DE2550966A1 - Verfahren zum abscheiden von iii-v- verbindungen auf substraten - Google Patents

Verfahren zum abscheiden von iii-v- verbindungen auf substraten

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DE2550966A1 DE19752550966 DE2550966A DE2550966A1 DE 2550966 A1 DE2550966 A1 DE 2550966A1 DE 19752550966 DE19752550966 DE 19752550966 DE 2550966 A DE2550966 A DE 2550966A DE 2550966 A1 DE2550966 A1 DE 2550966A1
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Chih Chun Wang
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    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
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Description

  • "Verfahren zum Abscheiden von III-V-Verbindungen auf Substraten" Die vorliegende .Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen von polykristallinen III-V-Verbindungen auf Substrate, und insbesondere ein Verfahren zum Äufbringen von polykristallinem Galliumphosphid (GaP) auf gewissen geeignet geformten metallischen Substraten.
  • Die vorliegende erfindung betrifft ferner auch einen nach diesem Verfahren auf einem Substrat aus rostfreiem Stahl, Molybdän oder Wolfram aufgebrachten Elektronenemitter aus Galliumphosphid.
  • Galliumphosphid wurde bereits erfolgreich als Dynode in Elektronenvervielfacher-Abschnitten von Fotovervielfacher-Einrichtungen eingesetzt (vgl.: "New High Gain Dynode for Photomultiplier", R.E. Simon, A.H. Sommer, J.J. Tietjen und B.F. Williams, Applied Physics Letters, Vol. 13, Seite 355 (1968): "Recent Work on Fast Photomultipliers ti1izing GaP(Cs) Secondary Emitting Surface", HcR. Krall und D.E. Persyk, IEEE Trans. on Nucl. ScO, Vol. NS19, Seite 50 (März 1972)). Als Sekundäremitter muß Galliumphosphid mit einem metallischen Substrat verbunden sein. Bisher wurden zur Abscheidung von Galliumphosphid auf metallische Substrate, wie beispielsweise Wolfram und Molybdän, die Dampfphasenchloridverfahren verwendet (vgl.: Practical Use of III-V Compound Emittern, A.H. Sommer, RCA Rev., Vol. 34, Seite 102 (1973)). Bezüglich eines überblick über das Chloridverfahren wird auf "The Preparation of Epitaxial Films of III-V Compoundst, V0K. Jain und S.K. Sharma, Solid State Electronies, Vol. 13, Seite 115 (1970) verwiesen, Jedoch hat die korrosive Natur des Nebenproduktes der Dampfphasenchloridverfahren die Wahl des einzusttzenden metallischen Substrats beschränkt.
  • Es soll die Aufgabe mit der vorliegenden Erfindung gelöst werden, ein verbessertes Verfahren zum Abscheiden von polykristallinen III-V-Verbindungen, insbesondere von Galliumphosphid, auf gewisse metallische Substrate zu schaffen.
  • Die Lösung gemäß der Erfindung besteht in einem Verfahren, bei dem gasförmiges Galliumtrialkyl und gasförmiges Phosphin der allgemeinen Formel PR3, worin jeder Rest unabhängig von den anderen Resten ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe sein kann, über dem metallischen Substrat thermisch zur Reaktion gebracht werden. Durch dieses Verfahren kann ein Elektronenemitter, der auf einem Substrat aus rostfreiem Stahl einen polykristallinen Galliumphosphid-Körper, beschichtet mit einer elektropositiven, die Austrittsarbeit reduzierenden Schicht, umfaßt, hergestellt werden. Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Ansicht einer für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Vorrichtung; und Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform des Elektronenemitters gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • In Figo 1 ist eine für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung dargestellt, die eine vertikale Reaktionskammer 16 aus Quarz mit einem Ktihimantel für Wasserkühlung 18 und eine diese umgebende Hochfrequenz-Induktionsheizspule 20 umfaßte Innerhalb der Reaktionskammer 16 im Inneren der Heizspule 20 ist eine Aufnahmevorrichtung aus Kohle 22 montiert. Bin Vorratsbehälter 24 für inertes Trägergas, wie beispielsweise Wasserstoff, ist über eine Rohrleitüng 26, ein Regelventil 28, einen Strömungsmesser 30 und eine Rohrlei-tung 32 mit dem oberen Ende der Reaktionskammer 16 6 verbunden. Der Trägergasvorratsbehäter 24 ist ferner auch über eine RohrleitAng 34, ein Regelventil 36, einen Strömungsmesser 38 und eine Rohrleitung 40 mit einem Behälter 42 verbunden, der das Gallium enthaltende, organometallische Absoheidungsmaterial, wie beispielsweise Galliumtrimethyl, enthält.
  • Die Rohrleitung 40 führt durch den Behälter 42 bis zum Boden desselben, damit das Trägergas durch das Gallium enthaltende Abscheidungsmaterial hindurchperlen kann.
  • Der Behälter 42 ist von einem Kühlgefäß 44 umgeben, um das Gallium enthaltende Abscheidungsmaterial in flüssiger Form zu halten. Eine Rohrleitung 46 führt von dem oberen Teil des Behälters 42 zu der Rohrleitung 32, welche in das Oberteil der Reaktionskammer 16 einmündet.
  • Ein Vorratsbehälter 48 für das Phosphor enthaltende Gas, wie beispielsweise Phosphin, ist durch ein Ventil 50, einen Strömungsmesser 52 und eine Rohrleitung 54 mit Rohrleitung 32 verbunden, die in das Oberteil der Reaktionskammer 16 einmündet. Um die Abscheidung einer Galliumphosphid-Schicht eines gewünschten Leitfähigkeitstyps zu ermöglichen, ist ein Vorratsbehälter 56 für Gas, welches den gewünschten Leitfähigkeitsmodifizierer enthält, über ein Ventil 58, einen Strömungsmesser 60 und eine Rohrleitung 62 mit der Rohrleitung 32 verbunden. Das die Leitfähigkeit modifizierende Gas kann für eine n-Dotierung Schwefelwasserstoff (H2S) sein. Für eine p-Dotierung kann das modifizierende Gas Zinkdimethyl Zn(CH3)2 , Zinkdiäthyl Zn(C2H5)2 Cadmiumdimethyl Cd(CH3)2 oder Cadmiumdiäthyl Cd(C2H5)2 sein.
  • Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung wiri das metallische Substrat 12 auf die durch einen Glassockel 23 innerhalb der Reaktionskammer 16 unterstEtzte Aufnahmevorrichtung 22 gegeben. Die Hochfrequenz-Induktionsheizspule 20 wird zur Beheizung der Aufnahmevorrichtung 22 eingeschaltet, die ihrerseits das metallische Substrat 12 erhitzt. Das Substrat 12 wird auf die Abscheidungstemperatur im Bereich zwischen etwa 5000C und 9000C aufgeheizt; die Temperatur hangt von den Reaktionsteilnehmern ab. Eine Temperatur von etwa 800 0C wird für die Reaktion zwischen Galliumtrimethyl Ga(CH3)3 und PH3 bevorzugt. Das Regelventil 28 wird so geschaltet, daß ein Fluß des Trägergases von dem Vorratsbehälter 24 zur Reaktionskammer 16 durch die Rohrleitung 32 ermöglicht wird. Das Trägergas wird durch die Reaktionskammer 16 mit einer Geschwindigkeit von zwischen etwa 2,5 und 4,0 Liter pro Minute hindurchgeleitet, Vorzugsweise beträgt die Strömungsgeschwindigkeit etwa 3 Liter pro Minute. Das Regelventil 36 wird ebenfalls so eingestellt, daß ein Teil des Trägergases aus dem Vorratsbehälter 24 durch das in dem Be er 42 befindliche Gallium enthaltende Abscheidungsmaterial hindurchperlen kann. Das Trägergas führt die Dämpfe des Gallium enthaltenden Materials durch die Rohrleitungen 46 und 32 in die Reaktionskammer 16. Das Trägergas strömt durch den Behälter 42 mit einer Geschwindigkeit von zwischen 3 und 8 cm³ pro Minute. Vorzugsweise beträgt die Strömungsgeschwindigkeit etwa 5 cm3 pro Minute. Das Ventil 50 wind ebenfalls so eingestellt, daß das Phosphor enthaltende Gas in die Reaktionskammer 16 durch die Rohrleitungen 54 und 32 fließen kann0 Das Phosphor enthaltende Gas wird in die Reaktionskammer 16 mit einer Geschwindigkeit von zwischen etwa 150 und 300 cm3 pro Minute eingeführt. Vorzugsweise beträgt die Strömungsgeschwindigkeit etwa 200 cm3 pro Minute. Auf diese Weise wird dafür gesorgt, daß in die Reaktionskammer 16 und über das metallische Substrat 12 eine gasförmige Mischung des Gallium enthaltenden Materials, des Phosphor enthaltenden Materials und eines Trägergases fließt, Wenn die abzuscheidende Gallium-Phosphor-Schicht einen gewünschten Leitfähigkeitstyp aufweisen soll, wird das Ventil 58 so eingestellt, daß das den Leitfähigkeitsmodifizierer enthaltende Gas in der erforderlichen Menge aus dem Vorratsbehälter 56 durch die Rohrleitungen 62 und 32 in die Reaktionskammer 16 strömen kann.
  • Wenn die gasförmige Mischung über das erhitzte Substrat 12 strömt, wird sie auf die Reaktionstemperatur gebracht und erzeugt auf der Oberfläche des metallischen Substrats 12 einen verzug aus Galliumphosphid. Die Wachstumsgeschwindigkeit beträgt etwa 1/4 bis 1/2 Mikron pro Minute. Nachdem das gewünschte Maß des Körpers erreicht worden ist, werden zuerst das Regelventil 36 und das Ventil 58 geschlossen0 Das Ventil 50 wird geschlossen, nachdem das Galliumphosphid eine Temperatur von unterhalb etwa 6000C aufweist. Man läßt den Körper im Trägergas abkühlen.
  • Einer der Vorteile bei der Anwendung dieses Verfahrens zur Abscheidung von Galliumphosphid auf einem metallischen Substrat besteht darin, daß kein korrosives Halogen enthaltendes Nebenprodukt erzeugt wird. Die Abwesenheit eines korrosiven Nebenproduktes vergrößert erheblich die Zahl der Metalle, die als Substrat verwendet werden können.
  • In Fig. 2 ist ein Elektronenemitter 80 gezeigt. Dieser Elektronenemitter 80 umfaßt einen Körper 84 aus polykristallinem Galliumphosphid, ein Substrat 82 aus rostfreiem Stahl, Molybdän oder Wolfram, das gerade, gekrümmt oder beliebig geformt sein kann, und eine dünne Schicht 86 aus einem Material, wie Cäsium, Barium, Kalium, oder einer Mischung von Cäsium und Sauerstoff (02), zur Herabsetzung der Oberflächenaustrittsarbeit des Körpers 84.
  • Fur eine optimale Leistungsfähigkeit sollte die dünne Schicht 86 die Dicke von etwa einer monomolekularen Schicht aufweisen.
  • Der polykristalline Galliumphosphid-Körper 84 wird auf das Substrat 82 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebracht. Der Körper 84 ist mit Zink in der Größenordnung von zwischen etwa 5 x 1O18/cm3 und 2 x 1019/com3 dotiert, um ihnp-leitend zu machen. Zur Abscheidung der dünnen Schicht 86 auf dem Körper 84 wird dieser zunächst durch Erhitzen auf eine Temperatur von etwa 8000C während eines Zeitraums von mehreren Minuten im Hochvakuum gereinigt und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt. Danach wird ein gasförmiges Material zur Reduzierung der Oberfläohenaustrittsarbeit eingeführt und an der Oberfläche des Körpers 84 adsorbiert. Da rostfreier Stahl in jede beliebige gewünschte Form gebracht werden kann, ist einer der Vorteile der Verwendung von rostfreiem Stahl als metallisches Substrat für Elektronenemitter von Galliumphosphid die Flexibilität der Formgestaltung Ein anderer Vorteil sind die niedrigeren Gestehungskosten.

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Abscheiden von Galliumphosphid (GaP) auf einem Substrat aus rostfreiem Stahl, Molybdän oder Wolfram, (1 a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß gasförmiges Galliumtrialkyl und gasförmiges Phosphin der allgemeinen Formel PR3, worin R unabhängig ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe sein kann, über dem metallischen Substrat thermisch zur Reaktion gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß gasförmiges Galliumtrimethyl Ga(CH3)3 und gasförmiger Phosphorwasserstoff PH bei einer Temperatur zwischen etwa 7000C und und gooQc über dem Substrat zur Reaktion gebracht werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Erzielung einer p-Dotierung eine Behandlung mit gasförmigem Zinkdimethyl Zn(CH3)2 zu )2 , gasförmigem Zinkdiäthyl Zn(C2H5)2 gasförmigem Cadmiumdimethyl Cd(CH3)2 oder gasförmigem Cadmiumdiäthyl Cd(C2H5)2 erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t , daß zur Erzielung einer n-Dotierung mit gasförmigem Schwefelwasserstoff behandelt wird.
5. Elektronenemitter, g e k e n n z e i c h n e t du r c h ein Substrat aus rostfreiem Stahl, Molybdän oder Wolfram, einen Körper aus polykristallinem Gallium phosphid (GaP) auf dem Substrat und eine Schicht aus einem die Austrittsarbeit reduzierenden Material auf einer Oberfläche des Körpers.
L e e r s e i t e
DE19752550966 1974-11-18 1975-11-13 Verfahren zum abscheiden von iii-v- verbindungen auf substraten Pending DE2550966A1 (de)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3603149A1 (de) * 1985-02-01 1986-08-07 Raytheon Co., Lexington, Mass. Sekundaeremissions-kathode sowie mit einer solchen kathode ausgestattete roehre
WO2001050074A1 (de) * 1999-12-29 2001-07-12 Otto Pfannenberg Elektro-Spezialgerätebau GmbH Kühlvorrichtung
DE102011010751A1 (de) * 2011-02-09 2012-08-09 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur Durchführung eines Epitaxieprozesses

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