atome liefern und Dipole hervorrufen, die das Austreten der Elektronen fördern.
Die Dicke der epitaktischen Schicht aus (Ga,In)As liegt vorteilhaft zwischen 0,5 und 10 /um; die Schicht muss dünn sein, damit vermieden wird, dass die erzeugten Elektronen in der genannten Schicht gefangen bleiben, wie bereits oben erwähnt wurde.
Dagegen muss die Dicke des Substrats aus Gallium-Aluminium-Arsenid (Ga9Al)As zwischen 10 und 500 /um liegen, um eine gute mechanische Festigkeit des Gebildes der Kathode sicherzustellen. Die dünne epitaktische Schicht aus dem wirksamen Material muss mit einer den p-Typ herbeiführenden Verunreinigung, z.B. Zink, Silicium, Germanium oder jedem anderen den p-Typ herbeiführenden Element, dotiert werden. Der Dotierungspegel soll nicht zu hoch sein, um zu vermeiden, dass sich Mikroniederschläge bilden, die als Einfangszentren dienen und die Diffusionslänge der Elektronen beschränken würden; dieser Pegel soll auch nicht zu niedrig sein, weil dann die Dotierung ungenügend wäre, um das Auslösen der Elektronen zu fördern. Eine günsti-
18 ge Dotierungskonzentration liegt zwischen 5 . 10 und • · '-:· A09833/0805
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2 . 10 Atomen/cm3 . Die Dotierung Iiat den Zweck, das Austreten der Elektronen zu erleichtern, ohne dass jedoch der Bandabstand wesentlich geändert wird.
Die Funktion des Dotierungsmittels sowie die Wirkungsweise der vorliegenden Anordnung werden nachstehend näher beschrieben.
Das Verfahren, mit dessen Hilfe eine Scheibe erhalten wird, die den Körper der transparenten Halbleiterphotokathode gemäss der Erfindung bildet, ist, wenigstens in bezug auf die wesentlichen Schritte zur Herstellung dieser Anordnung, von dem Verfahren abgeleitet, das den Gegenstand der Patentanmeldung P 24 04 276.0 der Anmelderin bildet«
Nach diesem Verfahren wird auf einem Träger aus Gallium-Arsenid, GaAs, durch Epitaxie eine Schicht aus Gallium-Aluminium-Arsenid, (Ga, Al)As angewachsen, wonach die Dicke des Trägers aus Galliumarsenid, GaAs, auf einen sehr geringen Vert herabgesetzt wird; dann wird die Scheibe, die durch den Träger aus Galliumarsenid und die genannte Schicht aus Gallium-Aluminium-Arsenid gebildet wird, in eine geeignete nichtoxidierende Atmosphäre eingeführt, wonach durch chemischen
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Angriff in der genannten Atmosphäre die verbleibende Schicht des genannten Trägers aus Galliumarsenid entfernt wird; danach wird auf der so frei gelegten Fläche der Schicht aus Gallium— Aluminium-Arsenid, (Ga5Al)As, durch Epitaxie aus der Dampfphase eine einkristalline Schicht aus Gallium-Indium-Arsenid, (Ga,In)As, angewachsen, die gleichzeitig mit einem den p—Typ herbeiführenden Dotierungsmittel dotiert wird.
Vorteilhaft wird unter geeigneten Bedingungen auf die genannte Schicht ein monoatomarer Film aus einem Alkalimaterial oder aus einer der Verbindungen desselben (Oxid oder Fluorid) aufgedampft.
Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Der Deutlichkeit halber sind die Dicken der verschiedenen Schichten der Anordnung übertrieben gross dargestellt und sind die Figuren nichtmasstäblich gezeichnet. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ausführungsform der Anordnung nach der Erfindung,
Fig. 2 eine weitere Ausführungsform der Anordnung nach der Erfindung, und
Figuren 3» ^» 5 und 6 die Scheibe aus Halbleitermaterial während verschiedener Stufen -ihrer Herstellung.
Der Einfachheit halber sind die gleichen
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Teile in den verschiedenen Figuren mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
In Fig. 1 ist eine Schicht aus Gallium-Aluminium-Arsenid 1 dargestellt, auf der eine wirksame Schicht aus Gallium-Indium-Arsenid 2 angebracht ist.
Nach einer bevorzugten Ausfuhrungsform wird die genannte wirksame Schicht aus Gallium-Indium-Arsenid 2 mit einem monoatomaren Film 3 aus einem Alkalimaterial überzogen, wie in Fig. 2 dargestellt ist.
Fig. 3 zeigt einen einkristallinen Träger k, der z.B. vorteilhaft aus Galliumarsenid bestehen kann und aus einem einkristallinen massiven Stab geschnitten ist. Auf diesem Träger 4 wird durch bekannte Verfahren, z.B. durch Epitaxie aus der flüssigen Phase, eine Schicht 1 aus Gallium-Aluminium-Arsenid, (Ga,Al)As, angewachsen, auf der dann eine epitaktische Schicht aus Gallium-Indium-Arsenid, (Ga5In)As, angewachsen wird. Die Dicke des Trägers h liegt z.B. zwischen 50 /um und 1 mm (diese Dicke ist nicht besonders kritisch, weil der genannte Träger aus GaAs während der anschliessenden Vorgänge entfernt wird) und die Dicke der Schicht 1 aus unstabilem Gallium-Aluminium-Arsenid liegt zwischen 1 /um und 500 /um. 5 bezeichnet die dem Träger h aus Galliumarsenid und der Schicht 1 aus unstabilem Gallium-Aluminium—Arsenid gemeinsame Fläche. Das unstabile Material 1 wird schnell in einer oxi-
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dierenden Atmosphäre mit einer Schicht aus komplexen Aluminiumoxiden 6 überzogen, die sehr stabil ist und sehr gut haftet.
Fig. h zeigt die Scheibe nach Herabsetzung der Dicke des Trägers h. Die Schicht 1 aus unstabilem Gallium- Aluminium-Arsenid und die Schicht aus komplexen Aluminiumoxiden 6 weisen nach wie vor dieselbe Dicke auf, während die Dicke des Trägers h aus Galliumarsenid auf einen Wert in dex GrossenOrdnung einer Zehn von Mikrons (5 bis 15 /um) durch bekannte Verfahren, wie eine mechanochemisehe Polierbehandlung, herabgesetzt wird.
Anschliessend wird die Scheibe in den Reaktor (oder in eine nichtoxidierende Atmosphäre) eingeführt, indem sie gegebenenfalls umgekehrt wird, um die folgenden Vorgänge zu erleichtern.
Danach wird die verbleibende Schicht des Trägers h angegriffen, bis sie völlig entfernt ist; dann ist die Scheibe erhalten, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist. Der Angriff erfolgt mit Hilfe bekannter Techniken, z.B. auf chemischem Wege mittels einer Säure in der Dampfphase, die mindestens ein Halogenelement enthält, wie z.B. Salzsäure (Hol).
Diese Salzsäure kann vorteilhaft innerhalb des Reaktors durch Zersetzung von Arsentrichlorid (AsCl ) und Reaktion mit Wasserstoff erhalten werden;
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dann wird "in situ" verdünnte Salzsäure nit einem Partial-
_p
druck in der Grössenordnung von 3 · 10 Atm. und mehr
_2
im allgemeinen zwischen 0,5 und 5 · 10 Atm. erhalten.
Die Entfernung erfolgt bei einer Temperatur in der Grössenordnung von 75O°C und mehr im allgemeinen zwischen 6500C und 75O°C; die Geschwindigkeit der Entfernung liegt dann zwischen 0,5 und 3 /tun/min. So wird die Fläche 5 überzogen.
Dann wird durch Epitaxie aus der Dampfphase auf der so frei gelegten Fläche 5 eine einkristalline Schicht 2 aus Gallium-Insium-Arsenid angewachsen, deren Dicke zwischen 0,5 und 10 /um liegen kann.
Die genannte Epitaxie aus der Dampfphase kann vorteilhaft nach dem sogenannten Trichloridverfahren erfolgen, bei dem sich Arsentrichlorid (AsC1„) zersetzt und Salzsäure liefert, die durch Reaktion mit der Galliumquelle die Bildung von Galliumarsenid, GaAs, und ebenso durch Reaktion mit der Indiumquelle die Bildung von Indiumarsenid, InAs, gestattet. Die genannte Epitaxie kann vorteilhaft bei den auch für die Entfernung angewandten Temperaturen durchgeführt werden, was einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung ist.
Gleichzeitig und durch bekannte Verfahren wird eine den p-Typ herbeiführende Dotierung mit Hilfe von Elementen, wie z.B. Zink, Silicium oder Germanium oder jedem anderen den genannten Typ herbeiführenden
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Element durchgeführt.
Anschllessend werden durch Verdampfung im Ultrahochvakuum ausserhalb des Reaktors und nach bekannten Techniken auf der Schicht aus Gallium-Indium-Arsenid ein oder mehrere monoatomare Filme aus einem Alkalimetall, wie z.B. Zäsium, abgelagert.
So werden unter derartigen Bedingungen transparente Photokathoden erhalten, von denen eine in Fig. 6 dargestellt ist. Die enthält eine wirksame Schicht aus Gallium-Indium-Arsenid, (Ga1In)As, die epitaktisch auf einem Substrat 1 aus Gallium-Aluminium—Arsenid, (Ga,Al)As, angebracht ist, das auf dem unteren Teil mit einer Schicht 6 aus komplexen Aluminiumoxiden versehen ist.
Das Vorhandensein der Schicht aus komplexen Aluminiumoxiden bietet den Vorteil, dass die zweite Fläche des Substrats aus Gallium-Aluminium-Arsenid, (Ga,Al)As, geschützt und dass vermieden wird, dass sich auf dieser Fläche ein nicht gewünschter epitaktischer Anwuchs aus Gallium-Indium bildet. In gewissen Fällen und zur Versteifung der Schicht aus komplexen Aluminiumoxiden wird diese Schicht mit Silicium überzogen.
Der Film 7 besteht aus Alkalimetall (oder einer seiner Verbindungen) und ist auf der epitaktischen Schicht aus Gallium-Indium-Arsenid angebracht,
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um das Absaugen der Elektronen zu fördern.
Die Wirkungsweise einer derartigen Photokathoden kann wie folgt erläutert werden. In Richtung des Pfeiles F wird mit Hilfe polychromen Lichtes die Fläche der Schicht aus Gallium-Aluminium-Arsenid beleuchtet, die die Schicht aus komplexen Aluminiumoxiden trägt; das Licht dringt in die genannte Schicht ein und durchläuft diese Schicht, in der es in geringem Masse absorbiert wird («^ 1 ^) ; es fällt auf die einkristalline Schicht aus Gallium-Indium-Arsenid ein, die undurchsichtig ist. Das Licht wird dann absorbierte Unter der Einwirkung der Photonen fliessen die Elektronen, die sich in dem Valenzband befanden, in das Leitungsband und werden in den Vakuumraum getrieben.
Ausserdem liegt im Falle eines Halbleitermaterials, das mit einer den p-Typ herbeiführenden Verunreinigung dotiert ist, das Ferminiveau, das das höchste von irgendwelchen Elektronen eingenommene Niveau ist, nahe bei und etwas über dem Valenzband. Die den p-Typ herbeiführende Dotierung bezweckt die Leitungs- und Valenzbänder nach unten abzubiegen, d.h. genauer gesagt, dass insbesondere das Leitungsband derart abgebogen wird, dass es sich wieder dem Ferminiveau nähert. So stellt sich heraus, dass die Energie·, die für die Beförderung eines Elektrons von dem Ferminiveau zu dem Leitungsband benötigt wird,
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aus welchen Band es in den Vakuumraum getrieben wird, herabgesetzt ist, wobei die Elektronenemissionsbedingungen durch eine solche Dotierung günstig beeinflusst werdeno
Das Vorhandensein von Alkalimetallen oder Erdalkalimetallen begünstigt ebenfalls, wie bereits erläutert wurde, die Elektronenemission.
Es wurden zwei erfindungsgemässe Anordnungen hergestellt, deren Substrat aus (Ga, Al)As hO ^o Aluminium enthielt und einen Bandabstand in der Grössenordnung von 1,90 eV (entsprechend einer Wellenlänge/(_ von 0,65 /Um) aufwies, wobei die Dicke dieses Substrats /um betrug. Für eine dieser Anordnungen enthielt die angebrachte Schicht aus (Ga,In)As 8 ^ Indium und wies einen Bandabstand von 1,2 eV auf, während die Wellenlänge der Emissionsschwelle 1 /um betrug; für die andere Anordnung enthielt die Schicht aus (Ga,In)As 15 $ Indium und wies einen Bandabstand von 1,1 eV auf, während die Wellenlänge der Emissionsschwelle 1,12 /um betrug,: in beiden Fällen betrug die Dicke der abgelagerten Schicht 3 ,um. Die Dotierung der genannten Schicht erfolgt mit Zink mit einer Konzentration in
der Grössenordnung von 2 . 10 , während die Austrittsfläche mit Zäsium aktiviert wurde.
. Diese Anordnungen sind nur beispielsweise beschrieben und die Erfindung beschränkt sich keineswegs darauf.
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Claims (1)

  1. 6k
    Patentansprüche:
    1 .) Transparente Halbleiterphotokatliode für Strahlung im nahen Infrarotbereich, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch ein dickes Substrat aus einer ersten ternären Verbindung der allgemeinen Formel Ga1 Al As, wobei der Atomprozentsatz y an Aluminium in bezug auf die Gesamtmetallmenge dieser ersten ternären Verbindung zwischen 1 und 0,4 liegt, und durch eine epitaktische dünne Schicht gebildet wird, die aus einer zweiten ternären Verbindung besteht, die mit einer den p-Typ herbeiführenden Verunreinigung dotiert ist und der Formel Ga In As entspricht, wobei der Atom-Prozentsatz χ an Indium in bezug auf die Gesamtmetallmenge dieser zweiten ternären Verbindung zwischen 0 und 0,5 liegt, während die Infrarotstrahlung auf die freie Fläche des genannten Substrats aus (Ga,Al)As gelangt und die Austrittsfläche der Elektronenemission die freie Fläche der epitaktischen Schicht aus (Ga,In)As ist.
    2. Photokathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsfläche mit einem Alkalimetall überzogen ist.
    3. Photokathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsfläche mit einer Alkalimetall verbindung überzogen ist.
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    FPHN 5985
    h. Ph.otokath.ode nach einem der* Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der epitaktischen Schicht zwischen 0,5 und 10 /um liegt.
    5· Photokathode nach einem der Ansprüche 1 bis h, dadurch gekennzeichnet, dass die Dike des Substrats zwischen 10 und 500 /um liegt.
    6. Photokathode nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch, gekennzeichnet, dass die Dotierung der epitaktischen Schicht aus der ternären Verbindung Ga1 In As zwischen 5 · 10 und 2 , 10 Atomen/cm3 liegt. 7· Photokathode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierung mit Hilfe von Zink erfolgt. 8. Verfahren zur Herstellung einer Photokathode nach einem der Ansprüche 1 bis 7j dadurch gekennzeichnet, dass auf einem*Träger aus Galliumarsenid, GaAs, durch Epitaxie eine Schicht aus Gallium-JHuminium-Arsenid, (Ga5Al)As, angewachsen wird; dass die Dicke der Schicht aus Gallium-Aluminium-Arsenid, (Ga1Al)As, auf einen sehr geringen Wert herabgesetzt wird; dass die durch den Träger aus Galliumarsenid und durch die genannte Schicht aus Gallium-AluminiumrArsenid gebildete Scheibe in eine geeignete nxchtoxxdierende Atmosphäre eingeführt wird; dass dann durch chemischen Angriff in der genannten Atmosphäre die verbleibende Schicht des genannten Trägersaus Galliumarsenid entfernt wird, und dass auf der so frei gelegten Fläche
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    16.1.74
    der Schicht aus Gallium-Aluminium-Arsenid, (Ga,Al)As, durch Epitaxie aus der Dampfphase eine einkristalline Schicht aus Gallium—Indium-Arsenid, (Ga1In)As, angewachsen wird, die gleichzeitig mit einem den p-Typ herbeiführenden Dotierungsmittel dotiert wird.
    9. Verfahren zur Herstellung einer Photokathode nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die einkristalline Schicht aus Gallium-Indium-Arsenid mit
    mindestens einem monoatomaren Film aus einem Alkali-» material oder einer der Verbindungen desselben überzogen wird.
    10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass während der Einführung in den Reaktor der ¥ert der Dicke des Trägers aus Galliumarsenid
    zwischen 5 /um und 10 /um liegt.
    11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der chemische Angriff mittels einer Lösung einer Säure erfolgt, die mindestens ein Halogenelement enthält, welche Säure einen Partialdruck zwi-
    -2
    sehen 0,5 und 5 β 10 Atm. aufweist.
    12. Verfahren nach Anspruch 9j dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur, bei der der chemische Angriff erfolgt, zwischen 65O0C und 7500C liegt.
    13· Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass die Epitaxie aus der Dampfphase von
    Gallium-Indium-Arsenid, (Ga5In)As, bei einer Tempe-
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    ratur zwischen 6500C und 75O°C stattfindet. 14. Verfahren nach den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur, bei der der chemische Angriff erfolgt, und die Temperatur der Epitaxie aus der Dampfphase einander gleich sind.
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    ι Ä ·
    Leerseite
DE19742405611 1973-02-13 1974-02-06 Transparente halbleiterphotokathode fuer strahlung im nahen infrarotbereich und verfahren zur herstellung einer solchen kathode Pending DE2405611A1 (de)

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